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巷道式雙立柱堆垛機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計

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1、摘要 隨著計算機(jī)信息技術(shù)的發(fā)展,現(xiàn)代企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大和競爭的日益加劇,市場 對企業(yè)物流系統(tǒng)提出了新的要求,自動化立體倉庫越來越受到關(guān)注并得到廣泛應(yīng)用。堆垛 機(jī)是立體倉庫的關(guān)鍵起重,搬運(yùn)設(shè)備。本文論述了自動化立體倉庫中堆垛機(jī)控制系統(tǒng)的原 理,結(jié)構(gòu)和特點(diǎn),介紹堆垛機(jī)的控制系統(tǒng)的設(shè)計,以及堆垛機(jī)的速度控制和精確定位方法 針對立體倉庫的存取特點(diǎn),對堆垛機(jī)的硬件部分進(jìn)行設(shè)備選型與參數(shù)計算,設(shè)計出電氣原 理圖。并給出了 PLC控制程序梯形圖。 關(guān)鍵詞:堆垛機(jī);PLC;控制系統(tǒng) Abstract With the development of computer information tech

2、nology , increasingly expanding of modern enterprise production scale and more fierce market competition , new requirements of enterprise logistics by market are emerging , and automated high-rise warehouses gains more attention and have been used widely , SRM is the most important conveying and lif

3、ting equipment in automated high-rise warehouse .Thispaper introduces the control of the SRM that is used in an automated space warehouse. In view of the store and fetch characteristic in the Automated High-rise Storage .The paper had carried on the equipmentselection and the parameter computation o

4、n the hardware of Storage and Retrieval Machine,haddrawn the electrical principle diagram.The design of control system for SRM is discussed .The program of the PLC is also given. KEY WORDS : SRMPLC technologycontrol system 目錄 1 緒論 3 1.1 自動化立體倉庫系統(tǒng)概述 4 1.1.1 堆垛機(jī)的分類 4 1.1.2 堆垛機(jī)的組成 4 1. 2

5、 課題的背景及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 6 1.1.1 課題背景 6 1.1.2 堆垛機(jī)系統(tǒng)在國內(nèi)外的研究狀況 6 1.3 本課題的研究目的及主要研究內(nèi)容 7 2 堆垛機(jī)系統(tǒng)的方案設(shè)計 7 2.1 堆垛機(jī)系統(tǒng) 8 2.2 堆垛機(jī)控制系統(tǒng)的功能要求 9 2.3 堆垛機(jī)的速度控制方案 10 2.3.1 變頻調(diào)速技術(shù)的優(yōu)點(diǎn) 10 2.3.2 變頻器的基本結(jié)構(gòu) 11 2.3.3 變頻調(diào)速的工作原理 11 2. 4 系統(tǒng)主控制器的選擇方案設(shè)計 12 1.1.1 PLC 簡介 12 1.1.2 PLC 各部分功能 14 1.5 堆垛

6、機(jī)的定位控制方案 15 1.6 本章小結(jié) 15 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計 17 3.1 堆垛機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 17 3.2 電動機(jī)的選型 18 3.3 變頻器的選型 19 3.3.1 VS-616G5 型變頻器的特點(diǎn) 19 3.3.2 VS-616G5 型變頻器的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格 19 3.3.3 VS-616G5 型變頻器的端子配備 19 3.3.4 變頻器的容量計算 21 3.3.5 PG 速度控制卡的選擇 22 3.3.6 變頻器制動電阻參數(shù)的計算 23 3.4 PLC 的選型 23 3.4.1 FX-2N 系列 PLC的特點(diǎn)

7、 23 3.4.2 機(jī)型的配置 24 3.5 堆垛機(jī)控制系統(tǒng)其它主要硬件的選取 24 3.5.1 旋轉(zhuǎn)編碼器 24 3.5.2 光電開關(guān) 25 3.5.3 電磁閘 25 3.5.4 斷路器、接觸器 26 3.6 堆垛機(jī)控制系統(tǒng)的電氣原理圖 26 4 堆垛機(jī)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 27 4.1 程序設(shè)計軟件 27 4.2 機(jī)型的配置及 I/O 點(diǎn)數(shù)的分配 28 4.3 堆垛機(jī)控制系統(tǒng)程序設(shè)計 29 結(jié)論 36 致謝 37 附錄 39 附錄 1 39 附錄 2 錯誤!未定義書簽。 1 緒論 自動化立體倉庫

8、是物料搬運(yùn)、倉儲科學(xué)的一門綜合科學(xué)技術(shù)工程。它以高層立體貨架 為主要標(biāo)志,以成套先進(jìn)的搬運(yùn)設(shè)備為基礎(chǔ),以先進(jìn)的計算機(jī)控制技術(shù)為主要手段,是實(shí) 現(xiàn)搬運(yùn)、存取機(jī)械化、自動化,儲存管理現(xiàn)代化的新型倉庫。它具有占地面積小、儲存量 大、周轉(zhuǎn)快的優(yōu)點(diǎn),是集信息、存儲、管理于一體的高技術(shù)密集型機(jī)電一體化產(chǎn)品。將自 動化立體倉庫應(yīng)用在立體庫中,利用它自身的優(yōu)勢,可以實(shí)現(xiàn)貨物的自動存取 .上橫梁2. 載貨臺8. 電氣柜9.下橫梁 圖1-1 堆垛機(jī)結(jié)構(gòu)圖 (l)機(jī)架 堆垛機(jī)的機(jī)架由立柱、上橫梁和下橫梁組成一個框架。整機(jī)結(jié)構(gòu)高而窄。機(jī)架可以分 】2 L 1.1 自動化立體倉庫系統(tǒng)概述 1.1.1 堆

9、垛機(jī)的分類 堆垛機(jī)是自動化立體倉庫中貨物進(jìn)出倉庫的主要執(zhí)行設(shè)備。 按規(guī)模進(jìn)行分類,高度10m 以下的為低層型,10?20m的為中層型,20m以上的為高層型。按驅(qū)動方式分類,分為下 部驅(qū)動式、上部驅(qū)動式和上下部驅(qū)動式三種。 就結(jié)構(gòu)而言,高度在6m以下的小型堆垛機(jī)一般是桅桿式的,而高度大于 6m的堆垛 機(jī)則一般采用箱式框架結(jié)構(gòu)形式。 堆垛機(jī)的動作可分為單循環(huán)和復(fù)合循環(huán)兩種。前者是分別實(shí)現(xiàn)入庫動作和出庫動作后 者可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)出入庫動作。 堆垛機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)方式可分為自動操作和手動操作兩種。高級機(jī)種中還有一種是手動定位 停止,貨物的出入庫可以采取自動或半自動的形式 3]4]o 1.1.2 堆垛機(jī)的

10、組成 巷道式堆垛機(jī)基本結(jié)構(gòu)一般主要由機(jī)架、運(yùn)行機(jī)構(gòu)、起升機(jī)構(gòu)、載貨臺、貨叉、電氣 松繩及過載保護(hù)裝置 3. 立柱 4. 提升機(jī)構(gòu)5 .運(yùn)行機(jī)構(gòu)6.伸縮貨叉 7. 設(shè)備以及各種安全保護(hù)裝置等部分組成(如圖 1所示) 為單立柱和雙立柱兩種類型。雙立柱結(jié)構(gòu)的機(jī)架由兩根立柱和上、下橫梁組成一個長方形 的框架。這種結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛性都比較好,適用于起重量較大或起升高度比較高的場合。單 立柱式堆垛機(jī)機(jī)架只有一根立柱和一根下橫梁, 整機(jī)重量比較輕, 制造工時和材料消耗少, 結(jié)構(gòu)更加緊湊且外形美觀。堆垛機(jī)運(yùn)動時,司機(jī)的視野比較寬闊,但剛性稍差。由于載貨 臺與貨物對單立柱的偏心作用,以及行走、制動和

11、加速減速的水平慣性力的作用對立柱會 產(chǎn)生動、靜剛度方面的影響。當(dāng)載貨臺處于立柱最高位置時撓度和振幅達(dá)到最大值。這在 設(shè)計時需加以校核計算。 堆垛機(jī)的機(jī)架沿天軌運(yùn)行。 為防止框架傾倒, 上梁上裝有導(dǎo)引輪。 (2) 運(yùn)行機(jī)構(gòu) 運(yùn)行機(jī)構(gòu)主要由電動機(jī) ( 帶制動器 ) 、減速器、車輪組成。目前常采用的下部支承及驅(qū) 動的堆垛機(jī)。運(yùn)行機(jī)構(gòu)安裝在下橫梁一端,下部車輪為主動輪,另一端為被動輪。有時堆 垛機(jī)為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)巷道作業(yè),被動輪安裝在轉(zhuǎn)向輪座上,可以保證在轉(zhuǎn)巷道時有較小的回轉(zhuǎn) 半徑。 堆垛機(jī)的水平運(yùn)行速度:國內(nèi)最高達(dá)到100m/min,國外(日本)已達(dá)到160m/min.最低速 度4m/mi

12、n。目前運(yùn)行機(jī)構(gòu)一般都用變頻調(diào)速。 (3) 起升機(jī)構(gòu) 堆垛機(jī)的起升機(jī)構(gòu)由電動機(jī)、制動器、減速機(jī)、卷筒或鏈輪、鋼絲繩或鏈條以及滑輪 等零部件組成。 目前, 常用帶制動器的電機(jī)。 減速機(jī)的采用視傳動比需要和結(jié)構(gòu)布置而定。 蝸輪蝸桿減速器結(jié)構(gòu)緊湊、安裝簡單,但傳動效率較低。行星齒輪減速器則在電機(jī)軸方向 尺寸較大。目前,也常用專門生產(chǎn)的“三合一” (即電機(jī)、制動器、卷筒合一 ) 起升卷揚(yáng)機(jī) 構(gòu),它相對結(jié)構(gòu)緊湊。其它零部件如鋼絲繩、滑輪都選用標(biāo)準(zhǔn)件。 起升機(jī)構(gòu)速度:國內(nèi)最高達(dá)30m/min,國外(如日本)最高達(dá)40 48m/min。 起升機(jī)構(gòu)的調(diào)速 : 以前曾用過子母電機(jī)或變極電機(jī),目前

13、多用變頻調(diào)速。 (4)載貨臺 載貨臺是貨物單元承載裝置,通過鋼絲繩或鏈條與起升機(jī)構(gòu)聯(lián)結(jié)。載貨臺沿立柱上的 導(dǎo)軌升降。貨叉機(jī)構(gòu)安裝在載貨臺上,有司機(jī)室的堆垛機(jī),司機(jī)室也裝在載貨臺上。有揀 選功能的堆垛機(jī),揀選平臺也安裝在載貨臺上。載貨臺通常有一個剛性框架,為沿導(dǎo)軌運(yùn) 行而裝有導(dǎo)輪。 (5)貨叉伸縮機(jī)構(gòu) 貨叉伸縮機(jī)構(gòu)是堆垛機(jī)的主要工作機(jī)構(gòu),其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是能夠雙向伸出,以便向兩側(cè)貨 格送人 (取出 )貨箱??s回后,貨叉連同載貨臺一起隨大車在巷道內(nèi)運(yùn)行。為此,貨叉伸縮 機(jī)構(gòu)的設(shè)計要求是 :貨叉完全伸出后,其長度須為原來長度的兩倍以上。貨叉全收回后,結(jié) 構(gòu)尺寸需盡量小 。 貨叉伸縮速

14、度一般為 8—— 10m/min , 高的可達(dá) 30m/min 左右, 但通常需調(diào)速控制, 調(diào) 速范圍為 :30m/min —— 2m/min 。 (6) 電氣設(shè)備 主要包括電力拖動、控制、檢測和安全保護(hù)等強(qiáng)、弱電電氣設(shè)備,三個主要機(jī)構(gòu)的電 力拖動系統(tǒng),目前國內(nèi)外普遍采用變頻調(diào)速控制,從而滿足堆垛機(jī)高速運(yùn)行、換速平穩(wěn)、 低速停準(zhǔn)的要求。 檢測系統(tǒng)必須具有堆垛機(jī)自動認(rèn)址、 貨虛實(shí)探測、 貨箱位置檢查等功能 對堆垛機(jī)的控制,目前國內(nèi)外常用 PLC(可編程邏輯控制器)控制。PLC的模塊化結(jié)構(gòu) 以及遠(yuǎn)程通訊功能可以較好滿足堆垛機(jī)單機(jī)自動控制、 全自動 (整個倉庫系統(tǒng) )控制的要求。 (

15、7)安全及聯(lián)鎖機(jī)構(gòu) 堆垛機(jī)是一種起重機(jī)械,它要在又高又窄的巷道內(nèi)高速運(yùn)行。為了保證人身及設(shè)備的 安全,堆垛機(jī)必須配備完善的硬件及軟件的安全保護(hù)裝置,并在電氣控制上采取一系列聯(lián) 鎖和保護(hù)措施。 除了一般起重機(jī)常備的安全保護(hù)措施 (如各機(jī)構(gòu)的終端限位和緩沖、 電機(jī)過 熱和過電流保護(hù)、控制電路的零位保護(hù)等 )外,還應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要,增設(shè)各種保護(hù)。 主要的安全保護(hù)裝置有 : ①終端限位保護(hù)在行走、升降和伸縮的終端都設(shè)有限位保護(hù)。 ②聯(lián)鎖保護(hù)行走與升降時,貨叉伸縮驅(qū)動電路切斷;相反,貨叉縮時,行走與升降電路 切斷。行走與升降運(yùn)動可同時進(jìn)行。 ③正位檢測控制只有當(dāng)堆垛機(jī)在垂直和水平方向停準(zhǔn)時

16、,貨叉才能伸縮。即貨又運(yùn)動 是條件控制,以認(rèn)址裝置檢測到確已停準(zhǔn)的信息為貨叉運(yùn)動的必要條件。 ④載貨臺斷絕保護(hù)當(dāng)鋼絲繩斷裂時,斷絕保護(hù)機(jī)構(gòu)動作,機(jī)械夾軌上移,載貨臺被卡 在導(dǎo)軌上而阻止其墜落。正常工作時在彈簧力作用下夾軌塊、凸輪 ) 與導(dǎo)軌分離。 ⑤斷電保護(hù)載貨臺升降過程中若斷電,則采用機(jī)械式制動裝置使載貨臺停止不致墜 落。 ⑥聲光信號堆垛機(jī)開動前響鈴聲,或閃燈光,以警告巷道內(nèi)的檢修人員和過往行人引 起注意。 1.2 課題的背景及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1.2.1 課題背景 立體倉庫的產(chǎn)生和發(fā)展是現(xiàn)代物流體系發(fā)展的要求和信息技術(shù)進(jìn)步的結(jié)果。隨著立體 倉庫的越來越多,立體倉儲技術(shù)已

17、成為一門新興的學(xué)科。堆垛機(jī)是自動化倉庫的主要作業(yè) 機(jī)械,擔(dān)負(fù)著出庫,入庫等任務(wù),是立體倉庫的核心部件。自動化倉庫的發(fā)展就是以堆垛 機(jī)的發(fā)展為主要標(biāo)志的,目前巷道式堆垛機(jī)為主要發(fā)展方向。 1.2.2 堆垛機(jī)系統(tǒng)在國內(nèi)外的研究狀況 目前,堆垛機(jī)產(chǎn)品己經(jīng)走入系列化,運(yùn)行噪聲低,備有各種安全保護(hù)裝置,調(diào)速性能 好,一般都具有完善的貨物位置檢測和貨物尺寸檢測等功能。國外立體倉庫普遍采用抗干 擾能力強(qiáng)、工作可靠的可編程控制器來控制巷道堆垛機(jī)以及出入庫系統(tǒng),并且用計算機(jī)進(jìn) 行貨位管理和庫存管理,倉庫管理計算機(jī)與上級管理機(jī)聯(lián)網(wǎng)并能與控制系統(tǒng)相接,實(shí)現(xiàn)在 線控制。而在堆垛機(jī)方面,不斷推出具有新的

18、物理外形和更高性能的設(shè)備。最新的開發(fā)包 括提高電子和控制技術(shù),在使堆垛機(jī)具有更高定位精度的同時, 提高搜索能力和運(yùn)行速度, 以期獲得更短的操作周期和更大的生產(chǎn)能力。目前,巷道式堆垛機(jī)的起升速度己經(jīng)可以達(dá) 到90m/min ,運(yùn)行速度達(dá)到240m/min,貨叉伸縮速度達(dá)到30m/min。在有的高度較大的立 體倉庫中,已采用上、下兩層分別用巷道堆垛機(jī)進(jìn)行搬運(yùn)作業(yè)的方法提高出入庫的能力。 我國是從20世紀(jì)70年代初期開始研究采用巷道式堆垛機(jī)的立體倉庫。 1980年,由北 京機(jī)械工業(yè)自動化研究所等單位研制建成了我國第一座自動化立體倉庫,并在北京汽車制 造廠投產(chǎn)。從此以后,立體倉庫在我國得到了迅速的

19、發(fā)展。目前,浙江海通集團(tuán)是國內(nèi)最 早建造2000噸立體自動化低溫冷庫的企業(yè),其中采用了由電腦程序控制、5臺自動巷道堆 垛機(jī)無人操作自動進(jìn)出庫等先進(jìn)技術(shù)。 目前,在國內(nèi)立體倉庫堆垛機(jī)的驅(qū)動機(jī)構(gòu)中,電機(jī)減速機(jī)普遍采用德國、日本、意大 利的產(chǎn)品,也有少數(shù)采用國內(nèi)的電機(jī)減速機(jī)。由于堆垛機(jī)是立體倉庫中最重要的運(yùn)輸設(shè)備, 各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)和綜合性能的要求都非常嚴(yán)格,如無故障率應(yīng)大于 97%,停準(zhǔn)精度士 10mm, 以及噪音要求等。這就要求電機(jī)減速機(jī)的可靠性非常高。因此,現(xiàn)階段在驅(qū)動機(jī)構(gòu)中電機(jī) 減速機(jī)的選用上,多選用國外先進(jìn)的產(chǎn)品,以保證堆垛機(jī)的整機(jī)性能。 隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展,堆垛機(jī)技術(shù)在不斷地提高和

20、完善。世界主要工業(yè)國家都把 著眼點(diǎn)放在開發(fā)性能可靠的新產(chǎn)品和采用高新技術(shù)上,更加注重實(shí)用性和安全性 [10]。因 此,我們應(yīng)當(dāng)看到自身與世界先進(jìn)技術(shù)的差距,總結(jié)經(jīng)驗(yàn),找出不足,打破傳統(tǒng)思路推出 具有新的外形和更高性能的堆垛機(jī)。在使堆垛機(jī)具有更高定位精度的同時,提高運(yùn)行速度, 以獲得更短的操作周期和更大的生產(chǎn)能力。相信通過我們的不斷努力,更加高速、安全、 可靠的堆垛機(jī)將不斷從國外引進(jìn)消化到國內(nèi),使我國的堆垛機(jī)技術(shù)發(fā)展到一個新的階段 91 0 1.3 本課題的研究目的及主要研究內(nèi)容 綜合運(yùn)用交流變頻調(diào)速、PLC控制、位置檢測等技術(shù),為堆垛機(jī)的正常運(yùn)行設(shè)計一套 比較完整的控制系統(tǒng),使其更好地

21、擔(dān)負(fù)起出、入庫的任務(wù)。具體包括以下內(nèi)容: (1)通過對堆垛機(jī)現(xiàn)有的運(yùn)行速度曲線進(jìn)行的分析研究,設(shè)計出一種適合本系統(tǒng)的堆 垛機(jī)速度曲線模型,確定變頻器的控制參數(shù),構(gòu)建交流變頻調(diào)速控制系統(tǒng); (2)在堆垛機(jī)的位置檢測方面,綜合運(yùn)用旋轉(zhuǎn)編碼器、 PG卡以及利用PLC中的高速計 數(shù)器單元,來實(shí)現(xiàn)對于堆垛機(jī)位置的精確控制; (3)根據(jù)堆垛機(jī)的實(shí)際工作情況,對 PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計。運(yùn)用流程圖法,建立各 運(yùn)動階段的流程圖,編制出控制程序,使 PLC控制系統(tǒng)更加完善,更好地控制整個系統(tǒng)的 運(yùn)行。 2堆垛機(jī)系統(tǒng)的方案設(shè)計 本章詳細(xì)描述了堆垛機(jī)的控制系統(tǒng),著重論述了如何對堆垛機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行方案設(shè)

22、計,分別從堆垛機(jī)的速度控制、系統(tǒng)主控制器的選擇及堆垛機(jī)的定位控制方案三個方面進(jìn) 行闡述。 2.1堆垛機(jī)系統(tǒng) 目前,堆垛機(jī)的控制方式大致可以分為手動操作、半自動控制、全自動控制、遠(yuǎn)距離 控制與計算機(jī)控制等。計算機(jī)控制的控制系統(tǒng),考慮到備用情況,一般由三級組成。最低 一級是利用堆垛機(jī)上的控制盤手動操作,其次是為了遙控利用安置在地上的控制盤的數(shù)字 開關(guān)進(jìn)行操作,最高一級采用計算機(jī)控制,三級可以轉(zhuǎn)換運(yùn)轉(zhuǎn)。如圖 2-1所示。 計算機(jī) 八 _k 址垛機(jī) 地面控制盤 地面總控制盤<一 堆垛機(jī) 地面控制盤 機(jī)上 控制盤 機(jī)上 控制盤 輸出裝置 輸出裝置 圖2—1 SRMC系統(tǒng)

23、采用遙控時,也必須具有低級的手動操作功能,采用自動控制時使用機(jī)上控制盤,但 控制方法,在本質(zhì)上與遙控基本相同,因此以遙控為中心來敘述堆垛機(jī)的控制系統(tǒng)。 圖2-2所示為在自動運(yùn)轉(zhuǎn)情況下以及特殊情況下的堆垛機(jī)作業(yè)循環(huán)的作業(yè)流程圖堆 垛機(jī)按行走、升降、貨叉伸縮等三種操作,根據(jù)指令自動定位,進(jìn)行叉取作業(yè)。 當(dāng)用戶發(fā)出存貨要求時,系統(tǒng)根據(jù)倉庫貨位情況,給出貨物的存放地址,上位機(jī)根據(jù) 堆垛機(jī)的當(dāng)前位置,經(jīng)過貨位地址變換,給出相對于堆垛機(jī)當(dāng)前位置的貨位地址,發(fā)出存 貨指令給堆垛機(jī)。堆垛機(jī)控制系統(tǒng)接收信號后,在貨物輸入口接收貨物,堆垛機(jī)行走,同 時載貨臺沿立柱作升降運(yùn)動。當(dāng)運(yùn)動到達(dá)目的貨位時,貨叉開始伸縮

24、運(yùn)動,執(zhí)行存貨操作, 完成操作后在此位待命或返回至規(guī)定位置。 初始化 正常運(yùn)行 點(diǎn)動檢修 后例行走 按給定速度曲線運(yùn)動 是看到位 存貨 返回起始點(diǎn) 機(jī)的開 2.2堆垛機(jī)控制系統(tǒng)的功能要求 堆垛機(jī)系統(tǒng)是立體倉庫貨物存取任務(wù)的最終執(zhí)行者,其主要運(yùn)動包括 (1)堆垛機(jī)沿貨架巷道(列方向)的前后高低速運(yùn)動; 圖2 - 2堆垛機(jī)系統(tǒng)自動運(yùn)轉(zhuǎn)流程圖 當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時,用戶需對

25、系統(tǒng)進(jìn)行檢修,可以通過控制面板上的按鈕進(jìn)行堆垛 (2)堆垛機(jī)沿立柱(層方向)的上下升降運(yùn)動; (3)安裝在堆垛機(jī)載貨臺上的貨叉機(jī)構(gòu)的伸縮運(yùn)動 13】15】。 因此,堆垛機(jī)控制系統(tǒng)的功能主要應(yīng)包含以下幾方面的內(nèi)容: (1)自動控制功能:運(yùn)用地面控制臺系統(tǒng),完成貨物的自動出入庫任務(wù)。此時可以接 受地面控制臺的各種命令操作,如:入庫、出庫、運(yùn)行到目標(biāo)列層、進(jìn)、退、升、降等; (2)手動控制功能:僅能通過控制面板的按鈕進(jìn)行進(jìn)、退、升、降、急停等控制操作 此功能主要用于系統(tǒng)的檢修與調(diào)試; (3)安全保護(hù)功能:實(shí)時監(jiān)測各關(guān)鍵器件的使用情況及系統(tǒng)的運(yùn)行情況,出現(xiàn)故障時 及時報警。對于以上的各

26、種控制功能,主要應(yīng)由以下幾個方面來完成: (1)速度控制:堆垛機(jī)工作時在各種方向上的運(yùn)行速度; (2)定位控制:以適合的速度運(yùn)行并精確地定位在貨格或入出庫口處; (3)通訊功能:與上位機(jī)及其它倉庫設(shè)備的通訊; (4)保護(hù)功能:具有一定機(jī)械和電氣方面的保護(hù)功能; (5)人機(jī)界面:通過I/O設(shè)備,提供本機(jī)狀態(tài)信息或遙控操作 同。 2.3堆垛機(jī)的速度控制方案 在果蔬氣調(diào)立體倉庫中,交流異步電動機(jī)是堆垛機(jī)系統(tǒng)中的驅(qū)動部件。一般情況下, 其調(diào)速方式分為:電機(jī)減速器調(diào)速、變極調(diào)速、用阻調(diào)速、用極調(diào)速、滑差電機(jī)調(diào)速和變 頻調(diào)速等。用減速器進(jìn)行調(diào)速,調(diào)速設(shè)備不僅體積大,調(diào)速效率低,而且容易發(fā)生機(jī)

27、械故 障。其它幾種調(diào)速方法與變頻調(diào)速方法相比,使用起來又非常不便。隨著對于電動機(jī)調(diào)速 性能要求的逐步提高,變頻調(diào)速技術(shù)得到了長足的發(fā)展 17]18 ]0 2.3.1 變頻調(diào)速技術(shù)的優(yōu)點(diǎn) 變頻調(diào)速技術(shù)是一門綜合性的技術(shù),它建立在控制技術(shù)、電子電力技術(shù)、微電子技術(shù) 和計算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上。與傳統(tǒng)的交流拖動系統(tǒng)相比,利用變頻器對交流電動機(jī)進(jìn)行調(diào)速 控制,有許多優(yōu)點(diǎn),如:調(diào)速范圍廣、輸出平滑性好、機(jī)械特性較硬、能很好地實(shí)異步電 動機(jī)的無級調(diào)速、可實(shí)現(xiàn)有效的節(jié)能、可方便地進(jìn)行包轉(zhuǎn)矩調(diào)速和包功率調(diào)速等。尤其當(dāng) 電機(jī)帶動較大負(fù)載啟動時,會有較大的沖擊電流,若采用變頻器控制,可以實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的 軟啟動,減小沖

28、擊電流,從而解決了大負(fù)載的啟動問題。另外,變頻器還具有很強(qiáng)的保護(hù) 功能,在電機(jī)運(yùn)行過程中能隨時檢測到各種故障, 并顯示故障類別(如電網(wǎng)瞬時電壓降低, 電網(wǎng)缺相,直流過電壓,功率模塊過熱,電機(jī)短路等) ,并立即封鎖輸出電壓。這種自我 保護(hù)的功能,不僅保護(hù)了變頻器,還保護(hù)了電機(jī) 18]20 ]0 綜上所述,變頻調(diào)速技術(shù)不僅在性能上大大優(yōu)于以往的交流電機(jī)調(diào)速方式,并且將會 逐步取代直流電機(jī)的調(diào)速方式,用交流異步電機(jī)取代直流電機(jī),將會使調(diào)速系統(tǒng)變得更加 簡單。 2.3.2 變頻器的基本結(jié)構(gòu) 變頻器是把工頻電流(50HZ或60HZ)變換成各種頻率的交流電流,以實(shí)現(xiàn)電機(jī)變速 運(yùn)行的設(shè)備。變頻器一般

29、由控制電路和主電路構(gòu)成。控制電路包括主控制電路、信號檢測 電路、門極驅(qū)動電路、外部接口電路以及保護(hù)電路等幾個部分,是變頻器的核心部分。控 制電路的優(yōu)劣決定了變頻器性能的優(yōu)劣。控制電路的主要作用是完成對逆變器的開關(guān)控 制、對整流器的電壓控制以及完成各種保護(hù)功能,從而實(shí)現(xiàn)對主電路的控制。圖 2—3所 示為通用變頻器的結(jié)構(gòu)原理19 aL 圖2 —3變頻器的構(gòu)成 變頻器的主電路,包括整流電路和逆變電路兩部分。其中,整流電路是把輸入到變頻 器的工頻交流電變換成直流電,且對直流電進(jìn)行平滑濾波,然后逆變電路再將此直流電變 換成實(shí)際需要的各種頻率的交流電,從而驅(qū)動電動機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。 2.3.3 變

30、頻調(diào)速的工作原理 當(dāng)在一臺三相異步電動機(jī)的定子繞組上加上三相交流電壓時,該電壓將產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn) 磁場,其速度由定子電壓的頻率所決定。當(dāng)磁場旋轉(zhuǎn)時,位于該磁場中的轉(zhuǎn)子繞組將切割 磁力線,并在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生相應(yīng)的感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流,而此感應(yīng)電流又將受到旋轉(zhuǎn) 磁場的作用而產(chǎn)生電磁力,即轉(zhuǎn)矩,使轉(zhuǎn)子跟隨旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)。當(dāng)將三相異步電動機(jī)繞組 的任意兩相進(jìn)行交換時,所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場的方向?qū)l(fā)生改變。因此,電動機(jī)的轉(zhuǎn)向也將 發(fā)生改變22123 L 異步電動機(jī)定子磁場的轉(zhuǎn)速被稱為異步電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速,其同步轉(zhuǎn)速由電動機(jī)的 磁極對數(shù)和電源頻率所決定: n0 =60f /p 式(2.1) 式中:n0 電機(jī)

31、的同步轉(zhuǎn)速 f- 供電電源頻率(Hz) P 電機(jī)定子磁極對數(shù) 一般情況下,異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速總是小于其同步轉(zhuǎn)速,異步電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速可由下 式給出: n =n0(1 —s) =60f (1—s)/p 式(2.2) 式中:n 電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速 s 轉(zhuǎn)差率(同步電動機(jī)時,s=0) 由式(2-2)可知,若改變參數(shù)f, s中的任意一個就可以改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速,即對異步電 動機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制。因此,可以通過改變該電源的頻率來實(shí)現(xiàn)對異步電動機(jī)的調(diào)速控制。 從某種意義上說,變頻器就是一個可以任意改變頻率的交流電源。 綜上所述,采用改變供電電源頻率的調(diào)速方法,從本質(zhì)上講,是一種無級、平滑而又 經(jīng)濟(jì)的調(diào)速方法

32、。變頻時使電壓按不同規(guī)律變化,可以實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩或恒功率調(diào)速,以實(shí)現(xiàn) 不同負(fù)載的要求,這些均早已被人們所認(rèn)識和掌握。隨著可控硅靜止變頻裝置的出現(xiàn),解 決了運(yùn)行性能較為理想的變頻電源問題,使異步電動機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)獲得了進(jìn)一步的發(fā) 展,為其廣泛地應(yīng)用開辟了新的途徑,特別是較為理想地解決了普通鼠籠式電動機(jī)的變頻 調(diào)速問題。 因此,在本堆垛機(jī)控制系統(tǒng)中,我們選擇變頻調(diào)速的方式對電動機(jī)進(jìn)行速度的控制。 2.4 系統(tǒng)主控制器的選擇方案設(shè)計 在當(dāng)今的工業(yè)控制領(lǐng)域,有相當(dāng)多的控制手段和設(shè)備,比如:繼電器控制、個人計算 機(jī)控制、單板機(jī)控制、集散控制系統(tǒng)(DCS以及可編程控制器(PL。控制等等。 PLC的梯形

33、圖與繼電器控制線路圖十分相似, 同時,信號的輸入/輸出形式及控制功能 也是相同的,但兩種控制方式又有不同之處。 PLC在性能上比繼電器控制邏輯優(yōu)異,特別 是可靠性高、設(shè)計施工周期短、調(diào)試修改方便,而且體積小、功耗低、使用維護(hù)方便,但 價格高于繼電器。與個人計算機(jī)相比,PLC是一種用于工業(yè)自動化控制的專用微機(jī)控制系 統(tǒng),結(jié)構(gòu)簡單,抗干擾能力強(qiáng),價格也較低。單板機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、價格低,在數(shù)據(jù)采集與處 理等方面優(yōu)于PLG但不如PLC容易掌握,抗干擾性能也較差。集散控制系統(tǒng)在回路調(diào)節(jié)、 模擬量控制方面較 PLC有一定優(yōu)勢,但PLC在開關(guān)量控制、順序控制等方面又優(yōu)于前者 24 旭5 1 0 綜上所述,

34、可編程控制器作為一種專門在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運(yùn)算操作的電 子裝置,具有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。 2.4.1 PLC 簡介 2.4.1.1 PLC 的定義 可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller )簡稱PLG主要用于順序控制, 雖然采用了計算機(jī)的設(shè)計思想,但實(shí)際上只能進(jìn)行邏輯運(yùn)算。 PLC是專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置, 是帶有存儲器, 可以編制程序的控制器。它能夠存儲和執(zhí)行指令,進(jìn)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時、計數(shù) 和算術(shù)等操作,通過數(shù)字式和模擬式的輸入輸出,控制各種類型的機(jī)械和生產(chǎn)過程。 PLC 易于擴(kuò)展其功能的原則

35、設(shè)計。 及其有關(guān)的外圍設(shè)備,都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一體, 事實(shí)上,PLC就是以嵌入式CPU»核心,配以I/O等模塊,可以方便地用于工業(yè)控制 領(lǐng)域的裝置。因此PLC實(shí)際上就是:“工業(yè)專用計算機(jī)”。其硬件結(jié)構(gòu)與微機(jī)室基本一致。 其基本結(jié)構(gòu)如下圖所示。 指示燈 圖2-4PLC系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) 接觸器 繼電器 2.4.1.2 PLC 工作原理 PLC采用巡回掃描的工作機(jī)制,經(jīng)過輸入采樣階段、程序執(zhí)行階段、輸出刷新階段, 這 是一個掃描周期,PLC就是這樣周而復(fù)始的執(zhí)行掃描周期的,簡單的說, PLC是系統(tǒng)程序 的管理下,依據(jù)用戶程序的安排,結(jié)合輸入信號的變化,確定輸出口

36、工作的,當(dāng)然這不是 其全部內(nèi)容,全部內(nèi)容要復(fù)雜一些. 2.4.1.3 PLC 的特點(diǎn) 抗干擾能力強(qiáng),可靠性高;控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單,通用性強(qiáng);編程方便,易于擴(kuò)展;功 能完善;設(shè)計、施工、調(diào)試的周期短;體積小維護(hù)方便,能耗低。 2.4.1.4 PLC 的性能 (1)硬件指標(biāo) 硬件指標(biāo)主要包括環(huán)境溫度、環(huán)境濕度、抗震、抗沖擊、抗噪聲干擾、耐壓、接地要 求和使用環(huán)境等。由于PLC是專門為適應(yīng)惡劣的工業(yè)環(huán)境而設(shè)計的, 因此PLC一般都能滿 足以上硬件指標(biāo)的要求。 (2)軟件指標(biāo) 編程語言 不同的PLG具有不同的編程語言。常用的編程語言有梯形圖、語句表、 功能塊圖3種。 用戶存儲器容量和類

37、型 用戶存儲器用來存儲用戶通過編程器輸入的程序。其存儲容 量通常以字、步或KB為單位計算。常用的用戶存儲器類型有 RAM EEPRAMEPRAM3。 I/O總數(shù) PLC有開關(guān)量和模擬量兩種I/O。對開關(guān)量I/O總數(shù),通常用最大I/O點(diǎn)數(shù) 表示;對模擬量 I/O 總數(shù),通常用最大 I/O 通道表示。 指令數(shù) 用來表示PLC的功能。一般指令越多,其功能越強(qiáng)。 軟元件的種類和點(diǎn)數(shù) 指輔助繼電器、定時器、狀態(tài)、數(shù)據(jù)寄存器和各種特殊繼電器 等。 掃描速度 以“ s/步”表示。PLC的掃描速度越快,其輸出對輸入的響應(yīng)越快。 2.4.1.5 PLC的發(fā)展趨勢 PLC總的發(fā)展趨勢向高集成度、小體

38、積、大容量、高速度、易使用、高性能方向發(fā)展。 具體有以下幾方面:向小型化、專用化、低成本方向發(fā)展;向大容量;向高速度方向發(fā)展; 智能型I/O模塊的發(fā)展;基于PC的編程軟件取代編程器;PLC®程語言標(biāo)準(zhǔn)化;PLC通信 易用化;組態(tài)軟件與PLC的軟件化;PLCf現(xiàn)場總線相結(jié)合。 2.4.2 PLC 各部分功能 2.4.2.1 中央處理單元( CPU) CPU的主要任務(wù)有控制用戶程序和數(shù)據(jù)的接收與存儲;用掃描的方式通過 I/O部件接 受現(xiàn)場信號的狀態(tài)或數(shù)據(jù),并存入輸入映像寄存器或數(shù)據(jù)存儲器中;診斷 PLC內(nèi)部電路的 工作故障和語法錯誤。 2.4.2.2 存儲器 PLC的存儲

39、器包括系統(tǒng)存儲器和用戶存儲器兩部分。 系統(tǒng)存儲器用來存放有PLC生產(chǎn)廠家編寫的系統(tǒng)程序,使 PLC具有基本功能,用戶不 能直接改寫。 用戶存儲器包括用戶程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器兩部分,用來存放用戶針對具體控制任 務(wù),使用規(guī)定的PLC編程語言編寫的各種用戶程序。 2.4.2.3 輸入輸出單元 PLC的輸入和輸出信號類型可是開關(guān)量、模擬量和數(shù)字量。輸入/輸出單元從廣義上包 括兩部分:一是與控制設(shè)備相連接的接口電路,另一部分是輸入和輸出的映像寄存器。 輸入單元用來接收來自用戶的各種信號,如限位開關(guān)、操作按鈕、選擇開關(guān)、行程開 關(guān)以及其他一些傳感器信號。通過接口電路將這些信號轉(zhuǎn)換成中央處理器

40、能夠識別處理的 信號,并存到輸入映像寄存器。運(yùn)行時 PLC從輸入映像寄存器讀取輸入信號并進(jìn)行處理, 將處理結(jié)果放到輸出映像寄存器。輸出映像寄存器有輸出點(diǎn)相應(yīng)的觸發(fā)器組成,輸出接口 電路將其由弱電控制信號轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場需要的強(qiáng)電信號輸出,以驅(qū)動電磁閥、接觸器、指示 燈等被控設(shè)備的執(zhí)行文件。 2.4.2.4 電源部分 PLC一般使用220V的交流電源,內(nèi)部的開關(guān)電源為PLC的中央處理器、存儲器等電路 提供5V、12V、24V等直流電源,使PLC能正常工作 2.4.2.5 擴(kuò)展接口 擴(kuò)展接口用于將擴(kuò)展單元以及功能模塊與基本單元相連,使 PLC的配置更加靈活以滿 足不同控制系統(tǒng)的需要。

41、2.5 堆垛機(jī)的定位控制方案 采用光電編碼器的位移定位方法 光電編碼器分為絕對脈沖編碼器(APC和增量脈沖編碼器(SPC,兩者一般都作為 速度控制或位置控制系統(tǒng)的檢測元件。編碼器分為單路輸出和雙路輸出兩種。單路輸出是 指旋轉(zhuǎn)編碼器的輸出是一組脈沖,而雙路輸出的旋轉(zhuǎn)編碼器輸出兩組相位差 90度的脈沖, 通過這兩組脈沖不僅可以測量轉(zhuǎn)速,還可以判斷旋轉(zhuǎn)的方向。 當(dāng)采用光電編碼器進(jìn)行位移定位時,由于堆垛機(jī)的運(yùn)行是由曳引電動機(jī)來拖動的,因 此曳引電動機(jī)正反轉(zhuǎn)動的角度也就決定了它所移動的距離,如圖 2-5所示。 在曳引電動機(jī)軸上安裝一個光電盤,盤上同一圓周上均勻地打上許多小孔,曳引電動 機(jī)旋轉(zhuǎn)時

42、,光電盤也跟著旋轉(zhuǎn),光電編碼器根據(jù)轉(zhuǎn)過小孔的數(shù)量,發(fā)出相應(yīng)數(shù)量的脈沖信 號,這樣只要計算出脈沖數(shù),就可知道堆垛機(jī)運(yùn)行的距離,也就是堆垛機(jī)的實(shí)際位置。 接收器 目前,PLC一般都具有高速脈沖輸入端或?qū)S糜嫈?shù)單元,可用編碼器測取堆垛機(jī)運(yùn)行 過程中的準(zhǔn)確位置,并可直接與 PLC的高速脈沖輸入端相連,利用高速記數(shù)器的功能指令 能很方便地實(shí)現(xiàn)堆垛機(jī)的定位。 由以上的介紹,我們可以看出,安裝限位開關(guān)的定位方法,不僅廢工廢料,而且每個 開關(guān)的實(shí)際安裝距離,均不可避免地存在一定量的誤差,使得系統(tǒng)的安裝調(diào)試變得復(fù)雜, 定且定位質(zhì)量難以保證。一旦系統(tǒng)要求改造,又要重新進(jìn)行安裝工作。而采用旋轉(zhuǎn)編碼器

43、的位移定位方法,通過其發(fā)出的脈沖數(shù)可以很容易地確定堆垛機(jī)的當(dāng)前位置,再經(jīng)過給定 速度曲線的計算,得出變頻器應(yīng)當(dāng)輸出的頻率來進(jìn)行調(diào)速,這種堆垛機(jī)的位移定位方法具 有定位精度高、適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn),因此,我們采用此方案。 2.6 本章小結(jié) 本章針對立體倉庫中堆垛機(jī)的控制系統(tǒng)進(jìn)行了方案設(shè)計。在速度控制方案方面,選取 當(dāng)前應(yīng)用范圍非常廣泛的變頻調(diào)速技術(shù),它所具有的調(diào)速范圍廣、輸出平滑性好、機(jī)械特 性較硬、可實(shí)現(xiàn)異步電動機(jī)的無級調(diào)速以及可以進(jìn)行恒轉(zhuǎn)矩和恒功率調(diào)速等優(yōu)點(diǎn),使它完 全可以勝任本設(shè)計中的速度控制要求。系統(tǒng)主控制器選擇了在工業(yè)環(huán)境中廣受歡迎的可編 程控制器(PL。,并結(jié)合本設(shè)計的實(shí)際要求

44、,設(shè)計了相應(yīng)的 PLC控制系統(tǒng)。最后,在綜合 比較了多種堆垛機(jī)的定位方法后,選擇了定位精度更高,控制方法更加靈活的光電編碼器 的位移定位方法。最終,設(shè)計了一套比較合理的堆垛機(jī)控制系統(tǒng)方案。 3系統(tǒng)硬件設(shè)計 通過前面對于堆垛機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計,本章將詳細(xì)分析系統(tǒng)中各個組成硬件的原理與特 點(diǎn),并根據(jù)庫中的實(shí)際工作環(huán)境,選擇適合本系統(tǒng)的設(shè)備型號以及參數(shù),完成堆垛機(jī)控制 系統(tǒng)的硬件設(shè)計,最后設(shè)計出電氣原理圖。 3.1 堆垛機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) ??一相電源 控制怡號 反饋括號 計數(shù)味沖 C Il T ? 圖3-1硬件結(jié)構(gòu)框圖 圖3-1為采用可編程控制器(PL。作為主控制器的立體庫的堆

45、垛機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框 圖14 L 一臺作為上位監(jiān)控機(jī)的計算機(jī)通過 RS232Gg 口與PLC相連,可以對整個系統(tǒng)進(jìn)行全 面的監(jiān)控管理。拖動系統(tǒng)主要由三相交流電源、變頻器、交流接觸器 K1、K2和驅(qū)動電動 機(jī)M等幾部分構(gòu)成,與電動機(jī)同軸聯(lián)接的旋轉(zhuǎn)編碼器 PG產(chǎn)生A B兩相輸出脈沖,經(jīng)PG卡 進(jìn)入變頻器,形成速度反饋。為使 PLC對變頻器進(jìn)行有效的速度閉環(huán)控制,PLC與變頻器 之間還存在如下的信號傳輸。 (1) : PLC發(fā)往變頻器的控制信號主要有: ①PLC僉測系統(tǒng)工作正常,允許變頻器工作的信號; ②堆垛機(jī)運(yùn)行方向的信號; ③堆垛機(jī)運(yùn)行速度的信號; ④堆垛機(jī)減速及平層停車信號。

46、(2):變頻器反饋給PLC的信號主要有: ①變頻器正常工作狀態(tài)信號(變頻器無報警輸出,允許 PLC控制其運(yùn)行); ②堆垛機(jī)速度信號; ③速度一致信號(變頻器上的速度指令與電動機(jī)實(shí)際運(yùn)行速度相匹配) ; ④減速及停車狀態(tài)信號。 圖3—1中,從變頻器的分頻器引入 PLC的計數(shù)脈沖,通過高速計數(shù)器的脈沖計數(shù), 可實(shí)現(xiàn)對堆垛機(jī)位移的精確控制 3.2 電動機(jī)的選型 本設(shè)計中電機(jī)應(yīng)滿足以下要求: 自重:m1=4800 kg 載重:m2=700 kg 提升重量:m3=1200 kg 水平額定速度:V1=0.5 m/s 水平加減速率:a1=1.5 m/s2 垂直額定速度:V2=0.5 m

47、/s 垂直加減速率:a2=1.5 m/s2 行走輪徑:D=300mm 軸徑:d=60mm 貨叉伸縮速度:V3=0.2 m/s 根據(jù)本系統(tǒng)的實(shí)際情況,要完成堆垛機(jī)的出入庫貨物存取工作,擬選取水平、垂直、 貨叉伸縮共3臺電機(jī)。 首先,在選用電動機(jī)前應(yīng)當(dāng)考慮以下問題: (1)在機(jī)械與電氣方面對反復(fù)起動停止的操作都應(yīng)有充分的耐久性; (2)應(yīng)完全適合負(fù)載的速度與轉(zhuǎn)矩特性; (3)速度的可控性良好; (4)慣性矩小,體積小而且重量輕; (5)輸出軸的轉(zhuǎn)數(shù)應(yīng)適宜于減速裝置的結(jié)構(gòu); 通過分析水平運(yùn)行電機(jī)的各種運(yùn)行狀況,帶載加速功率應(yīng)當(dāng)是最大值,其計算如下: Pbl =(m1 +m2) x

48、ot xvmax /(I000xn) = 5700x1.5x 0.5/900 = 4.75Kw^(3.1) 對于垂直運(yùn)行電機(jī),其功率的計算如下: P=m3< gx Vmax/(1000 x 4 >9.8 :0.5/(1000 0B)=6.13(kW)式 3.2) 通過計算分析可以清楚地發(fā)現(xiàn),堆垛機(jī)垂直方向的運(yùn)動較水平方向?qū)τ陔妱訖C(jī)的功率 要求更高,因此只要把垂直方向的電機(jī)功率選擇好,就可以滿足其它運(yùn)動對于電動機(jī)功率 的要求??紤]到可能發(fā)生的過載情況,對于垂直電機(jī)的選取,我們選擇 7.5kW的電動機(jī)。 而對于水平電機(jī)和貨叉電機(jī),選擇同樣的電機(jī)也是完全滿足要求的。因此,本設(shè)

49、計所選擇 的電動機(jī)主要參數(shù)如下: 電動機(jī)型號:Y型132M-4 額定功率:R -7.5Kw 額定轉(zhuǎn)速:ne =1440r/min 額定電流:1n =15.2A 3.3 變頻器的選型 變頻器的應(yīng)用主要有兩個方面:一方面是為了節(jié)能需要而進(jìn)行的變頻器的應(yīng)用;另一 方面是為了滿足生產(chǎn)工藝調(diào)速的要求而進(jìn)行的變頻器的應(yīng)用。對于果蔬氣調(diào)立體庫系統(tǒng)來 講,為了保證貨物的高效存取,堆垛機(jī)的運(yùn)行要求高速平穩(wěn),定位準(zhǔn)確,需要使用變頻器 來驅(qū)動水平、垂直電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn) 2”。 3.3.1 VS-616G5型變頻器的特點(diǎn) 本設(shè)計采用安川電機(jī)公司的 VS-616G5型全數(shù)字通用變頻器,它具有磁通矢量控制轉(zhuǎn) 差

50、補(bǔ)償、負(fù)載轉(zhuǎn)矩自適應(yīng)等一系列先進(jìn)功能,通過其本身的自動調(diào)諧功能與無速度傳感器 電流矢量控制,能較容易地得到高起動轉(zhuǎn)矩與較高的調(diào)速范圍,能最大限度地提高電機(jī)功 率因數(shù)和效率,同時降低了電機(jī)運(yùn)行損耗,實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)操作和精確控制。通過合理的配置、 設(shè)計和編程,可以滿足系統(tǒng)靜態(tài)和動態(tài)的性能要求,保證堆垛機(jī)按理想的速度曲線運(yùn)行, 達(dá)到較為理想的控制效果。 VS-616G5型變頻器的主要特點(diǎn)如下: (1)將無PG U/f控制、無PG矢量控制、有PG U/f控制、有PG矢量控制的四種控制方 式融為一體; (2)有豐富的內(nèi)藏與選擇功能; (3)由于采用了最新式的硬件,因此,功能全、體積??; (4)保護(hù)功

51、能完善、維修性能好; (5)通過LCD操作裝置,可提高操作性能。 3.3.2 VS-616G5型變頻器的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格 VS-616G5型變頻器的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格見表 3— 1。 3.3.3 VS-616G5型變頻器的端子配備 對于控制回路端子來說,1:正轉(zhuǎn)運(yùn)行/停止指令;2:反轉(zhuǎn)運(yùn)行/停止指令;3:外部故 障輸入;4:異常復(fù)位;5:主速/輔助切換(多段速指令1); 6:多段速指令2; 7:點(diǎn)動指 令;8:外部基極封鎖;9和10:運(yùn)行中信號;11:順控器控制輸入公共端;12:屏蔽線的 網(wǎng)線,選項(xiàng)接地線用端子; 表3—1 VS-616G5型變頻器的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格 項(xiàng) 目 規(guī) 格 電壓V

52、220V 400V 容量,也圍KVA 1.2 ?110KVA 1.4 ?460KVA 續(xù)表3-1 200V: 三相 200/208/220V 電壓頻率 400V: 三相 380/400/415/440/460V 電壓允許變動 +10% -15% 頻率允許變動 +5% 正弦波PW酷制: ①無傳感器矢量控制(無 PG 控制方式 ②帶傳感器矢量控制(帶 PG ③V/f控制 ④帶傳感器V/f控制(用參數(shù)切換) 啟動轉(zhuǎn)矩 15( %/1Hz( 無 PG} 150%/Or/min( 帶 PG) 速度控制范圍 1 :10

53、0( 無 PG) 1:1000( 帶 PG) 速度控制精度 ±0.2%(無 PG) 0.02%( 帶 PG) 速度響應(yīng) 5H z (無 PG 30Hz (帶 PG 轉(zhuǎn)矩極限 有 轉(zhuǎn)矩精度 ±5% 轉(zhuǎn)矩響應(yīng) 20Hz (無PG 以上 150Hz (帶PG以上 頻率控制范圍 0.1 ?400Hz 頻率精度 數(shù)令± 0.01% (— 10C?+ 400) (溫度變動) 模擬式指令± 0.1% (25C?士 100) 頻率設(shè)定分辨率 數(shù)字式指令 0.01Hz/100Hz (運(yùn)算分辨率) 模擬限令0.03Hz/60Hz 輸

54、出頻率分辨率 ? 0.01Hz 過我里 額定輸出電流的150%1min 頻率設(shè)定彳也 — 10V?10V, 0V?10V, 4m/V 20mA 加減速時間 0.01 ?6000.0s 制動轉(zhuǎn)矩 約20%帶制動選擇150% 抑制高次直流電抗器 ( 200V 24kVA 400V 26kVA 以卜可選擇) 諧波電源12相整流 不能變動 主要控制功能 瞬 停再起動,下降控制,轉(zhuǎn)矩控制,零點(diǎn)伺服控制等 操作裝置 16 字X2線日語液晶顯示器 接通插件板可選擇 16 種(最多可裝3塊) 保護(hù)功能 電機(jī)保護(hù),變頻器過載,瞬間過電流,電仃降, 過電壓,輸入缺相

55、 13和14:主速頻率指令;15: +15V電源輸出;16:多功能模擬量輸入;17:控制用公共 端;18、19和20:故障輸出信號;21:頻率表輸出;22:公共端;23:電流監(jiān)視;25: 零速檢出;26:速度一致檢出;27:開路集電極輸出公共端; 33: - 15V電源輸出。主回路端子的功能 見圖上相關(guān)文字說明。 3.3.4 變頻器的容量計算 變頻器作為電機(jī)的供電電源時,其最好要有很高的容量,此時允許電機(jī)像工頻供電那 樣,可以直接啟動(在變頻器的輸出側(cè)通斷電機(jī))。然而,考慮到變頻器的經(jīng)濟(jì)性及尺寸 大小等因素,過高地提高變頻器的容量是不可取的。變頻器容量的優(yōu)化選擇,會使其無故

56、 障完成驅(qū)動電機(jī)操作,這里首先要清楚以下內(nèi)容 19]。 (1)變頻器的容量 驅(qū)動電機(jī)的變頻器容量可以從操作方法決定的能量流動變化情況來進(jìn)行理解。 ①加速或恒速操作時 變頻器的效能是輸出電流,也就是變頻器能夠給電機(jī)提供多大電流。變頻器這種輸出 電流的效能可以由額定輸出電流或過載能力來表示。 ②減速操作時 由于變頻器在減速操作時其驅(qū)動的電機(jī)變成發(fā)電機(jī),能量的流動是從電機(jī)流向變頻 器,同變頻器的加速或恒速操作相反。變頻器的作用是要消耗這些能量。減速時電機(jī)負(fù) 載返回的部分能量由電機(jī)消耗,而其余部分由變頻器消耗。另外,由于這些返回的能量 使變頻器中平滑電容的電壓升高,當(dāng)電壓升到某一特定值時,

57、就會產(chǎn)生再生能量消耗或 能量返回供電電源側(cè)。 (2)變頻器容量的確定 變頻器的容量應(yīng)該與其驅(qū)動的電機(jī)容量相匹配,另外變頻器的選擇要依據(jù)負(fù)載特性、 操作方法等情況來決定。 首先,根據(jù)電機(jī)的容量來選擇變頻器的容量。 其次,對于單個變頻器驅(qū)動單個電機(jī)的操作方法,可按下式來選擇: 變頻器額定輸出電流 > 電機(jī)最大負(fù)載電流X 1.1 I I I 變頻器規(guī)格給定值實(shí)際測量考慮畸波的增加系數(shù) 最后,還要根據(jù)電機(jī)的基本操作模式(啟動、加速、恒速、減速及停止)進(jìn)行變頻器 的選擇[51]。 在單臺變頻器驅(qū)動單臺電機(jī)的情況下,變頻器的容量選擇要保證變頻器的額定電流大 于該電動機(jī)的最大電流,或

58、者是變頻器所適配的電動機(jī)功率大于當(dāng)前該電動機(jī)的功率。容 量選擇最好是采用大一個數(shù)量級選配。 電動機(jī)若選11kW或15kW的異步電動機(jī),即11kW 的電動機(jī)選15kW的變頻器,15kW的電動機(jī)選18kW的變頻器比較好。我們選取了容量 為11kW的異步電動機(jī),其額定電流In =15.2A 一般情況下,在果蔬氣調(diào)立體庫堆垛機(jī)系統(tǒng)中,控制運(yùn)行電機(jī)的變頻器是連續(xù)工作的, 其額定輸出電流: ln v -1.1Imax 式(3.3) 式中:Ilnv為變頻器額定輸出電流 Imax為電動機(jī)實(shí)際最大負(fù)載電流。 根據(jù)現(xiàn)場測試的數(shù)據(jù),升降電機(jī)的最大負(fù)載電流 Imax約為17A,代入上式(3.3)

59、則有: Iinv>17x1.1=18.1 (A)即變頻器的額定輸出電流必須大于 18.1A。參考如下列表,我 們選擇VS-616G5系列的CIMR-G5A 4015型變頻器,它的額定輸出電流為34A,最大適用 電機(jī)功率為15Kw,完全可以滿足本系統(tǒng)的要求。 表3—2 CIMR-G5A型號變頻器參數(shù)表 CIMR-G5A 型號最 CIMR-G5A 型號 :適用 電機(jī)功率 (KW 額定輸出 電源 允許 電壓引 皮動2 頁率 支動 額定 輸出功率 (KW) 前出成人力 電流(A) 俞出額定輸 電壓(V) 出 電壓(V 版率(HZN )允許 頁率(H

60、Z) 40P7 0.75 2.6 3.4 三相 380/ 400/ 415/ 440/ 46 由參數(shù) 設(shè) 定,最 高 400Hz 可對 應(yīng) 三相380/ 400/ 415/ 440/ 460V , 50/60HZ 41P5 1.5 3.7 4.8 42P2 2.2 4.7 6.2 + 10% 15% + 5% 43P7 3.7 6.1 8 45P5 5 i.5 11 14 47P5 7.5 14 18 4011 11 21 27 4015 15 26

61、34 4018 18.5 31 41 1.1.5 PG速度控制卡的選擇 變頻器的PG速度控制卡是使用了 PG (脈沖發(fā)生器)來對電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制的。當(dāng) 旋轉(zhuǎn)編碼器的輸出信號送到 PG速度控制卡后,由速度卡將其轉(zhuǎn)換成與實(shí)際轉(zhuǎn)速相對應(yīng)的 數(shù)字信號,再送給變頻器進(jìn)行速度控制。同時,將兩相脈沖分頻后(分頻的程度可以設(shè)置) 作為兩相脈沖的監(jiān)視輸出,我們利用脈沖的監(jiān)視輸出進(jìn)行堆垛機(jī)的位置控制。 CIMR-G5A 4015型變頻器的PG速度控制卡有四種,應(yīng)根據(jù)用途正確選擇。 對于本系統(tǒng),考慮到變頻器有時需要在較低的頻率下運(yùn)行,為保證電機(jī)在低頻運(yùn)行時 也能提供足夠的轉(zhuǎn)矩,保證

62、垂直運(yùn)行的堆垛機(jī)載貨臺不會因轉(zhuǎn)矩不夠而下墜,垂直電機(jī)必 須使用恒轉(zhuǎn)矩或矢量控制的方法進(jìn)行變頻。因此,我們選擇 PG-B2型PG速度控制卡 表3—3 PG型號說明 PG型號 應(yīng)用特點(diǎn) PG-A2 A相 口門 脈沖輸入,開路集電極或補(bǔ)碼輸出, V/f控制專再 PG-B2 A相/B相脈沖輸入,補(bǔ)碼輸出對應(yīng),矢量控制專用 PG-D2 A相(2P 脈沖輸入,線驅(qū)動對應(yīng), V/f控制專用 PG-X2 A相/B相/Z相脈沖輸入,線驅(qū)動對應(yīng),矢量控制專用 1.1.6 變頻器制動電阻參數(shù)的計算 當(dāng)采用變頻器傳動的堆垛機(jī)電機(jī)急減速或向下運(yùn)轉(zhuǎn)時,異步電動機(jī)將處于再生發(fā)電狀 態(tài)。變頻器逆變器中的六

63、個回饋二極管將傳動機(jī)構(gòu)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能回饋到中間直流回 路,并引起儲能電容兩端電壓升高。若不采取必要的措施,當(dāng)中間直流回路電容電壓升到 保護(hù)極限值后變頻器將過電壓跳閘。所以,變頻調(diào)速裝置還應(yīng)具有一定的制動功能。 在高性能的工程型變頻器中,對連續(xù)再生能量的處理大體有以下兩種方案: (1)采用動力制動的方式 在中間直流回路設(shè)置電阻器,讓連續(xù)再生能量通過電阻器以發(fā)熱的形式消耗掉。 (2)采用再生整流器的方式 它是將連續(xù)再生能量送回電網(wǎng),這種方式又稱為回饋制動。 分析以上兩種制動方式,采用動力制動的方式,其控制簡單、成本低,但節(jié)能效果不 如回饋制動?;仞佒苿臃绞诫m然節(jié)能效果好,能連續(xù)長時

64、制動,但控制復(fù)雜、成本較高考 慮到節(jié)省技改投資,提高設(shè)備的可維修性和可靠性,我們采用動力制動方式。 在選擇能耗制動電阻時,制動電阻 Rs的大小應(yīng)使制動電流Is的值不超過變頻器額 定電流的一半,即 Iz =Ud/R 5nv/2 = 34/2= 17(A) 其中,Ud為額定情況下變頻器的直流母線電壓。 考慮到立體庫內(nèi)的溫度濕度條件,按照制動單元和制動電阻選型及計算公式進(jìn)行換 算,CIMR-G5A 4015型變頻器配用1個RX20型耐潮被釉線繞電阻器,可以滿足本設(shè)計的 要求。 3.4 PLC的選型 目前,市場上存在著種類繁多的大、中、小型 PLC,小到作為少量的繼電器裝置的替 代品,大

65、到作為分布式系統(tǒng)中的上位機(jī),幾乎可以滿足工業(yè)控制的各種需要。那么,針對 我們的實(shí)際情況,如何給本系統(tǒng)選擇一個合適的 PLC呢3°]? PLC選型的一般流程如下: ⑴定義PLC的I/O點(diǎn)數(shù),包括開關(guān)量的I/O點(diǎn)數(shù)、模擬量的I/O點(diǎn)數(shù)以及特殊功能模 塊; ⑵建立I/O分配表,繪制PLC的輸入、輸出接線圖; 3.4.1 控制要求繪制程序的流程圖,繪制用戶程序,裝入 PLC的用戶程序存儲器并 進(jìn)行初步測試,從而選擇滿足要求的 PLC。 3.4.2 FX-2N 系列PLC的特點(diǎn) 三菱FX-2N系列PLC采用緊湊的箱體式結(jié)構(gòu),安裝方便。它可由不同點(diǎn)數(shù)的基本單 元和擴(kuò)展單元構(gòu)成,主單元

66、的輸入輸出點(diǎn)數(shù)比為 1:1,并可按照實(shí)際需要,靈活進(jìn)行配 置和擴(kuò)展。FX-2N系列還有很多的特殊功能單元,如:高速計數(shù)單元、位置控制單元、模 擬量I/O單元等等,可通過擴(kuò)展口等方式與主機(jī)相連。 FX-2N系列的最大I/O點(diǎn)數(shù)為256 點(diǎn)。程式容量為8000步,并可以擴(kuò)展至16000步。對于本設(shè)計來說,完全可以滿足要求。 環(huán)境規(guī)格是指PLC能正常工作的外部環(huán)境條件,F(xiàn)X-2N系列PLC能適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場的 惡劣條件,對環(huán)境的要求很低,一般的工業(yè)現(xiàn)場均可滿足這些要求。對于本庫來講,其內(nèi) 部的環(huán)境是低溫潮濕,而 FX-2N系列PLC可在溫度為—20C,相對濕度為35%?85%RH (不結(jié)露)的環(huán)境下正常工作。故本設(shè)計選取三菱 FX-2N系列PLC作為系統(tǒng)的主控制器。 3.4.3 機(jī)型的配置 本設(shè)計中,共有3臺電機(jī)、2臺變頻器、6個限位開關(guān)、貨架采用6層6歹上需要40 個數(shù)字量輸入點(diǎn),25個數(shù)字量輸出點(diǎn),共計65個I/O點(diǎn)。 考慮到PLC輸出需接電磁閥和接觸器線圈,要求大電流輸出,宜選擇繼電器輸出型, 這里選擇三菱FX2N-80MR-001型PLC,其I/O點(diǎn)總數(shù)為80個,可以滿足系統(tǒng)的需求。 3.5 堆垛機(jī)控制系統(tǒng)其它主要硬件的選取 3.5.1 旋轉(zhuǎn)編碼器 堆垛機(jī)工作時

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