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1、摘要 隨著計算機信息技術(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 機是立體倉庫的關(guān)鍵起重，搬運設(shè)備。本文論述了自動化立體倉庫中堆垛機控制系統(tǒng)的原 理，結(jié)構(gòu)和特點，介紹堆垛機的控制系統(tǒng)的設(shè)計，以及堆垛機的速度控制和精確定位方法 針對立體倉庫的存取特點，對堆垛機的硬件部分進行設(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；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 堆垛機的分類 4 1.1.2 堆垛機的組成 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 堆垛機系統(tǒng)的方案設(shè)計 7 2.1 堆垛機系統(tǒng) 8 2.2 堆垛機控制系統(tǒng)的功能要求 9 2.3 堆垛機的速度控制方案 10 2.3.1 變頻調(diào)速技術(shù)的優(yōu)點 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 堆垛機控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 17 3.2 電動機的選型 18 3.3 變頻器的選型 19 3.3.1 VS-616G5 型變頻器的特點 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

7、 23 3.4.2 機型的配置 24 3.5 堆垛機控制系統(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 堆垛機控制系統(tǒng)的電氣原理圖 26 4 堆垛機控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 27 4.1 程序設(shè)計軟件 27 4.2 機型的配置及 I/O 點數(shù)的分配 28 4.3 堆垛機控制系統(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、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，以成套先進的搬運設(shè)備為基礎(chǔ)，以先進的計算機控制技術(shù)為主要手段，是實 現(xiàn)搬運、存取機械化、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，是集信息、存儲、管理于一體的高技術(shù)密集型機電一體化產(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 堆垛機結(jié)構(gòu)圖 (l)機架 堆垛機的機架由立柱、上橫梁和下橫梁組成一個框架。整機結(jié)構(gòu)高而窄。機架可以分 】2 L 1.1 自動化立體倉庫系統(tǒng)概述 1.1.1 堆

9、垛機的分類 堆垛機是自動化立體倉庫中貨物進出倉庫的主要執(zhí)行設(shè)備。 按規(guī)模進行分類，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以下的小型堆垛機一般是桅桿式的，而高度大于 6m的堆垛 機則一般采用箱式框架結(jié)構(gòu)形式。 堆垛機的動作可分為單循環(huán)和復(fù)合循環(huán)兩種。前者是分別實現(xiàn)入庫動作和出庫動作后 者可以實現(xiàn)連續(xù)出入庫動作。 堆垛機的運轉(zhuǎn)方式可分為自動操作和手動操作兩種。高級機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 堆垛機的

10、組成 巷道式堆垛機基本結(jié)構(gòu)一般主要由機架、運行機構(gòu)、起升機構(gòu)、載貨臺、貨叉、電氣 松繩及過載保護裝置 3. 立柱 4. 提升機構(gòu)5 .運行機構(gòu)6.伸縮貨叉 7. 設(shè)備以及各種安全保護裝置等部分組成(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 立柱式堆垛機機架只有一根立柱和一根下橫梁， 整機重量比較輕， 制造工時和材料消耗少， 結(jié)構(gòu)更加緊湊且外形美觀。堆垛機運動時，司機的視野比較寬闊，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到最大值。這在 設(shè)計時需加以校核計算。 堆垛機的機架沿天軌運行。 為防止框架傾倒， 上梁上裝有導(dǎo)引輪。 (2) 運行機構(gòu) 運行機構(gòu)主要由電動機 ( 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。運行機構(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 垛機為了實現(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。 堆垛機的水平運行速度：國內(nèi)最高達到100m/min,國外(日本)已達到160m/min.最低速 度4m/mi

12、n。目前運行機構(gòu)一般都用變頻調(diào)速。 (3) 起升機構(gòu) 堆垛機的起升機構(gòu)由電動機、制動器、減速機、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。 減速機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軸方向 尺寸較大。目前，也常用專門生產(chǎn)的“三合一” (即電機、制動器、卷筒合一 ) 起升卷揚機 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。 起升機構(gòu)速度：國內(nèi)最高達30m/min,國外(如日本)最高達40 48m/min。 起升機構(gòu)的調(diào)速 : 以前曾用過子母電機或變極電機，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構(gòu)聯(lián)結(jié)。載貨臺沿立柱上的 導(dǎo)軌升降。貨叉機構(gòu)安裝在載貨臺上，有司機室的堆垛機，司機室也裝在載貨臺上。有揀 選功能的堆垛機，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 行而裝有導(dǎo)輪。 (5)貨叉伸縮機構(gòu) 貨叉伸縮機構(gòu)是堆垛機的主要工作機構(gòu)，其結(jié)構(gòu)特點是能夠雙向伸出，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)運行。為此，貨叉伸縮 機構(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 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、檢測和安全保護等強、弱電電氣設(shè)備，三個主要機構(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，從而滿足堆垛機高速運行、換速平穩(wěn)、 低速停準(zhǔn)的要求。 檢測系統(tǒng)必須具有堆垛機自動認址、 貨虛實探測、 貨箱位置檢查等功能 對堆垛機的控制，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) 以及遠程通訊功能可以較好滿足堆垛機單機自動控制、 全自動 （整個倉庫系統(tǒng) ）控制的要求。 （

15、7）安全及聯(lián)鎖機構(gòu) 堆垛機是一種起重機械，它要在又高又窄的巷道內(nèi)高速運行。為了保證人身及設(shè)備的 安全，堆垛機必須配備完善的硬件及軟件的安全保護裝置，并在電氣控制上采取一系列聯(lián) 鎖和保護措施。 除了一般起重機常備的安全保護措施 （如各機構(gòu)的終端限位和緩沖、 電機過 熱和過電流保護、控制電路的零位保護等 ）外，還應(yīng)根據(jù)實際需要，增設(shè)各種保護。 主要的安全保護裝置有 : ①終端限位保護在行走、升降和伸縮的終端都設(shè)有限位保護。 ②聯(lián)鎖保護行走與升降時，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。行走與升降運動可同時進行。 ③正位檢測控制只有當(dāng)堆垛機在垂直和水平方向停準(zhǔn)時

16、，貨叉才能伸縮。即貨又運動 是條件控制，以認址裝置檢測到確已停準(zhǔn)的信息為貨叉運動的必要條件。 ④載貨臺斷絕保護當(dāng)鋼絲繩斷裂時，斷絕保護機構(gòu)動作，機械夾軌上移，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斷電保護載貨臺升降過程中若斷電，則采用機械式制動裝置使載貨臺停止不致墜 落。 ⑥聲光信號堆垛機開動前響鈴聲，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。堆垛機是自動化倉庫的主要作業(yè) 機械，擔(dān)負著出庫，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 機的發(fā)展為主要標(biāo)志的，目前巷道式堆垛機為主要發(fā)展方向。 1.2.2 堆垛機系統(tǒng)在國內(nèi)外的研究狀況 目前，堆垛機產(chǎn)品己經(jīng)走入系列化，運行噪聲低，備有各種安全保護裝置，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、工作可靠的可編程控制器來控制巷道堆垛機以及出入庫系統(tǒng)，并且用計算機進 行貨位管理和庫存管理，倉庫管理計算機與上級管理機聯(lián)網(wǎng)并能與控制系統(tǒng)相接，實現(xiàn)在 線控制。而在堆垛機方面，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)，在使堆垛機具有更高定位精度的同時， 提高搜索能力和運行速度， 以期獲得更短的操作周期和更大的生產(chǎn)能力。目前，巷道式堆垛機的起升速度己經(jīng)可以達 到90m/min ,運行速度達到240m/min,貨叉伸縮速度達到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進行搬運作業(yè)的方法提高出入庫的能力。 我國是從20世紀70年代初期開始研究采用巷道式堆垛機的立體倉庫。 1980年，由北 京機械工業(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 垛機無人操作自動進出庫等先進技術(shù)。 目前，在國內(nèi)立體倉庫堆垛機的驅(qū)動機構(gòu)中，電機減速機普遍采用德國、日本、意大 利的產(chǎn)品，也有少數(shù)采用國內(nèi)的電機減速機。由于堆垛機是立體倉庫中最重要的運輸設(shè)備， 各項技術(shù)參數(shù)和綜合性能的要求都非常嚴格，如無故障率應(yīng)大于 97%,停準(zhǔn)精度士 10mm, 以及噪音要求等。這就要求電機減速機的可靠性非常高。因此，現(xiàn)階段在驅(qū)動機構(gòu)中電機 減速機的選用上，多選用國外先進的產(chǎn)品，以保證堆垛機的整機性能。 隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，堆垛機技術(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，更加注重實用性和安全性 [10]。因 此，我們應(yīng)當(dāng)看到自身與世界先進技術(shù)的差距，總結(jié)經(jīng)驗，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。在使堆垛機具有更高定位精度的同時，提高運行速度， 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、 可靠的堆垛機將不斷從國外引進消化到國內(nèi)，使我國的堆垛機技術(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 綜合運用交流變頻調(diào)速、PLC控制、位置檢測等技術(shù)，為堆垛機的正常運行設(shè)計一套 比較完整的控制系統(tǒng)，使其更好地

21、擔(dān)負起出、入庫的任務(wù)。具體包括以下內(nèi)容： (1)通過對堆垛機現(xiàn)有的運行速度曲線進行的分析研究，設(shè)計出一種適合本系統(tǒng)的堆 垛機速度曲線模型，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)在堆垛機的位置檢測方面，綜合運用旋轉(zhuǎn)編碼器、 PG卡以及利用PLC中的高速計 數(shù)器單元，來實現(xiàn)對于堆垛機位置的精確控制； (3)根據(jù)堆垛機的實際工作情況，對 PLC控制系統(tǒng)進行設(shè)計。運用流程圖法，建立各 運動階段的流程圖，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 運行。 2堆垛機系統(tǒng)的方案設(shè)計 本章詳細描述了堆垛機的控制系統(tǒng)，著重論述了如何對堆垛機控制系統(tǒng)進行方案設(shè)

22、計，分別從堆垛機的速度控制、系統(tǒng)主控制器的選擇及堆垛機的定位控制方案三個方面進 行闡述。 2.1堆垛機系統(tǒng) 目前，堆垛機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、遠距離 控制與計算機控制等。計算機控制的控制系統(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)進行操作，最高一級采用計算機控制，三級可以轉(zhuǎn)換運轉(zhuǎn)。如圖 2-1所示。 計算機 八 _k 址垛機 地面控制盤 地面總控制盤＜一 堆垛機 地面控制盤 機上 控制盤 機上 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的控制系統(tǒng)。 圖2-2所示為在自動運轉(zhuǎn)情況下以及特殊情況下的堆垛機作業(yè)循環(huán)的作業(yè)流程圖堆 垛機按行走、升降、貨叉伸縮等三種操作，根據(jù)指令自動定位，進行叉取作業(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，上位機根據(jù) 堆垛機的當(dāng)前位置，經(jīng)過貨位地址變換，給出相對于堆垛機當(dāng)前位置的貨位地址，發(fā)出存 貨指令給堆垛機。堆垛機控制系統(tǒng)接收信號后，在貨物輸入口接收貨物，堆垛機行走，同 時載貨臺沿立柱作升降運動。當(dāng)運動到達目的貨位時，貨叉開始伸縮

24、運動，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 正常運行 點動檢修 后例行走 按給定速度曲線運動 是看到位 存貨 返回起始點 機的開 2.2堆垛機控制系統(tǒng)的功能要求 堆垛機系統(tǒng)是立體倉庫貨物存取任務(wù)的最終執(zhí)行者，其主要運動包括 (1)堆垛機沿貨架巷道(列方向)的前后高低速運動； 圖2 - 2堆垛機系統(tǒng)自動運轉(zhuǎn)流程圖 當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，用戶需對

25、系統(tǒng)進行檢修，可以通過控制面板上的按鈕進行堆垛 (2)堆垛機沿立柱(層方向)的上下升降運動； (3)安裝在堆垛機載貨臺上的貨叉機構(gòu)的伸縮運動 13】15】。 因此，堆垛機控制系統(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、運行到目標(biāo)列層、進、退、升、降等； (2)手動控制功能：僅能通過控制面板的按鈕進行進、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)安全保護功能：實時監(jiān)測各關(guān)鍵器件的使用情況及系統(tǒng)的運行情況，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：堆垛機工作時在各種方向上的運行速度； (2)定位控制：以適合的速度運行并精確地定位在貨格或入出庫口處； (3)通訊功能：與上位機及其它倉庫設(shè)備的通訊； (4)保護功能：具有一定機械和電氣方面的保護功能； (5)人機界面：通過I/O設(shè)備，提供本機狀態(tài)信息或遙控操作 同。 2.3堆垛機的速度控制方案 在果蔬氣調(diào)立體倉庫中，交流異步電動機是堆垛機系統(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、滑差電機調(diào)速和變 頻調(diào)速等。用減速器進行調(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

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 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進行調(diào)速 控制，有許多優(yōu)點，如：調(diào)速范圍廣、輸出平滑性好、機械特性較硬、能很好地實異步電 動機的無級調(diào)速、可實現(xiàn)有效的節(jié)能、可方便地進行包轉(zhuǎn)矩調(diào)速和包功率調(diào)速等。尤其當(dāng) 電機帶動較大負載啟動時，會有較大的沖擊電流，若采用變頻器控制，可以實現(xiàn)電動機的 軟啟動，減小沖

28、擊電流，從而解決了大負載的啟動問題。另外，變頻器還具有很強的保護 功能，在電機運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，電機短路等) ，并立即封鎖輸出電壓。這種自我 保護的功能，不僅保護了變頻器，還保護了電機 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)于以往的交流電機調(diào)速方式，并且將會 逐步取代直流電機的調(diào)速方式，用交流異步電機取代直流電機，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，以實現(xiàn)電機變速 運行的設(shè)備。變頻器一般

29、由控制電路和主電路構(gòu)成?？刂齐娐钒ㄖ骺刂齐娐贰⑿盘枡z測 電路、門極驅(qū)動電路、外部接口電路以及保護電路等幾個部分，是變頻器的核心部分?？?制電路的優(yōu)劣決定了變頻器性能的優(yōu)劣?？刂齐娐返闹饕饔檬峭瓿蓪δ孀兤鞯拈_關(guān)控 制、對整流器的電壓控制以及完成各種保護功能，從而實現(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，且對直流電進行平滑濾波，然后逆變電路再將此直流電變 換成實際需要的各種頻率的交流電，從而驅(qū)動電動機的運轉(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)將三相異步電動機繞組 的任意兩相進行交換時，所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場的方向?qū)l(fā)生改變。因此，電動機的轉(zhuǎn)向也將 發(fā)生改變22123 L 異步電動機定子磁場的轉(zhuǎn)速被稱為異步電動機的同步轉(zhuǎn)速，其同步轉(zhuǎn)速由電動機的 磁極對數(shù)和電源頻率所決定： n0 =60f /p 式（2.1） 式中：n0 電機

31、的同步轉(zhuǎn)速 f- 供電電源頻率（Hz） P 電機定子磁極對數(shù) 一般情況下，異步電動機的轉(zhuǎn)速總是小于其同步轉(zhuǎn)速，異步電機的實際轉(zhuǎn)速可由下 式給出： n =n0(1 —s) =60f (1—s)/p 式(2.2) 式中：n 電機實際轉(zhuǎn)速 s 轉(zhuǎn)差率(同步電動機時，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的轉(zhuǎn)速，即對異步電 動機進行調(diào)速控制。因此，可以通過改變該電源的頻率來實現(xiàn)對異步電動機的調(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)濟的調(diào)速方法

32、。變頻時使電壓按不同規(guī)律變化，可以實現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩或恒功率調(diào)速，以實現(xiàn) 不同負載的要求，這些均早已被人們所認識和掌握。隨著可控硅靜止變頻裝置的出現(xiàn)，解 決了運行性能較為理想的變頻電源問題，使異步電動機變頻調(diào)速技術(shù)獲得了進一步的發(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的變頻 調(diào)速問題。 因此，在本堆垛機控制系統(tǒng)中，我們選擇變頻調(diào)速的方式對電動機進行速度的控制。 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 機控制、單板機控制、集散控制系統(tǒng)(DCS以及可編程控制器(PL?？刂频鹊?。 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、使用維護方便，但 價格高于繼電器。與個人計算機相比，PLC是一種用于工業(yè)自動化控制的專用微機控制系 統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單，抗干擾能力強，價格也較低。單板機結(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)字運算操作的電 子裝置，具有其獨特的優(yōu)點。 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, 雖然采用了計算機的設(shè)計思想，但實際上只能進行邏輯運算。 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，進行邏輯運算、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，控制各種類型的機械和生產(chǎn)過程。 PLC 易于擴展其功能的原則

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實際上就是：“工業(yè)專用計算機”。其硬件結(jié)構(gòu)與微機室基本一致。 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 抗干擾能力強，可靠性高；控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，通用性強；編程方便，易于擴展；功 能完善；設(shè)計、施工、調(diào)試的周期短；體積小維護方便，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。 軟元件的種類和點數(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。運行時 PLC從輸入映像寄存器讀取輸入信號并進行處理， 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 擴展接口 擴展接口用于將擴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)采用光電編碼器進行位移定位時，由于堆垛機的運行是由曳引電動機來拖動的，因 此曳引電動機正反轉(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)，就可知道堆垛機運行的距離，也就是堆垛機的實際位置。 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運行 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 能很方便地實現(xiàn)堆垛機的定位。 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)輸出的頻率來進行調(diào)速，這種堆垛機的位移定位方法具 有定位精度高、適應(yīng)性強的優(yōu)點，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的控制系統(tǒng)進行了方案設(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、機械特 性較硬、可實現(xiàn)異步電動機的無級調(diào)速以及可以進行恒轉(zhuǎn)矩和恒功率調(diào)速等優(yōu)點，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系統(tǒng)的設(shè)計，本章將詳細分析系統(tǒng)中各個組成硬件的原理與特 點，并根據(jù)庫中的實際工作環(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、垛機控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框 圖14 L 一臺作為上位監(jiān)控機的計算機通過 RS232Gg 口與PLC相連，可以對整個系統(tǒng)進行全 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M等幾部分構(gòu)成，與電動機同軸聯(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 進入變頻器，形成速度反饋。為使 PLC對變頻器進行有效的速度閉環(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堆垛機運行方向的信號； ③堆垛機運行速度的信號； ④堆垛機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控制其運行）； ②堆垛機速度信號； ③速度一致信號（變頻器上的速度指令與電動機實際運行速度相匹配） ； 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)， 可實現(xiàn)對堆垛機位移的精確控制 3.2 電動機的選型 本設(shè)計中電機應(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)的實際情況，要完成堆垛機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。 首先，在選用電動機前應(yīng)當(dāng)考慮以下問題： (1)在機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)； 通過分析水平運行電機的各種運行狀況，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) 對于垂直運行電機，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)，堆垛機垂直方向的運動較水平方向?qū)τ陔妱訖C的功率 要求更高，因此只要把垂直方向的電機功率選擇好，就可以滿足其它運動對于電動機功率 的要求?？紤]到可能發(fā)生的過載情況，對于垂直電機的選取，我們選擇 7.5kW的電動機。 而對于水平電機和貨叉電機，選擇同樣的電機也是完全滿足要求的。因此，本設(shè)

49、計所選擇 的電動機主要參數(shù)如下： 電動機型號：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，堆垛機的運行要求高速平穩(wěn)，定位準(zhǔn)確，需要使用變頻器 來驅(qū)動水平、垂直電機的運轉(zhuǎn) 2”。 3.3.1 VS-616G5型變頻器的特點 本設(shè)計采用安川電機公司的 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、補償、負載轉(zhuǎn)矩自適應(yīng)等一系列先進功能，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功 率因數(shù)和效率，同時降低了電機運行損耗，實現(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，保證堆垛機按理想的速度曲線運行， 達到較為理想的控制效果。 VS-616G5型變頻器的主要特點如下： (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)運行/停止指令；2:反轉(zhuǎn)運行/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:點動指 令；8:外部基極封鎖；9和10:運行中信號；11:順控器控制輸入公共端；12:屏蔽線的 網(wǎng)線，選項接地線用端子； 表3—1 VS-616G5型變頻器的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格 項 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） 保護功能 電機保護，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 變頻器作為電機的供電電源時，其最好要有很高的容量，此時允許電機像工頻供電那 樣，可以直接啟動(在變頻器的輸出側(cè)通斷電機)。然而，考慮到變頻器的經(jīng)濟性及尺寸 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)動的電機變成發(fā)電機，能量的流動是從電機流向變頻 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。減速時電機負 載返回的部分能量由電機消耗，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)動的電機容量相匹配，另外變頻器的選擇要依據(jù)負載特性、 操作方法等情況來決定。 首先，根據(jù)電機的容量來選擇變頻器的容量。 其次，對于單個變頻器驅(qū)動單個電機的操作方法，可按下式來選擇： 變頻器額定輸出電流 > 電機最大負載電流X 1.1 I I I 變頻器規(guī)格給定值實際測量考慮畸波的增加系數(shù) 最后，還要根據(jù)電機的基本操作模式(啟動、加速、恒速、減速及停止)進行變頻器 的選擇［51］。 在單臺變頻器驅(qū)動單臺電機的情況下，變頻器的容量選擇要保證變頻器的額定電流大 于該電動機的最大電流，或

58、者是變頻器所適配的電動機功率大于當(dāng)前該電動機的功率。容 量選擇最好是采用大一個數(shù)量級選配。 電動機若選11kW或15kW的異步電動機，即11kW 的電動機選15kW的變頻器，15kW的電動機選18kW的變頻器比較好。我們選取了容量 為11kW的異步電動機，其額定電流In =15.2A 一般情況下，在果蔬氣調(diào)立體庫堆垛機系統(tǒng)中，控制運行電機的變頻器是連續(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為電動機實際最大負載電流。 根據(jù)現(xiàn)場測試的數(shù)據(jù)，升降電機的最大負載電流 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）來對電機的轉(zhuǎn)速進行控制的。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)換成與實際轉(zhuǎn)速相對應(yīng)的 數(shù)字信號，再送給變頻器進行速度控制。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)視輸出進行堆垛機的位置控制。 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行，為保證電機在低頻運行時 也能提供足夠的轉(zhuǎn)矩，保證

62、垂直運行的堆垛機載貨臺不會因轉(zhuǎn)矩不夠而下墜，垂直電機必 須使用恒轉(zhuǎn)矩或矢量控制的方法進行變頻。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 PG-A2 A相 口門 脈沖輸入，開路集電極或補碼輸出， V/f控制專再 PG-B2 A相/B相脈沖輸入，補碼輸出對應(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電機急減速或向下運轉(zhuǎn)時，異步電動機將處于再生發(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構(gòu)的機械能轉(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。回饋制動方式雖然節(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，幾乎可以滿足工業(yè)控制的各種需要。那么，針對 我們的實際情況，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點數(shù)，包括開關(guān)量的I/O點數(shù)、模擬量的I/O點數(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 三菱FX-2N系列PLC采用緊湊的箱體式結(jié)構(gòu)，安裝方便。它可由不同點數(shù)的基本單 元和擴展單元構(gòu)成，主單元

66、的輸入輸出點數(shù)比為 1:1,并可按照實際需要，靈活進行配 置和擴展。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，可通過擴展口等方式與主機相連。 FX-2N系列的最大I/O點數(shù)為256 點。程式容量為8000步，并可以擴展至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 機型的配置 本設(shè)計中，共有3臺電機、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，25個數(shù)字量輸出點，共計65個I/O點。 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點總數(shù)為80個，可以滿足系統(tǒng)的需求。 3.5 堆垛機控制系統(tǒng)其它主要硬件的選取 3.5.1 旋轉(zhuǎn)編碼器 堆垛機工作時