1、PLC 技术与工程应用课程设计任务书题目三：立体仓库电气控制系统设计河南机电高等专科学校 自动控制系2012-06-01PLC 技术与工程应用 课程设计任务书 立体仓库- 1 -1、概述立体仓库教学装置是一个自动化生产过程仓储环节的模拟微缩模型，它使用了 PLC、传感器、位置控制和电气传动等技术，具有货物的自动提取和存放功能。1.1 输出驱动单元立体仓库实验设备如图 1、2、3 所示。通过直流减速电机驱动与同步皮带传动，叉车平台可以实现水平左右运动与垂直上下运动。通过直流减速电机驱动与齿轮链条传动，叉子相对于叉车平台可以实现伸出与退回运动。该设备共有 6 个方向上的动作，由控制器输出信号控制。
2、图 1. 立体仓库实验设备正面图1-升降式货叉装置；2-水平运行电机机；3-垂直升降电机；4-货架；5-列定位片；6-层定位片；7-键盘；8-台板；9-电机驱动板；10-信号转接板；11-直流稳压电源；12-空气开关PLC 技术与工程应用 课程设计任务书 立体仓库- 2 -图 2. 立体仓库实验设备背面图1- 端子排；2-叉子驱动电机立体仓库库位示意图如图 3 所示，三维结构示意图如图 4 所示。该设备可以完成从缓冲区到库位的自动存货和从库位到缓冲区的自动取货过程。图 3. 立体仓库库位示意图1.2 输入检测单元叉车平台在水平方向移动时的定位是依靠列定位光电传感器实现的。两端行程开关的常闭触点
3、串入水平移动直流电机主回路。当由于程序设计问题出现电机走到两端极限位置时，行程开关常闭触点将强迫电机主回路断电，实现水平移动直流电机的堵转保护。PLC 技术与工程应用 课程设计任务书 立体仓库- 3 -叉车平台在垂直方向移动时的定位是依靠行定位光电传感器实现的。两端行程开关的常闭触点也串入垂直移动直流电机主回路，同样实现了垂直移动直流电机的堵转保护。该设备共有 6 个行程开关和 2 个光电传感器作为控制器的输入信号。图 4. 叉车机构三维结构示意图2、输入输出接口电路介绍立体仓库实验设备既是所谓控制对象，对于一般工业控制，其控制核心使用可编程控制器(PLC)。图中上层电路板是驱动电路板，下层电
4、路板左侧是输入接口电路板，中间是键盘接口电路板，右侧是输出接口电路板。图 4. 输入输出接口电路板PLC 技术与工程应用 课程设计任务书 立体仓库- 4 -2.1 输入接口电路板输入接口电路板原理图如图 5 所示，其功能是将设备上行程开关的开关状态和光电传感器的信号转换为统一的电平信号(逻辑 1：24V DC ；逻辑 0：0V DC)。板上设有光电隔离电路，将内外电源隔离，以保护设备安全。图 5. 输入接口电路板电气原理图本设备 8 个输入信号，对应输入接口电路板的 8 根输入信号线。各信号线对应的行程开关或传感器如表 1 所示。表 1. 输入信号线与元器件对应关系表输入信号线序号(自左到右)
5、 对应元器件 备 注1 叉车平台左限位2 叉车平台右限位3 叉车平台下限位4 叉车平台上限位5 叉子退回限位6 叉子伸出限位7 叉车层定位光电传感器8 叉车列定位光电传感器PLC 技术与工程应用 课程设计任务书 立体仓库- 5 -2.2 键盘接口电路板该设备配备了一个 键盘，如图 1 所示的 7 号元件。该键盘内部电路实4现了按键编码功能。每按下一个键，都有一个字节的编码产生。按键与编码的对应关系如表 2 所示。编码字节的高 4 位反映了行信息，编码字节的低 4 位反映了列信息。表 2. 键盘编码表按键位置(行列) 编 码 按键位置(行列) 编 码1 行 1 列 1000_1000 3 行 1
6、 列 0010_10001 行 2 列 1000_0100 3 行 2 列 0010_01001 行 3 列 1000_0010 3 行 3 列 0010_00101 行 4 列 1000_0001 3 行 4 列 0010_00012 行 1 列 0100_1000 4 行 1 列 0001_10002 行 2 列 0100_0100 4 行 2 列 0001_01002 行 3 列 0100_0010 4 行 3 列 0001_00102 行 4 列 0100_0001 4 行 4 列 0001_0001本次设计中，考虑到控制器选用的是 CPU224XP PLC，其输入端子只有 14 个。
7、输入信号占用了其中的 8 个，剩余 6 个端子中又需要留下 2 个用来描述仓库编号(00、01、10、11)，剩下 4 个端子可以用来接键盘。此处可以使用编码信息的低 4 位，即只使用某行(如第 4 行：入库、出库、复位、确定)的 4 个按键与PLC 连接，即 键盘只使用其中的 4 个按键。2.3 输出接口输出接口(如图 6 所示)由两块电路板构成：驱动电路板和输出接口电路板。它们的功能是将 PLC 输出的控制信号用于驱动继电器动作，从而控制电动机正向或反向运行。输出接口电路板上也设有光电隔离电路，可将内外电源隔离。左图为驱动电路板电气原理图，继电器 A 吸合、B 释放，对应的电机正转；继电器
8、 A 释放、B 吸合，对应的电机反转；继电器 A、B 同时释放，电机停止运行；不允许二者都吸合。右图为输出接口电路板电气原理图，当 PLC 输出的某路控制信号有效时，对应的输出信号有效，从而可以使得对应的继电器吸合。PLC 技术与工程应用 课程设计任务书 立体仓库- 6 -图 6. 输出接口电路电气原理图(左图为驱动电路板，右图为输出接口电路板)本设备有 6 个输出控制信号，对应输出接口电路板的 6 根输出信号线。各输出信号线对应的电动机动作关系如表 3 所示。表 3. 输出信号线与电动机动作对应关系表输出信号线序号(自左到右) 对应电动机 备 注1 叉车平台左行2 叉车平台右行3 叉车平台下
9、行4 叉车平台上行5 叉子缩回6 叉子伸出3、 行定位、列定位原理3.1 列定位如图 4 所示，S6 为列定位对射式光电传感器。 列定位片顺序安装于叉车运行轨道前端，共 3 只。当 S6 位于两个列定位片之间时，对射式光电传感器导通，对应输入信号为逻辑 0；当 S6 运行到列定位片位置时，列定位片阻挡了对射光线，对应输入信号为逻辑 1。叉车平台运行时的列定位，由光电传感器检测到列定位片的开始沿(上升沿)或结束沿(下降沿)来实现。如图 7 所示。PLC 技术与工程应用 课程设计任务书 立体仓库- 7 -图 7. 列定位示意图3.2 层定位S7 为层定位对射式光电传感器,其工作原理与列定位相似。每
10、只层定位片有两只遮光片；分别为上遮光片和下遮光片。如图 8 所示。图 8. 层定位片结构示意图层定位片定位功能如下表名称 定位功能 1 定位功能 2上遮光片 放货入叉位 取货出叉位下遮光片 取货入叉位 放货出叉位比如：1. 如果要放料，其过程如下：升叉至上遮光片然后进叉进叉到位后降至下遮光片（此时料盘应已放在库架上）出叉。2如果要取料，其过程如下：升叉至下遮光片然后进叉进叉到位后升至上遮光片（此时料盘应已插上叉子）出叉。注意: 列定位片与层定位片均已调整好，请不要随意调整！否则可能引起定位误差,造成设备损坏！PLC 技术与工程应用 课程设计任务书 立体仓库- 8 -4、电气控制要求1) 基本要
11、求： 设置叉车平台复位按钮叉车平台的入库、出库操作，一般情况下都应该从初始位置开始。当叉车平台位于缓冲区列、第一层、叉子收回到位状态为初始位置。开机运行时，叉车平台应该首先自动回到初始位置；若遇到特殊情况，叉车平台停在非初始位置，按下复位按钮即可实现复位。 入库工作过程选定操作仓库编号(用拨动开关实现)按下“入库”操作键按下“确定”键 出库工作过程选定操作仓库编号(用拨动开关实现)按下“出库”操作键按下“确定”键规定无论进行入库操作还是出库操作，叉车平台最终都应回到初始位置。 设置初始位置指示灯、入库/出库操作指示灯，用于指示叉车位置或工作状态2) 提高要求i) 当执行入库操作时，完成货物入库
12、之后，叉车平台停在最后入库位置。待下次重新设定入库/出库操作并确定后，由当前位置开始工作。这样操作理论上可以节约电能、使工作过程更趋合理；ii) 假定开始工作时，各个仓库都是空状态。要求在 PLC 的 V 型数据区，存储每个仓库当前空/满状态，以备组态监控使用，也可用状态表监视其状态变化。3) 高级要求利用上位机组态软件组态监控画面，或利用触摸屏组态监控画面，监控机PLC 技术与工程应用 课程设计任务书 立体仓库- 9 -械手的生产过程。5、课程设计报告书要求5.1 使用 AutoCAD 软件绘制系统电气原理图；5.2 使用 MicroSoft Office Visio 软件绘制软件流程图；5
13、.3 绘制输入输出表(I/O 表)；5.4 编制系统模拟调试工作步骤表(如表 4 所示)。待模拟调试完全无误时，才允许连接真实对象实际工作；表 4. 模拟调试工作步骤表输入 输出操作步骤 状态说明 IB0 IB1 QB0 QB11 按下确定按钮，叉子伸出 0000_0000 00_0001 0010_0000 002345.5 源程序(含符号表，程序注释)应编辑在附录之中。6、评分标准6.1 只完成课程设计报告书，未进行实际设备调试的，根据报告书完成情况，可得到 “及格”或“中等”成绩；6.2 完成课程设计报告书，又在实际设备上进行调试，且调试出运行结果的，根据报告书完成情况与实际调试情况，可得到“中等” 、 “良好”或“优秀”成绩； 完成基本要求的，可得到“良好”或“优秀”成绩； 完成到提高要求的，可得到“优秀”成绩； 完成到高级要求的，可得到“优秀”成绩；注：课程设计报告书的书写格式，也是一项非常重要的评分标准。即使在实际调试中调试出了所有要求的结果，报告书书写混乱的，一样会得到较低成绩。课程设计报告书具体格式要求参见“课程设计报告书格式要求”文档
