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1、细心整理技师论文PLC、GOT、定位单元、伺服电机在自动化立体仓库限制中的应用 单 位：姓 名：考试等级：准考证号：身份证号：2008年06月PLC、GOT、定位单元、伺服电机在自动化立体仓库限制中的应用XXXX单位 XXX摘 要 自动化立体仓库是近十年来伴随着自动限制、系统限制设备以及数据库等相关技术的飞速开展而应运而生的。随着这些技术的开展和电脑的普及，自动化立体仓库高效、牢靠、操作便利的优点为越来越多的运用者承受，应用也日益广泛。在以往的自动化仓库中，其限制局部大都接受PLC加计算机或计算机加限制板卡的方式。随着计算机技术的飞速开展，计算机的性能以及稳定性等大幅度提高，现场总线技术的日益
2、成熟，一种新的限制方式软PLC限制方式慢慢形成并慢慢被应用于各种限制领域，其中就包括自动化仓库。本文简述可编程限制器FX2n-32MR、定位单元FX2n-20GM、触摸屏三菱GT1155、伺服电机在自动化立体仓库AS/RS系统堆垛机中的具体应用。立体仓库模型限制系统是依据自动化立体仓库运行的根本原理而设计的。在整个限制系统中以三菱FX2n-32MR型PLC作为核心限制元件，三菱FX2N-20GM作为PLC专用定位单元用来限制伺服电机三菱MR-E-20A来驱动仓库堆垛机的X轴与Y轴，限制双轴气缸来驱动Z轴，堆垛机的两轴在高强度导轨上做二维运动。以伺服电机每转输出的脉冲数、丝杠进给量和机械零点为根
3、底，依照仓位间距，计算出每仓位相对机械零点的坐标值脉冲数，经过定位单元驱动伺服电机按设定的方向转动必需的角度，进而限制传动部件丝杠旋转进展精确的定位，以完成货物的存取功能。另外，为了保证整个限制系统运行的稳定性和牢靠性，系统还接受了限位开关对其进展限位爱惜。通过系统的调试，立体仓库模型限制系统能够通过手动和自动限制方式较为精确地完成货物的存取功能。通过试验调试，根本上到达自动化立体仓库高效、牢靠、操作便利限制要求。此系统不仅适合自动化类教学仪器的演示，也可以为自动化立体仓库的具体实施作一个技术参考。关键词：自动化立体仓库 可编程限制器 定位单元 触摸屏GOT) 伺服电机 堆垛机1 引言1.1自
4、动化立体仓库系统自动化立体仓库是指在不干脆进展人工处理的状况下，自动地完成物品仓储和取出的系统，它以高层立体货架为主体，以成套搬运设备为根底，是集自动限制技术、通信技术、机电技术于一体的高效率、大容量存储机构。PLC作为一种工业限制计算机，具有模块化构造、配置灵敏、高速的处理速度、精确的数据处理实力、多种限制功能、网络技术和优越的性价比等性能，是目前广泛应用的限制装置之一。自动化立体仓库的出现，实现了仓库功能从单纯保管型向综合流通型的转变。它具有占地面积小、储存量大、周转快的优点，是集信息、存储、管理于一体的高技术密集型机电一体化产物。它与平库相比，可节约的占地面积和的劳动力。具有很高的空间利
5、用率和出入库实力，能加快货物的出入库存储节奏，减轻劳动强度，提高生产效率。机械手是自动化立体仓库的重要组成局部，主要运用于存取设备，例如堆垛机等。1.2自动化立体仓库模型探究的意义 自动化立体仓库是指在不干脆进展人工处理的状况下，自动地完成物品的存放和取出的系统，依据这个原理构造，设计了自动化立体仓库模型限制系统。本设计的自动化立体仓库模型主要应用于自动化等相关专业教学仪器的演示局部，目的是帮助自动化等相关专业的学生了解自动化立体仓库的根本构造、设计原理以及整个限制系统的工作过程、熟悉电气限制的根本原理，了解电气限制在现代科技应用中的重要性，以及PLC应用在现代限制系统中的作用和一些不行替代性
6、的优点。熟悉PLC的外围电路设计、软件设计方法和设计流程等。同时本系统在设计方案上结合了正在开发的自动化立体仓库模型，并对其技术方案进展了描述，为日后自动化立体仓库的具体实施作一个技术上的参考。使将来自动化立体仓库的设计更趋于完备化。2 系统方案总体设计 2.1 设计思想 本设计是以可编程限制器ProgrammableLogicController简称PLC为核心，三菱FX2N-20GM作为PLC专用定位单元，限制伺服电机驱动一个有二个自由度的堆垛机来模拟现实中立体仓库的存取过程。在整个立体仓库运行过程中接受开环限制方式，触摸屏三菱GT1155为人机接口元件，PLC和定位单元为限制元件，伺服电
7、机和电磁阀双轴气缸为执行元件来驱开工作台在高强度导轨上做三维运动，堆垛机传动部件为高精度丝杠传动。运行时PLC会接收和分析操作人员在触摸屏上的输入指令，做出合理的工作支配。即读取执行元件的信息，通过软件做出合理的工控支配反应到执行元件和操作系统，实现车位的位置移动。具体原理方框图如图1所示。 图1系统方框图 2.2 本设计限制要求 1PLC依据触摸屏所设置不同物品对应仓位实现十二个仓位的自动存取，本系统对三层仓位每层放置不同的三类物品，系统会自动找寻此空位来实现物品的依次存放，存放完毕后自动返回原点机械原点，等待下一个存放叮嘱。PLC承受存放叮嘱向目标空位靠近的运动默认为有负荷运动，此时为低速
8、运动，以获得较大的电机转矩，回原点的运动默认为空载，此时堆垛机快速移动，可以节约工作时间，提高效率。 2具有急停功能。当系统在运行的过程中发觉其它意外等，可以点击急停按键，此时系统会立刻停顿运行并保持原位置。但系统再次运行务必要回原点校正。因为系统接受开环限制，其速度由伺服电机或步进电机承受的脉冲频率确定，运行位移量由脉冲数目确定。而各空位对应的脉冲频率、数量数据均由程序设定。另外从系统运行时的牢靠性和平安性角度考虑，全部的数据均应参考原点而设置。所以系统每次任务完毕后都必需回原点进展校正，幸免执行错误叮嘱，发生意外。 3能够快速返回原点。堆垛每次执行完取/放料动作完成后，系统便快速返回原点。
9、本功能也可以作为原点校正用，长时间运行误差积累导致工作台不能精确定位，借此可以校正。 4有手动和自动档选择，可以实现手动和自动两种限制方式。并且在触摸屏上有点动按钮导航键，分别用于限制堆垛机X轴正向与反向运行，Y轴正向与反向运行，Z轴物料叉伸缩运动运。规定远离原点为正向，靠近原点为反向。同时在限制台上设置手动操作的十字开关，对堆垛机X与Y轴手动限制。实现对物品的存放操作。5堆垛机X轴与Y轴方向定位由输出脉冲序列专用单元FX2N-20GM限制两台MR-E-20A伺服电机来实现；堆垛机取放料机构物料叉由PLC驱动电磁阀限制气缸伸缩动作实现对仓库取放物品功能。6装配物品检测传感器，PLC获得此信息并
10、依据触摸屏对物品分类入库参数设置，实现对物品分类入仓。7触摸屏功能：在系统中实现对堆垛机对象的监视及仓库和系统运行状态的显示功能，具体要求： 1.自动限制； 2.手动限制；3.系统急停；4.物品对应仓位设置；5.仓库物品实时库存数量统计，6.历史库存数量统计； 7.仓库实时监视；8.出库操作；9系统报警如满仓。2.3 系统构成 系统由可编程限制器FX2n-32MR、定位单元FX2n-20GM、触摸屏三菱GT1155、伺服电机MR-E-20A及气缸物料叉等组成。限制电路图如图2所示。图2 系统限制电路图伺服电机伺服电机堆垛机Y轴堆垛机X轴MR-E-20A伺服器CN1 CNP2 CN2CNP1L1
11、 L2MR-E-20A伺服器CN1 CNP2 CN2CNP1L1 L2FX2N-20GM TO MR-E-20A通讯电缆FX2N-20GM TO MR-E-20A通讯电缆LNG-LNG-CON3 CON4 FX2N-32MRFX2N-20GM电源接口 COM X0 X1 X2CON1 Y3 COM1CON2堆垛机手动限制十字开关限位开关等电磁阀颜色传感器蓝色颜色传感器白色金属传感器DC24V-+-+ -DC24VGT11552.4系统触摸屏监控画面。图5 初始画面 图6 限制方式画面图7 自动限制监控画面 图8 仓库实时监视画面图9 历史库存数画面 图10 堆垛机手动限制画面图11 物料目标仓
12、库设置画面 图12 出库操作画面3系统主要器件及在系统中的功能简介 3.1可编程限制器PLC 本设计中用的主限制器MITSUBISHIFX2N-32MR型PLC为本三菱公司生产的一款小型PLC，FX2n系列PLC把许多其他PLC的优点都融进一个很小的限制器中。FX2n适用于最小的封装，是盼望低本钱的用户在有限的I/O范围寻求强大限制功能的首选目标。内部供应多达32个I/O点，并且能够通过串行通信传输数据。在系统PLC为核心元件对负责整个系统限制与数据处理。 3.2触摸屏GOT 触摸屏是触摸式图形显示终端的简称，它是一种人机交互装置。一般通过串行接口与计算机、PLC或其他外围设备连接进展通信，由
13、专用软件完成画面的制作和传输，实现其作为图形操作和显示终端的功能。在限制系统中，触摸屏常作为PLC的输入和输出设备，通过运用相关软件，设计出满足用户要求的监控画面，实现对限制对象的操作和显示。本设计中用的为三菱公司生产的GT1155型320X240点STN彩色液晶触摸屏，实现对系统对象的监视与限制功能。 3.3定位单元 定位单元FX2n-20GM型是三菱公司生产的输出脉冲序列的专用单元。定位单元允许用户运用步进电机或伺服电机，并通过驱动单元来限制定位。一个定位单元能限制两根轴；定位单元配有一种专用定位语言cod指令和依次语言根本指令和应用指令；当连上一个通用的脉冲发生器集电器开路型后，手动进给
14、有效；当连接上一个带有确定位置ABS检测功能的伺服放大器后，每次启动时的回零点可以被保存下来。当连上一个FX2n系列PLC时，定位数据可被读/写，定位单元也可不须要任何PLC单独运行。 本设计中定位单元FX2n-20GM用来限制两个MR-E伺服电机定位堆垛机的两轴位置。3.4伺服驱动器及伺服电机 本设计中接受两台三菱通用AC伺服MR-E-20A型沟通伺服放大器，限制模式有位置限制和速度限制2种模式，而且能够切换位置限制和速度限制进展运行。位置限制模式时可用最高500Kpps的高速脉冲串执行电机的旋转速度和方向的限制。MR-E系统伺机服电机的编码器接受14386脉冲/转辨别率的增量位置编码器，可
15、进展高精度定位。 两台伺服电机为本设计执行元件，限制传动部件丝杠旋转进展精确的定位。3.5驱动支架仓库模型 驱动支架堆垛机是此模拟机的重要机械局部，要求有高的强度和传动精度用于保证运行的精度和牢靠性。其有效坐标行程可运动最大坐标值为XYZ=46045070mm。其各坐标方向上各有三根轴，中间是传动丝杠，两边是导轨。仓库模型接受钢架构造，为34行列式，共12个空位。4关键问题处理 在本模拟自动化立体仓库设计中，主要依据输出脉冲序列的专用单元FX2n-20GM对伺服电机限制，即接受脉冲开环限制方式设计，由三菱FX2n-32MR型PLC、定位单元FX2n-20GM、MR-E伺服电机、气缸、开关电源D
16、C24V、一个根本的限制台，起限制和驱动作用。 当定位单元发出必需脉冲，经过伺服驱动器驱动伺服电机旋转必需的角度，要想实现对堆垛机的精确限制，传动部件丝杠旋转一圈进给量为6mm，因此需依此量并参照机械零点位置计算出每一仓位对应坐标值。5一个完整的动作过程 要编写一个很好的限制程序首先要搞清运动的各个环节，把连续运动合理的离散化和数字化是整个程序设计的关键，因此可以把一个完整的自动存取过程简洁划分为：首先按动触摸屏自动限制按钮键，如系统为初次启动时堆垛机三轴归机械零位，物品检测传感器检测到物品种类，依据设置目标仓值，PLC接到信号后，执行定位单元对应目标仓位程序取物品托架，X、Y轴两路伺服电机起
17、先同时正转，即向各自目标的坐标值起先靠近。当伺服电机到达目标坐标值后，堆垛机X轴与Y轴均停顿动作，延时后PLC驱动电磁阀，气缸出杆伸出，延时，Y轴再正转，物料叉托起物料托架使之与仓库脱离后，气缸杆作缩回动作，延时，气缸杆作缩回动作完成后定位单元对两轴执行归零叮嘱，X、Y轴归到机械零位，待检测到物品置于物料叉上时，执行定位单元对应目标仓位程序放物品托架与物品，此次堆垛机行走路径与上一流程根本相像，只是目标坐标值Y大于对应仓位底部坐标相对值，然后物料叉做伸出运动，伺服电机Y轴再反转，放下物品托盘及物品，物料叉再缩回，当步进电机停顿动作的信号发出后即物料叉作缩回动作完成后定位单元对两轴执行归零叮嘱，
18、到此，即整个自动化立体车库的自动存取车过程根本完毕。9系统可扩展性所接受的PLC主机支持多种特殊功能模块，为进一步优化系统功能供应了便利，如：只要加上相应的通迅模块如FX2n-485-BD，FX2N-32CCL等即可把该系统参与工业现场总线系统中。为今后系统改造与升级供应支持。完毕语 本文重点介绍了自动化立体仓库模型的具体设计过程，此限制系统通过调试显示能够比拟精确地完成对12位仓库模型的根本定位，能够比拟精确地完成自动存取任务。 本限制系统是依据自动化立体仓库运行的根本原理设计的，以三菱FX2n-32MR型PLC作为核心限制元件，三菱FX2N-20GM作为PLC专用定位单元用来限制伺服电机三
19、菱MR-E-20A来驱动仓库堆垛机的X轴与Y轴，驱动一个有二自由度的堆垛机在高强度导轨上做二维运动。限制气缸动作驱动Z轴，来实现对物品的自动存取任务。所做的具体工作如下：1设计了人机界面触摸屏画面。实现对系统对象的监视与限制功能。 2依据整个限制系统的运行要求，设计出了相应的程序并且通过了调试。 3通过系统的最终调试，完成了在立体仓库模型上进展物品装卸的试验。 在这次设计中，根本完成了仓库模型限制系统的设计，到达了预期的目标，实现了其主要功能。此设备调试说明所选设计方案均是可行的。此仓库模型限制系统适合自动化类教学仪器的演示，也可以为自动化立体仓库的具体实施作一个技术参考。参考文献： 梁耀光 余文烋主编电工新技术教程三菱电机FX1S；FX1N；FX2N；FX2NC系列编程手册三菱电机FX2N-10GM；FX2N-20GM编程手册三菱电机MR-E 伺服放大器运用手册三菱电机GT Designer2 版本2 画面设计手册
PLC伺服电机系统在立体仓库堆垛机控制中的应用 (2)
