毕业论文自动化立体库设计.doc

1、摘 要自动化立体库是一种集信息，存储管理于一体的高技术密集型机电一体化产品，是一种多层次存放货物的高架仓库系统。它是把计算机与信息管理和设备控制集合起来，能按控制指令要求自动完成货物存取的要求。本文的设计思路是将整个立体库的区域虚拟的分为三个区，区域划分是基于物料属性信息之上的，本课题有三种物料，即高成品件、低黑件、低白件。根据物料属性信息分别将其放入相应的货位，以提高存取的工作效率。因PLC强大的控制功能，本控制系统的控制器采用PLC控制，堆垛机由两轴（X/Z）伺服定位轴机构组成，具有三自由度。堆垛机是自动化立体库中的重要设备，它能够在自动化立体库的货架间来回穿梭运行，将货物放入货架；或者相

2、反取出货架上的货物。输送带由变频器控制，可以进行变频传输。采用光电传感器检测有无物料，变频传输物料，分析堆垛机的工作过程，并确定堆垛机的定位方案。通过计算机系统对PLC的运行监控，并对货架信息进行处理，解决了堆垛机存取货物路径的优化问题。最终由PLC对堆垛机系统进行控制。人机界面，是系统和用户之间进行交互和信息交换的媒介，它实现信息的内部形式与人类可以接受形式之间的转换。人机界面可以对现场设备进行监控，及时采集系统信息，发现并处理故障，保证系统良好的运行，是自动化生产的必然发展方向。关键词：自动化立体库；堆垛机；PLC; 人机界面 ABSTRACTAutomated library is a

3、collection of information, storage management in one of the high-tech-intensive mechanical and electrical integration products, is a multi-level storage of goods, overhead storage system. It is the computer and information management and control equipment together and follow the instructions to auto

4、matically control the access requirements of the goods. This design idea is the area the entire three-dimensional virtual library is divided into three zones, zoning is based upon the material property information, the subject of three materials, namely high-finished parts, low black pieces, low whi

5、te pieces. , Respectively, according to the material attribute information into the appropriate stock of its position, in order to improve access efficiency. PLC control for the powerful, the controller uses the control system PLC control, stacking machine consists of two axes (X / Z) axis servo pos

6、itioning institutions, with three degrees of freedom. Automated stacking machine is an important equipment in the library, it can automated library shelves in the back and forth between running into the cargo shelf; or vice versa out the goods on the shelves. Controlled by the drive belt and can be

7、frequency transmission. Photoelectric sensor detects whether the materials used, frequency transmission of materials, analysis of the working process stacker and stacker position to determine the program. Through the computer system to monitor the operation of PLC, and the shelf information processi

8、ng to solve the access of goods stacker path optimization problem. Ultimately by the PLC control system on the stacker. Man-machine interface, the system and user interaction and information exchange between the media, which implements the information within the acceptable forms of the human form of

9、 conversion between. Man-machine interface field devices can be monitored and timely information collection system to identify and deal with failure to ensure the system is running well, is the inevitable development of automated production. Keywords: automated library; stacking machine; PLC; comput

10、er目 录第一章 绪 论1引言11.1本课题的目的和意义11.2自动化立体库的概述21.2.1 自动化立体库的组成21.2.2 自动化立体库的优点21.2.3 自动化立体库的分类31.3 国内外研究现状31.4 本课题的研究内容5第二章 系统控制方案的设计62.1 出入库原则概述62.1.1 先入先出原则62.1.2 分区原则72.1.3 均布原则72.1.4 重力原则72.1.5 效率原则82.1.6 出入库流程的设计82.2 系统设计的基本步骤102.3 系统的控制方案8第三章 系统的硬件设计123.1 PLC选型123.1.1 PLC的选型123.1.4 PLC的电源连接143.2 感应

11、电机的选型153.3 变频器的选型153.3.1 变频器的选型153.3.2变频器的端子说明173.4 伺服电机的选型173.5 伺服驱动器的选型183.6人机界面的选型203.7 传感器的选用223.8 限位开关的选用253.9 电气原理控制图设计253.9.1 设备接线分析253.9.2 电气原理图29第四章 PLC软件程序的设计304.1 WPLSoft 2.11的介绍304.2 编程语言介绍304.3 PLC程序分析314.3.1 I/O地址表分配314.3.2 流程图设计314.3 PLC单机设计与调试33第五章 HMI程序设计355.2 HMI程序的调试35总 结36致谢词39附

12、录40附录一 电气原理图40附录二 PLC程序41附录三 HMI程序43附录四 元器件清单44附录五 元器件型号简介45参考文献47第一章 绪 论引言随着国民经济的飞速发展，自动化立体库在各行各业中得到了广泛的应用。它是现代化工厂的重要组成部分。它是一种多层的自动存取货物的高架仓库系统。传统的立体库是用专门的仓库工作设备进行货物出入库工作的仓库。传统的立体库逻辑控制系统采用继电器逻辑控制线路，这种控制线路存在着易出故障、维护不方便、运行寿命短、占用空间大等缺点。与传统的相比，自动化立体库采用PLC逻辑控制具有体积小、工作可靠性高、抗干扰能力强、修改程序方便等优点。从技术上看，PLC将逐渐取代传

13、统的继电器控制系统。因此，进行立体库的PLC控制系统的设计，可以扩大PLC在自动控制领域的应用，具有一定的经济和理论研究价值。1.1本课题的目的和意义自动化立体库具有操作简单、迅速、使用方便、安全可靠、维护量小等特点，它可以为工厂提供一个安全、简易的使用环境，而传统的立体库主要是靠人工装卸，不仅浪费人力、物力，并且存在着较大的安全隐患，同时还浪费了大量空间。与传统的立体库相比，自动化立体库在许多方面都显示出优越性，比如： 提高空间利用率。因为它是高层货架存储，使存储空间大幅度地向高空发展 利用计算机的管理系统，使货物先入先出，防止货物堆积、损坏和变质 自动存取系统加快了工作效率的同时也有效地保

14、证了人身和货物的安全 实现了特殊场合货物存储的需要，例如，有毒、易爆等 有效地减少了货物处理和信息处理过程中的差错自动化立体库的信息系统可以与企业的生产信息系统相结合，实现企业管理的自动化。同时，促进企业科学管理，减少了浪费，保证均衡生产，也提高了操作人员素质和管理人员的水平。1.2自动化立体库的概述1.2.1 自动化立体库的组成自动化立体库又称自动化仓库、现代智能库、高层货架仓库等，是近年来国际上迅速发展起来的一种新型存储设施。它主要通过高层货架充分利用空间进行存取货物，所以称之为“立体库”或“高架仓库”。可以做到无人操作，按计划入库和出库的全自动化控制，并且可以实现计算机网络化管理。自动化

15、立体库基本由以下部分组成：货架：用于存放货物的立体结构，本系统采用3*3的钢结构货架。堆垛机：用于自动存取货物的设备，是自动化立体库中的重要设备，本系统的电动机由两伺服组成。传输设备：主要任务是将货物输送至堆垛机或从堆垛机将货物搬走，本系统选用变频器与感应电机的组合。货夹：将货物从输送带上搬移或移至输送带上，本系统采用的是机械气爪。控制器：是整个控制系统的核心，采用PLC控制。人机界面：监控整个系统。1.2.2 自动化立体库的优点使用自动化立体库可以产生巨大的经济效益和社会效益，主要来自以下几个方面： 节省空间。由于使用高层货架存储货物，存储区间可以大幅度地向高层发展，充分利用立体库的地面和其

16、空间，因此，节省了库存的占地面积，提高了空间利用率。 自动存取。通过控制器和设备，使立体库在无需人工直接控制的情况下进行运作，提高了劳动生产率，减轻操作人员的劳动强度。 计算机控制。计算机能准确无误的对各种信息进行存储和管理，因此，能减少人为的错误。 计算机化信息管理。可以有效地减少货物库存的时间，遵循着先入先出的原则。减少流动资金的挤积压。 结构灵活。PLC属于“即插即用”型，使用方便灵活。可以灵活扩展接入端口数量，使资源保持较高的利用率。综上所述，自动化立体库具有节省用地、减轻劳动强度、提高劳动效率、降低储运损耗、减少流动资金的挤积压等优点。1.2.3 自动化立体库的分类随着生产自动化发展

17、水平的不断提高，自动化立体库得到了越来越广泛的使用，其形式也得到了多样化的发展。例如：垂直回转式、垂直升降式、整体水平式（S型）、M型回转式、P型回转式。本系统采用的是垂直升降式，如图1-1-2所示，它的货位是固定不动的，采用升降式载货台进行货物存取。其主要特点是变换灵活、存取速度快、能够充分利用垂直方向的空间，总体高度可以根据立体库的高度来决定，根据存储货物的高度来选择存储间隔高度。【1】图1-1-2 垂直升降式立体库1.3 国内外研究现状自动化立体库的产生和发展是第二次世界大战之后生产和技术的发展结果。自上世纪60年代以来，美日欧等国家和地区设计和投入使用的立体库越来越多。50年代初，美国

18、出现了采用桥式堆垛起重机的立体库；50年代末60年代初出现了司机操作的巷道式堆垛起重机的立体库；1963年美国率先在高架仓库中采用计算机控制技术，建立了第一座计算机控制的立体库。60年代中期，日本开始兴建立体库，并且发展速度越来越快，成为当今世界上拥有自动化立体库最多的国家之一。据不完全统计，美国拥有各种类型的自动化立体库20000多座，日本有38000多座，德国有10000多座，英国有4000多座，前苏联有1500多座。【14】我国对立体库及堆垛机的研制开始并不晚，1963年研制成第一台桥式堆垛起重机，1973年开始研制我国第一座由计算机控制的自动化立体库，该库1980年投入使用。据不完全统

19、计，目前我国已建成的立体库有近300个，其中全自动的有30多个。1995年建成的仪征化纤工业联合公司涤纶长丝自动化立体库，是目前我国独立设计和制造的综合自动化程度最高的立体库。下面列举几家典型的自动化立体库，从中可以看出我国自动化立体库的发展概况。（1）北京汽车制造厂：这是我国第一座自动化立体库。1982年实现全部货位和出入库货址查询由微机管理。1982年实现了立体库库存管理，物品流向统计，财务结算及物资计划调配管理。（2）河北省科学院自动化所：应用于立体库堆垛机的微机控制系统应用，Z80微机对立体库巷道堆垛机进行控制。检测元件选用非接触式红外线光电探测元件和接触式开关。（3）十堰第二汽车制造

20、厂：这是国内较先进的AS/RS物流管理系统，由五台不同规模的微型计算机组成了分层分布式系统，实现了仓库信息管理自动化和仓库入库及出库作业的自动化。（4）仪征化纤工业联合公司涤纶长丝自动化立体库：自1995年初系统使用运行以来，运行一直比较稳定，可靠性方面已达到较高的水平。（5）宝钢自动化立体库：是国内比较先进的立体库，具有80年代中期水平。性能：10排*15层*60列，存储容量4500吨，货架高15.36米，有堆垛机2台、堆垛机转轨车2台、链式分配小车1台，每日进、出库量：进25-30吨，出库22吨，即出入频率约74次/日（每日按6小时计算）。【11】近年来随着科技的不断发展，我国的自动化立体

21、库得到了很大程度的发展。但与发达国家相比，无论是数量还是自动化程度上都存在着较大的差距。这些差距体现在：（1）发展速度慢。我国自动化立体库现有的数量和技术多不能满足我国今后的发展需求。（2）立体库的形式、规格较少。（3）堆垛机的控制技术和驱动技术不多。如果堆垛机的运行速度得不到提高，工作效率也不会得带提高，经济效益就得不到提高。（4）研究开发和创新能力不够强。未来自动化立体库的发展趋势主要表现为：（1）自动化程度会不断提高。近年来随着PLC技术的不断发展，今后的立体库会采用PLC进行控制。（2）大型自动化立体库系统已不再是发展方向。为了适应工业发展的新形势，出现了规模更小，反应速度更快，用途更

22、广的自动化立体库系统。它结合先进的技术，应用到分段输送和按预定线路输送方面，保持了高度的柔性和高生产率，满足了工业库存搬运的需要。（3）在堆垛机方面不断推出具有新的物理外形和更高性能的设备。（4）应用领域越来越广泛。（5）随着计算机技术的不断发展，今后的自动化立体库将具有模仿人类的功能。1.4 本课题的研究内容课题的主要任务是基于台达DVP系列PLC的立体库控制系统的设计。它的工艺过程是接收到来物料信号及属性信息后，变频传输机构启动（模拟量驱动，模拟信号来源于PLC，并且速度可调），将成品件输送至抓取位置。堆垛机上的抓取机构检测到有料信号后，首先伸缩气缸伸出并抓取成品件，然后Z向伺服电机上升一

23、小段，离开接料位，然后堆垛机X/Z向伺服移动机构移动至对应库位，伸缩气缸伸出并释放成品件，最后堆垛机回退到初始的原点位置。全文共分为五章，各章的主要内容如下：第一章扼要地介绍了自动化立体库的概念、特点与相关研究背景；第二章介绍立体库的入库流程设计的一般性原则，包括均布原则、效率原则、分区原则、先入先出原则和重力原则。并根据入库设计的基本原则，总结出立体库最具有一般性的最优入库流程并提出了系统的控制方案；第三章介绍了组成系统的主要器件和选型，例如PLC、伺服等选型及特性的介绍，并对部分硬件的接线进行了详解并绘制电气原理图（用AUTOCAD软件）；第四章介绍本系统WPLSoft 2.11软件和PL

24、C程序的设计；第五章讲解了ScrEdit 2.00PLC软件HMI画面的设计；第六章总结了设计中遇到的一些问题和解决方法；第二章 系统控制方案的设计系统方案的设计主要来源于课题的要求和当今社会的现状，随着现代化工业生产的发展，气动技术、液压技术、传感器技术、PLC技术、网络及通讯技术等技术的紧密结合而形成的机电液、机电气、机电光一体化的自动化控制技术的应用在工业生产中正起着越来越重要的作用，自动化生产系统已成为当今工业生产的重要组成部分。2.1 出入库原则概述出入库原则设计是设计初期应当满足的基本的入库要求作为设计原则。在设计过程中，应根据其不同的特点和其他诸多因素设计的出入库流程。出入库原则

25、，顾名思义，即货物的入库操作和出库操作。货物的入库流程为：检测到输送带上有货物时，PLC发送指令给输送设备准备进行入库操作，等到货物到达指定位置时，堆垛机上的货夹夹取货物，堆垛机在水平和垂直方向上运动，直到到达指定的货位，然后堆垛机上的货夹将货物放入立体库中指定的货位上，从而完成一次基本的入库操作。货物入库后，堆垛机将停留在初始位置等待下一次的操作。出库流程与入库相反，其流程为：根据输入的指定货物找到其在自动化立体库中的货位，与此同时，控制器发送指令给堆垛机进行出库操作，堆垛机接收到指令后运行到指定的货位夹取货物，然后在水平和垂直方向上运动到输送带端口，将货物放入输送带，输送带检测到有货物后，

26、启动输送设备，将货物运出自动化立体库，从而完成一次出库操作。由上面的入库概述得其基本原则如下：2.1.1 先入先出原则先入先出原则，是基于为企业减少流动资金的损耗提出的，也是货物在出库时最先考虑的原则。最先入库的货物最先出库，从而避免了旧货物的积压，出现货物过期、失效等现象。本系统无需考虑此原则，因为本立体库中货物由塑料制成。2.1.2 分区原则分区原则，是根据货物的属性信息，将一个整体的立体库分成几个不同的区域，从而满足货物的存储要求，同时也提高货物出库的效率。自动化立体库是否需要分区，主要取决于立体库的形式和出入库频率的高低。只有较长的立体库和生产量大、出入库频率高的立体库才有必要分区。为

27、的是节省操作时间，提高工作效率。但要进行强调的是，不是所有的分区多是为了提高出入库的效率，如药品，它的属性要求就是不能混合放置。因此，在考虑分区时应根据实际情况决定。本系统中的货物分为三种，即高成品件、低白件、低黑件。基于要提高货物出库效率，故需将立体库进行分区2.1.3 均布原则均布原则是立体库管理中最基本地货位选择原则，其目的是使每一台堆垛机得到充分的利用的同时提高出入库的效率，从而避免货物集中于其中的某一巷道。均布原则基本分为货物均布、货位均布、设备负荷均布三种。货物均布适用于单种入库物料较多的场合，是在原本立体库中有空货位的情况下，使物料均匀分布给每个堆垛机，充分利用每台堆垛机，减少资

28、源的浪费。货位均布适用于单种入库物料较少的场合，是在原本立体库中空货位较少的情况下，确保每个货架都有等量的空货位，减少堆垛机作业周期的时间。设备负荷均布使每台堆垛机的工作量尽量相等，避免部分堆垛机因负载过大导致其使用寿命的缩短。2.1.4 重力原则顾名思义，与其相关的因素是货物的重量和货架的承重能力。当立体库中货物的重量相差较大时，较重货物放置在底层货架，不仅可以方便存取，还可以保证人生和货物的安全。随着钢结构货架的采用和货架结构的力学结构设计，现代化的立体库货架具有很强的承重能力，较重物品的存取不会存在安全隐患。但从堆垛机存取方便性和经济性考虑，较重的货物放置在底层，可以节省堆垛机的取货时间

29、和提高工作效率。本系统中高成品件比其他两种工件中，故将高成品件置于立体库的底层。2.1.5 效率原则效率原则是立体库优化的主要原则，通过提高出入库的效率，可以降低成本和损耗，从而为企业带来可观的经济性效益。其主要方式有两种，一种是货位优化原则，及出入库时优先选择效率最低的货位，从而保证出入库的路径最短化，即堆垛机的运动路线最短化，进而提高工作效率和堆垛机的使用寿命；另一种是优化出入库任务次序原则，这种方法使用与出入库任务比较频繁的情况，即出入库混搭的情况。比如，堆垛机在完成入库后不返回原点位置，而是进行距离最近货物的出库操作，从而减少路程的重复，提高工作效率。2.1.6 出入库流程的设计在设计

30、过程中优先考虑的部分，因与其相关的因素繁多，所以主要考虑其入库方面的因素。入库主要从货物入库的角度考虑，在满足入库的同时，提高其工作效率。需要考虑的原则有：分区原则，把立体库划分区域，以存放不同的货物；均布原则，充分利用每台堆垛机，以免发生货物堵塞；效率原则，减少堆垛机的工作时间，以提高工作效率；重量原则，保证人生和货物的安全。出库主要是从节省企业流动资金的角度出发，以先入先出为主要的同时，提高其效率。出库主要有PLC进行。2.2 系统的控制方案立体库的主要功能为入库和出库，本课题主要研究其入库操作，出库操作仅作以上分析。立体库入库操作主要负责物料的分类整理，涉及到两轴的伺服运动，结构和功能相

31、对比较复杂。机械手搬运过来的物料首先放置在一个传送带上，该传送带由一台交流电机和台达变频器组合控制启停，将物料传送到立体库机械手的起点位置，等待抓取。入库装置方面由两个伺服电机分别控制机械手在X/Z轴两个方向的运动，机械手同样具有张合和伸缩结构和功能。仓库部分为一个三层货架，分别用来存放不同属性的工件。最后机械支架、固定连接架、检测传感器等零件也依需求配置。其立体图如下所示：图2-3-1 立体库单元其俯视机械结构图如下所示：图2-3-2 俯视机械结构课题中的立体库是一个3层的二维立体库，根据虚拟分区原则，分为3*3的立体库。系统的示意图为：图2-3-3 立体库结构示意图本课题的需求分析得：（1

32、）堆垛机为二自由度，即：上、下；左、右；（2）堆垛机的运动由两伺服组成，上下和左右可以同时进行运动；（3）堆垛机的X轴和Z轴必需有限位保护；（4）机械气爪为一个自由度，即：前、后；（5）机械气爪到位信号由三个磁性开关检测；（6）输送带的传输由变频器与感应电机组成；（7）物料的检查和是否到位由两个光纤传感器检查完成；（8）系统设置必须有急停开关，以防发生意外；2.3 系统设计的思路基于上述内容，立体库的设计过程中主要考虑以下几点：（1）分析课题的控制系统，对课题进行需求分析，提出系统的设计方案。（2）制作I/O地址分配表。根据系统功能的要求，确定系统所需的输入和输出点。（3）元器件的选择，即伺服

33、系统、输送系统、传感器、PLC等重要的元器件。正确的选择元器件，对于保证整个控制系统的技术经济性能指标起着重要的作用。（4）绘制电气原理图。考虑必要的安全保护措施和各设备间的接线。（5）绘制程序流程图。根据系统的需求分析绘制出系统的工作过程。（6）编写系统的程序，根据系统的工作要求编写出PLC的程序和HMI的画面，这是整个设计的核心任务。（7）调试程序。程序控制是整个系统工作的软件，是保证系统工作正常、安全可靠的关键。因此，控制系统的设计必须经过反复调试、修改，直至满足为止。（8）完善系统。 控制系统设计步骤 第三章 系统的硬件选型本系统由PLC、变频器、伺服、人机界面、传感器等元器件组成，本

34、章主要对系统中元器件进行详细的介绍。3.1 PLC选型3.1.1 PLC的选型PLC 是PLC控制系统的核心部分，正确的选择PLC，对于保证整个控制系统的技术经济性能指标起着重要的作用。PLC的选择包括：（1）输入输出（I/O）点数的估算，总输入输出（I/O）点数=（输入点数+输出点数），+10%20%的可扩展量 ；（2）存储器容量的估算，总内存容量=（开关量输入点数+开关量输出点数）10模拟量点数150； （3）控制功能的选择，包含：运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能、处理速度；（4）机型的选择，包含：PLC的类型、输入输出模块的选择、电源的选择、存储器的选择、冗余功能的选择、

35、经济性的考虑；因此考虑到输入输出点数和总内存容量，选用台达EH系列PLC以及其I/O扩展模块作为主体控制设备。同时伺服驱动器的控制方式为脉冲控制。该系列PLC有如下特点：（1）优异的运算效能，内建庞大的程序与资料存储空间，支持超过203个应用指令。（2）简易联网功能，只要启动PLC-LINK功能，无需额外的通讯扩展模块，即可构架最高32台的连续网络。（3）支持最新开发的直线与圆弧插补运动控制指令，搭配高速脉冲输出功能，轻易达成两轴同动的控制要求。（4）可搭配多样化地高速特殊扩充模组与功能卡，满足各式各样要求及时反映的应用。全新的特殊扩展模块，可大幅缩短主机与扩展模块之间的数据传输时间，进而提升

36、主机程序的执行效率。（5）内建4组200KHZ硬件高速计数器，支持多样化工业网络。综上所述，初步确定选用台达DVP_40EH00T2 PLC主机一台，扩展模块DVP 32HP00T一台作为系统的控制主体。（1）DVP40EH00T2 PLC简介EH系列主机40点，24in/16out最大I/O点数：512点指令执行速度：0.24s（基本指令）通信部：内建RS-232与RS-485，相容ModbusASCII/RTU通信协议内存容量高达16 K Steps交流电源，电晶体输出支持2组AB相200KHz脉冲输出（Y0，Y1）、（Y2，Y3），2点200KHz脉冲输出Y4、Y6端子排列如图所示：图3

37、-1-2 DVP_40EH00T2端子排（2）DVP32HP00T I/O扩展模块简介32点扩展模块，可配合EH/PM主机使用输入/输出混合模式，数字量信号（16DI/16DO）交流电源，晶体管输出端子排列如图所示：图3-1-3 DVP 32HP00T端子排3.1.4 PLC的电源连接鉴于上文介绍的PLC型号特性，PLC连接时应注意以下事项：（1）主机和扩展机都是交流电源，L、N都接220V交流电源。且必须注意，多台PLC同时使用时务必单点接地；（2）主机和扩展机都是电晶体输出类型，输出公共端C全部接地（0V）；（3）输入端以SINK模式配线，将S/S端接+24V直流电源；（4）其余接地端和2

38、4G共地（0V）。（5) EH系列主机和扩展模块的连接使用DVP AEXIT 1-H扩展电缆连接器，DVP AEXIT 1L-H在前（主机端），DVP AEXIT 1R-H在后（扩展端），如下图：图3-1-4扩展模块接法3.2 感应电机的选型何为感应电机？其定义为定转子之间靠电磁感应作用，在转子内感应电流以实现机电能量转换的电机。感应电机一般用作电动机。感应电机是异步电机的一种，由于现在异步电机主要是感应电机，所有现在也有人直接在定义时候将异步电机定义为感应电机，其实异步电机包括感应电机、双馈异步电机和交流换向器电机。其优点有结构简单、制造方便、价格便宜、运行方便等。本系统中选用交流感应电机的

39、型号为：41K25GN-S。 表3-2 41K25GN-S电气特性型号供料（W）电压（V）频率（Hz）启动转矩（kg.cm）额定转速（rpm）额定时间41K25GN-S253220504.01300连续3.3 变频器的选型3.3.1 变频器的选型变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置，能实现对交流异步电机的软起动、变频调速、提高运转精度、改变功率因数、过流/过压/过载保护等功能。变频器选型时要确定以下几点： （1）采用变频的目的（2）变频器的负载类型（3）变频器与负载的匹配问题（4）在使用变频器驱动高速电机时，由于高速电机的电抗小，高次谐波增加导致输出电流值

40、增大。因此用于高速电机的变频器的选型，其容量要稍大于普通电机的选型。 （5）变频器如果要长电缆运行时，此时要采取措施抑制长电缆对地耦合电容的影响，避免变频器出力不足，所以在这样情况下，变频器容量要放大一档或者在变频器的输出端安装输出电抗器。 （6）对于一些特殊的应用场合，如高温，高海拔，此时会引起变频器的降容，变频器容量要放大一挡。本系统选用的是台达VFD-E系列的变频器，因其内建可程式逻辑控制器（PLC），可编成简易PLC程序，节省外加PLC的成本，其特点为：（1）结构设计融入易拆卸模组化设计，减少用料，易于维护，面板可拆卸，可弹性扩充功能卡。（2）采用RS-485通信界面，标准MODBUS

41、通信协议。（3）内含EMI滤波器，有效减低电磁干扰，符合EN61800-3标准规则。（4）用于非接地及高阻抗电源系统，可将泄漏电流之Y电容移除。（5）完善的保护功能选用的变频器的型号是VFD002E21A，它的电气规格如下表红框标示。变频器与电机的搭配选择和电气接线方案设计都是以此为依据的。表3-3 变频器电气规格在变频器使用时，首先应使其与PLC完成通信，再使用WPL对其编程，根据控制情况发送启停或正反转信号，从而控制交流电机的运转。在通信设置和变频器工作模式设置时，都是用到它面板上的操作器根据相应的参数设定的。图3-3-7 变频器控制面板RUN: 运转键，可令驱动器执行运转STOP/RES

42、ET：停止/重置键，可令驱动器停止运转及异常重置 ：数值变更键，设定值及参数变更使用。或修改数值的大小MODE：显示画面选择键，按此键显示项目逐次变更以供选择ENTER：确认键，按此键确认选择3.3.2变频器的端子说明3.4 伺服电机的选型每种型号电机的规格项内均有额定转矩、最大转矩及电机惯量等参数，各参数与负载转矩及负载惯量间必定有相关联系存在，选用电机的输出转矩应符合负载机构的运动条件要求，如加速度的快慢、机构的重量、机构的运动方式（水平、垂直、旋转）等；运动条件与电机输出功率无直接关系，但是一般电机输出功率越高，相对输出转矩也会越高。因此，不但机构的重量会影响电机的选用，运动条件也会改变

43、电机的选用。惯量越大时，需要越大的加速及减速转矩，加速及减速时间越短时，也需要越大的电机输出转矩。依下列步骤进行伺服电机选型：（1）明确负载机构的运行条件要求，即加/减速的快慢、运动速度、机构的重量、机构的运动方式等。（2）依据运行条件要求选用合适的负载惯量计算公式，计算出机构的负载惯量。（3）依据负载惯量与电机惯量选出适当的假选定电机型号。（4）结合初选的电机惯量与负载惯量，计算出加速转矩及减速转矩。（5）依据负载重量、配置方式、摩擦系数、运行效率计算出负载转矩。（6）初选电机的最大输出转矩必须大于加速转矩+负载转矩；如果不符合条件，必须选用其他型号计算验证直至符合要求。（7）依据负载转矩、

44、加速转矩、减速转矩及保持转矩，计算出连续瞬时转矩。（8）初选电机的额定转矩必须大于连续瞬时转矩，如果不符合条件，必须选用其他型号计算验证直至符合要求。（9）完成选定。在实际应用的选择设计中，要注意这些方面的特性合理选择伺服电机。本系统中X轴的伺服电机为ECMA-C 30401ES , Y轴方向为ECMA-C 30602ES具有断电保护以防止断电后Y轴方向上的滑动给系统造成不必要的伤害。3.5 伺服驱动器的选型3.5.1 伺服驱动器选型伺服电机必须有驱动器才能旋转，一组伺服电机由电机与驱动器匹配组成，由制造厂家将电机与驱动器匹配到最佳状态，用户最好不要随意混合搭配。如下图所示，红框表示本系统选择

45、的伺服驱动器和所对应的伺服电机。图本系统选用功能齐全的台达AB系列伺服驱动器，其特点为：（1）多样化地模式控制，位置/速度/扭矩控制，外部寸动功能等（2）性能优异，通讯功能强大（3）内含简易运动控制器，可省略上位控制器，单轴定位控制本系统选用ASDA-AB系列伺服驱动分别与相应的伺服电机配合完成两个轴的运动控制。X轴的伺服电机为ECMA_C 30401ES，与之相匹配的驱动为ASD-A0121-AB, Y轴方向为ECMA_C 30602ES, 与之相匹配的驱动为ASD-A0221-AB。3.5.2 驱动器端子说明3.6人机界面的选型本系统采用的是台达B系列的人机界面，其强大的控制器支援性，支持

46、多种厂牌的控制器，不需额外开发通信程式，大幅度节省系统设计；除了标准串口列通讯界面（RS485/RS232/RS422）外，DOP-B人机还支援USB、乙太网络、音效、SD卡界面，可满足各种不同应用的需求。选用B系列的型号是DOP-B07S200下表为其性能参数表3-6性能指示参数DOP-B07系列面板: 图3-6-1 HMI面板正面 图3-6-2 HMI面板反面3.7 传感器的选用在该立体库中采用BF3RX+FD-320-05光纤放大器(漫反射型)光纤传感器作为货物检测，它是韩国奥托尼克斯公司的从产品，采用内置粗调/微调双调节旋钮，可实现微调的光纤放大器，可通过连接线转换LIGHT ON/DARK ON方式，内装输出过流保护线路，电源反接保护线路可检测微小物体，可自由调节光纤长短。3-7-2 光纤放大器（漫反射型）连接图图3-7-4 控制输出电路由图可以看出它是四线制（棕色、黑色、蓝色、白色），棕色接电源正极；蓝色接电源负极；黑色为输出信号，当有物体时，输出信号为低电平，否则为高电平；白色悬空。需注意物体不要离传感器太远，否