智能堆垛机控制系统的设计报告 - 图文(2)

步进驱动器方向DIR+端、与Q0.3相连的是X轴步进驱动器方向DIR+端、与Q0.4相连的是直线气缸电磁阀Y1。

通过对立体仓库的电气的接线图的分析，我们就可以知道在程序中：I0.0将控制X轴的归零光电信号、I0.1将控制Y轴的归零光电信号、Q0.0将控制X轴电机的步进脉冲、Q0.1将控制Y轴电机的步进脉冲、Q0.2将控制X轴电机的步进方向、Q0.3将控制Y轴电机的步进方向、Q0.4将控制推料气缸的伸出/缩回。

图3-1 立体存储单元PLC I/O接线原理图

3.2 堆垛机设计方案框图

堆垛机系统的设计方案步进电机驱动器机械臂二维移动MT500人机对话S7-200立体存储站专机机械手伸缩控制按键通过设置相同的按键地址进行通讯气缸

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4 软、硬件设计

4.1 系统硬件设计

4.1.1 系统硬件原理图及工作原理说明

立体存储单元用于接收前一单元送来的工件，按照预定的工件信息而自动运送至相应指定的仓位口，并将工件推入立体仓库完成工件的存储功能。在典型的自动化生产线中，立体存储单元在生产流水线中作为最后一单元，模拟工业自动化生产过程中物件的分类存储功能，如图4-1所示为立体存储单元的整体结构。立体存储单元主要由直线驱动模块、工件推料装置、立体仓库、I/O转接端口模块、电气控制板、操作面板、CP阀岛及气源处理装置等部件组成。具体可参考“5.1.1 立体存储单元结构与功能分析”。

立体仓

直线驱动模块

工件推料装置 图4-1 立体存储单元

如图4-2所示，就像自动生产线一样，智能堆垛机系统的最大特点在于它的综合性和系统性。技术的综合性是将机械技术、气动技术、传感检测技术、电机驱动技术、PLC技术、网络通信技术以及人机界面技术等多种技术的有机结合，并综合应用到整个自动化生产线上。技术的系统性指的是自动化生产线的传感检测、传输与处理、分析与控制、驱动与执行等部件在微处理单元的控制下协调有序地工作，并通过一定的辅助设备构成一个完整的机电一体化系统，自动地完成预定的全部生产任务。

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图4-2 自动化生产技术特点

4.1.2 气动控制系统认知

图4-3 简单的气动控制系统 图4-4 静音气泵

图4-3为一简单的气动控制系统构成图，该控制系统由静音气泵、气动二联件、气缸、电磁阀、检测元件和控制器等组成，能实现气缸的伸缩运动控制。气动控制系统是以压缩空气为工作介质，在控制元件的控制和辅助元件的配合下，通过执行元件把空气的压缩能转换为机械能，从而完成气缸直线或回转运动并对外做功。

一个完整的气动控制系统基本由气压发生装置（气源装置）、执行元件、控制元件、辅助元件、检测元件以及控制器等六个部分组成，如图4-5所示。

图4-5 气动控制系统基本组成

图4-3中静音气泵为压缩空气发生装置，其包括空气压缩机、压力开关、过载安全保护器、储气罐、压力表、过滤减压阀及气源开关等部件，如图4-4所示。气泵是用来产生具有足够压力和流量的压缩空气并将其净化、处理及存储的一套装置，气泵的输出压力可通过其上的过滤减压阀进行调节。

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4.1.3 气动控制回路分析及连接

图4-6所示为图4-4气动控制系统的原理图。从图可知，执行元件为双作用气缸，控制元件为两位五通的单电控电磁阀，气动系统借助检测及辅助元件装置，在控制器的控制下实现气缸的伸缩运动。

图4-6 气动控制回路原理图

在气动控制回路中，由于电磁阀为单电控，所以电磁阀未通电时，阀工作于右位复位状态，气路走向如图4-7左图所示，此时在气压力作用下，气缸活塞左移，气缸杆缩回。当电磁阀的电磁线圈通电时，阀工作位于左位工作状态，气路走向如图4-7右图所示，此时在气压力作用下，气缸活塞右移，气缸杆伸出。

依据图4-6气动控制系统的原理图，并结合气动回路的运行过程要求，绘制出对应的气动控制回路安装连接图，如图4-8所示。在绘制安装连接图时，要求各元件之间的位置布局合理，管路连接无交叉，整体的效果美观。

图4-7 气动控制回路运行图

图4-8 气动控制回路安装连接图

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依据图4-8所示气动控制回路的安装连接图，分别将气泵、过滤减压阀、电磁阀及直线气缸上的快速连接头用气管进行连接，随时检查气路的可靠牢固性。然后接通气源，用手控旋钮进行调试，检查气缸动作情况。

4.1.4 步进电动机认知及应用

步进电动机是将电脉冲信号转变为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（即步距角）。根据步进电动机的工作原理，步进电动机工作时需要满足一定相序的较大电流的脉冲信号，生产装备中使用的步进电机都配备有专门的步进电机驱动装置，来直接控制与驱动步进电机的运转工作。现在比较常用的步进电机分为永磁式（PM）、反应式（VR）和混合式（HB）三种。如图4-9所示为各种步进电动机及驱动装置的实物图。

图4-9 步进电动机及驱动装置

步进电动机受脉冲的控制，其转子的角位移量和转速与输入脉冲的数量和脉冲频率成正比，可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，达到准确定位的目的，同时也可以通过控制脉冲频率控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。步进电动机的运行特性还与其线圈绕组的相数和通电运行方式有关。

在实际应用中，首先按照步进电机和驱动器装置具体对应的电气接口关系连接好硬件线路，其次根据需要设置好驱动器装置上步距角细分选择与电流设置开关，接着控制器只需要提供一组控制步进电动机转速和方向的mW数量级功率的可调脉冲序列就可驱动电动机工作。

步进电动机由于结构简单、价格便宜、精度较高以及使用方便等优点，在计算机的数字开环控制系统中应用广泛，例如数控机床、印刷设备、打印机、自动记录仪等都有应用。虽然步进电动机也有一些弱点，一是用得不好有可能失步，二是控制精度相对较低，而且运动中无法确定运动部件的准确位置，一般可满足对于工作精度要求不高的领域。

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