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1、立体仓库位置控制系统设计摘要 立体仓库用来对货物进行储存和分类。送货时，根据货物的性质将不同的货物送入到指定的仓位中去；取货时，根据需求从指定的仓位中取出货物。无论取货或送货均属于定点位置控制。定点位置控制需要考虑两方面的内容：一是定位控制的点数和精度；二是速度控制。 本课题以12个仓位的立体仓库模型为控制对象，采用滚珠丝杠、直线导轨、普通丝杆作为传动装置，由S7-200 PLC编程实现X、Y、Z轴的位置和速度控制。软件设计的关键是对S7-200 PLC的脉冲输出的频率及脉冲输出的数量进行控制，以达到对巷道式堆垛起重机的位置与速度控制。本课题主要是对控制系统的硬件电路及软件控制程序进行设计。关
2、键词：立体仓库；位置控制；速度控制；巷道式堆垛起重机Design of The Position Control System of Three-dimensional Warehouse ModelAbstract Three-dimensional warehouse is used for shortage and classification of goods.When it delivers the goods,according to the nature of the goods ,it will deliver the different goods to specified
3、position.When it picks up the goods,it will pick up the different goods to specified position when necessary.Whatever it pick up or deliver the goods,they all belong to point position control. Point position control needs to consider two aspects:One is the points and accuacy of positioning control;T
4、he other is the velocity control. This topic is used the 12 positions of three-dimensional warehouse as the control object.It adpots ball screw,linear guides,ordinary screw as gearing.It uses S7-200 PLC to program to achieve the position and velocity control of the X,Y,Z axis. The key of software de
5、sign is control frequency and quantity of pulse output of S7-200 PLC to achieve position and velocity control of roadway stacking cranes.This topic is mainly to design the hardware circuits and software control procedures. Key words: three-dimensional warehouse;position control;velocity control; roa
6、dway stacking cranes.目录引言11 S7-200 PLC的结构、工作原理、特点和应用21.1 S7-200 PLC结构21.1.1 中央处理单元（CPU）31.1.2 存储器单元31.1.3 电源单元41.1.4 输入/输出单元41.1.5 接口单元41.1.6 外部设备51.2 S7-200 PLC的工作原理51.3 S7-200 PLC的特点71.4 S7-200 PLC的应用72 步进电动机的结构、工作原理、选择和直流电动机82.1步进电动机的结构82.2步进电动机的工作原理102.3步进电动机的选择102.4 直流电动机123 步进电动机驱动器123.1步进电动机驱
7、动器的选择133.2 步进电动机驱动器的接线144 光电开关、微动开关及系统接线154.1 光电开关154.1.1 反射式传感器164.1.2 对射式传感器174.2 微动开关175 系统的硬件配置及接线185.1 立体仓库系统的的控制框图185.2 系统的I/O分配185.3 硬件系统设计196 控制程序的设计216.1立体仓库的主要功能216.2 立体仓库的工作流程226.3 系统的PLC控制程序设计246.3.1 键盘装置扫描检测及显示系统的梯形图程序设计246.3.2 绝对坐标系统下立体仓库位置控制的PLC程序设计276.3.3 立体仓库的入、出库控制系统的PLC程序设计29结论35致
8、谢语36参考文献37附录138引言自动化立体仓库是一种新型仓库，也是一种处于发展中的技术。国外自动化立体仓库经过几十年的发展与完善，显示出了它的许多优点。然而，由于国内外的资源状况、经济体制、管理水平都各不相同，自动化立体仓库在国外显示的许多优点，并不一定就能在国内也表现出优势。所以，我国在采用自动化立体仓库这项技术时，一定要从实际出发，考虑我国近期的情况，特别要立足于本单位的实际情况。立体仓库的产生和发展是第二次世界大战之后生产和技术发展的结果。50年代初，美国出现了采用桥式堆垛起重机的立体仓库；50年代末60年代初出现了司机操作的巷道式堆垛起重机立体仓库；1963年美国率先在高架仓库中采用
9、计算机控制技术，建立了第一座计算机控制的立体仓库。此后，自动化立体仓库在美国和欧洲得到迅速发展，并形成了专门的学科。60年代中期，日本开始兴建立体仓库，并且发展速度越来越快，成为当今世界上拥有自动化立体仓库最多的国家之一。到目前为止立体仓库已经功能强大并且应用十分广泛。我国对立体仓库及其物料搬运设备的研制开始并不晚，1963年研制成第一台桥式堆垛起重机（机械部北京起重运输机械研究所），1973年开始研制我国第一座由计算机控制的自动化立体仓库（高15米，机械部起重所负责），该库1980年投入运行。到2003年为止，我国自动化立体仓库数量已超过200座。立体仓库由于具有很高的空间利用率、很强的入出
10、库能力、采用计算机进行控制管理而利于企业实施现代化管理等特点，已成为企业物流和生产管理不可缺少的仓储技术，越来越受到企业的重视。我国自动化仓库已经有三十余年的历史，可以相信，随着国民经济的发展，经济体制的日趋完善，生产水平的大大提高，自动化立体仓库将得到更好地应用与发展。实践已充分证明，使用自动化立体仓库，可带动企业其他部门人员素质的提高，还会产生很大的社会效益和经济效益，如提高装卸速度等。立体仓库的特点及具体构成如下：1、立体仓库一般都较高。其高度一般在5米以上，最高达到40米，常见的立体仓库在725米之间。 2、立体仓库必然是机械化仓库。由于货架在5米以上，人工已难以对货架进行进出货操作，
11、因而必须依靠机械进行作业。而立体仓库中的自动化立体仓库，则是当前技术水平较高的形式。 3、立体仓库中配置有多层货架。由于货架较高，所以又称为高层货架仓库。立体仓库的运动机械部分由滚珠丝杠、滑轨、普通丝杆等组成，采用步进电动机和直流电动机作为拖动元件。立体仓库的电气控制系统是由PLC、步进电动机及其驱动电源模块、直流电动机、开关电源、位置传感器等组成。自动化立体仓库的核心是PLC，通过编制PLC程序能够完成把货物自动存放在立体仓库的具体某位置，也能够自动完成从立体仓库中某位置中的货物取出。动作出错时会自动报警，给管理者提供了很大的方便。而且提高了出入库的效益和效率。所以自动化立体仓库将会在国内得
12、到越来越广泛的应用。本次设计需要完成的内容：（1）根据工作过程设计工作循环图。（2）进行PLC选型及I/O分配。（3）设计PLC硬件系统。（4）设计PLC梯形图。（5）对系统所需要的电气元器件选型，编制电气元器件明细表。（6）按要求撰写毕业设计说明书。（7）绘制设计图样。1 S7-200 PLC的结构、工作原理、特点和应用1.1 S7-200 PLC结构 S7-200 PLC是一种工业控制用的专用计算机，在设计理念上，是计算机技术与继电-接触器控制电路相结合的产物，因而它与工业控制对象有非常强的接口能力。由于S7-200 PLC本质上仍然是一台适合于工业控制的微型计算机，所以基本结构和组成也具
13、备一般微型计算机的特点：以中央处理器（CPU）为核心，在系统程序的管理下运行。S7-200 PLC与控制对象的接口由专门设计的I/O部件来完成，通常还需要配以专用的供电电源及其他专用功能模块。S7-200 PLC的基本组成部件如图1-1所示。图1-1 S7-200 PLC的基本组成1.1.1 中央处理单元（CPU）与一般微处理器的概念相同，CPU是PLC的核心部件，负责完成逻辑运算，数字运算及协调系统内各部分的工作。它在系统程序的管理下运行，主要功能有： 接收并存储由编程器输入的用户程序和数据； 诊断电源故障及用户程序的语法错误； 读取输入状态和数据并存储到相应的存储区； 读取用户程序指令，解
14、释执行用户指令，完成逻辑运算，数字运算，数据传递等任务，刷新输出映像，将输出映像内容送至输出单元。1.1.2 存储器单元 S7-200 PLC的存储器单元分为两个部分：系统程序存储器和用户程序存储器。 1.系统程序存储器 系统程序存储器用于存放PLC生产厂家编写的系统程序，系统程序在出厂时已经被固化在PROM和EPROM中。这部分存储区不对用户开放，用户程序不能访问和修改。PLC的所有功能都是在系统程序的管理下实现的。2.用户程序存储器用户程序存储器可分为程序存储区和数据存储区。程序存储区用于存放用户编写的控制程序，数据存储区存放的是程序执行过程中所需要的或者所产生的中间数据，包括输入/输出过
15、程映像、定时器、计数器的预置值和当前值等。用户程序存储器容量的大小才是我们真正关心的，通常情况下，厂家提供的PLC存储器容量，若无特别说明，均指用户程序存储器容量。1.1.3 电源单元电源单元将外界提供的电源转换成PLC的工作电源后，提供给PLC。有些电源单元也可以作为负载电源，通过PLC的I/O接口向负载提供直流24V电源。PLC电源一般采用开关电源，输入电压范围宽，抗干扰强。电源单元的输入与输出之间有可靠的隔离，以确保外界的扰动不会影响到PLC的正常工作。电源单元还提供掉电保护和后备电池电源，以维持部分RAM存储器的内容在外界电源断电后不会丢失。在控制面板上通常有发光二极管指示电源的工作状
16、态，便于判断电源工作是否正常。1.1.4 输入/输出单元PLC的输入/输出单元也叫I/O单元，对于模块式的PLC来说，I/O单元以模块形式出现，所以又称为I/O模块。I/O单元是PLC与工业现场的接口，现场信号与PLC之间的联系通过I/O单元来实现。工业现场的输入和输出信号包括数字量和模拟量两类，因此，I/O单元也有数字I/O和模拟I/O两种，前者又称为DI/DO，后者又称为AI/AO。输入单元将来自现场的电信号转换为中央处理器能够接收的电平信号。如果是模拟信号，就需要进行A/D转换，变成数字量，最后送给中央处理器进行处理；输出单元则将用户程序的执行结果转换为现场控制电平，或者模拟量，输出至被
17、控对象，如电磁阀、接触器、执行机构等。1.1.5 接口单元接口单元包括扩展接口、通行接口、编程器接口和存储器接口等。PLC的I/O单元也属于接口单元的范畴，它完成PLC与工业现场之间电信号的往来联系。除此之外，PLC与其他外界设备和信号的联系都需要相应的接口单元。1.I/O扩展接口I/O扩展接口用于扩展输入/输出点数，当主机的I/O通道数量不能满足系统要求时，需要增加扩展单元，这时需要用到I/O扩展接口将扩展单元与主机连接起来。2.通信接口在PLC的CPU单元或者专用的通信模块上，集成有RS-232C口或RS-422口，可与PLC、上位机、远程I/O、监视器、编程器等外部设备相连，实现PLC与
18、上述设备之间的数据及信息的交换，组成局域网络或“集中管理，分散控制”的多级分布式控制系统。3.编程器接口编程器接口是连接编程器的，PLC本体通常是不带编程器的。为了能对PLC编程器和监控，PLC上专门设置有编程器接口。通过这个接口，可以连接各种形式的编程器装置，还可以利用此接口做通信、监控等工作。4.存储器接口存储器接口是为了扩展存储区而设置的，用于扩展用户程序存储区和用户数据存储区，可以根据使用的需要扩展存储器。其内部也是接到总线上的。5.其他外部设备接口其他外部设备接口包括条形码读入器的接口、打印机接口等。1.1.6 外部设备PLC的外部设备种类很多，总体来说可以分为4大类：编程设备、监控
19、设备、存储设备和输入/输出设备。1.2 S7-200 PLC的工作原理S7-200 PLC的工作过程以循环扫描的方式进行，如下图。当S7-200 PLC处于运行状态时，其运行周期可划分为3个基本阶段：输入采样阶段、程序执行阶段、输出刷新阶段。图 PLC扫描工作原理1输入采样阶段 在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在
20、任何情况下，该输入均能被读入。 2用户程序执行阶段 在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在
21、上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。 在程序执行的过程中如果使用立即I/O指令则可以直接存取I/O点。即使用I/O指令的话，输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直接从I/O模块取值，输出过程影像寄存器会被立即更新，这跟立即输入有些区别。 3 输出刷新阶段 当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是PLC的真正输出。1.3 S7-2
22、00 PLC的特点1.通用性强 由于采用了微型计算机的基本结构和工作原理，而且接口电路考虑了工业控制的要求，输出接口能力强，因而对不同的控制对象，可以采用相同的硬件，只需编制不同的软件，就可实现不同的控制。 2.接线简单 只要将用于控制的接线、限位开关和光电开关等接入控制器的输入端，将被控制的电磁铁、电磁阀、接触器和继电器等功率输出元件的线圈接至控制器的输出端，就完成了全部的接线任务。 3.编程容易 一般使用与继电接触器控制电路原理图相似的梯形图或用面向工业控制的简单指令形式编程。因而编程语言形象直观，容易掌握，具有一定的电工和工艺知识的人员可在短时间学会并应用自如。 4.抗干扰能力强、可靠性
23、高 PLC 的输入输出采取了隔离措施，并应用大规模集成电路，故它能适应各种恶劣的环境，能直接安装在机器设备上运行。 5.容量大，体积小，重量轻，功耗少，成本低，维修方便 例如一台具有 128 个输入输出点的小型 PLC ，其尺寸为 216 127 110mm 3 ，重约 2.3Kg ，空载功耗为 1.2W ，它可以完成相当于 400 800 个继电器组成的系统的控制功能，而其成本仅相当于相同功能继电器系统的（ 10 20 ）；PLC 一般采用模块结构，又具有自诊断功能，判断故障迅速方便，维修时只需更换插入式模块，因而维修十分方便。 1.4 S7-200 PLC的应用随着微电子技术的快速发展，P
24、LC 的制造成本不断下降，而功能却不断增强。目前在先进工业国家PLC 已成为工业控制中的标准设备，应用的领域已覆盖整个工业企业。概括起来主要应用在以下几个方面：1.开关量逻辑控制 这是PLC最基本、最广泛的应用领域 2.运动控制 PLC可用于直线运动或圆周运动的控制 3.闭环过程控制 PLC通过模拟量模块实现模拟量与数字量的A/D、D/A转换，能够实现对模拟量的控制 4.数据处理 现代的PLC具有数学运算（包括矩阵运算、函数运算、逻辑运算），数据传递、排序和查表、位操作等功能；可以完成数据的采集、分析和处理，可以与存储器中存储的参考数据相比较，也可以传送给其它智能装置或传送给打印机打印制表 5
25、.联网通信 PLC的通讯包括PLC与PLC之间、PLC与上位计算机之间和其它的智能设备之间的通讯 2 步进电动机的结构、工作原理、选择和直流电动机2.1步进电动机的结构目前，我国使用的步进电机多为反应式步进电机。在反应式步进电机中，有轴向分相和径向分相两种。图2-1是一典型的单定子、径向分相、反应式伺服步进电机的结构原理图。它与普通电机一样，分为定子和转子两部分，其中定子又分为定子铁心和定子绕组。定子铁心由电工钢片叠压而成，其形状如图中所示。定子绕组是绕置在定子铁心6个均匀分布的齿上的线圈，在直径方向上相对的两个齿上的线圈串联在一起，构成一相控制绕组。图2-1所示的步进电机可构成三相控制绕组，
26、故也称三相步进电机。若任一相绕组通电，便形成一组定子磁极，其方向即图中所示的NS极。在定子的每个磁极上，即定子铁心上的每个齿上又开了5个小齿，齿槽等宽，齿间夹角为9，转子上没有绕组，只有均匀分布的40个小齿，齿槽也是等宽的，齿间夹角也是9，与磁极上的小齿一致。此外，三相定子磁极上的小齿在空间位置上依次错开1/3齿距，如图2-1所示。当A相磁极上的小齿与转子上的小齿对齐时，B相磁极上的齿刚好超前(或滞后)转子齿1/3齿距角，C相磁极齿超前(或滞后)转子齿2/3齿距角。图2-1 单定子径向分相反应式伺服步进电机结构原理图图2-2 步进电机的齿距图2-2是一个五定子、轴向分相、反应式伺服步进电机的结
27、构原理图。从图中可以看出，步进电机的定子和转子在轴向分为五段，每一段都形成独立的一相定子铁心、定子绕组和转子，图2-3所示的是其中的一段。各段定子铁心形如内齿轮，由硅钢片叠成。转子形如外齿轮，也由硅钢片制成。各段定子上的齿在圆周方向均匀分布，彼此之间错开1/5齿距，其转子齿彼此不错位。当设置在定子铁心环形槽内的定子绕组通电时，形成一相环形绕组，构成图中所示的磁力线。图2-3步进电机的定子和转子除上面介绍的两种形式的反应式步进电机之外，常见的步进电机还有永磁式步进电机和永磁反应式步进电机，它们的结构虽不相同，但工作原理相同。2.2步进电动机的工作原理步进电动机是数字控制系统中的执行电动机。当系统
28、将一个电脉冲信号加到步进电动机定子绕组时转子就转一步。当脉冲按某一相序加到电动机时，转子沿某一方向转动的步数就等于电脉冲数。因此，改变输入脉冲的数目就能控制步进电动机转子机械位移的大小；改变输入脉冲的通电相序，就能控制步进电动机转子机械位移的方向，实现位置的控制。当电脉冲按某一相序连续加到步进电动机时转子就以正比于电脉冲频率的转速沿某一方向旋转。因此，改变电脉冲的频率大小和通电相序就能控制步进电动机的转速和转向，实现宽广范围内速度的无级平滑控制。步进电动机的这种控制功能，是其他电动机无法替代的。2.3步进电动机的选择在选择步进电动机时，首先要考虑的是步进电动机的类型，其次才是具体的品种。在该立
29、体仓库控制系统中，要求步进电动机的电压低、电流小、有定位转矩和使用螺旋机构的定位装置，确定步进电动机采用二相八拍混合式步进电动机。选择步进电动机时需要进行以下计算。1） 根据所要求脉冲当量计算齿轮的减速比。齿轮的减速比计算如下 (6-1）式中 步进电动机的步距角（）； 丝杆螺距（mm）； 脉冲当量（mm/脉冲）。2） 计算工作台，丝杆以及齿轮折算至电动机轴上的转动惯量。 （6-2） 式中折算至电动机轴上的惯量（）；、齿轮转动惯量（）；杆转动惯量（）；工作台重量（N）；丝杆螺距（）。3） 计算电动机输出的总转矩 （6-3） （6-4） （6-5） （6-6）式中 电动机起动加速转矩（）； 导轨摩
30、擦折算至电动机的转矩（）； 外力折算至电动机的转矩（）；、电动机自身转动惯量与负载转动惯量（）；电动机所需达到的转速（）；电动机升速时间（）；摩擦系数；传递效率；最大外力（）。4） 负载起动频率的估算。电动机的起动频率与负载转矩和惯量有很大的关系，其估算公式为 （6-7）式中带载起动频率（）；空载起动频率（）；起动频率下由矩频特性决定的电动机输出转矩（）。5） 运行的最高频率与升速时间的计算。由于电动机的输出转矩随着频率的升高而下降，因此在最高频率时，由矩频特性的输出转矩应能驱动负载，并留有足够的余量。6） 负载转矩和最大静转矩。负载转矩可按式（6-5）和式（6-6）计算。电动机在最大进给速度
31、时，有矩频特性决定的电动机输出转矩要大于与之和，并留有余量。一般来说，与之和应小于（0.20.4）。根据计算，我们在该立体仓库控制系统中的步进电动机采用二相八拍混合式步进电动机。它的主要特点是体积小，具有较高的起动和运行频率，有定位转矩等优点。步进电动机的接线如下图2-4所示。红色表示A相，蓝色的表示B相。如果发现步进电动机转向不对时，可以将A相或B相中的两条线对调。图2-4 步进电动机的接线2.4 直流电动机立体仓库模型采用直流电动机作为Z轴的拖动元件。直流电动机具有良好的起动性能，且能在宽广的范围内平滑而经济的调速。因此，直流电动机在起动和调速要求较高的生产机械上广泛地被使用，如用来拖动电
32、力机车、无轨电车、船舶机械、电梯等。在自动控制系统中，小功率直流电动机的应用也很广泛。本系统采用的直流电动机的输入电压为1224V，两根输入导线，红色为正极，蓝色为负极。应用的直流电动机控制板由输入信号、输入电源、输出信号等组成。输入信号由PLC提供，输入电源由电源模块提供，输出信号驱动直流电动机。3 步进电动机驱动器 步进电动机的运行要有电子装置进行驱动，这种装置就是步进电动机驱动器。它是把控制系统发出的脉冲信号转化为步进电动机的角位移，或者说，控制系统每发出一个脉冲信号，通过驱动器就使步进电动机旋转一个步矩角。所以，步进电动机的转速与脉冲信号的频率成正比。3.1步进电动机驱动器的选择所有型
33、号的步进电动机驱动器的输入信号都相同，都有三路信号，它们是步进脉冲信号CP、方向电平信号DIR、脱机信号FREE（此端为低电平有效时，电动机处于无转矩状态；此端为高电平或悬空不接时，此功能无效，电动机可正常运行）。它们在驱动器内部的接口电路都相同。OPTO端为三路信号的公共端，三路输入信号在驱动器内部接成共阳极方式，所以OPTO端必须接外部系统的Vcc。如果Vcc是+5V，则可以直接接入；如果Vcc不是+5V，则需要外部另加限流电阻R，保证给驱动器内部光耦合器提供815mA的驱动电流，如图3-1和图3-2所示。在该立体仓库中，由于FPO提供的电平为24V，而输入部分的电平为5V，所以需要外部另
34、加1.8k。 图3-1 输入信号接口电路 图3-2 外接限流电阻R步进电动机驱动器的输入信号有以下两种。（1）初相位信号 驱动器每次通电后将使步进电动机起始在一个固定的相位上，这就是初相位。初相位信号是指步进电动机每次运行到初相位期间，此信号就输出为高电平，否则为低电平。此信号和控制系统配合使用，可产生相位记忆功能。其接口电路如图3-3所示。图3-3 初相位信号接口电路（2）报警输出信号 每台驱动器都有多种保护措施（如过电压、过电流、过温等）。当保护发生时，驱动器进入脱机状态使电动机失电，但这时控制系统可能尚未知晓。如要通知控制系统，就要用到“报警输出信号”。此信号占两个接线端子，此两端为继电
35、器的常开触点报警时触点立即闭合。驱动器正常时，触点为常开状态。触点规格：DC24/1A或AC110V/0.3A。一般来说，对于两相思线电动机，则可以直接和驱动器相连，如图3-4所示。图3-4 电动机与驱动器的接线所以，我们采用的SH系列步进电动机驱动器，它主要由电源输入部分、信号输入部分、信号输出部分组成。SH系列步进电动机驱动器采用铸铝结构，是封闭的超小型结构，本身不带风机，其外壳即为散热体，所以使用时要将其固定在较厚、较大的金属板上或较厚的机柜内，接触面之间要涂上导热硅脂，在其旁边加一个风机也是一种较好的散热方法。此种结构主要用于小功率驱动器。3.2 步进电动机驱动器的接线 步进电动机驱动
36、器的接线如图3-5所示。图3-5 步进电动机驱动器的接线4 光电开关、微动开关及系统接线4.1 光电开关光电开关（光电传感器）是光电接近开关的简称，它是利用被检测物对光束的遮挡或反射，由同步回路选通电路，从而检测物体有无的。物体不限于金属，所有能反射光线的物体均可被检测。光电开关将输入电流在发射器上转换为光信号射出，接收器再根据接收到的光线的强弱或有无对目标物体进行探测。安防系统中常见的光电开关烟雾报警器，工业中经常用它来记数机械臂的运动次数。4.1.1 反射式传感器在该立体仓库中采用反射式传感器作为货物检测装置，并采用能抗周围外来光干扰的变调光式。采用变调光式，与直流光式比，不易受到外来光干
37、扰的影响，其电源电压为DC524V的大量程电压输出型，带有容易调整的光轴标识，还带有动作确认的入光显示灯。其结构如图4-1。图4-1 变调光式传感器的结构反射式传感器的工作原理：当物体相对于传感器移动时反射回来的信号与原先的信号相比较，产生频移，集成电路再把微弱的频移信号进行放大，经多普勒检测、放大、限幅等措施，最后取得和物体移动信号相关的直流信号输出电平。反射式传感器的时间图和输出电路如图4-2所示。图4-2 反射式传感器的时间图和输出电路反射式传感器有红、蓝、黑三根连接线，红色接电源的正极，黑色的接电源的负极，蓝色的为输出信号，当与挡块接近时输出电平为低电平，否则为高电平。需要注意的是，检
38、测距离不要离传感器太近。4.1.2 对射式传感器（1）对射式传感器的工作原理 对射式传感器的输出状态一般为NPN输出，输出晶体管状态可分为入光时“ON”和遮光时“ON”两种。入光时为“ON”的对射式传感器的电路如图4-3所示。当24V电压加到发光二极管VL时，它将光发射给光敏二极管VD，VD接收到光导通，进而晶体管导通，输出为“ON”。当发光二极管VL发射出的光被物体挡住使光敏二极管VD接收不到时，VD不导通，晶体管也不导通，输出为“OFF”。图4-3 对射式传感器的电路（2）对射式传感器的选择 在该立体仓库控制系统中，采用8个对射式传感器作限位控制。其中4个对射式光电传感器分别作为X、Y轴的
39、限位控制，当入光时输出晶体管“ON”；2个对射式光电传感器分别作为货架在X轴和Y轴的到位检测，当遮光时输出晶体管“ON”，如果货物未到达正确位置，Z轴电动机将不能运行，以确保当PLC程序出错时也不至于损坏设备；2个对射式光电传感器作为Z轴的限位控制，当遮光时输出晶体管“ON”,其信号对应PLC的输入点是X4（后限位）和X5（前限位）。4.2 微动开关微动开关是一种施压促动的快速转换开关，因为其开关的触点间距比较小，故名微动开关，又叫灵敏开关。微动开关的工作原理：外机械力通过传动元件（按销、按钮、杠杆、滚轮等）将力作用于动作簧片上，当动作簧片位移到临界点时产生瞬时动作，使动作簧片末端的动触点与定触点快速接通或断开。当传动元件上的作用力移去后，动作簧片产生反向动作力，当传动元件反向行程达到簧片的动作临界点后，瞬时完成反向动作。微动开关的触点间距小、动作行程短、按动力小、通断迅速。其动触点的动作速度与传动元件动作速度无关。微动开关的运用领域：其在需频繁换接电路的设备中进行自动控制及安全保护等，广泛应用在电子设备、仪器仪表、矿山、电力系统、家用电器、电器设备，以及航天、航空、舰船、导弹、坦克等军事领域，已经广泛应用于以上领域，开关虽小，但起着不可替代的作用。图5-2 系统的接线要的联系邮箱ssigh
