工程实训报告
目 录
第1章 工程实践训练的目的与任务......................1
1.1 目的 ............................................. 1
1.2 任务 ............................................. 1
第2章 自动化立体车库的用途、基本组成 ................2
2.1 自动化立体车库的用途 ............................. 2
2.2 自动化立体车库的基本组成 ......................... 2
2.3 机械部分的基本组成 ............................... 3
第3章 立体车库电气控制系统 .........................9
3.1 电气控制系统总体设计 ............................. 9
3.2控制面板上的按钮功能情况及PLC I/O分配情况 ...... 10
3.3自动化立体车库控制系统编码器 .................... 12
第4章 自动化立体车库控制系统的操作训练 ............. 15
4.1 操作前的准备 .................................... 15
4.2自动方式下的操作 ................................ 15
4.3手动工作方式下的操作 ............................ 15
第5章 实训心得 ................................... 16
第1章 工程实践训练的目的与任务
1.1 目的
本次自动化立体车库控制系统工程实践训练的目的是要将所学的《电气控制与PLC 》课程的理论知识和技能运用到工程实践中去,解决工程实践中遇到的一些实际问题,以提高分析问题和解决问题的能力。
1.2 任务
本次自动化立体车库控制系统工程实践训练的任务是:
(1)掌握自动化立体车库机械部分和电机拖动部分的工作过程;
(2)进行控制系统的操作训练;
(3)进行控制系统的运行训练;
(4)进行控制系统的程序调试训练。
第2章 自动化立体车库的用途、基本组成
2.1 自动化立体车库的用途
早在50多年前,立体停车就在国外有所发展,先后出现了针对家庭使用的双层停车设备;利用住宅空地建起2-4层升降横移停车设备;适合成市中心商住区使用的停车楼和停车塔;利用广场、建筑物下面的空间建设地下车库。自70年代末起,世界经济高速发展汽车逐渐普及,保有量不断增加,迫使地少人多车多的国家、地区积极开展了机械式停车技术的研究开发和制造应用。
2.2 自动化立体车库的基本组成
立体仓库主体由底盘、四层十二仓位库体、运动机械及电气控制等四部分组成。机械部分采用滚珠丝杠、滑杠、普通丝杠等机械元件组成,采用步进电机、直流电机作为拖动元件。
电气控制是由松下电工生产的FP0型可编程序控制器(PLC)、步进电机驱动电源模块、开关电源、位置传感器等器件组成。
图2-1 控制面板上的开关及按钮功能 图2-2 控制面板上的仓位号
2.3 机械部分的基本组成
(1)步进电机的工作原理
步进电机是数字控制系统中的执行电动机,当系统将一个电脉冲信号加到步进电机定子绕组时,转子就转一步,当电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等于电脉冲个数。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,是其它电动机无法替代的。步进电动机可分为磁阻式、永磁式和混合式,步进电动机的相数可分为:单相、二相、三相、四相、五相、六相和八相等多种。增加相数能提高步进电动机的性能,但电动机的结构和驱动电源就会复杂,成本就会增加,应按需要合理选用。
(2)步进电动机的特点
① 步进电动机是一种作为控制用的特种电机,它的旋转是以固定的角度(称为“步距角”) 一步一步运行的,其特点是没有积累误差(精度为100%) ,所以广泛应用于各种开环控制。
② 步进电机的转速与脉冲信号的频率成正比
③ 步距值不容易因为电气、负载、环境条件的变化而改变, 使用开环控制(或半闭环控制) 就能进行良好的定位控制。
④ 起制动、正反转、变速等控制方便。
⑤ 价格便宜, 可靠性高。
⑥ 步进电动机的主要缺点是效率较低, 并且需要配上适当的
驱动电源。
⑦ 步进电动机带负载惯性的能力不强, 在使用时既要注意负载转矩的大小, 又要注意负载转动惯量的大小, 只有当两者选取在合适的范围时, 电机才能获的满意的运行性能。
⑧ 由于存在失步和共振,因此步进电机的加减速方法根据利用状态的不同而复杂多变。
(3)步进电机驱动系统的基本组成
与交直流电动机不同,仅仅接上供电电源,步进电机不会运行的。为了驱动步进电动机,必须由一个决定电动机速度和旋转角度的脉冲发生器(在该立体仓库控制系统中采用PLC 作脉冲发生器进行位置控制)、一个使电动机绕组电流按规定次序通断的脉冲分配器、一个保证电动机正常运行的功率放大器,以及一个直流功率电源等组成一个驱动系统,如图2-3所示 。
(4)步进电动机的选择计算
在选择步进电动机时首先考虑的是步进电动机的类型选择,其次才是具体的品种选择,在该立体仓库控制系统中要求步进电动机电压低、电流小、有定位转矩和使用螺栓机构的定位装置,确定步进电动机采用2相8拍混合式步进电机;在进行步进电动机的品种选择时,要综合考虑速比i 、轴向力F 、负载转矩
定转矩
置。 T N T l 、额和运行频率f y ,以确定步进电机的具体规格和控制装
图2-3 步进电机驱动系统的基本组成
由于我们使用螺栓机构的定位装置,已知条件和要求条件为: 移动部分总重 M=25kg
外力 Fa=4kg.cm
磨擦系数 μ=0.04
螺栓机构的效率 η=O. 9
螺栓轴径 D B =1.2cm
螺栓长 L B =42cm
螺距 P=3mm
分辨率 L=0.01mm
移动距离 δ=0.0075mm/步
速度 V=2m/min
计算:设拟选用2相、1.8°步距角的HB 型电动机,速比(设使用直接驱动方式)
i=m×θb /(360×L)=2×1.8/(360×O.01)=1
轴向力 F=Fa+μΜ=4+0.04×25=5kg.cm
负载转矩 T l =F×P /(2 πη)+(μ0×F 0×P )/2 π =5×0.3/(2 ×3.14×0.9)+ (0.3×1.67× 0.3)/(2 ×
3.14)
=0.289kg.cm
螺栓的惯量 J B =(π×ρ×L B ×D B )/32=(3.14×7.9×10-34×42×1. 2)/32 4
=0.0675kg.cm2
移动体的惯量 Jt=M×(P/2π)2=25×
kg. cm 2(0. 3/6. 28) 2=0.0571
J t 负载惯量 J L =J B +=0.0675+0.00571=0.1246kg.cm 2
根据以上计算可以初步选定步进电动机,其惯量为J M =0.03 kg. cm ,空载起动频率2f s =3000H。
由要求的速度可求出运行的频率:
f=V/L=2000/(60×0.01)=3333HZ
可知需要加减速的驱动方式。
齿轮比 G=δ360°/θb L=0.0075 ×360°/ (1.8°×0.01)=150
换算到电机轴的负载转矩为
T=G×L(T l +F)/ 2 πη =150×0.01×(0.289+5)/(6.28×0.9) =1.40 kg.cm
对首次设计的装置来讲,所选用的电动机通常留有2~3倍的余量,所以电机转矩
T N =3T=3×1.40=4.2 kg.⋅cm =0.41N.⋅M
根据以上的计算,我们在该立体仓库控制系统中的步进电动机采用北京斯达特机电科技发展有限公司生产的2相8拍混合式步进电机,它的主要特点:体积小,具有较高的起动和运行频率,有定位转矩等优点。型号:42BYGHl01。电气原理图如图2-4所示。快接线插头:红色表示A 相,蓝色表示B 相;如果发现步进电机转向不对时可以将A 相或B 相中的两条线对调。
图2-4 步进电机的出线图
此步进电机的电气数据如表2-1所示。
表2-1步进电机电气数据表
第3章 立体车库电气控制系统
3.1 电气控制系统总体设计
整个车库设计由一台PLC 对车库进行统一的管理和监控,通过PLC 控制载车板纵横传动装置以完成对车辆的存取操作。各车位内车辆的调入调出由PLC 根据当前各车位的车辆存放情况,按照相应的调度策略调度车辆的进出。
立体车库的自动存取车控制系统包括弱电与强电两套系统。弱电系统主要包括各种信号的采集、报警与控制输出。PLC 输出信号给接触器线圈,控制接触器的接通与断开。强电系统包括载车板电动机控制线路、控制电机正反转接触器、到限位及载车板的上下行行程限位。车库采用车位检测装置代替人工找位,用升降装置输送汽车到位。系统在面板处设有急停开关,当意外发生时,按下急停开关,断掉所有电机的电源,使载车盘无法继续运行,以保护人员及设备的安全。
升降横移式立体车库是一种比较典型的跨学科机电一体化产品,集机械、电子、信息技术与一体。其中,电子技术、信息技术和传感技术的合理运用于组合构成了车库的控制系统。升降横移式立体车库的控制系统是整个车库系统的重要组成部分,也是车库系统的核心。它指挥着车库的每个过程,并对整个系统的状态过程进行监控。其系统控制原理框图,如图3-1所示。
图3-1车库系统控制原理框图
3.2控制面板上的按钮功能情况及PLC I/O分配情况
表3-1 控制面板上的按钮功能表
表3-2 自动化立体车库控制系统的PLC I/O分配表
3.3自动化立体车库控制系统编码器
自动化立体车库控制系统有一个编码器,该编码器有16个输入端和4个输出端。它的16个输入端依次接上述16个方形键钮,4个输出端依次接PLC 的4个输入点I1.0~I0.3。因此,每按一个键钮,经编码器编码后,都会得到一个由I1.0~I0.3组成的4
位2进制数,如表3-3所示,该表中的“○”键钮接PLC 的I0.0。
表3-3 编码器将每1个键钮命令编成的4位2进制数后输出给PLC 的I0.0~
I0.3
表3-4 每一个车位选择键钮命令与7段数码显示器显示的车位号之间的关
系
选择车位的键钮命令经编码器编码后,送入PLC 的输入点I0.0~I0.3,再经用户编写的PLC 应用程序转换成2位BCD 码数,经PLC 的输出点Q1.3~Q1.7输出给7段数码显示器,就可显示出车位选择键钮所键入(即选择)的车位号,各车位选择键钮命令
与7段数码显示器显示的车位号之间的关系如表2所示。在该表中,Q1.3用来驱动7段数码显示器十位上的数,当Q1.3=0时,十位上显示“0”;当Q1.3=1时,十位上显示“0”。Q1.3~Q1.7用来驱动7段数码显示器个位上的数,具体显示情况如表3-4所示。
在手动工作方式下,小车搬运机构不受PLC 控制,而受实验模型上的操作键盘的直接控制;在自动工作方式下,小车搬运机构受PLC 控制。
第4章 自动化立体车库控制系统的操作训练
4.1 操作前的准备
检查实验设备与计算机连接是否正确,检查无误后开启设备电源开关。打开PLC 调试软件并载入程序。将小车模型放入相应的车位,入位要准确并仓位底部检测开关已动作。操作之前必须将系统复位至原位。带系统复位再按步骤逐步对系统进行操作及调试。
4.2自动方式下的操作
自动方式下控制步骤:
1.首先将方式控制开关置于自动控制处; 2.键入所需操作的车位号;
3.键入动作命令(取或送)即进行操作。
4.3手动工作方式下的操作
手动方式下控制步骤:
1.首先将方式控制开关置于自动控制处;
2.使用手方式方向控制键按正确动作对载车盘进行操作; 3.操作完毕进行复位。
第5章 实训心得
经过本次的工程实训,我们更加巩固了PLC 知识的,当然也从中发现了许多我们在这门课程学习中所存在的问题。我们得更加重视充实自己,开拓自己的思路。
在本次实训过程中赖老师多次学问研究进程,并为我们指点迷津,帮助我开拓研究思路,精心颠簸,热诚鼓励,赖老师一丝不苟的作风,严谨求实的态度,踏踏实实的精神,给以终生的收益无穷之道。赖老师的高度敬业的精神,孜孜不倦的工作作风和大胆创新的进取精神对我产生重要的影响,他渊博的知识,开拓的视野和敏锐的思维的启迪。
最后,我要感谢赖老师。本次实训是在赖老师对我们的精心指导。