6ES7232-0HD22-0XA0使用方式
1引言
物流控制系统集现代物流技术、仓储技术、自动化技术于一体，是CIMS中的重要环节，在国外已经得到较广泛的应用，该技术也正在逐渐地应用于我国许多行业中。在美国、德国和日本，逐渐成为机械制造业中大的分枝之一。整个系统的主要设备有:全自动堆垛机、四自由度机械手、立体仓库、辊道输送机。
2 硬件组成
本系统共采用3台辊道输送机，其传动采用交流变频调速系统(分别由西门子420系列交流变频器控制)。每条辊道的前后皆装有光电传感器，其作用是确认控制对象(以小实心物块代替)的所在位置。当有物体通过时，传感器所连接的继电器瞬间收到脉冲信号，从而确认其位置。皮带设计为既可正转也可逆转，速度也分为高速及低速两档，在辊道中间我们还接入了各种传感器作为自动识别信息元件，如条码读入器、铁/非铁识别传感器、颜色识别传感器等。在物体传送过程中，物体的质地直接在铁/非铁识别传感器上显示，颜色识别也是直接显示，而读入的条码将输入至计算机或PLC中，作为物体区别于其他物体的代码存入物流信息系统。在此设计中，采用VB编写一段程序以实现条码信息与PC相连接。其中变频器是整个辊道控制中重要的环节。
2.1变频器的控制方式及参数设定
变频器MICROMASTER420是用于控制三相交流电动机速度的变频器，具有很高的运行可靠性和功能的多样性，其脉冲宽度调制的开关频率是可选的，降低了电动机运行的噪声，全面而完善的保护功能为变频器和电动机提供了良好的保护护特性。
性能特性:
l 磁通电流控制FCC改善了动态响应和电动机的控制特性
l 快速电流限制FCL功能实现正常状态下的无跳闸运行
l 内置的直流注入制动
l 复合制动功能改善了制动特性 l 多点V/f 特性
l 加速/减速斜坡特性具有可编程的平滑功能
l 具有比例积分PI控制功能的闭环控制
其安装图如图1所示。
图1 系统连线图
(1)用基本操作板BOP进行调试
利用基本操作面板BOP(如图2所示)可以改变变频器的各个参数，BOP具有7段显示的五位数字，可以显示参数的序号和数值报警和故障信息以及设定值和实际值参数的信息，不能用BOP存储。
图2 操作面板BOP外形
表1表示由BOP操作时的工厂缺省设置值。
表1 BOP操作时的工厂缺省设置值|
参数 说明 缺省值
P0100 运行方式欧洲/北美 50 Hz kW 60Hz hp
P0307 功率(电动机额定值) kW Hp
P0310 电动机的额定频率 50 Hz (60Hz)
P0311 电动机的额定速度 1395(1680)rpm [决定于变量]
P1082 大电动机频率 50 Hz(60Hz)
控制方式(P1300)
MICROMASTER420变频器的所有控制方式都是基于V/f控制特性下面各种不同的控制关系适用于各种不同的应用对象:
l 线性V/f 控制 P1300=0，可用于可变转矩和恒定转矩的负载例如带式运输机和正排量泵类。
l 带磁通电流控制FCC的线性V/f控制P1300=1，这一控制方式可用于提高电动机的效率和改善其动态响应特性。
l 抛物线平方V/f控制P1300=2，这一方式可用于可变转矩负载例如风机和水泵。
l 多点V/f控制P1300=3
(2)PLC控制系统
除了用面板控制外，也可以采用用PLC直接编程进行对辊道启停、正反转、及皮带转速的控制。用PLC控制辊道的接线图如图3所示。
图3 PLC与辊道的接线图
作者采用OMRON公司生产的C200HE型PLC，在这项设计中采用一个ID212直流输入单元模块，一个OD212晶体管输出单元模块和两个D/A模拟量输出模块。模拟输入信号源采用输入电压:0至10V，分别通过D/A模块的输出端接到变频器的3、4端子上控制辊道输送带的转速。具体软件编程见以下部分。
(3) 光电传感器
光电传感器是外部触发开关或者说是经过夹袭经过辐射来感应的开关，具体的说，光电传感器受激后由一透光元件变成不透光元件。它不但性能优越,非常容易安装,设定/调整,操作和维护。它包括微小的电子元件，在简单的高质量监控应用场合,能够通过它的模拟输出很快地刷新数据提交给PLC处理。当有物体通过时，利用光的反射性质产生信号通过控制柜送到PLC的输入模块，通过上位机编程来控制货物的运行。
3 软件部分
3.1 货物进出的控制流程
介绍一下要完成的进出货物控制的流程:当辊道1上的进货侧光电开关有信号的时候，自动开启辊道电源，选择自动手动开关，启动辊道1运行(选择正/反转，选择高/低速)。货物经过条码扫描传感器(选择辊道2时经过金属/非金属识别传感器和颜色识别器)时，将条码值(或金属/非金属识别信号，颜色识别信号)读入PLC，通过DP网络分别送到机械手控制﹑堆垛机控制PLC中，机械手和堆垛机根据条码信号(或金属/非金属识别信号，颜色识别信号)运行，完成货物的入库识别(或金属/非金属识别信号，颜色识别信号)定位操作。
下面以一个辊道为例介绍一下软件编程，表2是辊道1输送机部分高速运转情况下的I/O(输入/输出)表，其它辊道以及低速运转的控制与之相同。
用cx-programmer软件对此流程进程编程，程序如图4所示。
图4 辊道1输送机梯形图
4结束语
本文以武汉大学物流控制系统实验装置为例，简要介绍了基于PLC控制网络的一种自动化立体仓库物流管理辊道部分的控制系统设计，整个物流系统现已投入使用，它对于网络信息时代企事业计算机集成制造过程以及网络销售领域等物流自动化系统的开发设计具有重要的参考价值。
1 引言
本文以某物流控制中的机械手控制为例，分析了PLC与步进驱动装置的控制方法，本系统涉及的主要硬件是S7-200PLC和SH-2H057步进驱动器。
(1) S7-200PLC系列是西门子公司的可编程控制器,这一系列产品可以满足多种多样的自动化控制要求，由于具有紧凑的设计、良好的扩展性、低廉的价格以及强大的指令，使得S7-200PLC可以满足小规模的控制要求。丰富的CPU类型和电压等级使其在解决用户的工业自动化问题时，具有很强的是适用性。
1台S7-200 PLC包括一个单独的S7-200 CPU，或者带有各种各样的可选扩展模块。S7-200CPU模块包括一个中央处理单元(CPU)、电源以及数字量I/O点，这些都被集成在一个紧凑、独立的设备中。
l CPU负责执行程序和存储数据，以便对工业自动化控制任务或过程进行控制;
l 输入和输出是系统的控制点:输入部分从现场设备中采集信号，输出部分则控制泵、电机、以及控也过程中的其他设备;
l 电源向CPU 及其所连接的任何设备提供电力;
l 通讯端口允许将S7-200 CPU同编程器或其他一些设备连起来;
l 状态信号灯显示了CPU 的工作模式(运行或停止)，本机I/O的当前状态，以及检查出来的系统错误;
l 通过扩展模块可提供其通讯性能;
l 通过扩展模块可增加CPU的I/O点数(CPU 221不扩展);
l 一些CPU有内置的实时时钟，或添加实时时钟卡;
l EEPROM卡可以存储CPU程序，也可以将一个CPU中的程序送到另一个CPU中;
l 通过可选的插入式电池盒可延长RAM中的数据存储时间;
l 大I/O配置。
(2)SH-2H057驱动器输入信号共有三路，他们是:步进脉冲信号CP、方向电平信号DIR、脱机电平信号FREE.他们在驱动器内部分别通过270Ω的限流电阻接入光耦的负输入端，且电路形式完全相同，三路光耦的正输入端为OPTO端，三路输入信号在驱动器内部接成共阳方式，OPTO端需接外部系统的VCC端，如果VCC是+5伏，可直接接入;否则需在外部另加限流电阻，保证给驱动器内部光耦提供8-15mA的驱动电流。
l 步进脉冲信号CP
步进脉冲信号CP用于控制步进电机的位置和速度，也就是说:驱动器每接受一个CP脉冲就驱动步进电机旋转一个步角度，CP脉冲的频率改变则是步进电机的速率改变，控制CP脉冲的个数，则可以使步进电机jingque定位。这样就可以很方便的达到步进电机调速和定位的目的。本驱动器的CP信号为低电平有效，要求CP信号的驱动电流为8-15mA，对CP脉冲宽度也有一定要求，一般不小于5μs。
l 方向电平信号DIR
方向电平信号DIR用于控制步进电机的旋转方向。此端为高电平时，电机为一个转向;次端为低电平时，电机为另一个转向。电机换向必须在电机停止后再进行，并且换向信号一定要在前一个方向的后一个CP脉冲结束后以及下一个方向的个CP脉冲前发出。
l 脱机电平信号FREE
当驱动器上电后，步进电机处于锁定状态(未施加CP脉冲时)或运行状态(施加CP脉冲)，但用户想手动调整电机而又不想关闭驱动器电源，这时可以用到此信号，此信号低电平有效，电机处于自由无力矩状态;当此信号为高电平或悬空不接时，取消脱机状态。
l 步进电机简介
SH-2H057型驱动器用于驱动二相或四相混合式步进电机(亦称感应子式)，此驱动器一般驱动60号机座以下电机。电机的出线方式不同，与驱动器的连接也不同。本系统使用的电机为二相四根线电机，可以直接和驱动器相连。见图1的机械手电机驱动模块原理图。
2 系统工作工程
本系统的机械手部分由底盘、立杆、手臂、手组成，其中底盘由一个步进电机驱动，可顺逆时针旋转;立杆由一个步进电机驱动，可上下移动;手臂由一个步进电机驱动，可前后伸缩;手由气泵控制，可抓紧和放松。在相应位置都有位置检测信号用于定位。参见图1。
(1)出货过程
从复位位置启动,根据要求到相应出货台(1，2，3号货台),此时底盘转动到要求位置，立柱下降,手臂伸出,定位后手抓货物,立柱上升,手臂回收(以免运行中与其它设备相撞),到相应出货台(左,或右出货台),立柱下降,手臂伸出,手打开,把货物放在相应出货台上。
(2)进货过程
从复位位置启动,根据要求到相应出货台(左，或右出货台),此时底盘转动到要求位置，立柱下降,手臂伸出,定位后手抓货物,立柱上升,手臂回收(以免运行中与其它设备相撞),到相应出货台(1，2，3号货台),立柱下降,手臂伸出,手打开,把货物放在相应出货台上。
3系统设计思想
步进控制电路设计思想，PLC继电器式输出模块工作速度较低，故采用高频脉冲方波发生器，给出步进脉冲，其振荡频率按步进电机速度设置，步进量的控制采用位置检测，根据位置检测信号用PLC的输出点切断进给电机，实现步进电机的停车,其程序流程图如图2所示。
在整个机械手运行控制过程中，采用限位开关以及面板操作开关以及系统逻辑开关作为输入点，整个系统中底盘有5个限位开关，分别作为5个位置的定位输入点，立柱有4个限位开关，分别为1个复位开关、一号位限位输入量、上限位、下限位。手臂有3个限位开关:手臂复位限位数入点、手臂前限位、手臂后限位。抓手限位开关，为抓手复位输入点。一共13个限位开关完成全部的控制输入。各限位开关分布情况见图1，
由于在整个控制过程中全部是通过控制步进电机驱动模块再驱动步进电机执行。这里对用集成脉冲输出触发步进电机驱动器原理进行说明。S7-200PLC(CPU 226)的Q0.0和Q0.1分别对升/降步进电机、前/后步进电机发送脉冲;CPU226的Q0.2对转盘步进电机发送脉冲。而步进电机的正/反转则分别是CPU226的Q0.4和Q0.5分别对升/降步进电机、前/后步进电机实行控制;CPU 226的Q0.6和Q0.7分别对转盘步进电机正反、抓手气泵开关实行控制。
机械手PLC程序的设计编写采用了STEP7-Micro/WIN32软件的数据表(STL)的形式。程序设计修改方便，设计完成可联机调试，没有问题再把步进电机接上。
上位机监控软件采用北京亚控的组态王软件，通过变量映射实现组态软件的变量与PLC的寄存器的动态连接，从而实现了上位机对PLC的监控。
4结束语
本机械手控制系统结构紧凑，动作可靠，使用方便，已较好地应用于我校的科研教学中