近年来, 自动控制技术高速发展, PLC控制技术已广泛应用在工业、军事、农业、航空航天以及日常生活的各个领域。本文以S7-200smart控制平面仓库为例, 构建码料小车走出直线运行轨迹的构想, 可为相关企业进行系统改造提供借鉴。

平面仓库系统共由称重区、货物传送带、托盘传送带、机器手装置、码料小车和一个3*3平面仓库区组成, 系统俯视图如图1所示。系统运行过程如下:货物首先经过称重区称重, 然后经过货物传送带将货物运送至SQ2位置, 再由机械手将货物取至SQ4处的托盘上, 最后由码料小车将货物连同托盘运送至仓库区, 码放至不同的存储位置。其中仓库区的正视图如图2所示。

图2 平面仓库正视图   下载原图

图1 平面仓库系统俯视图   下载原图

本文仅讨论平面仓库区码料小车运行轨迹控制, 现设定码料小车的横轴左右运行由电机M3伺服电机驱动, 码料小车的纵轴上下运行由电机M4步进电机驱动, 电机旋转以“顺时针旋转为左行或上行, 逆时针旋转为右行或下行”为准。

系统由S7-200smart、以太网、伺服电机、步进电机等组成, 硬件接线图如图3所示。S7-200smart的CPU模块型号为6ES7288-1ST30-0AA0, 伺服选用型号为台达ASDA-B2, 步进电机选用型号为KINCO 3M458, 现设定PLC的Q0.1为步进电机的脉冲信号输出点, Q0.7为步进电机的方向信号输出点, Q0.0为伺服电机的脉冲信号输出点, Q0.2为伺服电机的方向信号输出点。系统输入点只设定了I0.0为伺服和步进的原点, I0.1为起动信号。

图4 起始点与目标   下载原图

图3 系统硬件接线图点之间的数学模型   下载原图

要使码料小车能走出直线轨迹, 那么只要能知道横轴与纵轴的行进路程, 就可以设定纵横轴的运行速度, 使得双轴都同时到达目标点。起始点与目标点直线距离和横轴距离已知, 以B2仓库为例, 如图4所示, xy直线距离已知设为c, ox距离已知设为b, oy距离未知设为a, 根据三角函数, 求出α的度数, 再根据三角函数, 求出a的距离。这时a、b的长度均为已知情况, 达到了设定目的。同理平面仓库内的任何一个仓位都可用此方法实现。

本次设计使用的软件是STEP 7-Micro WIN SMART, STEP 7具有以下功能:硬件配置和参数设置、通讯组态、编程、测试、启动和维护、文件建档、运行和诊断功能等。

在主程序设计中, 主要考虑的问题是伺服电机使能驱动和步进电机使能驱动, 如图5, 然后是激活运动初始步和调用运动子程序, 设置好相关参数后可以进入子程序设计环节。

图5 主程序   下载原图

在子程序设计环节, 要考虑如图6几个环节:伺服和步进的原点设置, 位移设置, 伺服和步进到达预定位置的跳转步, 运动完成结束标志。

图6 子程序   下载原图

最后通过以太网通讯, 完成该任务的调试工作。

基于S7-200smart的仓库码料系统, 应用了步进和伺服双轴驱动, 在双轴联动控制过程中, 采用直线运行控制模式, 具有较高的控制精度和稳定性;且控制电路设计简单、调试方便。在实际控制过程中, 双轴电机的启动、停止、和速度控制都由程序定义, 调试时只需改变单轴的位移, 即可实现对双轴联动的控制, 无须改变系统硬件电路。该系统解决了PLC控制系统横纵轴之间同时起停, 具有调节及时、调节速度快、没有余差等特点, 为后期做组态监控提供了方便, 提高了企业的自动控制水平。本系统对双轴联动三角函数算法的优化以及实现高性能、高可靠性的仓库控制系统都有着十分重要的现实意义。