发布时间 : 星期二 文章巷道式双立柱堆垛机控制系统设计更新完毕开始阅读
图2－2堆垛机系统自动运转流程图
当系统出现故障时，用户需对系统进行检修，可以通过控制面板上的按钮进行堆垛 机的升、降、急停以及货叉的伸、缩等手动控制操作?13??14?。
2.2 堆垛机控制系统的功能要求
堆垛机系统是立体仓库货物存取任务的最终执行者，其主要运动包括： (1)堆垛机沿货架巷道（列方向）的前后高低速运动；
(2)堆垛机沿立柱（层方向）的上下升降运动；
(3)安装在堆垛机载货台上的货叉机构的伸缩运动?13??15?。 因此，堆垛机控制系统的功能主要应包含以下几方面的内容：
(1)自动控制功能：运用地面控制台系统，完成货物的自动出入库任务。此时可以接受地面控制台的各种命令操作，如：入库、出库、运行到目标列层、进、退、升、降等；
(2)手动控制功能：仅能通过控制面板的按钮进行进、退、升、降、急停等控制操作此功能主要用于系统的检修与调试；
(3)安全保护功能：实时监测各关键器件的使用情况及系统的运行情况，出现故障时及时报警。对于以上的各种控制功能，主要应由以下几个方面来完成：
(1)速度控制：堆垛机工作时在各种方向上的运行速度；
(2)定位控制：以适合的速度运行并精确地定位在货格或入出库口处； (3)通讯功能：与上位机及其它仓库设备的通讯； (4)保护功能：具有一定机械和电气方面的保护功能；
(5)人机界面：通过I/O设备，提供本机状态信息或遥控操作?16?。
2.3 堆垛机的速度控制方案
在果蔬气调立体仓库中，交流异步电动机是堆垛机系统中的驱动部件。一般情况下， 其调速方式分为：电机减速器调速、变极调速、串阻调速、串极调速、滑差电机调速和变频调速等。用减速器进行调速，调速设备不仅体积大，调速效率低，而且容易发生机械故障。其它几种调速方法与变频调速方法相比，使用起来又非常不便。随着对于电动机调速性能要求的逐步提高，变频调速技术得到了长足的发展?17??18?。
2.3.1变频调速技术的优点
变频调速技术是一门综合性的技术，它建立在控制技术、电子电力技术、微电子技术和计算机技术的基础上。与传统的交流拖动系统相比，利用变频器对交流电动机进行调速控制，有许多优点，如：调速范围广、输出平滑性好、机械特性较硬、能很好地实异步电动机的无级调速、可实现有效的节能、可方便地进行恒转矩调速和恒功率调速等。尤其当电机带动较大负载启动时，会有较大的冲击电流，若采用变频器控制，可以实现电动机的软启动，减小冲击电流，从而解决了大负载的启动问题。另外，变频器还具有很强的保护功能，在电机运行过程中能随时检测到各种故障，并显示故障类别（如电网瞬时电压降低，电网缺相，直流过电压，功率模块过热，电机短路等），并立即封锁输出电压。这种自我保护的功能，不仅保护了变频器，还保护了电机?18??20?。
综上所述，变频调速技术不仅在性能上大大优于以往的交流电机调速方式，并且将会逐步取代直流电机的调速方式，用交流异步电机取代直流电机，将会使调速系统变得更加简单。
2.3.2变频器的基本结构
变频器是把工频电流（50HZ或60HZ）变换成各种频率的交流电流，以实现电机变速 运行的设备。变频器一般由控制电路和主电路构成。控制电路包括主控制电路、信号检测电路、门极驱动电路、外部接口电路以及保护电路等几个部分，是变频器的核心部分。控制电路的优劣决定了变频器性能的优劣。控制电路的主要作用是完成对逆变器的开关控制、对整流器的电压控制以及完成各种保护功能，从而实现对主电路的控制。图2－3所示为通用变频器的结构原理?19??21?。
图2－3变频器的构成
变频器的主电路，包括整流电路和逆变电路两部分。其中，整流电路是把输入到变频器的工频交流电变换成直流电，且对直流电进行平滑滤波，然后逆变电路再将此直流电变换成实际需要的各种频率的交流电，从而驱动电动机的运转。
2.3.3变频调速的工作原理
当在一台三相异步电动机的定子绕组上加上三相交流电压时，该电压将产生一个旋转磁场，其速度由定子电压的频率所决定。当磁场旋转时，位于该磁场中的转子绕组将切割磁力线，并在转子绕组中产生相应的感应电动势和感应电流，而此感应电流又将受到旋转磁场的作用而产生电磁力，即转矩，使转子跟随旋转磁场旋转。当将三相异步电动机绕组的任意两相进行交换时，所产生的旋转磁场的方向将发生改变。因此，电动机的转向也将发生改变?22??23?。
异步电动机定子磁场的转速被称为异步电动机的同步转速，其同步转速由电动机的 磁极对数和电源频率所决定：
n0?60f/p式（2.1）
式中：n0------------电机的同步转速
f------------供电电源频率（Hz） P------------电机定子磁极对数
一般情况下，异步电动机的转速总是小于其同步转速，异步电机的实际转速可由下 式给出：
n?n0(1?s)?60f(1?s)/p式（2.2）
式中：n------------电机实际转速
s------------转差率（同步电动机时，s=0）
由式(2-2)可知，若改变参数f，s中的任意一个就可以改变电动机的转速，即对异步电动机进行调速控制。因此，可以通过改变该电源的频率来实现对异步电动机的调速控制。从某种意义上说，变频器就是一个可以任意改变频率的交流电源。
综上所述，采用改变供电电源频率的调速方法，从本质上讲，是一种无级、平滑而又经济的调速方法。变频时使电压按不同规律变化，可以实现恒转矩或恒功率调速，以实现不同负载的要求，这些均早已被人们所认识和掌握。随着可控硅静止变频装置的出现，解决了运行性能较为理想的变频电源问题，使异步电动机变频调速技术获得了进一步的发展，为其广泛地应用开辟了新的途径，特别是较为理想地解决了普通鼠笼式电动机的变频调速问题。
因此，在本堆垛机控制系统中，我们选择变频调速的方式对电动机进行速度的控制。
2.4系统主控制器的选择方案设计
在当今的工业控制领域，有相当多的控制手段和设备，比如：继电器控制、个人计算机控制、单板机控制、集散控制系统（DCS）以及可编程控制器（PLC）控制等等。
PLC的梯形图与继电器控制线路图十分相似，同时，信号的输入/输出形式及控制功能也是相同的，但两种控制方式又有不同之处。PLC在性能上比继电器控制逻辑优异，特别是可靠性高、设计施工周期短、调试修改方便，而且体积小、功耗低、使用维护方便，但价格高于继电器。与个人计算机相比，PLC是一种用于工业自动化控制的专用微机控制系统，结构简单，抗干扰能力强，价格也较低。单板机结构简单、价格低，在数据采集与处理等方面优于PLC，但不如PLC容易掌握，抗干扰性能也较差。集散控制系统在回路调节、模拟量控制方面较PLC有一定优势，但PLC在开关量控制、顺序控制等方面又优于前者
?24??25?。
综上所述，可编程控制器作为一种专门在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置，具有其独特的优点。
2.4.1 PLC简介
2.4.1.1 PLC的定义
可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller）简称PLC，主要用于顺序控制，虽然采用了计算机的设计思想，但实际上只能进行逻辑运算。
PLC是专为在工业环境下应用而设计的一种数字运算操作的电子装置，是带有存储器，