畢業(yè)設(shè)計(jì)基于PLC的立體倉庫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、摘要摘要 本設(shè)計(jì)利用的立體倉庫主體由底盤、二層四倉位庫體、運(yùn)動(dòng)機(jī)械及電氣控制等 四部分組成。其中電氣控制是由西門子 s7-200 cpu226 型可編程序控制器(plc)、 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、開關(guān)電源、位置傳感器等器件組成。 本論文首先對(duì)該課題的可行性及課題實(shí)現(xiàn)的現(xiàn)實(shí)意義和價(jià)值進(jìn)行了介紹；其次 對(duì) s7-200 可編程控制器和步進(jìn)電機(jī)以及組態(tài)軟件 mcgs 等特點(diǎn)、基本功能和工作 原理進(jìn)行了闡述和分析；再次，基于 step7-micro/win 編程軟件，介紹了 s7-200 的通信設(shè)置、i/o 地址分配以及立體倉庫程序流程圖及程序的編寫。然后采用基于 windows 平臺(tái)的工控組態(tài)軟件 mc

2、gs 建立監(jiān)視界面。即通過設(shè)備連接和實(shí)時(shí)數(shù) 據(jù)庫的構(gòu)建、動(dòng)畫連接及控制流程編制等實(shí)現(xiàn)對(duì)立體倉庫的監(jiān)視，使其能直接、直 觀、準(zhǔn)確地反映立體倉庫“取、存”貨時(shí)實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)。 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：立體倉庫；plc；步進(jìn)電機(jī)；組態(tài)軟件 mcgs abstract the design of the three-dimensional garage is consisted of the main chassis, two floors of four positions, move machinery and electrical control parts. the electrical control

3、is formed by siemens s7-200 cpu226 programmable logic controller (plc), stepper motor drive power modules, switching power supply, sensors and other devices . in this paper , i introduce the feasibility,the practical significance,and the value of the subject firstly. secondly , i expound and analyse

4、 the features,basic functions and working principle of siemens s7-200 programmable logic controller, stepper motor and configuration software mcgs.last ,based on step7-micro/win programming software,i introduced the communication settings of s7-200, i / o address assignment.and prepared the automate

5、d warehouse program flow chart and procedure. and then adopt windows platform-based labor to charge group state software mcgs building-up for guarding an interface. surveillance being that the structure passing equipment connection and the real time data base builds , animated cartoon connection and

6、 control flow weaving . key words: automated warehouse;plc;stepper motor;configuration software 目目 錄錄 第一章第一章 前言前言.1 1 1.1 自動(dòng)化立體倉庫定義、特點(diǎn)與分類 .1 1.2 立體倉庫的歷史沿革 .2 1.3 國內(nèi)外自動(dòng)化立體倉庫的發(fā)展現(xiàn)狀及優(yōu)缺點(diǎn) .3 1.4 此課題的設(shè)計(jì)內(nèi)容及主要思路 .5 1.5 本文的結(jié)構(gòu) .5 第二章第二章 可編程控制器與可編程控制器與 mcgsmcgs 的概述的概述.6 6 2.1 可編程控制器定義和組成.6 2.1.1plc 的定義.6 2.1.2

7、plc 的產(chǎn)生和發(fā)展 .6 2.1.3 plc 的特點(diǎn) .7 2.2 可編程控制器的基本組成.7 2.3 mcgs 組態(tài)軟件 .7 2.3.1 mcgs 的主要特點(diǎn)和基本功能.7 2.3.2 mcgs 的構(gòu)成.8 2.3.3 mcgs 組態(tài)軟件的工作方式.9 第三章第三章 硬件部分硬件部分.1010 3.1 立體倉庫的基本結(jié)構(gòu) .10 3.2 立體倉庫的主要硬件原理.11 3.2.1 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的基本組成和工作原理及應(yīng)用 .11 3.2.2 傳感器的工作原理和應(yīng)用.11 3.3 plc 的選擇 .12 3.3.1 plc i/o 點(diǎn)的選擇.12 3.3.2 plc 型號(hào)的選擇.12 3.

8、3.3 s7-200 plc 的介紹.12 第四章第四章 軟件部分軟件部分.1313 4.1 step7-micro/win 編程軟件.13 4.2 s7-200 的通信 .14 4.2.1 s7-200 的通信協(xié)議.14 4.2.2 在編程軟件中設(shè)置通信接口的參數(shù) .15 4.3 i/o 地址分配 .17 4.4 步進(jìn)電機(jī)的控制.17 4.5 堆垛機(jī)三維位置定位.18 4.6 立體倉庫程序流程圖及程序編寫 .19 4.6.1 立體倉庫的工作流程圖 .19 4.6.2 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路.21 4.6.3 s7-200 高速輸出指令 .22 4.6.4 pto 操作 .22 4.6.5 pto

9、 /pwm 控制寄存器 pto/pwm 控制字節(jié) .23 第五章第五章 基于基于 mcgsmcgs 對(duì)立體倉庫控制系統(tǒng)的應(yīng)用對(duì)立體倉庫控制系統(tǒng)的應(yīng)用.2929 5.1 基于 mcgs 仿真實(shí)現(xiàn)的意義 .29 5.2 mcgs 實(shí)現(xiàn)立體倉庫工程畫面 .29 圖 5.2-6 最后生成的組態(tài)監(jiān)視畫面 .32 5.3 mcgs 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的讀寫實(shí)現(xiàn) .32 5.3.1 mcgs 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫簡介.32 5.3.2 數(shù)據(jù)對(duì)象的類型 .32 5.3.3 立體倉庫控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的構(gòu)造.33 5.4 mcgs 與 plc 設(shè)備的通信 .34 5.5 監(jiān)視畫面的設(shè)定與動(dòng)畫的連接.38 5.6 編制控制流程.41

10、5.6.1 腳本程序的簡介.41 5.6.2 立體倉庫腳本程序的編制 .41 5.6.3 運(yùn)行和調(diào)試 .44 總結(jié)總結(jié).4646 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).4747 致致 謝謝.4848 附錄附錄: :程序程序.4949 第第 1 章章 前言前言 當(dāng)今社會(huì)倉儲(chǔ)、物流等概念已經(jīng)逐漸為廣大公眾所了解，其相應(yīng)的管理技術(shù)也 在許多大、中型企業(yè)中付諸實(shí)施。計(jì)算機(jī)自控技術(shù)的飛速發(fā)展，為現(xiàn)代企業(yè)的物流 管理提供了重要的技術(shù)支持。自動(dòng)化立體倉庫就是自控技術(shù)在物流管理上的一個(gè)很 好的應(yīng)用。自動(dòng)化立體倉庫不僅具有節(jié)省用地、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、提高物流效率、降 低儲(chǔ)運(yùn)損耗、減少流動(dòng)資金積壓等功能，而且在溝通物流信息、銜接產(chǎn)需、保

11、證生 產(chǎn)均衡、合理利用資源、進(jìn)行科學(xué)儲(chǔ)備與生產(chǎn)經(jīng)營決策等方面發(fā)揮著獨(dú)特的作用， 使人們真正享受到現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用于企業(yè)物流管理的益處。 自動(dòng)化立體倉庫是融計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、通訊技術(shù)、 機(jī)電技術(shù)為一體的綜合系統(tǒng)，科技含量高，并具有一定的復(fù)雜性。本文的研究對(duì)象 堆垛機(jī)，或稱巷道車是自動(dòng)化立體倉庫的主要存取設(shè)備，直接執(zhí)行出、入庫等任務(wù) 的操作，因此其控制系統(tǒng)的靈活性、穩(wěn)定性直接彰響著整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況。 1.11.1 自動(dòng)化立體倉庫定義、特點(diǎn)與分類自動(dòng)化立體倉庫定義、特點(diǎn)與分類 在現(xiàn)代物流系統(tǒng)中，自動(dòng)化立體倉庫是一個(gè)重要的組成部分，它是一種新型的 倉儲(chǔ)技術(shù)，是物流倉儲(chǔ)中出現(xiàn)的

12、新概念，利用立體倉庫設(shè)備可實(shí)現(xiàn)倉庫高層合理化， 存取自動(dòng)化，操作簡便化，是當(dāng)前技術(shù)水平較高的形式。自動(dòng)化立體倉庫又稱為自 動(dòng)存儲(chǔ)/檢索系統(tǒng)(automated storage/retrieval system，即as/rs)，它是物料搬運(yùn)和 倉儲(chǔ)科學(xué)中的一門綜合科學(xué)技術(shù)工程。它以高層貨架為主要標(biāo)志，以成套先進(jìn)搬運(yùn) 設(shè)備為基礎(chǔ)，以先進(jìn)的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)為主要手段，由此組成高效率的物流、大容 量的科學(xué)的存儲(chǔ)，以適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)的需求。 自動(dòng)化立體倉庫有以下特點(diǎn)： 立體倉庫一般都較高。其高度一般在 5 米以上，最高達(dá)到 40 米，常見的立體倉 庫在 725 米之間。 立體倉庫必然是機(jī)械化倉庫。由于貨架在

13、 5 米以上，人工已難以對(duì)貨架進(jìn)行進(jìn) 出貨操作，因而必須依靠機(jī)械進(jìn)行作業(yè)。而立體倉庫中的自動(dòng)化立體倉庫，則 是當(dāng)前技術(shù)水平較高的形式。 立體倉庫中配置有多層貨架。由于貨架較高，所以又稱為高層貨架倉庫。 自動(dòng)化立體倉庫可分為六大類： （1）按按貨架高度分類，可分為： 高層立體倉庫（15 米以上） 中層立體倉庫（515 米） 低層立體倉庫（5 米以下） （2）按貨架構(gòu)造分類，可分為： 單元貨格式立體倉庫 貫通式立體倉庫 自動(dòng)化柜式立體倉庫 條型貨架立體倉庫 （3）按建筑物構(gòu)造分類，可分為： 一體型立體倉庫 分離型立體倉庫 （4）按立體倉庫裝取貨物機(jī)械種類分類，可分為： 貨架叉車立體庫 巷道堆垛機(jī)立

14、體庫 （5）按操作方式分類，可分為： 人工尋址、人工裝取方式 自動(dòng)尋址，人工裝取方式 自動(dòng)尋址、自動(dòng)裝取方式 （6）按功能分類，可分為： 儲(chǔ)存式立體倉庫 揀選式立體倉庫 1.21.2 立體倉庫的歷史沿革立體倉庫的歷史沿革 在 1950 年，在美國首次出現(xiàn)了自動(dòng)化立體倉庫的雛形，那時(shí)的自動(dòng)化立體倉 庫，嚴(yán)格說只能算是立體倉庫，還遠(yuǎn)談不上自動(dòng)二字。其后，在英，法等國也相繼 出現(xiàn)了類似的立體倉庫。自動(dòng)化立體倉庫真正成為高效率的自動(dòng)化設(shè)施，還是 70 年代的以后的事情。隨著經(jīng)濟(jì)的起飛，為提高物流的效率和充分利用倉儲(chǔ)空間，日 本自 1965 年從歐美引入自動(dòng)化立體倉庫，并于 70 年代以后使其獲得飛速發(fā)

15、展?，F(xiàn) 在，自動(dòng)化立體倉庫技術(shù)已日趨成熟，并隨著科學(xué)技術(shù)尤其是計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展， 而不斷向前發(fā)展。80 年代中期起，我國先后在無錫，湖北和大連等地出現(xiàn)多座利用 微機(jī)控制巷道堆垛機(jī)的自動(dòng)化倉庫。但是，這些普通微機(jī)對(duì)環(huán)境和電源要求較高， 部適合在工業(yè)現(xiàn)場和堆垛機(jī)上直接使用?？删幊炭刂破?plc 的引進(jìn)和廣泛使用，使 國產(chǎn)自動(dòng)立庫的性能日趨完善。plc 是帶處理器的通用工業(yè)控制器，器可靠性大大 高于普通微機(jī)裝置，適合在惡劣的現(xiàn)場使用，可直接裝在堆垛機(jī)的電氣柜內(nèi)與接觸 器由同一電網(wǎng) 供電。采用 plc 作為實(shí)時(shí)控制裝置已成為當(dāng)前各先進(jìn)工業(yè)國家一致的發(fā)展方向。 1.31.3 國內(nèi)外自動(dòng)化立體倉庫的發(fā)展現(xiàn)

16、狀國內(nèi)外自動(dòng)化立體倉庫的發(fā)展現(xiàn)狀及優(yōu)缺點(diǎn)及優(yōu)缺點(diǎn) 自動(dòng)化立體倉庫倉庫技術(shù)仍處于不斷發(fā)展之中，今后將向兩個(gè)方向發(fā)展：一是 開發(fā)儲(chǔ)藏大型物體，如整臺(tái)汽車，大型模具之類的自動(dòng)化倉庫;另一個(gè)是開發(fā)對(duì)錄 音帶、錄像帶或半導(dǎo)體器件之類的輕量或超輕量物體的小型自動(dòng)化立體倉庫。隨著 科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)化立體倉庫將逐步向完整、人工智能化控制系統(tǒng)發(fā)展。 現(xiàn)在國外各發(fā)達(dá)國家在自動(dòng)化倉庫技術(shù)中投入大量資金，在倉庫自動(dòng)化過程各 個(gè)環(huán)節(jié)即輸入、儲(chǔ)運(yùn)、輸出上采用新技術(shù)。這些新技術(shù)集中有以下幾種: 自動(dòng)導(dǎo)向小車系統(tǒng)(automated guided vehicle) 磁性導(dǎo)軌裝置 激光掃描儀(laser scanner)

17、條形碼識(shí)別(bar-code labels) 命令揀選系統(tǒng)(order-picking system ) 儲(chǔ)運(yùn)機(jī)器人 機(jī)械手 智能卡車 （1)立體倉庫之所以受到青睞，是由于它具有以下優(yōu)點(diǎn)： a.提高空間利用率 早期立體倉庫的構(gòu)想，其基本出發(fā)點(diǎn)就是提高空間利用率，充分節(jié)約有限且寶 貴的土地。在西方有些發(fā)達(dá)國家，提高空間利用率的觀點(diǎn)已有更廣泛深刻的含義， 節(jié)約土地，已與節(jié)約能源、環(huán)境保護(hù)等更多的方面聯(lián)系起來。有些甚至把空間的利 用率作為系統(tǒng)合理性和先進(jìn)性考核的重要指標(biāo)來對(duì)待。立體庫的空間利用率與其規(guī) 劃緊密相連。一般來說，自動(dòng)化高架倉庫其空間利用率為普通平庫的 2-5 倍。這是 相當(dāng)可觀的。 b.

18、 .便于形成先進(jìn)的物流系統(tǒng)，提高企業(yè)生產(chǎn)管理水平 傳統(tǒng)倉庫只是貨物儲(chǔ)存的場所，保存貨物是其唯一的功能，是一種“靜態(tài)儲(chǔ)存” 。自動(dòng)化立體倉庫采用先進(jìn)的自動(dòng)化物料搬運(yùn)設(shè)備，不僅能使貨物在倉庫內(nèi)按需要 自動(dòng)存取，而且可以與倉庫以外的生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行有機(jī)的連接，并通過計(jì)算機(jī)管理系 統(tǒng)和自動(dòng)化物料搬運(yùn)設(shè)備使倉庫成為企業(yè)生產(chǎn)物流中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。企業(yè)外購件 和自制生產(chǎn)件進(jìn)入自動(dòng)化倉庫儲(chǔ)存是整個(gè)生產(chǎn)的一個(gè)環(huán)節(jié)，短時(shí)儲(chǔ)存是為了在指定 的時(shí)間自動(dòng)輸出到下一道工序進(jìn)行生產(chǎn)，從而形成一個(gè)自動(dòng)化的物流系統(tǒng)，這是一 種“動(dòng)態(tài)儲(chǔ)存” ，也是當(dāng)今自動(dòng)化倉庫發(fā)展的一個(gè)明顯的技術(shù)趨勢(shì)。 c. .加快貨物的存取節(jié)奏，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提

19、高生產(chǎn)效率 建立以自動(dòng)化立體倉庫為中心的物流系統(tǒng)，其優(yōu)越性還表現(xiàn)在自動(dòng)化高架庫具 有的快速的入出庫能力，能快速妥善地將貨物存入高架庫中（入庫） ，也能快速及 時(shí)并自動(dòng)地將生產(chǎn)所需零部件和原材料送達(dá)生產(chǎn)線。這一特點(diǎn)是普通平庫所不能達(dá) 到的。 d. .減少庫存資金積壓 經(jīng)過對(duì)一些大型企業(yè)的調(diào)查了解，由于歷史原因造成管理手段落后，物資管理 零散，使生產(chǎn)管理和生產(chǎn)環(huán)節(jié)的緊密聯(lián)系難以到位，為了到達(dá)預(yù)期的生產(chǎn)能力和滿 足生產(chǎn)要求，就必須準(zhǔn)備充足的原材料和零部件。這樣庫存積壓就成為一個(gè)較大的 問題。如何降低庫存資金積壓和充分滿足生產(chǎn)需要，已成為大型企業(yè)不得不面對(duì)的 一個(gè)大問題。高架庫系統(tǒng)是解決這一問題的最有

20、效的手段之一。 e. .現(xiàn)代化企業(yè)的標(biāo)志 現(xiàn)代化企業(yè)采用的是集約化大規(guī)模生產(chǎn)模式。這就要求生產(chǎn)過程中各環(huán)節(jié)緊密 相連，成為一個(gè)有機(jī)整體；要求生產(chǎn)管理科學(xué)實(shí)用，做到?jīng)Q策科學(xué)化。為此，建立 自動(dòng)化高架倉庫系統(tǒng)是其有力的措施之一。 （2)當(dāng)然，立體倉庫也存在一些缺點(diǎn)： a.倉庫結(jié)構(gòu)復(fù)雜，配套設(shè)備多，需要大量的基建和設(shè)備投資。 b.貨架安裝要求精度高，施工比較困難，施工周期長。 c.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是倉庫的“神經(jīng)中樞”。一旦出現(xiàn)故障，將會(huì)使整個(gè)倉庫處于癱 瘓狀態(tài)，收發(fā)作業(yè)就要中斷。 d.由于高層貨架是利用標(biāo)準(zhǔn)貨格進(jìn)行單元儲(chǔ)存的，所以對(duì)儲(chǔ)存貨物的種類有一定的 局限性。 e.由于倉庫實(shí)行自動(dòng)控制與管理，技術(shù)

21、性比較強(qiáng)，對(duì)工作人員的技術(shù)業(yè)務(wù)素質(zhì)要求 比較高，必須具有一定的文化水平和專業(yè)知識(shí)，而且經(jīng)過專門培訓(xùn)的人員才能勝任。 1.41.4 此課題的設(shè)計(jì)內(nèi)容及主要思路此課題的設(shè)計(jì)內(nèi)容及主要思路 該立體倉庫主體由底盤、二層四倉位庫體、運(yùn)動(dòng)機(jī)械及電氣控制等四部分組成。 機(jī)械部分采用滾珠絲杠、滑杠、普通絲杠等機(jī)械元件組成，采用步進(jìn)電機(jī)作為拖動(dòng) 元件。 (1)立體倉庫的具備的功能主要有幾下幾點(diǎn)： 開機(jī)時(shí)首先要回零位操作，這樣的目的就是給堆垛機(jī)有個(gè)工作參考點(diǎn)； 堆垛機(jī)（機(jī)械手）要有三個(gè)自由度，即：前進(jìn)、后退；上、下；左、右； 堆垛機(jī)的運(yùn)動(dòng)由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，伸縮由直流電機(jī)控制（z 方向） ； 堆垛機(jī)前進(jìn)（或后退）運(yùn)動(dòng)

22、和上（或下）運(yùn)動(dòng)依次進(jìn)行； 堆垛機(jī)前進(jìn)、后退和上、下運(yùn)動(dòng)時(shí)必須有超限位保護(hù)； 每個(gè)倉位必須有檢測裝置（微動(dòng)開關(guān)） ，當(dāng)操作有誤時(shí)停止運(yùn)動(dòng)； 倉位共有 4 個(gè)，2 行 2 列； 整個(gè)電氣控制系統(tǒng)必須設(shè)置急停按鈕，以防發(fā)生意外。 (2)本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要思路是： 查閱 plc 以及步進(jìn)電機(jī)相關(guān)資料,對(duì)設(shè)計(jì)中所用的西門子 s7-200 系列 plc 和步 進(jìn)電機(jī)進(jìn)行熟悉和掌握。 從立體倉庫的基本結(jié)構(gòu)和所實(shí)現(xiàn)的功能入手，通過分析 i/o 地址的分配和利用 plc 完成位置控制及順序控制的要求，再根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的情形進(jìn)行 plc 程序的 編制，以達(dá)到對(duì)自動(dòng)化立體倉庫所要求實(shí)現(xiàn)的功能。 對(duì)立體倉庫的監(jiān)視用工控

23、組態(tài)軟件 mcgs，使其能夠?qū)崿F(xiàn)立體倉庫控制系統(tǒng) “取/存”貨運(yùn)行動(dòng)作的模擬仿真。 1.51.5 本文本文的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu) 本文以自動(dòng)化立體倉庫的研發(fā)工程項(xiàng)目作為應(yīng)用背景，對(duì)立體倉庫技術(shù)進(jìn)行了 研究。全文共分為五章，各章的主要內(nèi)容如下： 第一章扼要地介紹了自動(dòng)化立體倉庫的概念、特點(diǎn)與相關(guān)研究背景； 第二章研究了可編程控制器 plc 與組態(tài)軟件 mcgs 的概述； 第三章對(duì)立體倉庫的硬件方面進(jìn)行了解和說明； 第四章給出了步進(jìn)電機(jī)控制方案，并討論了 s7-200 對(duì)于立體倉庫的設(shè)計(jì)方法； 第五章研究了工控組態(tài)軟件 mcgs 對(duì)立體倉庫控制系統(tǒng)的運(yùn)用，使其能實(shí)現(xiàn)立 體倉庫的模擬仿真和監(jiān)控。 第第 2 2

24、 章章 可編程控制器與可編程控制器與 mcgsmcgs 的概述的概述 2.12.1 可編程控制器定義可編程控制器定義和組成和組成 2.1.12.1.1 plcplc 的定義的定義 可編程控制器，英文稱 programmable controller，簡稱 plc，本課題中用 plc 作為它的簡稱。plc 是用于工業(yè)現(xiàn)場的電控制器。它源于繼電器控制技術(shù)，但基于 電子計(jì)算機(jī)。它通過運(yùn)行存儲(chǔ)在其內(nèi)存中的程序，把經(jīng)輸入電路的物理過程得到的 輸入信息，變換為所要求的輸出信息，進(jìn)而再通過輸出電路的物理過程去實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù) 載的控制。 plc 基于電子計(jì)算機(jī)，但并不等同于普通計(jì)算機(jī)。普通計(jì)算機(jī)進(jìn)行入出信息變 換時(shí)

25、，大多只考慮信息本身，信息入出的物理過程一般不考慮的。而 plc 則要考慮 信息入出的可靠性、實(shí)時(shí)性，以及信息的實(shí)際使用。特別要考慮怎么適應(yīng)于工業(yè)環(huán) 境，如便于安裝，便于維修及抗干擾等問題,入出信息變換及可靠的物理實(shí)現(xiàn)，可 以說是 plc 實(shí)現(xiàn)控制的兩個(gè)基本要點(diǎn)。plc 可以通過它的外設(shè)或通信接口與外界交 換信息。其功能要比繼電控制裝置多的多、強(qiáng)的多。 2.1.2 plc 的產(chǎn)生和發(fā)展的產(chǎn)生和發(fā)展 20 世紀(jì) 60 年代，汽車生產(chǎn)流水線的自動(dòng)控制系統(tǒng)基本上都是由繼電器控制裝 置占據(jù)主導(dǎo)地位。由于繼電器控制系統(tǒng)明顯的缺點(diǎn)即通用性和靈活性、可擴(kuò)展性較 差，導(dǎo)致當(dāng)時(shí)汽車的每一次改型都需要對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)

26、行重新設(shè)計(jì)和安裝。隨著生產(chǎn) 的發(fā)展，汽車型號(hào)更新的周期愈來愈短，顯然，繼電器控制裝置十分費(fèi)時(shí)、費(fèi)工、 費(fèi)料，延長了更新周期。為了適應(yīng)汽車型號(hào)的不斷翻新及生產(chǎn)工藝不斷變化的需要， 1968 年美國通用公司公開招標(biāo)，要求用新的控制裝置取代繼電器控制裝置，由此， plc 這種新型的工業(yè)控制裝置得以誕生并以其簡單易懂、操作方便、可靠性高、通 用靈活、體積小和使用壽命長等一系列優(yōu)點(diǎn)，很快在美國其他工業(yè)領(lǐng)域得到推廣應(yīng) 用。到 1971 年，plc 已經(jīng)成功地應(yīng)用于食品、飲料、冶金、造紙等工業(yè)中并很快 受到了世界其他國家的高度重視。1971 年日本從美國引進(jìn)該項(xiàng)技術(shù)，很快研制出 日本第一臺(tái) plc；1973

27、 年西歐國家也研制出了他們的第一臺(tái) plc；我國 1974 年開 始研制，1977 年開始工業(yè)應(yīng)用。 2.1.32.1.3 plcplc 的特點(diǎn)的特點(diǎn) 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)。 適應(yīng)性強(qiáng)，應(yīng)用靈活。 編程方便，易于使用。 功能強(qiáng)，擴(kuò)展能力強(qiáng)。 lc 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試方便。 維修方便，維修工作量少。 體積小，重量輕，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化。 2.22.2 可編程控制器的基本組成可編程控制器的基本組成 plc 從組成形式上分為整體式和模塊式兩種。整體式 plc 一般由 cpu、i/o 單元、 存儲(chǔ)器、電源、通訊端口、i/o 擴(kuò)展端口組成，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、體積小。模塊 式 plc 一般由 cp

28、u 模塊、i /o 模塊、內(nèi)存模塊、電源模塊、通信單元、底版或機(jī)架 組成，其特點(diǎn)是配置靈活，輸入/輸出接點(diǎn)的數(shù)量可自由選擇。 2.32.3 mcgsmcgs 組態(tài)軟件組態(tài)軟件 mcgs 全中文工業(yè)自動(dòng)化控制組態(tài)軟件（以下簡稱 mcgs 工控組態(tài)軟件或 mcgs） 為用戶建立全新的過程測控系統(tǒng)提供了一整套解決方案。mcgs 工控組態(tài)軟件是一套 32 位工控組態(tài)軟件，它基于 windows 平臺(tái)，可穩(wěn)定運(yùn)行于 windows95/98/nt 操作系 統(tǒng)。通過對(duì)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集處理，以動(dòng)畫顯示、報(bào)警處理、流程控制和報(bào)表輸出等 多種方式向用戶提供解決實(shí)際工程問題的方案，它充分利用了 windows 圖形

29、功能完 備、界面一致性好、易學(xué)易用的特點(diǎn)，比以往使用專用機(jī)開發(fā)的工業(yè)控制系統(tǒng)更具 有通用性，在自動(dòng)化領(lǐng)域有著更廣泛的應(yīng)用。 2.3.12.3.1 mcgsmcgs 的主要特點(diǎn)和基本功能的主要特點(diǎn)和基本功能 簡單靈活的可視化操作界面 實(shí)時(shí)性強(qiáng)、良好的并行處理性能 豐富、生動(dòng)的多媒體畫面 開放式結(jié)構(gòu)，廣泛的數(shù)據(jù)獲取和強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能 完善的安全機(jī)制 強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能 多樣化的報(bào)警功能 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫為用戶分部組態(tài)提供極大方便 支持多種硬件設(shè)備，實(shí)現(xiàn)“設(shè)備無關(guān)” 方便控制復(fù)雜的運(yùn)行流程 良好的可維護(hù)性和可擴(kuò)充性 用數(shù)據(jù)庫來管理數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，系統(tǒng)可靠性高 設(shè)立對(duì)象元件庫，組態(tài)工作簡單方便 實(shí)現(xiàn)對(duì)工控系統(tǒng)的分布

30、式控制和管理 總之，mcgs 組態(tài)軟件功能強(qiáng)大，操作簡單，易學(xué)易用，普通工程人員經(jīng)過短時(shí) 間的培訓(xùn)就能迅速掌握多數(shù)工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和運(yùn)行操作。同時(shí)使用 mcgs 組態(tài)軟件 能夠避開復(fù)雜的計(jì)算機(jī)軟、硬件問題，集中精力去解決工程問題本身，根據(jù)工程作 業(yè)的需要和特點(diǎn)，組態(tài)配置出高性能、高可靠性和高度專業(yè)化的工業(yè)控制監(jiān)控系統(tǒng)。 2.3.22.3.2 mcgsmcgs 的構(gòu)成的構(gòu)成 mcgs 組態(tài)軟件（以下簡稱 mcgs）由“mcgs 組態(tài)環(huán)境”和“mcgs 運(yùn)行環(huán)境”兩 個(gè)系統(tǒng)組成。用戶的所有組態(tài)配置過程都在組態(tài)環(huán)境中進(jìn)行，組態(tài)環(huán)境相當(dāng)于一套 完整的工具軟件，它幫助用戶設(shè)計(jì)和構(gòu)造自己的應(yīng)用系統(tǒng)。用戶組態(tài)

31、生成的結(jié)果是 一個(gè)數(shù)據(jù)庫文件，稱為組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫。 運(yùn)行環(huán)境是一個(gè)獨(dú)立的運(yùn)行系統(tǒng)，它按照組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫中用戶指定的方式進(jìn) 行各種處理，完成用戶組態(tài)設(shè)計(jì)的目標(biāo)和功能。運(yùn)行環(huán)境本身沒有任何意義，必須 與組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫一起作為一個(gè)整體，才能構(gòu)成用戶應(yīng)用系統(tǒng)。一旦組態(tài)工作完成， 運(yùn)行環(huán)境和組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫就可以離開組態(tài)環(huán)境而獨(dú)立運(yùn)行在監(jiān)控計(jì)算機(jī)上。 組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫完成了 mcgs 系統(tǒng)從組態(tài)環(huán)境向運(yùn)行環(huán)境的過渡，它們之間的 關(guān)系如下圖所示。 圖 2.3.2 mcgs 組態(tài)環(huán)境與運(yùn)行環(huán)境的關(guān)系 mcgs 組態(tài)軟件所建立的工程由主控窗口、設(shè)備窗口、用戶窗口、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫和 運(yùn)行策略五部分構(gòu)成，每一部分分別進(jìn)行

32、組態(tài)操作，完成不同的工作，具有不同的 特性。 在 mcgs 的單機(jī)版中，每個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)只能有一個(gè)主控窗口和一個(gè)設(shè)備窗口，但 可以有多個(gè)用戶窗口和多個(gè)運(yùn)行策略，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中也可以有多個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象。mcgs 用主控窗口、設(shè)備窗口和用戶窗口來構(gòu)成一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)的人機(jī)交互圖形界面，組態(tài) 配置各種不同類型和功能的對(duì)象或構(gòu)件，同時(shí)可以對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化處理。 2.3.32.3.3 mcgsmcgs 組態(tài)軟件的工作方式組態(tài)軟件的工作方式 如何對(duì)工程運(yùn)行流程實(shí)施有效控制：mcgs 開辟了專用的 mcgs 如何與設(shè)備進(jìn)行 通訊：mcgs 通過設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序與外部設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。包括數(shù)據(jù)采集和發(fā)送設(shè)備 指令。設(shè)備驅(qū)動(dòng)

33、程序是由 vb 程序設(shè)計(jì)語言編寫的 dll（動(dòng)態(tài)連接庫）文件，設(shè)備驅(qū) 動(dòng)程序中包含符合各種設(shè)備通訊協(xié)議的處理程序，將設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的特征數(shù)據(jù)采集 進(jìn)來或發(fā)送出去。mcgs 負(fù)責(zé)在運(yùn)行環(huán)境中調(diào)用相應(yīng)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，將數(shù)據(jù)傳送到 工程中各個(gè)部分，完成整個(gè)系統(tǒng)的通訊過程。每個(gè)驅(qū)動(dòng)程序獨(dú)占一個(gè)線程，達(dá)到互 不干擾的目的。 mcgs 如何產(chǎn)生動(dòng)畫效果：mcgs 為每一種基本圖形元素定義了不同的動(dòng)畫屬性， 如：一個(gè)長方形的動(dòng)畫屬性有可見度，大小變化，水平移動(dòng)等，每一種動(dòng)畫屬性都 會(huì)產(chǎn)生一定的動(dòng)畫效果。所謂動(dòng)畫屬性，實(shí)際上是反映圖形大小、顏色、位置、可 見度、閃爍性等狀態(tài)的特征參數(shù)。我們?cè)诮M態(tài)環(huán)境中生成的畫面

34、都是靜止的，在工 程運(yùn)行中產(chǎn)生動(dòng)畫效果的方法是：圖形的每一種動(dòng)畫屬性中都有一個(gè)“表達(dá)式”設(shè) 定欄，在該欄中設(shè)定一個(gè)與圖形狀態(tài)相聯(lián)系的數(shù)據(jù)變量，連接到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中，以 此建立相應(yīng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，mcgs 稱之為動(dòng)畫連接。 mcgs 如何實(shí)施遠(yuǎn)程多機(jī)監(jiān)控：mcgs 提供了一套完善的網(wǎng)絡(luò)機(jī)制，可通過 tcp/ip 網(wǎng)、modem 網(wǎng)和串口網(wǎng)將多臺(tái)計(jì)算機(jī)連接在一起，構(gòu)成分布式網(wǎng)絡(luò)測控系統(tǒng)， 實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)間的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)同步、歷史數(shù)據(jù)同步和網(wǎng)絡(luò)事件的快速傳遞。同時(shí)，可利用 mcgs 提供的網(wǎng)絡(luò)功能，在工作站上直接對(duì)服務(wù)器中的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行讀寫操作。分布式 網(wǎng)絡(luò)測控系統(tǒng)的每一臺(tái)計(jì)算機(jī)都要安裝一套 mcgs 工控組態(tài)軟件。

35、mcgs 把各種網(wǎng)絡(luò) 形式，以父設(shè)備構(gòu)件和子設(shè)備構(gòu)件的形式，供用戶調(diào)用，并進(jìn)行工作狀態(tài)、端口號(hào)、 工作站地址等屬性參數(shù)的設(shè)置。 “運(yùn)行策略”窗口，建立用戶運(yùn)行策略。mcgs 提供了豐富的功能構(gòu)件，供用戶 選用，通過構(gòu)件配置和屬性設(shè)置兩項(xiàng)組態(tài)操作，生成各種功能模塊（稱為“用戶策 略” ） ，使系統(tǒng)能夠按照設(shè)定的順序和條件，操作實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)畫窗口的任 意切換，控制系統(tǒng)的運(yùn)行流程和設(shè)備的工作狀態(tài)。所有的操作均采用面向?qū)ο蟮闹?觀方式，避免了煩瑣的編程工作。 第第 3 3 章章 硬件部分硬件部分 3.13.1 立體倉庫的基本結(jié)構(gòu)立體倉庫的基本結(jié)構(gòu) 該立體倉庫主體由底盤、二層四倉位庫體、運(yùn)動(dòng)機(jī)械

36、及電氣控制等四部分組成。 機(jī)械部分采用滾珠絲杠、滑杠、普通絲杠等機(jī)械元件組成，采用步進(jìn)電機(jī)作為拖動(dòng) 元件。 自動(dòng)化立體倉庫系統(tǒng)主要有三部分組成： (1)倉庫庫體 倉庫本體分為兩個(gè)區(qū)，分別為轉(zhuǎn)貨區(qū)和存貨區(qū)。轉(zhuǎn)貨區(qū)主要是由 載貨臺(tái)組成的，用來周轉(zhuǎn)貨物，當(dāng)貨物入庫以及貨物出庫時(shí)，都是通過轉(zhuǎn)貨區(qū)來完 成的。儲(chǔ)貨區(qū)由 4 個(gè)倉位組成，分為 2 行 2 列，主要用于存儲(chǔ)不同的貨物。在轉(zhuǎn)貨 區(qū)、儲(chǔ)貨區(qū)都分別安裝了檢測傳感器，用于檢測對(duì)貨物的定位。 (2)巷道起重機(jī) 巷道起重機(jī)由二軸行走機(jī)構(gòu)、貨臺(tái)、驅(qū)動(dòng)器等組成。巷道起重 機(jī)總共具有 3 個(gè)自由度，能實(shí)現(xiàn)水平移動(dòng)、垂直移動(dòng)、前后移動(dòng)等操作，貨物的轉(zhuǎn) 移主要是由

37、它完成的。 a.送貨操作流程：復(fù)位到初始位置 水平移動(dòng)到載貨臺(tái)位置 取貨 水平、 垂直移動(dòng)指定倉位 放貨 復(fù)位到初始位。 b.取貨操作流程：復(fù)位到初始位置 水平垂直移動(dòng)指定倉位 取貨 水平、 垂直移到載貨臺(tái) 放貨 復(fù)位到初始位。 (3)plc 控制單元 plc 控制單元采用西門子公司生產(chǎn)的 s7-200 cpu226 型 plc,型 號(hào)為 cpu226cn dc/dc/dc,所有操作控制指令都是由 plc 發(fā)出的。 3.23.2 立體倉庫的主要硬件原理立體倉庫的主要硬件原理 3.2.13.2.1 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的基本組成和工作原理及應(yīng)用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的基本組成和工作原理及應(yīng)用 步進(jìn)電機(jī)是數(shù)

38、字控制系統(tǒng)中的執(zhí)行電動(dòng)機(jī)，當(dāng)系統(tǒng)將一個(gè)電脈沖信號(hào)加到步進(jìn) 電機(jī)定子繞組時(shí)，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)一步，當(dāng)電脈沖按某一相序加到電動(dòng)機(jī)時(shí)，轉(zhuǎn)子沿某一 方向轉(zhuǎn)動(dòng)的步數(shù)等于電脈沖個(gè)數(shù)。因此，改變輸入脈沖的數(shù)目就能控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 轉(zhuǎn)子機(jī)械位移的大?。桓淖冚斎朊}沖的通電相序，就能控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子機(jī)械位 移的方向，實(shí)現(xiàn)位置的控制，實(shí)現(xiàn)寬廣范圍內(nèi)速度的無級(jí)平滑控制。 為了驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，必須由一個(gè)決定電動(dòng)機(jī)速度和旋轉(zhuǎn)角度的脈沖發(fā)生器 （在該立體倉庫控制系統(tǒng)中采用 plc 作脈沖發(fā)生器進(jìn)行位置控制） 、一個(gè)使電動(dòng)機(jī) 繞組電流按規(guī)定次序通斷的脈沖分配器、一個(gè)保證電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行的功率放大器， 以及一個(gè)直流功率電源等組成一個(gè)驅(qū)動(dòng)

39、系統(tǒng)。 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器是把控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化為步進(jìn)電機(jī)的角位移，或者 說：控制系統(tǒng)每發(fā)一個(gè)脈沖信號(hào)，通過驅(qū)動(dòng)器就使步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一步距角。所以步 進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與脈沖信號(hào)的頻率成正比。 3.2.23.2.2 傳感器的工作原理和應(yīng)用傳感器的工作原理和應(yīng)用 （1）反射式傳感器的工作原理： 當(dāng)物體相對(duì)于傳感器移動(dòng)時(shí)，反射回來的信號(hào)與原先的信號(hào)相比較，產(chǎn)生頻移， 集成電路再把微弱的頻移信號(hào)進(jìn)行放大，再經(jīng)多普勒檢測、放大、限幅等措施，最 后取得和物體移動(dòng)信號(hào)相關(guān)的直流信號(hào)輸出電平。 在該立體倉庫中采用反射式傳感器作為貨物的檢測裝置。 （2）對(duì)射式傳感器的工作原理： 當(dāng) 24v 電壓加到發(fā)光二極管 l

40、ed1 時(shí)，它將光發(fā)射給發(fā)光二極管 led2，led2 接 收到光導(dǎo)通，三極管導(dǎo)通，輸出為 on；當(dāng)發(fā)光二極管 led1 發(fā)射出的光被物體擋住 使發(fā)光二極管 led2 接收不到時(shí)，led2 不導(dǎo)通，三極管也不導(dǎo)通，輸出為 off。 在該立體倉庫控制系統(tǒng)中，采用 8 個(gè)對(duì)射式傳感器作為限位控制。 3.33.3 plcplc 的選擇的選擇 3.3.13.3.1 plcplc i/oi/o 點(diǎn)的選擇點(diǎn)的選擇 根據(jù)控制要求，將各輸入設(shè)備和被控設(shè)備詳細(xì)列表，準(zhǔn)確的統(tǒng)計(jì)出被控設(shè)備對(duì) 數(shù)需求量，然后在實(shí)際統(tǒng)計(jì)的 i/o 點(diǎn)數(shù)的基礎(chǔ)上增加 15%20%的備用量，以便以 后調(diào)整和擴(kuò)充。同時(shí)要充分利用好輸入和輸出

41、擴(kuò)展單元，提高主機(jī)的利用率，例如 s7-200 cpu224 分為 14 輸入、10 輸出，s7-200 cpu226 分為 24 輸入、16 輸出，還 有各種輸入和輸出擴(kuò)展單元，這樣在增加 i/o 點(diǎn)數(shù)時(shí)，不必改變機(jī)型，可以通過擴(kuò) 展模塊實(shí)現(xiàn)，降低了經(jīng)濟(jì)投入。在確定好 i/o 點(diǎn)數(shù)后，還要注意它的性質(zhì)，類型和 參數(shù)。 根據(jù)本次設(shè)計(jì)的立體倉庫系統(tǒng)的輸入、輸出信號(hào)，其中外部輸入元件包括：檢 測元件、按鈕、取、存、急停、限位開關(guān)等；輸出有三個(gè)電機(jī)的正反向、動(dòng)作指示 等。 3.3.23.3.2 plcplc 型號(hào)的選擇型號(hào)的選擇 本課題根據(jù) i/o 的信號(hào)數(shù)量，類型及控制要求，同時(shí)考慮到維護(hù)和保養(yǎng)，

42、改造 和經(jīng)濟(jì)等諸多因素，根據(jù)以上分析已知應(yīng)選用 s7-200 cpu226。 其中 plc 選擇的一般原則為： plc 機(jī)型選擇的基本原則是，在功能滿足要求的前提下，選擇最可靠、維護(hù)使 用最方便以及性能價(jià)格比的最優(yōu)化機(jī)型。 在工藝過程比較固定、環(huán)境條件較好（維修量較?。┑膱龊?，建議選用整體式 結(jié)構(gòu)的 plc；其它情況則最好選用模塊式結(jié)構(gòu)的 plc。 對(duì)于開關(guān)量控制以及以開關(guān)量控制為主、帶少量模擬量控制的工程項(xiàng)目中，一 般其控制速度無須考慮，因此，選用帶 a/d 轉(zhuǎn)換、d/a 轉(zhuǎn)換、加減運(yùn)算、數(shù)據(jù) 傳送功能的低檔機(jī)就能滿足要求。 而在控制比較復(fù)雜，控制功能要求比較高的工程項(xiàng)目中（如要實(shí)現(xiàn) pid

43、 運(yùn)算、 閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)等） ，可視控制規(guī)模及復(fù)雜程度來選用中檔或高檔機(jī)。其中 高檔機(jī)主要用于大規(guī)模過程控制、全 plc 的分布式控制系統(tǒng)以及整個(gè)工廠的自 動(dòng)化等。 3.3.33.3.3 s7-200s7-200 plcplc 的介紹的介紹 西門子公司的simatic s7-200系列屬于小型plc,用于代替繼電器的簡單控制場 合，也可用于復(fù)雜的自動(dòng)化控制系統(tǒng)。由于它具有強(qiáng)大的通信功能，在大型網(wǎng)絡(luò)控 制系統(tǒng)中也能充分發(fā)揮器作用。 s7-200 的可靠性高，可以用梯形圖、語句表和功能圖三種語言來編程。它的指 令豐富，指令功能強(qiáng)，易于掌握，操作方便，內(nèi)置有高速計(jì)數(shù)器，高速輸出，pid 控制器，

44、rs-485 通信/編程接口、ppi 通信協(xié)議、mpi 通信協(xié)議和自由端口模式通信 功能，最大可以擴(kuò)展到 248 點(diǎn)數(shù)字量 i/o 或 35 路模擬量 i/o，最多有 30 多 kb 程序 和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。 第第 4 章章 軟件部軟件部分分 4.14.1 step7-micro/winstep7-micro/win 編程軟件編程軟件 step7-micro/win是專門為s7-200設(shè)計(jì)的，在個(gè)人計(jì)算機(jī)windows操作系統(tǒng)下運(yùn) 行的編程軟件，它的功能強(qiáng)大，使用方便，簡單易學(xué)。cpu通過pc/ppi電纜或插在 計(jì)算機(jī)中的cp5511、cp5611通訊卡通訊。通過pc/ppi電纜，可以在wind

45、ows下實(shí)現(xiàn) 多主站通信方式。 step7-micro/win的用戶程序結(jié)構(gòu)簡單清晰，即通過一個(gè)主程序調(diào)用主程序， 在中斷事件出現(xiàn)時(shí)調(diào)用中斷程序，還可以通過數(shù)據(jù)塊進(jìn)行變量的初始化設(shè)置。用戶 可以用語句表、梯形圖和功能塊圖編程，不同的編程語言編制的程序可以相互轉(zhuǎn)換， 可以用符號(hào)表來定義程序中使用變量地址對(duì)應(yīng)的符號(hào)，例如指定符號(hào)啟動(dòng)按鈕對(duì)應(yīng) 地址i0.0，使程序便于設(shè)計(jì)和理解。 step7-micro/win可以為用戶提供兩套指令集，即simatic指令集（s7-200）和 國際標(biāo)準(zhǔn)指令集（iec61131-3方式）。通過調(diào)制解調(diào)器可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程編程，可以用 單次掃描和強(qiáng)制輸出等方式來調(diào)試程序和進(jìn)行

46、故障。 圖4.1 plc編程界面的構(gòu)成 編程規(guī)則如下： （1）外部輸入/輸出繼電器、內(nèi)部繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等器件的接點(diǎn)可多 次重復(fù)使用，無需用復(fù)雜的程序結(jié)構(gòu)來減少接點(diǎn)的使用次數(shù)。 （2）梯形圖每一行都是從左母線開始，線圈接在右邊。接點(diǎn)不能放在線圈的 右邊，在繼電器控制的原理圖中，熱繼電器的接點(diǎn)可以加在線圈的右邊，而 plc 的 梯形圖是不允許的。 （3）線圈不能直接與左母線相連。如果需要，可以通過一個(gè)沒有使用的內(nèi)部 繼電器的常閉接點(diǎn)或者特殊內(nèi)部繼電器的常開接點(diǎn)來連接。 （4）同一編號(hào)的線圈在一個(gè)程序中使用兩次稱為雙線圈輸出。雙線圈輸出容 易引起誤操作，應(yīng)盡量避免線圈重復(fù)使用。 （5）梯形圖

47、程序必須符合順序執(zhí)行的原則，即從左到右，從上到下地執(zhí)行， 如不符合順序執(zhí)行的電路就不能直接編程。 （6）在梯形圖中串聯(lián)接點(diǎn)使用的次數(shù)是沒有限制，可無限次地使用。 （7）兩個(gè)或兩個(gè)以上的線圈可以并聯(lián)輸出。 4.24.2 s7-200s7-200 的通信的通信 4.2.14.2.1 s7-200s7-200 的通信協(xié)議的通信協(xié)議 s7-200支持多種通信協(xié)議，例如點(diǎn)對(duì)點(diǎn)接口（ppi）、多點(diǎn)接口（mpi）和 profibus。這些協(xié)議基于7層開放系統(tǒng)互連模型（osi），通過一個(gè)令牌環(huán)網(wǎng)來實(shí)現(xiàn)， 令牌環(huán)網(wǎng)遵循標(biāo)準(zhǔn)（iec61185）和歐洲標(biāo)準(zhǔn)（en50170），它們都是基于字符的異 步通信協(xié)議，帶有起

48、始位、8位數(shù)據(jù)、偶校驗(yàn)和1個(gè)停止位。 s7-200的通信接口是rs-485，計(jì)算機(jī)可以使用rs-232或usb通信接口，多主站 ppi電纜用于計(jì)算機(jī)和s7-200之間的通信，有rs-232/ppi和usb/ppi兩種電纜。 4.2.24.2.2 在編程軟件中設(shè)置通信接口的參數(shù)在編程軟件中設(shè)置通信接口的參數(shù) 在step7-micro/win中選擇菜單命令“檢視”“元件”“設(shè)置pg/pc接口” 或雙擊瀏覽或指令數(shù)中的“設(shè)置pg/pc接口”圖標(biāo)，都可以進(jìn)入設(shè)置接口對(duì)話框如 下圖。 圖 4.2.2-1 pc/ppi 協(xié)議 在“設(shè)置 pg/pc 接口”對(duì)話框中設(shè)置的是計(jì)算機(jī)通信接口的參數(shù)。此外還應(yīng)該 為

49、 s7-200 設(shè)置波特率和站地址，在 step7-micro/win 中選擇菜單命令“檢視” “元件”“系統(tǒng)塊”或雙擊指令樹中的系統(tǒng)塊文件夾下面的“通信端口”圖標(biāo)， 將打開設(shè)置的通信參數(shù)的選項(xiàng)卡如圖 4.2。設(shè)置好參數(shù)后把系統(tǒng)塊下載到中才會(huì)起 作用。 圖4.2.2-2 pc/ppi的通訊 在step7-micro/win中雙擊瀏覽欄或指令樹中的“通信”圖標(biāo)，或執(zhí)行菜單命 令“檢視”“元件”“通信”，將出現(xiàn)“通信”的對(duì)話框。在將新的設(shè)置下載 到s7-200之前，應(yīng)設(shè)置遠(yuǎn)程站即的地址，使它與的地址相同。 圖4.2.2-3 雙擊上圖中“雙擊刷新”旁邊的藍(lán)色箭頭組成的圖標(biāo)，編程軟件將會(huì)自動(dòng)搜索 連接

50、在網(wǎng)絡(luò)上的 s7-200，并用圖標(biāo)顯示搜索到的 s7-200。選中“通信”對(duì)話框左下 角的“搜索所有波特率”復(fù)選框，可以實(shí)現(xiàn)全波特率的搜索。下圖顯示計(jì)算機(jī)連接 到 s7-200。 圖 4.2.2-4 4.3.3 i/oi/o 地址分配地址分配 根據(jù)立體倉庫的控制要求，對(duì) plc 控制系統(tǒng)的輸入點(diǎn)分配如下表。 表 plc 輸入輸出 i/o 分配 輸入與輸出 i0.0 選擇庫位1按鈕 i2.0 x軸限位 i0.1 選擇庫位2按鈕 i2.1 x軸原點(diǎn) i0.2 選擇庫位3按鈕 i2.2 y軸限位 i0.3 選擇庫位4按鈕 i2.3 y軸原點(diǎn) i0.4 啟動(dòng)按鈕 i2.4 z軸原點(diǎn) i0.5 停止按鈕

51、 i2.5 z軸限位 i0.6 取貨按鈕 q0.0 x軸-cp i0.7 存貨按鈕 q0.1 y軸-cp i1.0 庫位1傳感器 q0.2 x軸方向 i1.1 庫位2傳感器 q0.3 y軸方向 i1.2 庫位3傳感器 q0.4 z軸前伸 i1.3 庫位4傳感器 q0.5 z軸回縮 i1.4 手動(dòng)控制開關(guān) 4.44.4 步進(jìn)電機(jī)的控制步進(jìn)電機(jī)的控制 與交直流電動(dòng)機(jī)不同，僅僅接上供電電源，步進(jìn)電機(jī)不會(huì)運(yùn)行的。為了驅(qū)動(dòng) 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，必須由一個(gè)決定電動(dòng)機(jī)速度和旋轉(zhuǎn)角度的脈沖發(fā)生器（在該立體倉 庫控制系統(tǒng)中采用 plc 作脈沖發(fā)生器進(jìn)行位置控制） 、一個(gè)使電動(dòng)機(jī)繞組，電流按 規(guī)定次序通斷的脈沖分配器、一

52、個(gè)保證電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行的功率放大器，以及一個(gè) 直流功率電源等組成一個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，如下圖所示。 圖 4.4-1 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的組成 將 plc 的輸出端口 q0.0 和 q0.1 接在步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的 x 軸和 y 軸脈沖端口， 用于給步進(jìn)電機(jī)發(fā)送高速脈沖，通過改變輸入脈沖的數(shù)目就能控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子 機(jī)械位移的大小，將 plc 的 q0.2 和 q0.3 接在步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 x 軸和 y 軸方向端口， 通過改變輸入脈沖的通電相序，就能控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子機(jī)械位移的方向，實(shí)現(xiàn)位 置的控制。接線圖如下： 圖4.4-2 步進(jìn)電機(jī)接線部分 4.54.5 堆垛機(jī)三維位置定位堆垛機(jī)三維位置定位 本系統(tǒng)中堆垛

53、機(jī)由水平、垂直及伸叉機(jī)構(gòu)三部分組成。水平、垂直部分運(yùn)動(dòng)分 別由x軸、y軸步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠完成，伸叉機(jī)構(gòu)由上層的鏟叉和底層的絲杠傳動(dòng) 機(jī)構(gòu)組成，鏟叉可前后伸縮，其運(yùn)動(dòng)由z軸直流電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制。 在此系統(tǒng)中，當(dāng)堆垛機(jī)平臺(tái)運(yùn)行到目標(biāo)庫位后，鏟叉需伸入庫內(nèi)取、放貨物， 然后向后縮回，因此，整個(gè)運(yùn)行過程需要對(duì)堆垛機(jī)進(jìn)行三維位置控制。本系統(tǒng)先用 兩路脈沖控制x軸、y軸步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，完成堆垛機(jī)的二維定位任務(wù)。然后，再控制直 流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)鏟叉入、出庫等后續(xù)動(dòng)作。 堆垛機(jī)的二維位置定位采用了控制脈沖個(gè)數(shù)的定位方式，該方式是以水平、垂 直方向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)每轉(zhuǎn)輸出的脈沖數(shù)為基礎(chǔ)，對(duì)立體倉庫每個(gè)貨格都予以確定相應(yīng) 的

54、脈沖個(gè)數(shù)。當(dāng)堆垛機(jī)運(yùn)行時(shí)，plc根據(jù)目的地址和原點(diǎn)基準(zhǔn)地址之間的脈沖值來 控制電動(dòng)機(jī)的位移。pls指令通過q0.0和q0.1作為高速脈沖輸出，q0.2、q0.3為方 向控制端。 4.64.6 立體倉庫程序流程圖及程序編寫立體倉庫程序流程圖及程序編寫 4.6.14.6.1 立體倉庫的工作流程圖立體倉庫的工作流程圖 立體倉庫的工作控制流程圖如圖 3-2 所示： 圖4.6.1-1 系統(tǒng)流程圖 4.6.24.6.2 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路 取貨和存貨工作流程： 接通電源，通電狀態(tài)下，各機(jī)構(gòu)復(fù)位，x 軸、y 軸、z 軸回復(fù)零位，堆垛機(jī)停 在初始位置(入庫口)，按下啟動(dòng)按鈕i0.4，系統(tǒng)開始

55、工作。 取貨：按下取貨按鈕i0.6，執(zhí)行取貨指令，然后選擇庫位號(hào)，如所選庫位有物 品，可執(zhí)行“ 取”操作，然后 x 軸、y 軸通過步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行到該庫位，z 軸電機(jī) 正轉(zhuǎn)將伸桿伸入庫內(nèi),y 軸電機(jī)上升將物體抬起,z 軸電機(jī)反轉(zhuǎn)將物體帶出,x、y電 機(jī)運(yùn)行到裝/卸貨臺(tái)，z 軸電機(jī)正轉(zhuǎn)將物體送入卸貨臺(tái)，y軸電機(jī)下降使物體放在卸 貨臺(tái)上，z 軸電機(jī)反轉(zhuǎn)出庫，x、y軸電機(jī)復(fù)位，堆垛機(jī)運(yùn)行至入庫口；如果所選庫 位內(nèi)無物品，此時(shí)不執(zhí)行取貨操作。 存貨：按下存貨按鈕i0.7,執(zhí)行存貨指令，然后選擇庫位號(hào)，如所選庫位無物 品，可執(zhí)行“存”操作，x、y軸電機(jī)運(yùn)行至裝/卸貨臺(tái)，z 軸電機(jī)正轉(zhuǎn)伸入裝貨臺(tái) 內(nèi)，y 軸電

56、機(jī)上升將物體抬起，z 軸電機(jī)反轉(zhuǎn)伸出裝/卸貨臺(tái)并將物體帶出，x 軸、 y 軸電機(jī)運(yùn)行至所選庫位號(hào)，z 軸電機(jī)正轉(zhuǎn)送入物體,y 軸電機(jī)下降將物體放入庫 內(nèi)，z 軸電機(jī)反轉(zhuǎn)出庫。x、y軸電機(jī)復(fù)位，堆垛機(jī)運(yùn)行至入庫口。若所選庫位內(nèi)有 物品，此時(shí)不執(zhí)行存貨指令。 分析系統(tǒng)的入庫操作和出庫操作，都包括8個(gè)動(dòng)作，動(dòng)作過程是連貫無間斷的， 所用z軸的動(dòng)作以及次序都是完全一致的，最大的區(qū)別在于取貨和放貨時(shí)x軸和y軸 所走的距離不一樣。所以只要改變相應(yīng)的脈沖值即可實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。 4.6.34.6.3 s7-200s7-200 高速輸出指令高速輸出指令 通過高速脈沖指令輸出的兩路高速脈沖來控制兩臺(tái)步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)

57、。 為了驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，必須由一個(gè)決定電動(dòng)機(jī)速度和旋轉(zhuǎn)角度的脈沖發(fā)生器。 在該立體倉庫控制系統(tǒng)中采用 s7-200 cpu226 plc 作脈沖發(fā)生器進(jìn)行位置控制， 此晶體管輸出電路的 plc 可以通過高速脈沖指令同時(shí)輸出兩路高速脈沖來控制兩 臺(tái)步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)。 每個(gè) cpu 有兩個(gè) pto/pwm 發(fā)生器產(chǎn)生高速脈沖串和脈沖寬度可調(diào)的波形一個(gè) 發(fā)生器分配在數(shù)字輸出 q0.0 另一個(gè)分配在數(shù)字輸出 q0.1。pto/pwm 發(fā)生器和映 像寄存器共同使用 q0.0 和 q0.1。當(dāng) q0.0 或 q0.1 設(shè)定為 pto或 pwm 功能時(shí) pto/pwm 發(fā)生器控制輸出在輸出點(diǎn)禁止使用通用功能映

58、像寄器的狀態(tài)輸出強(qiáng)置或立 即輸出指令的執(zhí)行都不影響輸出波形。當(dāng)不使用 pto/pwm 發(fā)生器時(shí)輸出由映像寄 存器控制映像寄存器決定輸出波形的初始和結(jié)束狀態(tài)以高電平或低電平產(chǎn)生波形的 起始和結(jié)束。 每個(gè)生成器有一個(gè)位的控制字節(jié)，一個(gè)位無符號(hào)的周期值或脈沖寬度值，以及 一個(gè)無符號(hào)位脈沖計(jì)數(shù)值。這些值全部存儲(chǔ)在指定的特殊寄存器區(qū)，它們被設(shè)置好 后，通過執(zhí)行脈沖輸出指令來啟動(dòng)操作。指令是讀取位，并對(duì)發(fā)生器進(jìn)行編程。 通過修改區(qū)包括控制字節(jié)，然后再執(zhí)行指令，可以改變或輸出波形的特性。將 控制字節(jié)的允許位或置為0，然后執(zhí)行指令，在任意時(shí)刻均可以禁止或波形輸出。 4.6.44.6.4 ptopto 操作操作

59、 pto 提供指定脈沖個(gè)數(shù)的方波 (50% 占空比) 脈沖串發(fā)生功能。周期可以用微 秒或毫秒為單位指定，周期的范圍是 50 到 65,535 微秒或 2 到 65,535 毫秒。 如果設(shè)定的周期是奇數(shù)，會(huì)引起占空比的一些失真。脈沖數(shù)的范圍是1 到 4,294,967,295。如果周期時(shí)間少于2個(gè)時(shí)間單位，就把周期缺省地設(shè)定為2個(gè)時(shí)間 單位。如果指定脈沖數(shù)為 0 ，就把脈沖數(shù)缺省地設(shè)定為1個(gè)脈沖。狀態(tài)字節(jié)中的 pto 空閑位 (sm66.7 或 sm76.7) 用來指示可編程脈沖串完成。另外，根據(jù)脈沖串 的完成調(diào)用中斷程序。如果使用多段操作，根據(jù)包絡(luò)表的完成調(diào)用中斷程序。pto 功能允許脈沖串的

60、排隊(duì)。當(dāng)激活的脈沖串完成時(shí)，立即開始新脈沖的輸出。這保證 了順序輸出脈沖串的連續(xù)性。 4.6.54.6.5 ptopto /pwm/pwm 控制寄存器控制寄存器 pto/pwmpto/pwm 控制字節(jié)控制字節(jié) q0.0q0.1 狀態(tài)字節(jié) sm66.4sm76.4 pto 包絡(luò)由于增量計(jì)算 錯(cuò)誤而終止 0 = 無錯(cuò)誤 1 = 終止 sm66.5sm76.5 pto 包絡(luò)由于用戶命令 而終止 0 = 無錯(cuò)誤1 = 終止 sm66.6sm76.6 pto 管線上溢/下溢 0 = 無上溢 1 = 上溢/ 下溢 sm66.7sm76.7 pto 空閑 0 = 執(zhí)行中1 = pto 空閑 q0.0q0.1