PLC課程設(shè)計(jì)立體倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)

1、立體倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)目 錄1、緒論11.1 立體倉(cāng)庫(kù)發(fā)展的意義11.2 立體倉(cāng)庫(kù)的概述12、系統(tǒng)工作原理23、立體倉(cāng)庫(kù)的硬件配置23.1 plc簡(jiǎn)介23.2 cpu處理模塊23.3 立體倉(cāng)庫(kù)的i/o分配33.4 立體倉(cāng)庫(kù)的外部接線44、立體倉(cāng)庫(kù)軟件設(shè)計(jì)54.1編程軟件介紹54.2立體倉(cāng)庫(kù)程序設(shè)計(jì)及分析64.2.1程序的設(shè)計(jì)64.2.2程序分析65、立體倉(cāng)庫(kù)監(jiān)控界面的設(shè)計(jì)75.1 組態(tài)軟件的概述75.2 定義數(shù)據(jù)詞典85.3 用戶界面的制作85.4命令語(yǔ)言的編寫96、程序調(diào)試107、實(shí)驗(yàn)體會(huì)11參考文獻(xiàn)11附錄 程序梯形圖120立體倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)張保明 沈陽(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院摘要：立體倉(cāng)庫(kù)控制系

2、統(tǒng)也稱自動(dòng)存取系統(tǒng)，通常指采用幾層至幾十層高的貨架，并用自動(dòng)化物料搬運(yùn)設(shè)備進(jìn)行貨物出、入庫(kù)作業(yè)的倉(cāng)庫(kù)。本文主要采用plc實(shí)現(xiàn)對(duì)立體倉(cāng)庫(kù)的下位機(jī)控制，并通過(guò)組態(tài)軟件對(duì)上位機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。文中首先介紹了plc和立體倉(cāng)庫(kù)的工作原理，在設(shè)計(jì)硬件的基礎(chǔ)上，對(duì)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用組態(tài)軟件建立人機(jī)監(jiān)控界面，包括組態(tài)界面的制作方案，功能語(yǔ)言的實(shí)現(xiàn)，最后對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，并給出相關(guān)的參考程序，使自動(dòng)存取過(guò)程得以實(shí)現(xiàn)，并能實(shí)時(shí)的監(jiān)控輸送過(guò)程。關(guān)鍵詞：立體倉(cāng)庫(kù)；自動(dòng)存??；plc；組態(tài)軟件；實(shí)時(shí)監(jiān)控1、緒論1.1 立體倉(cāng)庫(kù)發(fā)展的意義立體倉(cāng)庫(kù)的特點(diǎn)在于以高層立體貨架為標(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

3、主要手段，高效率地利用倉(cāng)儲(chǔ)空間，節(jié)約時(shí)間和人力進(jìn)行各種作業(yè)，具有巨大地社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，因此被普遍應(yīng)用于機(jī)器制造業(yè)、電器制造業(yè)、航空港、輕工和化工企業(yè)、商儲(chǔ)業(yè)、軍需部門等各行各業(yè)。其中自動(dòng)化的立體倉(cāng)庫(kù)更是具有廣闊市場(chǎng)前景。它集機(jī)械、電子、控制、計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體，具有科技含量高，貨物存取效率高和自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)，在物流監(jiān)控技術(shù)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)、通信技術(shù)、貨位優(yōu)化管理等技術(shù)領(lǐng)域都有很好的應(yīng)用。從制造工廠、商場(chǎng)、機(jī)場(chǎng)，到港口、軍需部地下室冷庫(kù)到都少不了立體倉(cāng)庫(kù)的身影，特別是隨著人們生活水平的提高，自我國(guó)的機(jī)動(dòng)車數(shù)量日益猛增，傳統(tǒng)的停車場(chǎng)已經(jīng)不能滿足人們的需求，于是人們將立體倉(cāng)庫(kù)這一理念和技術(shù)應(yīng)用

4、于停車庫(kù)，很多城市都相繼出現(xiàn)了立體停車庫(kù)，使停車難的問(wèn)題逐漸得以緩解，所以為了更好的合理利用資源、保證產(chǎn)需均衡、提高物流效率，我們對(duì)于自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的研究迫在眉睫。1.2 立體倉(cāng)庫(kù)的概述 立體倉(cāng)庫(kù)一般由高層貨架、倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)械設(shè)備、建筑物及控制和管理設(shè)施等部分組成。貨架的形式有很多，材料一般用鋼材或鋼筋混凝土制作。鋼貨架的優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)件尺寸小，倉(cāng)庫(kù)空間利用率高，制作方便，安裝建設(shè)周期短。而且隨著高度的增加，鋼貨架比混凝土貨架的優(yōu)越性更加明顯。為了提高貨物裝卸、存取效率，自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)一般使用貨箱或托盤盛放貨物。貨箱與托盤的基本功能是盛放小件物料，同時(shí)還應(yīng)便于運(yùn)輸車和堆跺機(jī)的插取和存放。搬運(yùn)設(shè)備是自動(dòng)化倉(cāng)

5、庫(kù)中的重要設(shè)備，它們一般由電力驅(qū)動(dòng)，通過(guò)手動(dòng)或自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)把貨物從一處搬運(yùn)到另一處。輸送系統(tǒng)必須具有高度的可靠性。在立體倉(cāng)庫(kù)內(nèi)，一般只有一套輸送系統(tǒng)，一旦發(fā)生故障，就會(huì)使整個(gè)倉(cāng)庫(kù)工作受到影響。所以，要求輸送系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)上的設(shè)備可靠、耐用、維修方便。對(duì)輸送系統(tǒng)設(shè)置手動(dòng)控制做后備。2、系統(tǒng)工作原理自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)是通過(guò)堆垛機(jī)在巷道內(nèi)運(yùn)行，通過(guò)認(rèn)址將貨物放入指定貨位內(nèi)。本設(shè)計(jì)中自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的工作原理為通過(guò)按鈕控制堆垛機(jī)的運(yùn)行路線，在堆垛機(jī)的牽引槽內(nèi)放置若干的限位開(kāi)關(guān)，當(dāng)總控制臺(tái)將位置信號(hào)傳輸給堆垛機(jī)時(shí)，堆垛機(jī)開(kāi)始運(yùn)行。運(yùn)行至指定巷道時(shí)，限位開(kāi)關(guān)關(guān)閉，堆垛機(jī)停止運(yùn)行，通過(guò)按鈕將層信號(hào)傳輸給升降臺(tái)，

6、再由升降臺(tái)牽引柱上的限位開(kāi)關(guān)控制升降臺(tái)的上下位置，當(dāng)升降至指定庫(kù)位時(shí)，限位開(kāi)關(guān)閉合，升降臺(tái)停止運(yùn)動(dòng)。由控制按鈕控制升降臺(tái)上的傳送帶將貨物取出或放入指定的貨位。自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)工作流程圖如圖所示。3、立體倉(cāng)庫(kù)的硬件配置3.1 plc簡(jiǎn)介 plc控制器采用的是西門子電工生產(chǎn)的s7系列的可編程序控制器s7-200。s7-200 是一種小型的可編程序控制器，適用于各行各業(yè)，各種場(chǎng)合中的檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及控制的自動(dòng)化。s7-200系列的強(qiáng)大功能使其無(wú)論在獨(dú)立運(yùn)行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能。因此s7-200系列具有極高的性能/價(jià)格比。3.2 cpu處理模塊cpu224模塊輸入、輸出單元的接線圖如圖3-1

7、所示。圖3-1 cpu224模塊輸入、輸出單元的接線圖3.3 立體倉(cāng)庫(kù)的i/o分配本系統(tǒng)需要18個(gè)輸入點(diǎn)和6個(gè)輸出點(diǎn)。根據(jù)plc的特點(diǎn)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)的需要，輸入信號(hào)包括倉(cāng)位按鈕、啟動(dòng)按鈕、倉(cāng)位檢測(cè)、限位開(kāi)關(guān)等等。輸出信號(hào)包括x軸y軸和z軸電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。其i/o分配如表1所示。表1 元件地址i/o分配 plc地址（plc端子）電氣符號(hào)（面板端子）功能說(shuō)明i2.2sb1自動(dòng)運(yùn)行啟動(dòng)i2.3sb20號(hào)倉(cāng)位檢測(cè)i0.0sd11號(hào)倉(cāng)位按鈕i0.1sd22號(hào)倉(cāng)位按鈕i0.2sd33號(hào)倉(cāng)位按鈕i0.3sd44號(hào)倉(cāng)位按鈕i0.4sb31號(hào)倉(cāng)位檢測(cè)i0.5sb42號(hào)倉(cāng)位檢測(cè)i0.6sb53號(hào)倉(cāng)位檢測(cè)i2.1sb64

8、號(hào)倉(cāng)位檢測(cè)i0.7sq1x軸限位檢測(cè)1i1.0sq2x軸限位檢測(cè)2i1.1sq3x軸限位檢測(cè)3i1.2sq4y軸限位檢測(cè)1i1.3sq5y軸限位檢測(cè)2i1.4sq6y軸限位檢測(cè)3i1.5sq7z軸限位檢測(cè)1i2.0sq8z軸限位檢測(cè)2q0.0m1x軸電機(jī)正轉(zhuǎn)q0.1m1x軸電機(jī)反轉(zhuǎn)q0.2m2y軸電機(jī)正轉(zhuǎn)q0.3m2y軸電機(jī)反轉(zhuǎn)q0.4m3z軸電機(jī)正轉(zhuǎn)q0.5m3z軸電機(jī)反轉(zhuǎn)3.4 立體倉(cāng)庫(kù)的外部接線根據(jù)元件地址i/o分配表，plc輸入點(diǎn)i0.0i0.3分別與14號(hào)倉(cāng)位按鈕連接，i0.4i0.7分別與14號(hào)倉(cāng)位檢測(cè)開(kāi)關(guān)連接，i1.0i1.2分別與x軸三個(gè)限位開(kāi)關(guān)連接，i1.3i1.5分別與y軸

9、三個(gè)限位開(kāi)關(guān)連接，i2.0i2.1分別與z軸的兩個(gè)限位開(kāi)關(guān)連接。plc輸出點(diǎn)q0.0q0.5分別與x軸正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)（m1）、y軸正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)（m2）、z軸正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)（m3）連接。外部接線圖如圖3-2所示。圖3-2 plc外部接線圖4、立體倉(cāng)庫(kù)軟件設(shè)計(jì)4.1編程軟件介紹step 7編程軟件用于西門子系列工控產(chǎn)品包括simatics7、m7、c7和基于pc的winac的編程、監(jiān)控和參數(shù)設(shè)置，是simatic工業(yè)軟件的重要組成部分。step 7具有以下功能：硬件配置和參數(shù)設(shè)置、通訊組態(tài)、編程、測(cè)試、啟動(dòng)和維護(hù)、文件建檔、運(yùn)行和診斷功能等。step 7的所有功能均有大量的在線幫助，用鼠標(biāo)打開(kāi)或選中某一對(duì)象

10、，按f1可以得到該對(duì)象的相關(guān)幫助。在step 7中，用項(xiàng)目來(lái)管理一個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)的硬件和軟件。step 7用simatic管理器對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行集中管理，它可以方便地瀏覽simatics7、m7、c7和winac的數(shù)據(jù)。實(shí)現(xiàn)step 7各種功能所需的simatic軟件工具都集成在step 7中。pc/mpi適配器用于連接安裝了step 7的計(jì)算機(jī)的rs-232c接口和plc的mpi接口。4.2立體倉(cāng)庫(kù)程序設(shè)計(jì)及分析4.2.1程序的設(shè)計(jì)立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行分為兩個(gè)部分，系統(tǒng)啟動(dòng)之后，各機(jī)構(gòu)復(fù)位。當(dāng)零號(hào)倉(cāng)位有小車時(shí)，延時(shí)15秒之后自動(dòng)將小車放在倉(cāng)庫(kù)號(hào)最小的空位上（演示程序2），如果在15秒內(nèi)，有按鍵按下，

11、則運(yùn)行機(jī)構(gòu)將小車放入與按鍵號(hào)相對(duì)應(yīng)的倉(cāng)庫(kù)里。當(dāng)零號(hào)倉(cāng)位上沒(méi)有小車時(shí)，延時(shí)15秒后運(yùn)行機(jī)構(gòu)將數(shù)值最大倉(cāng)庫(kù)號(hào)里的小車轉(zhuǎn)運(yùn)至沒(méi)有放貨物的倉(cāng)號(hào)比它小的倉(cāng)庫(kù)里（延時(shí)程序1）。其順序流程圖如圖4-1所示。圖4-1 立體倉(cāng)庫(kù)自動(dòng)運(yùn)行順序流程圖4.2.2程序分析當(dāng)選擇開(kāi)關(guān)置于手動(dòng)位置，分別點(diǎn)動(dòng)按鍵1、2、3、4、5、6，x軸、y軸、z軸都對(duì)應(yīng)運(yùn)行。當(dāng)選擇開(kāi)關(guān)置于自動(dòng)位置，m3、m2、m1依次翻轉(zhuǎn)，各機(jī)構(gòu)復(fù)位，將開(kāi)關(guān)i2.3打開(kāi)即將一小車放入零號(hào)倉(cāng)位，計(jì)時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí)，15秒內(nèi)按下任意按鈕（1、2、3、4），小車被運(yùn)往對(duì)應(yīng)的倉(cāng)庫(kù)內(nèi)，15秒內(nèi)無(wú)內(nèi)部操作，自動(dòng)將貨物放在倉(cāng)庫(kù)號(hào)最小的倉(cāng)庫(kù)。如1#、3#、4#都已存放貨物

12、， 15秒內(nèi)若無(wú)外部操作指令，自動(dòng)將貨物放在2#倉(cāng)庫(kù)。如果開(kāi)關(guān)i2.3沒(méi)打開(kāi)即玲號(hào)倉(cāng)位沒(méi)小車，計(jì)時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí)，15秒之后把數(shù)值最大倉(cāng)庫(kù)號(hào)里的物品轉(zhuǎn)運(yùn)至沒(méi)有放貨物的倉(cāng)號(hào)比它小的倉(cāng)庫(kù)里。如1#、2#、5#有物，該程序?qū)⒆詣?dòng)把5#物品轉(zhuǎn)至3#倉(cāng)庫(kù)。5、立體倉(cāng)庫(kù)監(jiān)控界面的設(shè)計(jì)5.1 組態(tài)軟件的概述組態(tài)王(kingview)是目前國(guó)內(nèi)比較流行的一種國(guó)產(chǎn)工業(yè)自動(dòng)化通用組態(tài)軟件，適用于中小規(guī)模工業(yè)監(jiān)控機(jī)，價(jià)格低廉。組態(tài)王配有加密鎖，支持工程加密；驅(qū)動(dòng)程序較為豐富，如支持dde、板卡、opc服務(wù)器、plc、智能儀表、智能模塊等；支持activex控件、配方管理、數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)、網(wǎng)絡(luò)功能、冗余功能，其擴(kuò)展性強(qiáng)，可與

13、管理計(jì)算機(jī)或控制計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)通信。組態(tài)王主要用來(lái)組成監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，使現(xiàn)場(chǎng)的信息實(shí)時(shí)地傳送到控制室，保證現(xiàn)場(chǎng)操作人員和工廠管理人員都可以看到各種數(shù)據(jù)。管理人員不需要深入生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，就可以獲得實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)。優(yōu)化控制現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)，提高生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量。組態(tài)王擁有豐富的工具箱、圖庫(kù)和操作向?qū)В?jiǎn)單易學(xué)，在工業(yè)控制中應(yīng)用廣泛。“組態(tài)王6 52”是運(yùn)行于微軟中文平臺(tái)的全中文界面的組態(tài)軟件軟件安裝界面如圖15所示。它采用了多線程、com組件等新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)多任務(wù)，軟件運(yùn)行穩(wěn)定可靠。組態(tài)王具有一個(gè)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境“組態(tài)王工程瀏覽器”，在工程瀏覽器中可以查看工程的各個(gè)組成部分也可以完成構(gòu)造數(shù)據(jù)庫(kù)、定義外部設(shè)備等

14、工作。組態(tài)王把第一臺(tái)下位機(jī)看作是外部設(shè)備，在開(kāi)發(fā)過(guò)程中可以根據(jù)“設(shè)備配置向?qū)А钡奶崾疽徊讲酵瓿蛇B接過(guò)程。在運(yùn)行期間，組態(tài)王通過(guò)驅(qū)動(dòng)程序和這些外部設(shè)備交換數(shù)據(jù)，包括采集數(shù)據(jù)和發(fā)送數(shù)據(jù)指令。每一個(gè)驅(qū)動(dòng)程序都是一個(gè)com對(duì)象，這種方式使通訊程序和組態(tài)王構(gòu)成一個(gè)完整的系統(tǒng)，既保證了運(yùn)行系統(tǒng)的高效率，也使系統(tǒng)能夠達(dá)到很大的規(guī)模。5.2 定義數(shù)據(jù)詞典在系統(tǒng)中要先對(duì)不同類型的數(shù)據(jù)進(jìn)行定義才能進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的定義如表2所示。表2 數(shù)據(jù)詞典的定義數(shù)據(jù)對(duì)象類型plc地址解釋說(shuō)明i00開(kāi)關(guān)型i0.0向上i01開(kāi)關(guān)型i0.1向下i02開(kāi)關(guān)型i0.2向左i03開(kāi)關(guān)型i0.3向右i04開(kāi)關(guān)型i0.4取i0

15、5開(kāi)關(guān)型i0.5放i06開(kāi)關(guān)型i0.61號(hào)倉(cāng)i07開(kāi)關(guān)型i0.72號(hào)倉(cāng)i10開(kāi)關(guān)型i1.03號(hào)倉(cāng)i11開(kāi)關(guān)型i1.14號(hào)倉(cāng)movex1數(shù)值型無(wú)水平移動(dòng)movey2數(shù)值型無(wú)垂直移動(dòng)5.3 用戶界面的制作立體倉(cāng)庫(kù)登陸界面如圖5-1所示，監(jiān)控系統(tǒng)界面如圖5-2所示。圖5-1 立體倉(cāng)庫(kù)登陸界面圖5-2 立體倉(cāng)庫(kù)監(jiān)控畫面5.4命令語(yǔ)言的編寫 用戶界面制作完成后要與界面編制程序，程序是用戶界面的后臺(tái)支持。一方面程序使得用戶界面與下位機(jī)plc實(shí)現(xiàn)通訊，使用戶界面可以控制系統(tǒng)的運(yùn)行。另一方面程序建立了畫面中動(dòng)畫和系統(tǒng)狀態(tài)的聯(lián)系，使用戶畫面中可以實(shí)時(shí)的反應(yīng)系統(tǒng)的運(yùn)行情況。本系統(tǒng)編寫的命令語(yǔ)言如下：向上移動(dòng)：本站

16、點(diǎn)上=1;本站點(diǎn)y1=本站點(diǎn)y1+5;本站點(diǎn)下=0;向下移動(dòng)：本站點(diǎn)下=1;本站點(diǎn)上=0;本站點(diǎn)y1=本站點(diǎn)y1-5;向左移動(dòng)：本站點(diǎn)左=1;本站點(diǎn)右=0;本站點(diǎn)x1=本站點(diǎn)x1-5;向右移動(dòng)：本站點(diǎn)右=1;本站點(diǎn)左=0;本站點(diǎn)x1=本站點(diǎn)x1+5;6、 程序調(diào)試本次課設(shè)我采用的是以轉(zhuǎn)換為中心的順序功能圖設(shè)計(jì)方法，這種設(shè)計(jì)方法特別有規(guī)律，梯形圖與轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)的基本規(guī)則之間有著嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系，在設(shè)計(jì)復(fù)雜的順序功能圖的梯形圖時(shí)既容易掌握，又不容易出錯(cuò)，出現(xiàn)錯(cuò)誤容易查找。在我設(shè)計(jì)之初我用一個(gè)寄存器同事控制x軸和y軸的正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)，但是由于x、y軸的限位開(kāi)關(guān)與遠(yuǎn)點(diǎn)的距離各不相同，因此在運(yùn)行到這一步時(shí)一直出

17、現(xiàn)錯(cuò)誤，之后我在寄存器與對(duì)應(yīng)的輸出之間串入它們對(duì)應(yīng)的限位開(kāi)關(guān)解決了這一問(wèn)題。在程序編程結(jié)束時(shí)我又發(fā)現(xiàn)了一個(gè)與現(xiàn)實(shí)相沖突的問(wèn)題，就是在z軸沒(méi)有完全撤出的情況下x軸和y軸不能移動(dòng)，否則就會(huì)損壞設(shè)備，因此我把復(fù)位程序中x、y、z軸的先后順序做了調(diào)整，先讓z軸復(fù)位，然后再讓xy軸復(fù)位。7、實(shí)驗(yàn)體會(huì)通過(guò)本次的控制系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)課程設(shè)計(jì)，深刻體會(huì)到了自己知識(shí)的匱乏。本次課程設(shè)計(jì)的題目是立體倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。通過(guò)查找資料，結(jié)合書(shū)本中所學(xué)的知識(shí)，完成了課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容。把書(shū)中所學(xué)的理論知識(shí)和具體的實(shí)踐相結(jié)合，有利于我們對(duì)課本中所學(xué)知識(shí)的理解，并加強(qiáng)了我們的動(dòng)手能力。 在課程設(shè)計(jì)之前，我通過(guò)各個(gè)渠道查找資料后分析驗(yàn)證，經(jīng)過(guò)多次的修改和整理，作了如上的設(shè)計(jì)思路。雖然這次設(shè)計(jì)一開(kāi)始是按照設(shè)計(jì)要求去完成的，但由于在實(shí)際操作中，出現(xiàn)了比較大的問(wèn)題，導(dǎo)致以上的準(zhǔn)備資料，在實(shí)際操作中都未能派上