PLC自動入庫系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、摘要錯(cuò)誤!未定義書簽。abstract錯(cuò)誤!未定義書簽。目錄ii第一章緒論41.1 課題研究背景41.2立體車庫的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀51.3課題研究目的與意義6第二章.機(jī)械式立體車庫簡介72. 1機(jī)械式立體車庫簡介7（一）升降橫移式7（二）巷道堆垛式72. 2巷道堆垛式立體車庫機(jī)械系統(tǒng)82. 3巷道堆垛式立體車庫控制系統(tǒng)10第三章plci作原理153. 1plc的工作原理153. 2s7-300 plc的基本結(jié)構(gòu)16193. 3s7-300 plc的基本結(jié)構(gòu)18第四章自動入庫系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1硬件設(shè)備概述204. 1. 1 jl71sp-02自動化生產(chǎn)線實(shí)訓(xùn)系統(tǒng).204. 7. 2技術(shù)參數(shù)204. 1

2、. 2 l-msp-o2自動入庫單元214. 2 plc i/o地址分配及數(shù)據(jù)交換234.3自動入庫流程設(shè)計(jì)244. 3. 1順序流程圖設(shè)計(jì)244. 3. 2順序控制法設(shè)計(jì)自動入庫程序254. 3. 2自動入庫順序功能圖26參考文獻(xiàn)（四號、黑體、頂格）錯(cuò)誤!未定義書簽。致謝錯(cuò)誤!未定義書簽。第一章緒論隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市現(xiàn)代化的進(jìn)一步推進(jìn)，私家車越來越普及，成 為許多家庭的日常出行工具。但由于城市土地資源有限，私家車的停放問題日 益顯現(xiàn)。立體車庫具有成本低、空間利用率高的明顯優(yōu)勢，其出現(xiàn)緩解了這一 難題，合理的立體車庫自動化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)因此具有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值和社會意 義。1.1課題研究背景

3、近年來在亞洲產(chǎn)銷市場快速增長的推動下，全球汽車工業(yè)發(fā)展態(tài)勢良好。 根據(jù)世界汽車工業(yè)協(xié)會（oica）發(fā)布的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)：2013年全球汽車產(chǎn)量達(dá)到 8724.98萬輛，同比增長3.6%。當(dāng)屮乘用車產(chǎn)量為6538.66萬輛，商用車產(chǎn)量為 2186.32萬輛。2014年全球汽車產(chǎn)量達(dá)到8974.74萬輛，同比增長2.6%o當(dāng)中 乘用車產(chǎn)量為6752.53萬輛，商用車產(chǎn)量為2222.21萬輛。2009年-2014年全球汽車停車位需求情況年份汽車停車位需求（億個(gè)）2009年11.22010 年11.72011 年12. 12012 年12.62013 年13. 12014 年13.5我國的汽車保有量也不斷增

4、長，2015年約為1.24億輛。我國一線城市的汽車 與停車位平均比例為0.8,二三線城市約為1:0.5,但是發(fā)達(dá)國家約為1:1.3,與發(fā) 達(dá)國家相比仍存在巨大差界，單憑傳統(tǒng)的停車位已經(jīng)難以滿足中國城市市民的停 車需求，因此機(jī)械化式停車位迎來了發(fā)展良機(jī)。2014年初各城市實(shí)際停車位供給情況及配比汽車保有量（萬）實(shí)際停車位（萬）車位缺口（萬）配比北京5612822790.5上海259226.232.80.87深圳300992010.33廣州250751750.30南京2003516508佛山135.535100.50.26長沙10036640.36濟(jì)南81.638.3843.220.47除了汽車銷

5、量與停車位需求的持續(xù)增長所孕育的巨大機(jī)會，就立體車庫本 身而言，它還具有傳統(tǒng)車庫所不具有的空間利用率高、成本低的特點(diǎn)。傳統(tǒng)停 車場停50輛車需要1650平方米，而采用露天電梯塔式立體停車只需50平方米， 可以達(dá)到每平方米停放一輛小車。從工程造價(jià)方面來比較，同樣以50個(gè)車位計(jì) 算，傳統(tǒng)建設(shè)需約750萬元，立體停車建設(shè)造價(jià)僅400萬元。1.2立體車庫的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀立體車庫是指多層次采用高架式存放的方式為車輛提供停放的場地，其優(yōu)點(diǎn) 在于節(jié)省土地面積，可根據(jù)場地的大小確定車庫的面積和層數(shù)。在過去幾十年， 立體車庫在發(fā)達(dá)國家經(jīng)歷了高速發(fā)展。1920年，美國建成了世界上第一座機(jī)械升 降汽車庫，但仍需要手

6、動完成車輛的存取。1960年后，機(jī)械式立體車庫隨著汽車 產(chǎn)業(yè)共同發(fā)展，到今天美國的停車產(chǎn)業(yè)的年產(chǎn)值已達(dá)200多億美元。歐洲如徳國 與意大利等國，對停車設(shè)備的開發(fā)和改進(jìn)也較早，已培養(yǎng)出較好的車庫公司如： sotefin> interpark> palis等等，多數(shù)產(chǎn)品為巷道堆垛式和多層升降橫移式產(chǎn)品。 日木在上世紀(jì)60年代中期開始興建立體倉庫，且發(fā)展速度很快，成為今天擁有自 動化立體倉庫最多的國家之一，并從80年代開始向其他國家岀口相關(guān)產(chǎn)品和技術(shù)。 至90年代，其年增長速率高達(dá)30%以上，種類也從單一垂直循環(huán)式發(fā)展為多種類 型，至今已開發(fā)出九大類下共計(jì)近百個(gè)品種。韓國在80年代前后引

7、入自動化車庫 相關(guān)技術(shù)并同樣得到了快速發(fā)展。相較之下，我國相關(guān)技術(shù)起步較晚。早期的研究開發(fā)工作是從上世紀(jì)80年代 中期開始，90年代引進(jìn)并生產(chǎn)停車設(shè)備，于各大一線城市等地都有投入使用，近 年來在政府的大力支持下也得到了迅速的發(fā)展。2014年全國261個(gè)城市新安裝的 機(jī)械式立體車庫停車泊位586698個(gè)，同比增長16.0%,項(xiàng)目總數(shù)1960個(gè)，同比增 長8.2%,國內(nèi)銷售總額首次突破百億達(dá)到107.7億元，同比增長14.5%o1.3課題研究目的與意義在車輛出入庫管理領(lǐng)域，可以通過可編程邏輯控制器(plc)技術(shù)搭建車輛 自動入庫管理系統(tǒng)?，F(xiàn)在傳統(tǒng)的停車場在日益增長的停車需求下難以為繼，將計(jì) 算機(jī)處

8、理技術(shù)和自動控制技術(shù)等有效運(yùn)用于車輛出入庫智能管理體系中，可以更 高效而低成本地解決停車難的問題。因此，本課題將plc技術(shù)引入立體車庫的搭 建中，基于plc設(shè)計(jì)自動入庫系統(tǒng)。第二章.機(jī)械式立體車庫簡介2. 1機(jī)械式立體車庫簡介根據(jù)立體車庫的修建位置在空間伸縮方向的不同，立體停車庫的主要類型 有：升降橫移式、巷道堆垛式、垂直循環(huán)式、垂直提升式等。升降慣移式垂怪循壞式卷道堆垛式垂尚升降式它們的類型眾多，設(shè)計(jì)各有不同，庫容量變化比較打，可滿足不同用戶要 求。但它們都具有建筑面積小，停午層數(shù)多，地上河底下空間利用率高的優(yōu)點(diǎn)。 相同數(shù)量車的情況下，在車輛流量打的繁華地段建一座立體停車場比建一地面 停車場

9、節(jié)省將近50%70%的投資。嚴(yán)格的車庫管理還保證了車障運(yùn)行的安全 性和可靠性，為存車人提供了最大的方便，存車人只需把車開到指定的位置， 下面的事都可以由車庫控制系統(tǒng)來完成。(-) 升降橫移式升降橫移式立體車庫是指利用載車板升降或橫向平移存取停放車輛的機(jī)械 式停車設(shè)備。升降橫移式立體車庫每個(gè)車位均有載車板，所需存取車輛的載車 板通過升降橫移運(yùn)動，到達(dá)地面層，駕駛員進(jìn)入車庫，存取車輛"完成存取過 程。采用模塊化設(shè)計(jì)，每單元可設(shè)計(jì)成兩層、三層、四層、五層、半地下等多 種形式，車位數(shù)從幾個(gè)到上百個(gè)。此立體車庫適用于地面及地下停車場，配置 靈活，造價(jià)較低。(二) 巷道堆垛式巷道堆垛式立體車庫的

10、運(yùn)行由兩側(cè)泊位z間的巷道堆垛機(jī)來完成，即采用 堆垛機(jī)作為存取車輛的工具，汽車入庫吋，停在岀入庫臺上，堆垛機(jī)從出入庫 臺上取走汽車后在巷道內(nèi)行走并提升，將汽車運(yùn)送到至頂層的泊位旁，堆垛機(jī) 上的存取機(jī)構(gòu)將汽車從堆垛機(jī)送入泊位；取車過程與金車過程相反。所有車輛 均由堆垛機(jī)進(jìn)行存取，因此對堆垛機(jī)的技術(shù)要求較高，單臺堆垛機(jī)成本較高， 所以巷道堆垛式立體車庫適用于車位數(shù)需要較多的客戶使用。（三）垂直循環(huán)式垂直循環(huán)式立體車庫，采用鏈傳動帶動轎廂在垂直方向上循環(huán)運(yùn)動，汽車 停在轎廂上轎廂隨傳動系統(tǒng)做升降運(yùn)動，或者將所要存車的空車位降至地面循 環(huán)往復(fù)地將轎廂或空車位送到車庫岀入口完成車輛存取工作。垂直循環(huán)式立體

11、車庫有以下特點(diǎn)：1）占地少，兩個(gè)泊位面積可停610輛 車；2）外裝修可只加頂棚，消防可利用消防；3）價(jià)格低，地基、外裝修、消防 等投資少，建設(shè)周期短；4）可采用自動控制，運(yùn)行安全可靠。（四）垂直提升式立體車庫垂直提升式立體車庫類似于電梯的工作原理，在提升機(jī)的兩側(cè)布置車位， 一般地面需一個(gè)汽車旋轉(zhuǎn)臺，可省去司機(jī)調(diào)頭。垂直提升式立體車庫一般高度 較高（幾十米），對設(shè)備的安全性，加工安裝精度等要求都很高，因此造價(jià)較高， 但占地卻最小。本課題以四層四車位為研究對象，采用三菱fx2n-48mr為控制元件,進(jìn)行巷 道堆垛式立體車庫自動入庫模擬，結(jié)合所學(xué)專業(yè)知識，成功地設(shè)計(jì)出四層四車位 plc控制系統(tǒng)。2.

12、 2巷道堆垛式立體車庫機(jī)械系統(tǒng)巷道堆垛式立體車庫機(jī)械系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如下圖2.4所示:圖2.4巷道堆垛式立體車庫機(jī)械系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖1、鋼或水泥混凝土框架結(jié)構(gòu)在巷道堆垛式立體車庫中鋼或水泥混凝土框架結(jié)構(gòu)是整個(gè)立體車庫的支撐 主體，它的主要作用是為車輛提供泊車位。在設(shè)計(jì)鋼或水泥混凝土框架結(jié)構(gòu)的 時(shí)候，除了要考慮設(shè)計(jì)成本及車倆尺寸的問題，框架的安全可靠性也是一個(gè)重 要因素，在保證車庫框架美觀、簡潔的同時(shí)應(yīng)該要保證該框架能夠承受最大數(shù) 量時(shí)的汽車重量。2、旋轉(zhuǎn)平臺旋轉(zhuǎn)平臺是駕駛員存取車輛時(shí)，將車輛駛?cè)牖蝰偝龅囊粋€(gè)支撐平臺，該平 臺可以實(shí)現(xiàn)車倆放置方向的改變，減少了車庫出入口的數(shù)量，便于駕駛員駛?cè)?駛出。在

13、一定程度上提高了土地利用而積和空間利用率，特別是對于土地資源 緊缺的大型商圈或密集的辦公區(qū)來說，顯得尤為重要。3、升降機(jī)升降機(jī)是承載車輛從旋轉(zhuǎn)平臺到轉(zhuǎn)換層之間垂直升降的一種裝置，主要包 括升降平臺、固定支架、驅(qū)動裝置、導(dǎo)向裝置、配重裝置等。它工作過程類似 于電梯，依靠驅(qū)動電機(jī)、拽引機(jī)構(gòu)和導(dǎo)向機(jī)構(gòu)等牽動升降平臺在固定支架上做 垂直上下運(yùn)動。升降平臺中部設(shè)有下凹部分，兩邊對稱設(shè)有能實(shí)現(xiàn)前輪限位、對中的帶剎 車無力滾筒裝置，實(shí)現(xiàn)后輪限位的滾筒、擋板裝置，以及實(shí)現(xiàn)車輛對中的加緊 裝置。各裝置分別由電機(jī)驅(qū)動。車輛駛?cè)肷灯脚_，前輪移動至帶剎車無力滾筒裝置時(shí)，觸發(fā)傳感器，限 位擋板升起，后輪移動至限位擋板

14、處，車輛停止。駕駛員拉動手剎，汽車處于 制動狀態(tài)。限位擋板下降復(fù)位。電機(jī)工作將帶剎車的無力滾筒裝置剎緊，對中 裝置將車輛夾緊。限位扌肖板第二次升起，升降平臺開始下降同時(shí)升降平臺中部 下凹部分下降，配重塊在鋼絲繩的拉動下上升。升降平臺下降至轉(zhuǎn)換層，臺車 進(jìn)入升降平臺，限位板下降，對中夾緊裝置松開。4、堆垛機(jī)堆垛機(jī)是巷道堆垛式立體車庫中較為重要的機(jī)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)水平方向（沿 巷道方向）和垂直方向（垂直巷道方向）的運(yùn)動，將車輛從泊車位運(yùn)往轉(zhuǎn)換層 或者從轉(zhuǎn)換層運(yùn)往泊車位。它主要由垂直升降機(jī)構(gòu)和平移機(jī)構(gòu)組成。垂直升降 機(jī)構(gòu)主要包括承載臺車和車輛的升降平臺、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、驅(qū)動裝置、傳動裝置、 配重裝置等。平移機(jī)

15、構(gòu)主要包括水平行走裝置、導(dǎo)向裝置、驅(qū)動和傳動裝置等。存車時(shí)，升降機(jī)載車輛到達(dá)轉(zhuǎn)換層之前或同時(shí)，堆垛機(jī)通過水平且垂直運(yùn) 動到達(dá)轉(zhuǎn)換層，臺車從堆垛機(jī)升降平臺運(yùn)行至轉(zhuǎn)換層中的升降機(jī)平臺上，將車 輛帶至堆垛機(jī)升降平臺上，堆垛機(jī)根據(jù)指令將車輛運(yùn)送至指定泊車位。取車過 程類似。堆垛機(jī)中升降機(jī)構(gòu)和平移機(jī)構(gòu)分別由不同的電機(jī)驅(qū)動，因此可以同吋實(shí)現(xiàn) 升降和水平橫移運(yùn)動，大大提高了車輛的出入庫速度。5、臺車它的主要作用是實(shí)現(xiàn)車輛在轉(zhuǎn)換層、泊車位及堆垛機(jī)之間的運(yùn)送任務(wù)。當(dāng) 臺車在電機(jī)驅(qū)動下進(jìn)入車輛下方，到達(dá)準(zhǔn)確位置后，兩個(gè)絲杠控制的橫向桿彈 出，直到觸碰到左右兩側(cè)輪胎為止，此吋抬升部分升起，汽車兩后輪被抬起一 定高度

16、。驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動臺車運(yùn)動，前輪在導(dǎo)向裝置的作用下滾動，車輛被臺車 送岀。到達(dá)目的地，絲杠控制橫向桿收回，抬升機(jī)構(gòu)下降，后輪著地，車輛被 安全放置。2. 3巷道堆垛式立體車庫控制系統(tǒng)巷道堆垛式立體車庫控制系統(tǒng)的完善程度育 接決定了立體車庫自動化水平 的高低，它能夠協(xié)調(diào)各機(jī)械結(jié)構(gòu)的聯(lián)動運(yùn)行，保證整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)作。車庫 控制系統(tǒng)按照運(yùn)動部件模塊分主耍包括升降機(jī)控制子系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)臺控制子系統(tǒng)、 堆垛機(jī)控制子系統(tǒng)和臺車控制子系統(tǒng)。按照其功能可以分為三個(gè)層次:監(jiān)控層、 控制層和執(zhí)行層。i其結(jié)構(gòu)圖如下圖2.5所示：圖2.5控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖1、監(jiān)控層巷道堆垛式立體車庫的監(jiān)控層是一個(gè)涉及通信、信息管理、智能控制的綜

17、 合管理系統(tǒng)。界面顯示部分主要用了西門子自動化和驅(qū)動（a&d）公司開發(fā)的 wincc組態(tài)軟件進(jìn)行監(jiān)控和操作，wincc監(jiān)控畫面主要由以下八個(gè)部分組成:（1）主頁：顯示車位、堆垛機(jī)、升降機(jī)等設(shè)備的工作狀態(tài)；（2）進(jìn)出口：顯示進(jìn)出口處各傳感器的工作狀態(tài)；（3）升降機(jī)：顯示升降機(jī)處各傳感器的工作狀態(tài)；（4）堆垛機(jī)：顯示堆垛機(jī)處各傳感器的工作狀態(tài)；（5）臺車：顯示臺車上設(shè)置的各傳感器的工作狀態(tài)；（6）存/取信息：顯示所存車輛的基木信息；（7）報(bào)警：顯示出錯(cuò)的報(bào)警點(diǎn)以及出錯(cuò)類型信息；（8）操作：用于手動/自動/半自動模式的切換，顯示手動模式時(shí)的操作按 鈕。wincc組態(tài)軟件演示界面如下圖2.6所

18、示:an主畫面 * 1 1 i*niiix<1 丄ronw iii iii圖2.6 wincc組態(tài)軟件演示界面wincc監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能如下所述：(1) 實(shí)現(xiàn)對立體車庫各設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)控。實(shí)時(shí)顯示堆垛機(jī)、升降機(jī)、臺車、 旋轉(zhuǎn)平臺等設(shè)備的工作狀態(tài)；(2) 實(shí)現(xiàn)對立體車庫各設(shè)備傳感器的監(jiān)控。實(shí)時(shí)顯示車庫中各傳感器的工 作情況，并以約定形式顯示其工作狀態(tài)，主要監(jiān)控車輛進(jìn)出口、升降機(jī)、堆垛 機(jī)、臺車處的傳感器；(3) 車位狀態(tài)顯示。實(shí)時(shí)顯示各泊車位有無車輛存放，剩余車位分布，剩 余泊車位數(shù)統(tǒng)計(jì)；(4) 車輛管理，登記存/取信息。以表格的形式登記存入車輛的信息，主 要內(nèi)容包括日期/時(shí)間、車輛編號、

19、存入位置、是否取車、取車時(shí)間等；(5) 岀錯(cuò)報(bào)警。以表格的形式將報(bào)警傳感器的出錯(cuò)點(diǎn)予以提示，主要內(nèi)容 包括口期、時(shí)間、編號、報(bào)警點(diǎn)、報(bào)警原因等；(6) 手動操作。利用wincc的按鈕功能對整個(gè)系統(tǒng)的功能予以手動分解 操作。2、控制層控制層主要由安裝在主控室的plc和分布在各區(qū)的遠(yuǎn)程i/o工作站構(gòu)成, 通過profibus現(xiàn)場總線連接構(gòu)成主從式多點(diǎn)鏈路。plc為各子站分配網(wǎng)絡(luò)地址 并分配工作指令。各個(gè)遠(yuǎn)程i/o工作站負(fù)責(zé)采集現(xiàn)場信息和執(zhí)行控制指令，并 負(fù)責(zé)向plc主站反饋指令的執(zhí)行情況和各個(gè)設(shè)備的工作情況。3、執(zhí)行層執(zhí)行層主要包括堆垛機(jī)、升降機(jī)、旋轉(zhuǎn)臺、臺車及各種傳感裝置。女il檢 測光電開關(guān)、

20、行程開關(guān)、紅外通訊器、制動器、認(rèn)址盎、接觸器*變頻器、信 號輸入設(shè)備、電機(jī)等。plc根據(jù)編寫好的程序，按照預(yù)先設(shè)定的工作順序發(fā)出相應(yīng)的控制指令， 控制相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)做出預(yù)定的動作。巷道堆垛式立體車庫控制系統(tǒng)對各機(jī)構(gòu) 控制過程如下：(1) 旋轉(zhuǎn)臺：首先進(jìn)行故障檢測，確定無故障后，進(jìn)行下一步驟。存車: 車輛駛?cè)胄D(zhuǎn)臺后，旋轉(zhuǎn)臺及升降臺上各傳感裝置開始工作完成車輛在升降臺 的定位、對中、夾緊。取車：車輛被抬升至旋轉(zhuǎn)臺，金屬檢測傳感器和行程開 關(guān)工作，電機(jī)驅(qū)動旋轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)180°,待車主取車完畢后，旋轉(zhuǎn)臺復(fù)位?？刂屏鞒倘缦聢D2.7所示:圖2. 7旋轉(zhuǎn)臺控制流程圖(2) 升降機(jī)：在升降平臺中部安

21、裝一個(gè)行程開關(guān)，當(dāng)車輛經(jīng)過時(shí)觸發(fā)該行 程開關(guān)，后輪定位裝置開啟。后輪定位點(diǎn)也安裝有行程開關(guān)，當(dāng)車輛停在預(yù)訂 的后輪定位點(diǎn)時(shí)，控制器接受到信號，顯示該點(diǎn)工作狀態(tài)止常，表示臺車能夠 準(zhǔn)確的從升降平臺上取車。在升降機(jī)的升降平臺底部安裝一個(gè)旋轉(zhuǎn)編碼器，用 于檢測升降的位置，以便對升降平臺進(jìn)行平層定位。控制流程如下圖2.8所示：圖2.8升降機(jī)控制流程圖(3) 堆垛機(jī)、臺車：首先進(jìn)行故障檢測，確定堆垛機(jī)和臺車無故障。存車： 堆垛機(jī)接受指令，無報(bào)警指示，驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動升降機(jī)構(gòu)和平移機(jī)構(gòu)運(yùn)行至轉(zhuǎn)換 層，對正，plc主控收到反饋信號，發(fā)出指令，臺車運(yùn)行到轉(zhuǎn)換層的升降平臺 上將車輛取出，返回至堆垛機(jī)。plc主控收到

22、反饋信號，再次發(fā)出指令，堆垛 機(jī)運(yùn)行，將車輛送到指定泊車位。取車過程和存車過程類似。堆垛機(jī)、臺車控 制流程如下圖2.9所示：圖2.9堆垛機(jī)臺車控制流程圖第三章plc工作原理口j編程邏輯控制器plc(programmable logic controller)是上個(gè)世紀(jì)60年代末在 美國出現(xiàn)的，它是微機(jī)技術(shù)與傳統(tǒng)繼電接觸控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物屮。它主要 的應(yīng)用范圍為工業(yè)現(xiàn)場，采用可編程的存儲器，執(zhí)行順序控制、邏輯運(yùn)算、定 時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作指令，并通過數(shù)字或模擬的輸入/輸出接口，控制各 種生產(chǎn)過程。3. 1 plc的工作原理plc是通過執(zhí)行反應(yīng)控制要求的用戶程序來實(shí)現(xiàn)的，按照程序的順序依次

23、完成相應(yīng)動作，它在每一瞬間只能做一件事情，屬于串行工作方式。plc運(yùn)行 過程主要由加電處理、掃描過程、出錯(cuò)處理三個(gè)部分組成，如下圖6.2所示：1、加電處理：指機(jī)器加電后對plc系統(tǒng)進(jìn)行一次初始化，主要是對各i/o 模塊的配置進(jìn)行檢查，對系統(tǒng)通信參數(shù)進(jìn)行配置等陳2、掃描過程：它是plc工作原理的實(shí)質(zhì)所在，主要包括：輸入采樣、程 序執(zhí)行、輸岀刷新三個(gè)階段i購。(1) 輸入采樣：指外部信息的輸入，此時(shí)plc處于主動地位，由它掃描 其所有的輸入端子，并且用掃描結(jié)果刷新對應(yīng)的映像寄存器。(2) 程序執(zhí)行：如果plc的程序使用梯形圖編寫，那么它的運(yùn)行順序是 從上到下，由左至右。當(dāng)程序需要用到對應(yīng)的i/o狀

24、態(tài)，就從相應(yīng)的寄存器中 導(dǎo)入，經(jīng)過運(yùn)算，最終將結(jié)果存入對應(yīng)的寄存器。在程序執(zhí)行的過程中，每個(gè) 元件的狀態(tài)都在不斷的更新。(3) 輸出刷新:用戶程序執(zhí)行完z后，所有的結(jié)果通過輸出端子對外輸出， 在下個(gè)刷新周期到來之前，輸出端子對應(yīng)的外部狀態(tài)不會改變。當(dāng)plc處于run方式時(shí)，掃描過程包括輸入處理，plc與其他外圍設(shè)備 的通信處理，對時(shí)鐘、寄存器的更新，用戶程序的執(zhí)行，輸出處理，最后進(jìn)行 自診斷檢查。當(dāng)plc處于stop方式時(shí)，掃描過程包括輸入處理，plc與其他 外圍設(shè)備的通信處理，對時(shí)鐘、寄存器的更新，繼而轉(zhuǎn)入自診斷檢查附。3、出錯(cuò)處理：plc每掃描一次，就執(zhí)行一次自診斷檢查，以確定cpu、 電

25、池、存儲器、i/o和通信等是否異常。若異常，cpu面板上的led會接通,同時(shí)在特殊寄存器中會存入出錯(cuò)代碼。當(dāng)出現(xiàn)致命的錯(cuò)誤時(shí)，cpu被強(qiáng)制為stop方式，停止所有掃描。電渾on加電處理11描過程輸出處理cpu為 stop出錯(cuò)處理圖6.2 plc運(yùn)行框圖3. 2 s7-300 plc的基本結(jié)構(gòu)plc結(jié)構(gòu)和種類較多，但其基本結(jié)構(gòu)大致相同，主要包括：中央處理單元 模塊（cpu）、存儲器、電源模塊（ps）、數(shù)字量輸入/輸出模塊（di/do）、模擬 量輸入/輸出模塊（ai/ao）、通信處理（cp）、功能模塊（fm）、接口模塊（im） 和導(dǎo)軌等如下圖6.3所示：g 00 0 ccpuim sm： sm:s

26、m： sm:fm:（可選）di do al ao 址密cp:點(diǎn)算點(diǎn) -profibus .工業(yè)以太屈001jdr1°ps （可選）閉環(huán)控制圖6.3標(biāo)準(zhǔn)型s7-300plc的硬件結(jié)構(gòu)1、中央處理單元（cpu）是plc的核心，它主要負(fù)責(zé)接收*存儲用戶輸 入的程序和i/o 口輸入的現(xiàn)場信號；進(jìn)行系統(tǒng)自診斷；完成各種邏輯和數(shù)學(xué)運(yùn) 算，并輸出相應(yīng)的動作信號等。2、plc的存儲器包括系統(tǒng)存儲器和用戶存儲器兩部分。系統(tǒng)存儲器用來存 放plc生產(chǎn)廠家編寫的程序，用戶不能更改。該系統(tǒng)程序主要包扌4標(biāo)準(zhǔn)程序 模塊、系統(tǒng)管理程序和系統(tǒng)調(diào)用管理程序等。用戶存儲器又包括用戶程序存儲 器和用戶數(shù)據(jù)存儲器兩部分。

27、用戶程序存儲器是用來存儲用戶用規(guī)定的plc語 言編寫的應(yīng)用程序用來實(shí)現(xiàn)具體的控制任務(wù)。用戶數(shù)據(jù)存儲器用來存放用戶程 序中使用器件的on/off狀態(tài)、數(shù)值和數(shù)據(jù)等。3、輸入/輸出接口模塊包括兩部分：一部分是輸入和輸出的映像寄存器， 另一部分是與被控設(shè)備相連接的接口電路。輸入接口模塊接收和采集開關(guān)量輸 入信號（如：按鈕、行程開關(guān)等）和模擬量輸入信號（如：各種變送器信號）。 輸入接口將這些信號轉(zhuǎn)換成cpu能夠識別和處理的信號，并存到輸入映像寄存 器中。運(yùn)行時(shí)cpu將這些輸入信號結(jié)合其他的最新信息，按照用戶程序進(jìn)行各 種計(jì)算，最后將計(jì)算結(jié)果存到輸岀映像寄存器中。輸出映像寄存器由輸出點(diǎn)相 對應(yīng)的觸發(fā)器組

28、成，輸出接口電路將其弱電信號轉(zhuǎn)換成強(qiáng)電信號輸出，用來驅(qū) 動指示燈，接觸器、調(diào)速裝置等被控設(shè)備的執(zhí)行元件。4、plc 一般使用24v的肓流電源或220v的交流電源，內(nèi)部的開關(guān)電源為 plc的cpu、存儲器等提供5v、12v、24v的直流電源。5、導(dǎo)軌的主要功能是組合plc的各類模塊，它是一種特制的不銹鋼異型板， 長度規(guī)格有：160mm、482mm530mm> 830mm> 2000mm等，可以根據(jù)現(xiàn)場的 模塊使用情況進(jìn)行選擇j3. 3 s7-300 plc的基本結(jié)構(gòu)s7-300 plc的編程軟件是step7,它可以對整個(gè)控制系統(tǒng)（包括plc、遠(yuǎn) 程i/o、驅(qū)動裝置以及通信網(wǎng)絡(luò)等）進(jìn)行

29、編程和監(jiān)控。它的主要功能如下：5211、使用編程語言編寫程序；2、實(shí)現(xiàn)組態(tài)通信連接，定義通信伙伴和連接特性；3、下載、調(diào)試用戶程序；4、維護(hù)、運(yùn)行、診斷用戶程序。step7支持lad （梯形圖）、stl（語句表）和fbd （功能模塊）這三種編程模 式。其中梯形圖最為形象，應(yīng)用最為廣泛。step7對plc的監(jiān)控程序進(jìn)行編譯，然 后通過pc/mpi適配器將plc上的mpi口和pc接口連接，將程序下載到存儲器中。 并且梯形圖編程模式有在線編輯、調(diào)試、監(jiān)控、修改等功能，可以有效的提高設(shè) 計(jì)工作的效率。因此，確定lad （梯形圖）為本系統(tǒng)的編程工具。第四章自動入庫系統(tǒng)設(shè)計(jì)根據(jù)立體車庫的總體控制目標(biāo)，將車

30、庫的控制系統(tǒng)分成兩大類，第一類是 上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，它主要是對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，實(shí)時(shí)的顯示工況數(shù)據(jù)； 第二類是現(xiàn)場控制系統(tǒng)，它主要完成泊車位分配，存取車操作等。這兩類具有 同級別的控制權(quán)限，共同管理控制整個(gè)車庫。由于巷道堆垛式立體車庫整體控制系統(tǒng)的輸入/輸出端子較多，需要大量的 接觸器、繼電器等來傳遞和存儲信息，但是龐大的車庫控制系統(tǒng)需要較高的可 靠性和安全性，繼電器和接觸器等并不能夠滿足該需求。因此本文選擇采用plc 作為整個(gè)車庫自動運(yùn)行系統(tǒng)的控制器。下位機(jī)plc控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)流程如 下圖6.1所示御:帔控對娥|分析控制嚨求x確之用門i/o設(shè)備選型及做件配過分mi/o點(diǎn).設(shè)計(jì)外部接線國

31、<1滿足耍求否？ a1 丫返冋：本課題采用jl-msp-02自動化生產(chǎn)線實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)八號站進(jìn)行自動入庫模擬。 由于物理模型的限制，無法實(shí)現(xiàn)巷道堆垛式立體車庫自動入庫的金部功能，故 主要就1動入庫核心功能進(jìn)行模擬。4.1硬件設(shè)備概述4. 1. 1 jl-msp-02自動化生產(chǎn)線實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)jl-msp-02自動化生產(chǎn)線實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)配置了觸摸屏模塊、可編程控制器(plc)、 氣動裝置、電器控制裝置、傳感器、上料單元、搬運(yùn)單元、加工單元、輸送單 元、裝配單元、沖壓單元、分揀單元、入庫單元等實(shí)訓(xùn)機(jī)構(gòu)。整個(gè)系統(tǒng)為模塊 化結(jié)構(gòu)提供開放式實(shí)訓(xùn)平臺，實(shí)訓(xùn)模塊可根據(jù)不同的實(shí)訓(xùn)要求進(jìn)行組合；同時(shí) 學(xué)校還可以根據(jù)教學(xué)需要

32、，配置不同品牌的(plc)模塊和觸摸屏模塊，也可 以增加其它實(shí)訓(xùn)模塊。系統(tǒng)的控制部分采用觸摸屏模塊和可編程控制器(plc), 通過rs-485串行通訊實(shí)現(xiàn)互連的分布式控制方式。執(zhí)行機(jī)構(gòu)由氣動電磁閥氣 缸構(gòu)成的氣壓驅(qū)動裝置，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)系統(tǒng)自動運(yùn)行上料、搬運(yùn)、加工、輸送、 裝配、沖壓、分揀并完成物料的入庫。由于本文進(jìn)行自動入庫的模擬，故主要 使用入庫單元。在控制方面，jl-msp-02自動化生產(chǎn)線實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)采用了基于rs-485串行通 信的plc網(wǎng)絡(luò)控制方案。即每個(gè)工作單元由自身的plc承擔(dān)其控制任務(wù)，各 站的plc之間通過rs-485串行通訊實(shí)現(xiàn)互連的分布式控制方式。用戶可根據(jù) 需要選擇不同廠家的

33、plc及其所支持的通信模式，組建成一個(gè)小型的plc網(wǎng) 絡(luò)。小型plc網(wǎng)絡(luò)以其結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格低廉的特點(diǎn)在小型自動生產(chǎn)線有著廣泛 的應(yīng)用，在現(xiàn)代工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信中占據(jù)相當(dāng)?shù)姆蓊~。jl-msp-02自動化生產(chǎn)線實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)上應(yīng)用了多種類型的傳感器，分別用于 判斷物體的運(yùn)動位置、物體通過的狀態(tài)、物體的材質(zhì)等。按其工作原理又分為 電容式，電感式，光電式等傳感器。4. 1.2技術(shù)參數(shù)1. 交流電源：ac 220v50 hz；2. 直流電源：dc24v 5a；3. 溫度：-10°c-50°c；4. 壞境濕度：w90% (40°c)；5. 整機(jī)消耗：w1 kw；6. 使用壓力：0. 55

34、mpa；7. plc主機(jī)：西門子plc ；8. 安全保護(hù)措施：具有接地保、過載保護(hù)、漏屯保護(hù)、誤接線保護(hù)安全 性符合相關(guān)的國標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)。采用高絕緣的安全型插座及帶絕緣護(hù)套的高強(qiáng)度安全 型實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線；9. 單站外形尺寸：長x寬x高=400mm x 600mm x 900mm；4. 1.2 l-msp-02自動入庫單元入庫單元是ji.-msp-02自動化生產(chǎn)線實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)中的最后一站單元，是由推料氣 缸及推料平臺、步進(jìn)電機(jī)及兩軸滑臺、立體倉庫、檢測開關(guān)、警示燈及氣源處 理組件構(gòu)成。在整個(gè)系統(tǒng)中，起著對物料進(jìn)行依次搬運(yùn)入庫的作用。具體的功 能是：待上站推出物料后，推料平臺上的檢料開關(guān)檢測到物料時(shí)，plc程序驅(qū)

35、 動搬料機(jī)械手把物料依次推入倉庫?？刂破鞑捎萌膺h(yuǎn)程擴(kuò)展i/o模塊，集成 氣動電磁閥組驅(qū)動?；顒影惭b底板，可任意拆裝使用也可單一-實(shí)驗(yàn)控制使用。 如同所示：入庫單元實(shí)體圖1. 步進(jìn)電機(jī)：采用步進(jìn)驅(qū)動器控制，通過螺紋絲桿精確拖動存儲機(jī)械手到指定的存儲位進(jìn)行推料入庫。2. 推料氣缸：雙作用氣缸由一個(gè)二位五通單向電控閥控制，用于控制推料入庫 動作。3. 限位開關(guān)：限位開關(guān)為扁平式接近開關(guān)，主要為plc提供一個(gè)輸入信號。 在運(yùn)行過程中起到硬限保護(hù)作用。只要觸到限位開關(guān)，plc接收到信號，該 裝置將停止所有運(yùn)行動作；4. 檢料開關(guān)：料到檢測開關(guān)為光電漫反射型傳感器，利用被檢測物體對紅外光 束的遮光或反射

36、，由同步冋路選通而檢測物體的有無，其物體不限于金屬, 對所有能反射光線的物體均可檢測。光電開關(guān)具有體積小、精度高、檢測距 離遠(yuǎn)、防水、防腐蝕、抗光、電、磁等干擾能力。指示燈 拆裝螺帕靈敏度調(diào)節(jié)旋鈕（擴(kuò)散反射型光電開關(guān)實(shí)物圖）在實(shí)訓(xùn)裝置中用到的擴(kuò)散反射型光屯開關(guān)，它呈圓柱形外面是m18螺蚊，探測 頭能檢測距離約0 50伽之間，檢測靈敏度可以通過尾部旋鈕進(jìn)行調(diào)節(jié)，當(dāng)檢 測到有物體時(shí)指示燈亮起，黑色信號線發(fā)生信號變化，在拆裝更換時(shí)只需擰下 拆裝螺帽拔岀尾線即可。開關(guān)性能檢測距離漫反射型：10cm工作電壓直流型：10-30vdc靜態(tài)電流dc三線型w20ma回差值不大于檢測距離10%響應(yīng)頻率200hz指

37、向角3-20°電流輸出200ma調(diào)節(jié)方式反射型距離可調(diào)節(jié)防護(hù)等級ip66殘留電壓dc 三線式：w1.5vdc溫度影響在-25 °c到+70°c范圍內(nèi)，對在+25 °c吋的檢測距離是在10%以下絕緣電阻250m q min （500vdc mega 基準(zhǔn)）耐壓1500vac 50/60hz 一分鐘抗振動抗振動：1055hz （周期每分鐘）復(fù)振幅1mm, x、y、z各方向2小時(shí)抗沖擊抗沖擊：500m/s2（ 50g ） x、y、z各方向3次環(huán)境溫度工作時(shí)：30to+80°c（未結(jié)冰狀態(tài)下）儲存時(shí)：30to+80°c未結(jié)冰狀態(tài)下）環(huán)境濕度工

38、作吋：35 to 95% rh指示燈動作顯示（紅色led）連接方式電纜連接（長度2m）該減料開關(guān)為plc提供一個(gè)輸入信號，如果檢測有物料信號，機(jī)械手進(jìn)行 搬料入庫動作。5. 站工作過程如下：系統(tǒng)初次上電后自動復(fù)位到初始位置等待物料到達(dá)，當(dāng)推 料平臺上的光檢料開關(guān)感應(yīng)到有物料時(shí)，plc程序驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)拖動兩軸滑 臺運(yùn)動到指定的倉庫口處，氣動推料氣缸得電后，使物料進(jìn)入倉庫內(nèi)。當(dāng)倉 庫料滿時(shí)，按下清零按鈕即可使機(jī)械手復(fù)位，下次動作又將從第一格開始放 料。4.2 plc i/o地址分配及數(shù)據(jù)交換對控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的輸入和輸出設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，輸入設(shè)備：4個(gè)u型紅外對 射式光電開關(guān)（升降橫移機(jī)構(gòu)各兩個(gè)）；輸出設(shè)備：堆垛機(jī)垂直升降驅(qū)動電機(jī)1 個(gè)、堆垛機(jī)水平行走驅(qū)動電機(jī)1個(gè)。輸入信號共4個(gè)，輸出信號共4個(gè)。結(jié)合 plc-300 i/o 口擴(kuò)展的實(shí)際情況，根據(jù)s7-300具體的編制方式對plc的i/o 口進(jìn)行地址分配利。輸入地址和輸出地址的分配結(jié)果如下表6.2和6.3所示:表6plc中輸入地址分配表plc輸入地址說明10.0堆垛機(jī)水平機(jī)構(gòu)左側(cè)紅外對射式光電開關(guān)10.1堆垛機(jī)水平機(jī)構(gòu)右側(cè)紅外對射式光電開關(guān)10.2堆垛機(jī)升降機(jī)構(gòu)左側(cè)紅外對射式光電開關(guān)10.3堆垛機(jī)升降機(jī)構(gòu)右側(cè)紅外對射式光電開關(guān)表6.2 plc中輸出地址分配表plc輸