PLC倉儲(chǔ)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

年4月19日PLC倉儲(chǔ)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)文檔僅供參考畢業(yè)生論文說明書課題名稱：柔性制造教學(xué)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)自動(dòng)化立體倉庫設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)學(xué)生姓名：XXX系別：電氣工程系

目錄摘要 3Abstract 4第一章緒論 51.1本文研究的目的和意義 51.2自動(dòng)化立體倉庫的歷史及國內(nèi)外現(xiàn)狀 51.3采用PLC控制立體倉庫的優(yōu)越性 6第二章自動(dòng)化立體倉庫系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 62.1本課題設(shè)計(jì)的內(nèi)容 62.2系統(tǒng)的總體方案 7第三章立體倉庫的硬件設(shè)計(jì) 93.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 93.2傳感與檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 103.3S7—200系列PLC與通信系統(tǒng)的連接 123.4自動(dòng)化立體倉庫通信系統(tǒng) 133.5堆垛機(jī)開環(huán)控制系統(tǒng) 143.6立體倉庫PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 17第四章．PLC的軟件設(shè)計(jì) 214.1PLC的軟件及程序設(shè)計(jì) 21第五章基于組態(tài)軟件倉儲(chǔ)監(jiān)控管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 365.1工程組態(tài)軟件MGCS的簡介 365.2組態(tài)軟件的模型的設(shè)計(jì) 36結(jié)束語 37致謝 38參考文獻(xiàn) 39摘要自動(dòng)化立體倉庫集存儲(chǔ)、搬運(yùn)、輸送、分發(fā)一體，作為工業(yè)物流與計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)的一部分，代表了當(dāng)今物流發(fā)展的趨勢。為了對(duì)自動(dòng)化立體倉庫進(jìn)行更加有效的管理，提高整體作業(yè)效率，要求對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，對(duì)貨位進(jìn)行優(yōu)化分配，以減少貨物搬運(yùn)和存儲(chǔ)的成本，降低在存儲(chǔ)及搬運(yùn)過程中所損耗的時(shí)間，從而降低物流成本，提高收益。本文構(gòu)建了一個(gè)實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的自動(dòng)化立體倉庫系統(tǒng)，系統(tǒng)是由管理層、監(jiān)控層和執(zhí)行層組成的二級(jí)系統(tǒng)。在管理系統(tǒng)中，根據(jù)自動(dòng)化立體倉庫中存放貨品的特點(diǎn)，提出了采用分類隨機(jī)存儲(chǔ)和定位存儲(chǔ)相結(jié)合的貨品存儲(chǔ)策略。按照貨品出入庫頻度進(jìn)行貨位存儲(chǔ)區(qū)域劃分，提高了貨位和存儲(chǔ)區(qū)域的利用率。同時(shí)針對(duì)因同類貨品集中進(jìn)行出入庫操作而導(dǎo)致巷道阻塞的問題，在進(jìn)行貨位分配設(shè)計(jì)時(shí)采用一種均勻分配算法，結(jié)合電子標(biāo)簽技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了貨位的自動(dòng)均勻分配勺就近出入庫，并運(yùn)用此均勻分配算法實(shí)現(xiàn)了批量出入庫作業(yè)和單件出入庫作業(yè)。執(zhí)行系統(tǒng)由傳送帶、機(jī)械手、堆垛機(jī)三個(gè)部分組成。研究了整個(gè)控制系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)與控制原理，進(jìn)行了總休功能設(shè)計(jì)重點(diǎn)設(shè)計(jì)了PLC控制的程序模塊，實(shí)現(xiàn)了各個(gè)單元的單動(dòng)控制與聯(lián)動(dòng)的順序控制。同時(shí)經(jīng)過PROFIBUS—DP現(xiàn)場總線網(wǎng)實(shí)現(xiàn)三臺(tái)PLC的連接以及與監(jiān)控系統(tǒng)的通信，接收出入庫指令，完成相應(yīng)的出入庫操作。為了確保二級(jí)系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)運(yùn)行，管理層與監(jiān)控層的通信實(shí)現(xiàn)也是很重要的。采用OPC技術(shù)實(shí)現(xiàn)了兩者的通信，重點(diǎn)研究了組態(tài)軟件WinCC中的通信設(shè)計(jì)以及全局腳本的編寫。本系統(tǒng)經(jīng)過調(diào)試與設(shè)備的運(yùn)行，各部分功能正常;系統(tǒng)=級(jí)分層之間實(shí)現(xiàn)了相應(yīng)的通信，靈活的貨品存儲(chǔ)策略與貨位的自動(dòng)均勻分配克服了傳統(tǒng)立體倉庫的許多不足，提高了倉庫貨位利用率和出入庫效率，達(dá)到了預(yù)期的效果，不但保持了系統(tǒng)的靈活性與可靠性，而且提高了整個(gè)倉儲(chǔ)系統(tǒng)的自動(dòng)化水平與工作效率。關(guān)鍵字：自動(dòng)化立體倉PLCAbstractAutomatedwarehousestorage,handling,transport,setdistributedone,asthelogisticsindustryandcomputerintegratedmanufacturingsystem(CIMS)part,representsthecontemporarylogisticsdevelopmenttrend.Inordertoautomaticstereowarehouseformoreeffectivemanagement,improvetheoveralloperationefficiency,requirementsofthecontrolsystemforoptimizationdesignofspace,optimizeddistribution,toreducethecargohandlingandstoragecost,reducethestorageandtransportprocessinthelossoftime,therebyreducingthelogisticscost,increaseprofit.Inthemanagementsystem,accordingtotheautomaticstereowarehousestorageofgoodscharacteristics,putsforwardtheclassificationandlocalizationofrandomstoragecombinedgoodsstoragestrategy.AccordingtothestorageofgoodsforstoragememoryfrequencyExecutivesystemconsistsofinlet/deliveryroller,mechanicalhand,stackingmachineiscomposedofthreeparts.Studyonthecompositionofcontrolsystemstructureandcontrolprinciple,theoverallfunctionaldesignfocusofthedesignofPLCcontrolprogrammodule,toachievethevariousunitsinglepneumaticcontrolandlinkagesequencecontrol.AtthesametimethroughthePROFIBUS-DPfieldbusnetworkofthreePLCconnectionandmonitoringsystemofcommunication,receivingstorageinstructions,completethecorrespondingwarehousingoperation.Inordertoensurethatthetwolevelsystemofcoordinationbetweentheoperation,managementandmonitoringlevelcommunicationisveryimportant.Thesystemdebuggingandoperationoftheequipment,thefunctionofeachpartofthenormal;systemlevelhierarchicalachievedbetweencorrespondingcommunication,flexiblegoodsstoragestrategiesandtheirautomaticuniformdistributionovercomesmanyoftheshortcomingsofstereoscopicwarehouse,warehousespaceutilizationrateandimprovethestorageefficiency,hasachievedtheanticipatedeffect,notonlytomaintainthesystem'sflexibilityandreliability,butalsoimprovethewholestoragesystemautomationlevelandworkefficiency.Keywords:automaticstereowarehouse.PLC第一章緒論1.1本文研究的目的和意義傳統(tǒng)條件下的庫房管理作業(yè)，主要依據(jù)人工裝卸，特別是對(duì)于一些大型物資，不但工作效率低，浪費(fèi)大量的人力、物力，存在較大的安全隱患，同時(shí)還占據(jù)大量的庫房面積。立體庫的投入使用，徹底解決了這一難題。自動(dòng)化立體倉庫能夠產(chǎn)生巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。它經(jīng)過高層貨架存儲(chǔ)，使存儲(chǔ)區(qū)大幅度地向高空發(fā)展，提高空間利用率；自動(dòng)化立體倉庫采用層積式存放，結(jié)合計(jì)算機(jī)管理，能夠很容易實(shí)現(xiàn)先入先出，防止貨物的自然老化、變質(zhì)和損壞；經(jīng)過自動(dòng)存取系統(tǒng)（AS/RS），加快了運(yùn)行和處理速度，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度；采用自動(dòng)化技術(shù)后，還能較好地適應(yīng)黑暗、低溫、污染、有毒和易爆等特殊場合的物品存儲(chǔ)需要；計(jì)算機(jī)控制能夠始終準(zhǔn)確無誤地對(duì)各種信息進(jìn)行存儲(chǔ)和管理，減少了貨物處理和信息處理過程中的差錯(cuò)；同時(shí)借助于計(jì)算機(jī)管理還能有效地利用倉庫存儲(chǔ)能力，便于清點(diǎn)和盤庫，合理減少庫存，加快資金周轉(zhuǎn)，節(jié)約流動(dòng)資金，從而提高倉庫的管理水平。自動(dòng)化倉庫的信息系統(tǒng)能夠與企業(yè)的生產(chǎn)信息系統(tǒng)集成，實(shí)現(xiàn)企業(yè)信息管理的自動(dòng)化。同時(shí)，由于使用自動(dòng)化倉庫，促進(jìn)企業(yè)的科學(xué)管理，減少了浪費(fèi)，保證均衡生產(chǎn)，也提高了操作人員素質(zhì)和管理人員的水平。1.2自動(dòng)化立體倉庫的歷史及國內(nèi)外現(xiàn)狀立體倉庫產(chǎn)生和發(fā)展是第二次世界大戰(zhàn)之后生產(chǎn)和技術(shù)發(fā)展的結(jié)果。中國在自動(dòng)化立體倉庫的研究和應(yīng)用方面起步較早。1963年，北京起重運(yùn)輸機(jī)研究所設(shè)計(jì)了第一臺(tái)1.25t橋式堆垛機(jī)，并由大連起重機(jī)廠完成試制。1974年，鄭州紡織機(jī)械廠建成了中國第一座立體倉庫，這座倉庫是利用原有鋸齒形廠房改建而成的，用于存放模具。1977年，北京起重運(yùn)輸機(jī)研究所等單位研究制造出北京汽車制造廠自動(dòng)化倉庫，這座自動(dòng)化倉庫屬于整體式結(jié)構(gòu)，采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制和數(shù)據(jù)處理。從此以后，自動(dòng)化立體倉庫在中國得到迅速發(fā)展。中國當(dāng)前己經(jīng)建成數(shù)百座各種類型的自動(dòng)化倉庫，多數(shù)是中小型自動(dòng)倉庫。當(dāng)前，自動(dòng)化立體倉庫在發(fā)達(dá)國家己相當(dāng)普遍，日本是自動(dòng)化倉庫發(fā)展最快、建造數(shù)量最多的國家。另外，美國、德國、瑞士、意大利、英國和法國等國家也建造了許多自動(dòng)化倉庫。發(fā)展至今，自動(dòng)化倉庫在設(shè)計(jì)、制造、自動(dòng)化控制和計(jì)算機(jī)管理方面的技術(shù)也日趨成熟。近些年中國自動(dòng)化倉庫技術(shù)發(fā)展很快，與其它信息決策系統(tǒng)的集成，并正在做智能控制和模糊控制的研究工作。盡管如此，至今在中國已建成的集成化倉儲(chǔ)系統(tǒng)還不多，中國的自動(dòng)化立體倉庫與國外發(fā)達(dá)國家相比，無論是從數(shù)量上還是從建設(shè)水平上都有著比較大的差距.由于自動(dòng)化立體倉庫在當(dāng)今物流和制造業(yè)中的廣泛應(yīng)用、計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的推波助瀾，使得立體倉庫的發(fā)展十分迅速，其發(fā)展趨勢主要有：1倉儲(chǔ)作業(yè)管理自動(dòng)化水平逐步提高。隨著生產(chǎn)的進(jìn)一步發(fā)展，對(duì)物流的要求將更加嚴(yán)格。具體來說，就是在要求的時(shí)間內(nèi)、在準(zhǔn)確的地點(diǎn)、按準(zhǔn)確的順序與方法、提供準(zhǔn)確的品種和數(shù)量的貨物。2.智能技術(shù)將會(huì)獲得應(yīng)用。人工智能技術(shù)的發(fā)展，推動(dòng)了自動(dòng)化技術(shù)向其高級(jí)階段一智能化方向發(fā)展，已經(jīng)在倉庫的設(shè)計(jì)、搬運(yùn)系統(tǒng)的控制和儲(chǔ)運(yùn)設(shè)備的選用等方面應(yīng)用了專家系統(tǒng)。3.倉庫作業(yè)向柔性化發(fā)展。隨著柔性化的普及，自動(dòng)化倉庫的儲(chǔ)運(yùn)作業(yè)也將向柔性化發(fā)展。國外已經(jīng)開始出現(xiàn)一批可拆卸的或移動(dòng)式的倉庫結(jié)構(gòu)。1.3采用PLC控制立體倉庫的優(yōu)越性1、低成本利用電力線上網(wǎng)，最大的優(yōu)點(diǎn)就是成本低。由于利用電力線上網(wǎng)，直接使用現(xiàn)有電力網(wǎng)就能夠?qū)崿F(xiàn)通信，而不需要另外鋪設(shè)電話線、光纜線等，大大地減少了在基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)上的投資。2、范圍廣無所不在的電力網(wǎng)絡(luò)也是這種技術(shù)的優(yōu)勢。電力線是最基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)，它的規(guī)模之大，是其它任何網(wǎng)絡(luò)無法比擬的。因?yàn)榧壹叶加须娏€，由此，運(yùn)營商就能夠輕松地把這種網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)滲透到每一個(gè)家庭。因此，這一技術(shù)一旦進(jìn)入商業(yè)化階段，將會(huì)促進(jìn)電信市場的變革，并給互聯(lián)網(wǎng)普及帶來極大的發(fā)展空間。3、高速利用電力線上網(wǎng)能夠提供高速傳輸。德國最大的電力設(shè)備生產(chǎn)商RWE承諾，運(yùn)用她們的電力線上網(wǎng)技術(shù)，其速度要比ISDN撥號(hào)上網(wǎng)快30多倍，比ADSL更快！足以支持現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)上各種應(yīng)用。更高速率的PLC產(chǎn)品正在研制之中。4、便捷不論在家里的哪個(gè)角落，只要連接到房間內(nèi)的任何電源插座上，就可立即擁有PLC帶來的高速網(wǎng)絡(luò)享受！5、永遠(yuǎn)在線PLC屬于“即插即用”不用繁瑣的撥號(hào)過程，接入電源就等于接入網(wǎng)絡(luò)。6、結(jié)構(gòu)靈活經(jīng)過PLC技術(shù)實(shí)現(xiàn)Internet接入，能夠靈活擴(kuò)展接入端口數(shù)量，使資源保持較高的利用率。當(dāng)前還未有效解決電力線信號(hào)經(jīng)過變壓器的技術(shù)，因此，電力線通信設(shè)備都是集中在220V線路變壓器的用戶端。7、家庭數(shù)字化PLC技術(shù)能夠經(jīng)過電力線將整個(gè)家庭的電器與網(wǎng)絡(luò)聯(lián)為一體，在室內(nèi)的設(shè)備之間構(gòu)筑起可自由交換信息的局域網(wǎng)，使人們能夠經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)來控制自己家里的電器設(shè)備。第二章自動(dòng)化立體倉庫系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)2.1本課題設(shè)計(jì)的內(nèi)容本文研究的主要內(nèi)容包括三個(gè)部分：基于電子標(biāo)簽技術(shù)的倉儲(chǔ)物流管理系統(tǒng)：基于西門子S7一200PLC的下位執(zhí)行機(jī)構(gòu)自動(dòng)控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)以及PLC程序的編制：管理層、監(jiān)控層、控制層三層之間的通信實(shí)現(xiàn)。在管理系統(tǒng)中，研究內(nèi)容涉及到：自動(dòng)化立體倉庫的出入庫方式、存儲(chǔ)策略及貨位分配原則：根據(jù)自動(dòng)化立體倉庫中存放貨品的特點(diǎn)，提出了采用分類隨機(jī)存儲(chǔ)和定位存儲(chǔ)相結(jié)合的貨品存儲(chǔ)策略。結(jié)合電子標(biāo)簽技術(shù)，根據(jù)貨品出入庫頻度劃分貨品的大致存儲(chǔ)區(qū)域：在此基礎(chǔ)上，使用貨位自動(dòng)均勻分配算法實(shí)現(xiàn)貨位的均勻分配與貨品的就近出入庫;最后根據(jù)此算法實(shí)現(xiàn)了批量出入庫作業(yè)和單件出入庫作業(yè)。在執(zhí)行系統(tǒng)中，研究內(nèi)容涉及到：構(gòu)建一個(gè)實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的自動(dòng)化立體倉庫系統(tǒng);分析整個(gè)控制系統(tǒng)的構(gòu)成以及電氣控制原理，進(jìn)而對(duì)下位執(zhí)行系統(tǒng)進(jìn)行總體功能設(shè)計(jì)，并對(duì)各單元PLC的控制功能模塊進(jìn)行了分析;最后迸行PLC程序的編寫，局部調(diào)通之后再將三個(gè)部分整合在一起進(jìn)行調(diào)試，實(shí)現(xiàn)三個(gè)單元的順序控制。在管理層、監(jiān)控層、控制層的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與通信實(shí)現(xiàn)中主要研究OPC通訊實(shí)現(xiàn)過程中，組態(tài)軟件WinCC中的相應(yīng)設(shè)置：監(jiān)控層與控制層的基于現(xiàn)場總線PROFIBUS的具體組網(wǎng)通訊實(shí)現(xiàn)以及WinCC中全局腳本的編寫，最終實(shí)現(xiàn)管控一體化。2.2系統(tǒng)的總體方案在立體倉庫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中主要考慮以下幾點(diǎn)：1.深入了解和分析立體倉庫的工藝條件和控制要求確定I/O設(shè)備。根據(jù)立體倉庫控制系統(tǒng)的功能要求，確定系統(tǒng)所需的用戶輸入、輸出設(shè)備。根據(jù)I/O點(diǎn)數(shù)選擇合適的PLC類型。分配I/O點(diǎn)，分配PLC的輸入輸出點(diǎn)，編制出輸入輸出分配表或者輸入輸出端子的接線圖。設(shè)計(jì)立體倉庫系統(tǒng)的梯形圖，根據(jù)工作要求設(shè)計(jì)出周密完整的梯形圖程序，這是整個(gè)立體倉庫系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心工作。將程序輸入PLC進(jìn)行軟件測試，查找錯(cuò)誤，使系統(tǒng)程序更加完善。立體倉庫整體調(diào)試，在PLC軟硬件設(shè)計(jì)和現(xiàn)場施工完成后，就能夠進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)的聯(lián)機(jī)調(diào)試，調(diào)試中發(fā)現(xiàn)的問題要逐一排除，直至調(diào)試成功。以下是設(shè)計(jì)步驟框圖：確定課題確定課題研究課內(nèi)容確定方案查找資料設(shè)計(jì)電氣原理圖根據(jù)控制要求確定硬件配置根據(jù)要求編寫程序系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)調(diào)試程序記錄運(yùn)行結(jié)果并分析總結(jié)錯(cuò)誤圖2—1立體倉庫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟第三章立體倉庫的硬件設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)本文設(shè)定倉庫類型為單元貨格式自動(dòng)化立體倉庫;倉庫規(guī)模設(shè)定為4巷道3排4列3層共計(jì)12個(gè)貨位:倉庫中相關(guān)設(shè)備主要有巷道式堆垛機(jī)、出入庫臺(tái)(位于貨架同側(cè))、傳送帶輸送系統(tǒng)等設(shè)備，以上設(shè)備均經(jīng)過S7—200PLC進(jìn)行控制;工作方式為單元出入庫作業(yè)和揀選出入庫作業(yè)。同時(shí)設(shè)定管理級(jí)與監(jiān)控級(jí)位于同一臺(tái)計(jì)算機(jī)上，此不需要進(jìn)行遠(yuǎn)程訪問，現(xiàn)場PC一PLC之間通信距離較短時(shí)，采用簡單的PC用PI電纜來進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的連結(jié)，PLC采用現(xiàn)場總線PROFIBUS一DP網(wǎng)組成網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換與實(shí)時(shí)控制。圖3-1存儲(chǔ)單元示意圖在現(xiàn)如今傳統(tǒng)的立體倉庫在控制方式上主要有聯(lián)機(jī)自動(dòng)控制（即上位機(jī)控制）、自動(dòng)控制（即本機(jī)自動(dòng)）、半自動(dòng)控制及手動(dòng)控制四種。本設(shè)計(jì)中自動(dòng)化立體倉庫主要采用手動(dòng)控制方式，此方法是由控制按鈕和限位開關(guān)控制堆垛機(jī)、升降臺(tái)、傳送帶運(yùn)行至指定庫位，執(zhí)行預(yù)定任務(wù),經(jīng)過手動(dòng)控制按鈕能夠方便的查詢庫位是否已存貨物,大大的節(jié)省了立體倉庫的成本,手動(dòng)控制立體倉庫適用于小型的自動(dòng)化立體倉庫,適于發(fā)展型地區(qū)廣泛使用實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上的控制對(duì)象可分為三個(gè)控制區(qū)域，即傳送帶、機(jī)械手及對(duì)堆垛機(jī)的控制。三個(gè)部分的自動(dòng)控制采用的可編程控制器均為西門子57一20系列PLC。三個(gè)部分可獨(dú)立作為一個(gè)課題來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)開發(fā)研究，也能夠?qū)⑷齻€(gè)部分綜合起來作為一個(gè)完整控制系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)開發(fā)。1.傳送帶輸送機(jī)控制本系統(tǒng)中共有二條傳送帶，其傳動(dòng)采用交流變頻調(diào)速系統(tǒng)控制，可進(jìn)行速度調(diào)節(jié)設(shè)定及正、反轉(zhuǎn)控制。每臺(tái)輸送機(jī)可由安裝在其上面的光電開關(guān)根據(jù)程序設(shè)計(jì)自動(dòng)控制啟/停及正/反轉(zhuǎn)，完成貨物送入、取出動(dòng)作。在實(shí)驗(yàn)臺(tái)的按鈕板上有一些轉(zhuǎn)換開關(guān)和按鈕，用于手動(dòng)控制操作。2.機(jī)械手的控制機(jī)械手的動(dòng)作由氣缸驅(qū)動(dòng)，而氣缸由對(duì)應(yīng)的電磁閥控制，當(dāng)下降電磁閥通電時(shí)，機(jī)械手下降，當(dāng)下降電磁閥斷電時(shí)機(jī)械手停止，只有當(dāng)上升電磁通電時(shí)，機(jī)械手才上升，斷電時(shí)才停止。機(jī)械手的放松和夾緊由一個(gè)線圈兩位置電磁閥控制。3.堆垛機(jī)的控制在立體貨庫中配有一臺(tái)全自動(dòng)堆垛機(jī)，由二臺(tái)步進(jìn)電機(jī)和一臺(tái)直流電機(jī)控制，可進(jìn)行行走、升降及叉貨控制。主要根據(jù)設(shè)計(jì)程序，進(jìn)行立體倉庫進(jìn)貨的自動(dòng)存儲(chǔ)及出貨的自動(dòng)提取。堆垛機(jī)在行走方向共有三個(gè)限位開關(guān)：左/右極限限位開關(guān)和行走認(rèn)址限位開關(guān)，行走的位置靠碰到限位開關(guān)計(jì)數(shù)來完成。堆垛機(jī)在升降方向共有四個(gè)限位開關(guān)：上/下極限限位開關(guān)、一個(gè)入庫認(rèn)址限位開關(guān)和一個(gè)出庫認(rèn)址限位開關(guān)，升降的位置靠碰到限位開關(guān)計(jì)數(shù)來完成。在實(shí)驗(yàn)臺(tái)的按鈕板上有一些轉(zhuǎn)換開關(guān)和按鈕，用于手動(dòng)控制操作。在發(fā)生緊急情況時(shí)，可按下緊停按鈕，用以切斷步進(jìn)電機(jī)控制模塊的電源。3.2傳感與檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)什么叫傳感器？從廣義上講，傳感器就是能感知外界信息并能按一定規(guī)律將這些信息轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)的裝置；簡單說傳感器是將外界信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的裝置。因此它由敏感元器件（感知元件）和轉(zhuǎn)換器件兩部分組成，有的半導(dǎo)體敏感元器件能夠直接輸出電信號(hào)，本身就構(gòu)成傳感器。敏感元器件品種繁多，就其感知外界信息的原理來講，可分為①物理類，基于力、熱、光、電、磁和聲等物理效應(yīng)。②化學(xué)類，基于化學(xué)反應(yīng)的原理。③生物類，基于酶、抗體、和激素等分子識(shí)別功能。一般據(jù)其基本感知功能可分為熱敏元件、光敏元件、氣敏元件、力敏元件、磁敏元件、濕敏元件、聲敏元件、放射線敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大類（還有人曾將傳感器分46類）。下面對(duì)常見的光電傳感器及電感傳感器介紹如下。a.光電傳感器圖3-2光電傳感器在探測物體擋在發(fā)射器與接收器之間是接受其不能接受到足夠的光線時(shí)輸出信號(hào)b.電感傳感器接線圖圖3-3電感傳感器接線圖1.在本單元所使用的傳感器的位置及型號(hào)如下表所示：表3-1傳感器的位置及型號(hào)3.傳感器與PLC的連接將氣缸移動(dòng)到相應(yīng)磁性傳感器位置，觀察PLC相應(yīng)輸入點(diǎn)的指示燈以及傳感器自身的指示燈將相應(yīng)機(jī)械行程開關(guān)按下，觀察PLC相應(yīng)輸入點(diǎn)的指示燈；用手、弓箭活其它物體放在傳感器檢測為止，觀察PLC相應(yīng)輸入點(diǎn)的指示燈以及傳感器自身的指示燈。圖3-4傳感器與PLC的接線3.3S7—200系列PLC與通信系統(tǒng)的連接本自動(dòng)化立體倉庫模型整個(gè)整個(gè)下位控制系統(tǒng)三大組成部分：輥道、機(jī)械手、堆垛機(jī)的自動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)用到的可編程控制器均是S7－200系列PLC。同其它的PLC一樣基本組成也是由單元加編程器，在需要進(jìn)行系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)，系統(tǒng)組成中還包括：數(shù)字?jǐn)U展單元模塊、模擬量擴(kuò)展單元模塊、通信模塊、網(wǎng)絡(luò)、人機(jī)界面HMI等。采用PC/PPT電纜建立個(gè)人計(jì)算機(jī)與S7－200CPU的連接。具體實(shí)現(xiàn)過程如下：設(shè)置PC/PPI電纜開關(guān)（下＝0，上＝1）；在DIP開關(guān)上：選擇計(jì)算機(jī)所支持的波特率：9600（123設(shè)置為010）選擇11位（4設(shè)置為0）選擇DCE（5設(shè)置為0）PC/PPI電纜的RS－232端（標(biāo)有PC）連接到PC的通信口：COM１或COM2。PC/PPI電纜的RS－485端（標(biāo)有PPI）連接到CPU的通信口。圖3-5CPU的通信口的連接圖3.4自動(dòng)化立體倉庫通信系統(tǒng).自動(dòng)化立體倉庫系統(tǒng)分為3個(gè)層次:管理層、監(jiān)控層、執(zhí)行層。1.管理層的主要功能。管理層是自動(dòng)化倉儲(chǔ)系統(tǒng)的中樞，與普通的計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)類似，要負(fù)責(zé)接受上級(jí)生產(chǎn)系統(tǒng)發(fā)布的生產(chǎn)任務(wù)，完成出入庫操作、庫存數(shù)據(jù)管理與統(tǒng)計(jì)分析等常規(guī)作業(yè)，而且具有倉儲(chǔ)管理的操作流程。在出入庫貨品單下達(dá)后，操作人員要根據(jù)此單進(jìn)行相應(yīng)的出入庫操作，管理層自動(dòng)或由操作人員手動(dòng)選擇相應(yīng)的貨位進(jìn)行出入庫操作，同時(shí)生成相應(yīng)的報(bào)表統(tǒng)計(jì)結(jié)果，來完成一個(gè)完整的倉儲(chǔ)出入庫操作。同時(shí)，還要求管理系統(tǒng)能根據(jù)入庫、出庫的生產(chǎn)任務(wù)，發(fā)出命令來觸發(fā)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)與監(jiān)控系統(tǒng)的通信，發(fā)布入庫、出庫操作任務(wù)單，并接收監(jiān)控系統(tǒng)返回的入庫、出庫任務(wù)的完成報(bào)告情況。2監(jiān)控層的主要功能。它的主要功能有:提供倉儲(chǔ)物流系統(tǒng)中的自動(dòng)化設(shè)備運(yùn)行的動(dòng)畫形式的彩色模擬顯示畫面:實(shí)時(shí)監(jiān)視整個(gè)立體倉庫中各部分的運(yùn)行情況;動(dòng)態(tài)顯示堆垛機(jī)和出入庫傳輸設(shè)備以及各貨物的運(yùn)行位置:查看高層貨架的貨位占用情況:顯示所有任務(wù)的當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)、出錯(cuò)報(bào)警情況:根據(jù)上位管理層發(fā)來的命令自動(dòng)執(zhí)行出入庫操作并實(shí)時(shí)監(jiān)控動(dòng)作執(zhí)行情況，并把動(dòng)作執(zhí)行結(jié)果反饋給管理層:它還能獨(dú)立地控制倉庫中所有設(shè)備的運(yùn)行。3，執(zhí)行層的主要功能。它的主要功能是接受監(jiān)控層的出入庫指令，控制設(shè)備執(zhí)行相應(yīng)的出入庫任務(wù)。當(dāng)前用PLC來實(shí)現(xiàn)動(dòng)作控制。系統(tǒng)正常運(yùn)行需要保證三層系統(tǒng)之間通信的順暢和可靠。管理層與監(jiān)控層經(jīng)過數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)共享和信息交換，管理層把任務(wù)命令信息傳達(dá)給監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)控系統(tǒng)把任務(wù)完成情況再反饋回來:監(jiān)控層與執(zhí)行層經(jīng)過組態(tài)軟件和特定的網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)通信，監(jiān)控層監(jiān)視并控制執(zhí)行層設(shè)備的運(yùn)行;執(zhí)行層接收監(jiān)控層的指令，觸發(fā)相應(yīng)的寄存器，完成出入庫操作，并將完成標(biāo)志位傳送回監(jiān)控層。到此才算完成一次完整地出入庫操作。倉儲(chǔ)信息管理系統(tǒng)倉儲(chǔ)信息管理系統(tǒng)中間監(jiān)控系統(tǒng)STMATIC200傳送帶STMATIC200機(jī)械手STMATIC200堆垛機(jī)EM277PROFIBUS-DPEM277PROFIBUS-DPEM277PROFIBUS-DPOPC管理層PROFIBUS監(jiān)控層執(zhí)行層圖3-6自動(dòng)化立體倉庫的三層結(jié)構(gòu)3.5堆垛機(jī)開環(huán)控制系統(tǒng)1）變頻器的控制變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。變頻器是將工頻電源（50HZ或60HZ）變成各種頻率的交流電源，以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的變速運(yùn)行的設(shè)備，其中控制電路完成對(duì)主電路的控制，整流電路將交流電變成直流電，直流中間電路對(duì)整流電路的輸出進(jìn)行平滑濾波，逆變電路將直流電變成交流電，對(duì)于如矢量控制變頻器這種需要大量運(yùn)算的變頻器來說，有時(shí)還需要一個(gè)進(jìn)行轉(zhuǎn)矩計(jì)算的CPU以及一些相應(yīng)的電路。變頻調(diào)速是經(jīng)過改變電機(jī)定子繞組供電的頻率來達(dá)到調(diào)速的目的。圖3-7變頻器與電機(jī)的連接變頻器LED的狀態(tài)顯示：表3-2LED的狀態(tài)顯示 變頻器與PLC連接的方式:變頻器的輸入信號(hào)包括:運(yùn)行、停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)等數(shù)字量輸出信號(hào)變頻器利用繼電器接點(diǎn)形成與上機(jī)位連接，經(jīng)過脈沖序列作為頻率指令。并得到這些運(yùn)行信號(hào)。圖3-8變頻器與PLC的連接2）步進(jìn)電機(jī)的控制原理步進(jìn)電動(dòng)機(jī)不是直接經(jīng)過PLC驅(qū)動(dòng)，而是用專門的步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)，經(jīng)步進(jìn)電機(jī)和不但驅(qū)動(dòng)器俺要親連接好，PLC只要給步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器提供脈沖信號(hào)和方向信號(hào)就能夠了。將步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器“脈沖信號(hào)+”接到PLC的輸出Q0.0點(diǎn)，PLC輸出地高速脈沖信號(hào)經(jīng)過Q0.0發(fā)出驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)；“方向控制信號(hào)+”接到Q0.1，經(jīng)過Q0.1的置“1”和置“0”的狀態(tài)來控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的方向；而“脈沖信號(hào)—”和“方向控制信號(hào)—”直接接到了PLC開關(guān)電源的負(fù)極1M上。程序分為主程序、子程序和中斷程序3部分。主程序完成子程序調(diào)用和確定步進(jìn)電動(dòng)機(jī)方向。子程序完成高速脈沖指令PLC的控制字節(jié)設(shè)定，脈沖周期的設(shè)定以及輸出的脈沖個(gè)數(shù)，接著連接和開放中斷，最后Q0.0輸出高速脈沖，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。Q0.0輸出脈沖完成執(zhí)行中斷：當(dāng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)沒有運(yùn)行到原點(diǎn)時(shí)，機(jī)械手后限位10.4不動(dòng)作，繼續(xù)調(diào)用子程序，Q0.0繼續(xù)發(fā)脈沖，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)繼續(xù)運(yùn)行；當(dāng)運(yùn)行到原點(diǎn)時(shí)，機(jī)械手后限位10.4動(dòng)作，執(zhí)行中斷返回指令RET1，同時(shí)復(fù)位指示燈Q1.7亮，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)完成復(fù)位。因此步進(jìn)電動(dòng)機(jī)不是直接經(jīng)過PLC驅(qū)動(dòng)，而是用專業(yè)的步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)，用PLC只要給步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器提供脈沖信號(hào)和方向就能夠了，下面是驅(qū)動(dòng)器與PLC的接線示意圖：圖3-9PLC與驅(qū)動(dòng)器的連接I/O分配表表3-3I/O分配表步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器圖及它的功能的介紹本設(shè)計(jì)中步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器主要包括環(huán)形放大器和功率放大器兩部分。其中環(huán)形分配器是根據(jù)運(yùn)行指令按一定的邏輯關(guān)系分配脈沖，經(jīng)過功率放大器加到加到步進(jìn)電機(jī)的各個(gè)繞組，是步進(jìn)電機(jī)按一定的方式運(yùn)行，并實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)控制與定位控制，由于輸出功率極小，因此脈沖分配器不能直接驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)工作，必須經(jīng)過功率放大器進(jìn)行放大，才能給步進(jìn)電機(jī)各項(xiàng)繞組提供足夠的電流。圖3-10驅(qū)動(dòng)器接線示意圖3.6立體倉庫PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)1.傳感器與個(gè)執(zhí)行元件的連接圖：圖3-11傳感器與個(gè)執(zhí)行元件的連接圖2．列出I/O符號(hào)分配表：表3-4I/O分配表控制元件編程地址編碼器aI0.0編碼器bI0.1堆垛機(jī)前后參考點(diǎn)I0.2升降參考點(diǎn)I0.3升降上到位I0.4轉(zhuǎn)移汽缸右到位I0.5小車檢測傳感器I0.6列一參考點(diǎn)I0.7列二參考點(diǎn)I1.0列三參考點(diǎn)I1.1列四參考點(diǎn)I1.2啟動(dòng)I1.3停止I1.4復(fù)位I1.5運(yùn)行標(biāo)志M0.0上機(jī)位啟動(dòng)M0.1上機(jī)位復(fù)位M0.2上機(jī)位停止M0.3步進(jìn)脈沖Q0.0步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的方向Q0.1變頻器的啟停Q0.2變頻器的方向Q0.3轉(zhuǎn)移皮帶線啟停Q0.4堆垛機(jī)皮帶線啟停Q0.5升降氣缸Q0.6轉(zhuǎn)移氣缸Q0.7機(jī)械手Q1.0小車定位氣缸Q1.1報(bào)警燈（綠）Q1.2報(bào)警燈（黃）Q1.3.報(bào)警燈（紅）Q1.4循環(huán)開始V1.2停止標(biāo)志V1.3啟動(dòng)標(biāo)志4V1.4步進(jìn)復(fù)位標(biāo)志V1.5標(biāo)志啟動(dòng)1V0.0地軌復(fù)位標(biāo)志V0.1第四章．PLC的軟件設(shè)計(jì)4.1PLC的軟件及程序設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)是利用西門子S-200系列的PLC來進(jìn)行課題的研究和討論的。西門子S7-200是西門子公司小型可編程序控制器。它具有功能齊全的編程和工業(yè)控制組態(tài)軟件，使得在完成控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)更加方便簡單，幾乎能夠完成任何功能的任務(wù)，同時(shí)具有可靠性高，運(yùn)行速度快的特點(diǎn)，繼承和發(fā)揮了它在大型PLC領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢，有豐富的指令集，具有強(qiáng)大的多種集成功能和實(shí)時(shí)特性，其性價(jià)比高，因此在大規(guī)模不大的領(lǐng)域是較為理想的控制設(shè)備。各種PLC都是采用循環(huán)掃描的方式進(jìn)行工作的。西門子S7-200PLC的工作過程：PLC上電后，首先進(jìn)行初始化，然后進(jìn)入循環(huán)工作過程。一次循環(huán)過程可歸納為子程序的調(diào)用、時(shí)間的調(diào)配、機(jī)械手的運(yùn)作、堆垛機(jī)的運(yùn)行、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制、各階段完成的如下程序所示：程序的設(shè)計(jì)：主程序：堆垛機(jī)向下運(yùn)行的程序：注釋：堆垛機(jī)向下運(yùn)行由Q0.1發(fā)送脈沖，采用SMD72作為高速脈沖輸出的控制字節(jié)，當(dāng)堆垛機(jī)到達(dá)某個(gè)升降參考點(diǎn)時(shí)即發(fā)送脈沖數(shù)為200個(gè)向下運(yùn)行的脈沖，當(dāng)19號(hào)事件發(fā)生時(shí)則調(diào)用步進(jìn)中斷程序堆垛機(jī)向上運(yùn)行：注釋：堆垛機(jī)向上運(yùn)行由Q0.0發(fā)送脈沖，采用SMD72作為高速脈沖輸出的控制字節(jié)，在計(jì)數(shù)器是4時(shí)發(fā)送向上的脈沖70000個(gè)，當(dāng)計(jì)時(shí)器是五5、8時(shí)發(fā)送向上的脈沖40個(gè)，當(dāng)計(jì)數(shù)器是9、12時(shí)發(fā)送770000個(gè)脈沖，當(dāng)19號(hào)事件發(fā)生時(shí)，調(diào)用步進(jìn)中斷程序。中斷程序：當(dāng)步進(jìn)復(fù)為標(biāo)志復(fù)位，到達(dá)堆垛機(jī)升降參考點(diǎn)時(shí)調(diào)用向下運(yùn)行的子程序第五章基于組態(tài)軟件倉儲(chǔ)監(jiān)控管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)5.1工程組態(tài)軟件MGCS的簡介組態(tài)軟件在國內(nèi)是一個(gè)約定俗成的概念，并沒有明確的定義，它能夠理解為“組態(tài)式監(jiān)控軟件”?！敖M態(tài)(Configure)”的含義是“配置”、“設(shè)定”、“設(shè)置”等意思，是指用戶經(jīng)過類似“搭積木”的簡單方式來完成自己所需要的軟件功能，而不需要編寫計(jì)算機(jī)程序，也就是所謂的“組態(tài)”。它有時(shí)候也稱為“二次開發(fā)”，組態(tài)軟件就稱為“二次開發(fā)平臺(tái)”?！氨O(jiān)控（SupervisoryControl）”，即“監(jiān)視和控制”，是指經(jīng)過計(jì)算機(jī)信號(hào)對(duì)自動(dòng)化設(shè)備或過程進(jìn)行監(jiān)視、控制和管理組態(tài)軟件，又稱組態(tài)監(jiān)控軟件系統(tǒng)軟件。譯自英文SCADA,即SupervisoryControlandDataAcquisition(數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制)。它是指一些數(shù)據(jù)采集與過程控制的專用軟件。它們處在自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級(jí)的軟件平臺(tái)和開發(fā)環(huán)境，使用靈活的組態(tài)方式，為用戶提供快速構(gòu)建工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的、通用層次的軟件工具。5.2組態(tài)軟件的模型的設(shè)計(jì)下圖是組態(tài)的模型圖，然后經(jīng)過MCGS進(jìn)行設(shè)計(jì)與制作。圖5-1組態(tài)模型結(jié)束語經(jīng)過進(jìn)行“基于PLC的貨物自動(dòng)倉儲(chǔ)及監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)”，基本完成對(duì)自動(dòng)倉儲(chǔ)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，實(shí)現(xiàn)了PLC對(duì)自動(dòng)化立體倉庫的控制和利用組態(tài)軟件對(duì)其進(jìn)行監(jiān)控。在這次設(shè)計(jì)中經(jīng)過對(duì)PLC、數(shù)字驅(qū)動(dòng)電路和直流電機(jī)以及傳感器工作原理的學(xué)習(xí)，使我掌握了PLC的基本編程方法，而且實(shí)現(xiàn)了PLC對(duì)直流電機(jī)進(jìn)行較復(fù)雜的位置控制及時(shí)序邏輯控制功能。在軟件編程過程中我們首先解決了利用數(shù)字驅(qū)動(dòng)電路配合PLC來實(shí)現(xiàn)