【自動(dòng)倉(cāng)儲(chǔ)堆垛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)11000字（論文）】

第一章緒論自動(dòng)倉(cāng)儲(chǔ)堆垛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)目錄TOC\o"1-3"\h\u1607摘要 I24228Abstract II11713第一章緒論 1260501.1研究背景及意義 110001.2倉(cāng)庫(kù)貨物控制系統(tǒng)概述 1298041.3堆垛機(jī)的概述 310669第二章倉(cāng)庫(kù)堆垛機(jī)控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 4323682.1控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 4183682.2控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則 5259712.3控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 5281912.4堆垛機(jī)系統(tǒng)的控制要求 77032.4.1主要技術(shù)指標(biāo) 7320382.4.2工作過程分析 7226712.4.3編程規(guī)范 8194982.4.4系統(tǒng)演示 828355第三章倉(cāng)庫(kù)堆垛機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 1086803.1PLC選型 10159023.1.1西門子S7-200PLC簡(jiǎn)介 10300173.1.2西門子S7-200PLC工作原理 11262313.2電機(jī)選型 12248703.3傳感器選型 123983第四章倉(cāng)庫(kù)堆垛機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 14196224.1系統(tǒng)涉及軟件 1444474.1.1STEP7MicroWINV4.0編程軟件 1441994.1.2OPC服務(wù)器 14102764.1.3以太網(wǎng)處理器的設(shè)置 16279404.1.4STEP7與OPC硬件組態(tài) 19228924.2系統(tǒng)主流程圖 217424.3控制系統(tǒng)子程序 2269014.3.1入庫(kù)作業(yè)流程 22140814.3.2出庫(kù)作業(yè)流程 234384第五章倉(cāng)庫(kù)堆垛機(jī)控制系統(tǒng)的組態(tài)設(shè)計(jì) 25100295.1組態(tài)軟件 25108095.2組態(tài)設(shè)計(jì) 2631279第六章結(jié)論 3317650參考文獻(xiàn) 34第一章緒論1.1研究背景及意義控制作業(yè)是倉(cāng)庫(kù)貨物運(yùn)輸?shù)年P(guān)鍵環(huán)節(jié)。指從倉(cāng)庫(kù)或其他區(qū)域快速、準(zhǔn)確地揀貨，按一定的方法集中存放、分類，根據(jù)貨物的信息和屬性等待裝卸的過程。在配送中心的實(shí)際運(yùn)行中，控制是配送中心系統(tǒng)的主要組成部分，其步驟比較麻煩，工作量也不小。目前，隨著貨物經(jīng)濟(jì)的逐步深化，社會(huì)的趨勢(shì)逐漸向多品種、小批量發(fā)展。隨著越來越多的貨物需要配送，控制變得越來越重要。在當(dāng)今電子技術(shù)發(fā)展良好的時(shí)代，倉(cāng)庫(kù)貨物控制越來越依賴電子設(shè)備和計(jì)算機(jī)輔助控制來實(shí)現(xiàn)最佳效率；基于PLC的自動(dòng)貨物控制系統(tǒng)具有穩(wěn)定性強(qiáng)、效率高、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)豐富等特點(diǎn)，越來越受到人們的歡迎。倉(cāng)庫(kù)堆垛機(jī)控制系統(tǒng)是現(xiàn)代物流系統(tǒng)的重要組成部分。它是用于貨物存儲(chǔ)的智能多層貨架系統(tǒng)。它主要由以下元素組成：自動(dòng)控制管理系統(tǒng)，高層貨架，裝載機(jī)，自動(dòng)存儲(chǔ)，計(jì)算機(jī)化管理系統(tǒng)和輔助設(shè)備。計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)點(diǎn)、硬件驅(qū)動(dòng)程序和主機(jī)之間的通信可以及時(shí)收集數(shù)據(jù)。車載計(jì)算機(jī)可以節(jié)省訂單和到達(dá)時(shí)間，顯示庫(kù)存，使設(shè)計(jì)人員可以輕松地做出購(gòu)買決定，并且經(jīng)理可以隨時(shí)節(jié)省交貨時(shí)間。倉(cāng)庫(kù)堆垛機(jī)控制系統(tǒng)是執(zhí)行庫(kù)存數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，運(yùn)輸和管理的唯一方法，也是提高工作效率和財(cái)務(wù)效率的重要方法。其理論和技術(shù)突破對(duì)公司物流系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用具有重要價(jià)值。倉(cāng)庫(kù)堆垛機(jī)控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是占地面積小，存儲(chǔ)容量高和周轉(zhuǎn)率高。它是集數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)和管理于一體的密集型高科技機(jī)電產(chǎn)品。與傳統(tǒng)倉(cāng)庫(kù)相比，倉(cāng)庫(kù)堆垛機(jī)控制系統(tǒng)具有許多出色的功能。傳統(tǒng)倉(cāng)庫(kù)管理主要依靠人工處理，尤其是對(duì)于某些大型物料。這不僅無效，而且浪費(fèi)了大量的人工材料資源，而且還帶來了巨大的隱患。同時(shí)，它也占用了大量的存儲(chǔ)空間。對(duì)存儲(chǔ)系統(tǒng)的更高要求是最大限度地利用存儲(chǔ)空間，倉(cāng)庫(kù)堆垛機(jī)控制系統(tǒng)解決了這個(gè)問題，修改了以前的傳統(tǒng)倉(cāng)庫(kù)模型。倉(cāng)庫(kù)堆垛機(jī)控制系統(tǒng)是現(xiàn)代工業(yè)社會(huì)開發(fā)的高科技產(chǎn)品，對(duì)于提高生產(chǎn)效率和降低成本具有重要意義。1.2倉(cāng)庫(kù)貨物控制系統(tǒng)概述倉(cāng)庫(kù)堆垛機(jī)控制系統(tǒng)的建設(shè)非常復(fù)雜。從規(guī)劃設(shè)計(jì)的開始到系統(tǒng)的最終實(shí)現(xiàn)，需要考慮很多因素?？刂葡到y(tǒng)與上游存儲(chǔ)系統(tǒng)和下游裝卸系統(tǒng)密切相關(guān)，因此，應(yīng)考慮它們之間的聯(lián)系，以解決接口問題。為了建立一個(gè)控制系統(tǒng)，首先需要了解控制操作的過程和所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的功能。從包裝系統(tǒng)的實(shí)際進(jìn)程來看，控制系統(tǒng)主要由四個(gè)基本環(huán)節(jié)構(gòu)成。在這些中，控制信息通常是通過顧客的訂單或分發(fā)節(jié)點(diǎn)處理的排序作業(yè)進(jìn)行，形成控制順序或電子信號(hào)、分揀機(jī)或機(jī)器人揀貨和裝卸貨物。實(shí)現(xiàn)的主要形式有三種：一種是步行或運(yùn)輸?shù)竭_(dá)貨物存放處；另一種是在人面前自動(dòng)將貨物放在貨架上；第三種是機(jī)械自動(dòng)化完全完成自動(dòng)控制系統(tǒng)；貨物控制是一個(gè)抓取和確認(rèn)的過程。根據(jù)儀器檢驗(yàn)貨物。描述控制信息，這是控制操作的核心，根據(jù)貨物的體積、重量和交貨頻率的差異可分為手動(dòng)、機(jī)械和自動(dòng)化設(shè)備。分類集中是連接裝運(yùn)和裝載操作的必要條件。在實(shí)踐中，也有人力、機(jī)械輔助和自動(dòng)化。排序過程是排序系統(tǒng)業(yè)務(wù)過程的基礎(chǔ)。合理使用機(jī)械、自動(dòng)化設(shè)備和新技術(shù)，可以節(jié)省操作時(shí)間，降低控制誤差率。這也是建立控制系統(tǒng)的目標(biāo)和關(guān)鍵。初步控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心基本上是一個(gè)人工操作系統(tǒng)，它是人工搜索、搜索和處理貨物，最后完成貨物提取的過程。在以前設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，手工處理是一項(xiàng)非常耗時(shí)的工作。同時(shí)，對(duì)于基礎(chǔ)信息文檔的制作和檢索，也需要大量的時(shí)間，使工作效率低下，無法滿足現(xiàn)代物流配送的準(zhǔn)確性和速度要求。隨著我國(guó)科技的快速發(fā)展，各種自動(dòng)機(jī)械裝置逐漸應(yīng)用于物流環(huán)節(jié)。信息處理、控制技術(shù)是信息處理和傳輸?shù)闹饕M成。因此，雖然在一些控制系統(tǒng)中需要手動(dòng)操作，但與以往相比，工作強(qiáng)度逐漸降低，智能、自動(dòng)化、機(jī)械化控制系統(tǒng)是現(xiàn)代物流中心的開發(fā)動(dòng)向和重要趨勢(shì)。目前，倉(cāng)儲(chǔ)貨物控制系統(tǒng)和現(xiàn)代控制系統(tǒng)技術(shù)為提高工作質(zhì)量和效率提供了重要保障，也成為管理組織體系、物流機(jī)械化體系和信息系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合。管理組織體系用于組織人員和設(shè)備的調(diào)度，以及控制系統(tǒng)的整體運(yùn)行模式。物流機(jī)械化系統(tǒng)主要是不同物流設(shè)備的配置和有效組合。信息系統(tǒng)是控制信息和分類信息的載體。離子技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)和物流自動(dòng)化機(jī)械是目前控制系統(tǒng)的主要組成部分。1.3堆垛機(jī)的概述倉(cāng)庫(kù)貨物控制系統(tǒng)既不能與堆垛機(jī)分離，又是控制系統(tǒng)的執(zhí)行部分。庫(kù)存時(shí)，貨物從交貨臺(tái)準(zhǔn)確定位，然后放在收貨臺(tái)。提貨時(shí)，將貨物從貨艙中取出，放在出入口處。無論何種堆垛機(jī)，其基本部件都是電氣設(shè)備、機(jī)架、撥叉機(jī)構(gòu)、水平行走機(jī)構(gòu)、起升機(jī)構(gòu)和裝卸平臺(tái)。這是因?yàn)楦拍畹母呙芏却鎯?chǔ)，高速和高水平的生產(chǎn)。雖然不同廠家有自己獨(dú)特的特點(diǎn)，但在結(jié)構(gòu)形式上仍存在差異，但差異并不顯著。堆垛機(jī)的共同特點(diǎn)是由控制系統(tǒng)、軌道、伸縮叉、貨臺(tái)和機(jī)架組成。最早的倉(cāng)庫(kù)貨物堆垛機(jī)是在橋式起重機(jī)的基礎(chǔ)上操作的。它需要將一個(gè)門架懸掛在起重機(jī)的大梁上，然后通過門架的旋轉(zhuǎn)上下移動(dòng)貨物。在20世紀(jì)60年代左右的美國(guó)，為了提高貨物裝卸效率，公路堆垛機(jī)被廣泛地用來代替橋梁堆垛機(jī)。日本在1967年使用了一個(gè)高層堆料機(jī)，高度約為10米15米。在線自動(dòng)倉(cāng)庫(kù)于1969年開始使用。1970年，公路堆垛機(jī)倉(cāng)庫(kù)在中國(guó)首次用于貨物裝卸。近代以來，我國(guó)堆垛機(jī)技術(shù)也取得了很大的進(jìn)步，速度、控制技術(shù)和定位精度都有了很大的提高。目前堆垛機(jī)提升速度可達(dá)90米/分鐘，運(yùn)行速度可達(dá)240米/分鐘。目前，現(xiàn)有立體倉(cāng)庫(kù)上下兩層為公路堆垛機(jī)，用于搬運(yùn)貨物，大大提高了貨物進(jìn)出倉(cāng)庫(kù)的能力。第二章倉(cāng)庫(kù)堆垛機(jī)控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)第二章倉(cāng)庫(kù)堆垛機(jī)控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)一般自動(dòng)倉(cāng)庫(kù)貨物控制系統(tǒng)的控制方案設(shè)計(jì)，核心是包含：硬軟件、軟件跟調(diào)試等幾個(gè)部分內(nèi)容的設(shè)計(jì)。被控對(duì)象大多數(shù)則是機(jī)械加工跟電器設(shè)備，傳送帶亦或者是傳送的過程。2.1控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)本文以地面支承、直線作業(yè)和堆垛機(jī)為研究對(duì)象。其控制系統(tǒng)由調(diào)度計(jì)算機(jī)、監(jiān)控計(jì)算機(jī)、觸摸屏（HMI）、控制器（S7-200PLC）、變頻器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。堆垛機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖2-1所示。圖2-1基于PLC倉(cāng)庫(kù)堆垛機(jī)控制系統(tǒng)總體框圖倉(cāng)庫(kù)堆垛機(jī)控制系統(tǒng)的功能是完成貨物進(jìn)出的過程。進(jìn)出貨物的過程包括提貨和交貨的過程。操作員將貨物信息發(fā)送到調(diào)度計(jì)算機(jī)，形成倉(cāng)庫(kù)收據(jù)，然后發(fā)送到監(jiān)控計(jì)算機(jī)。在接收到計(jì)算機(jī)的任務(wù)后，PLC控制器控制堆垛機(jī)完成收發(fā)貨指令。本文采用一臺(tái)S7-200PLC控制三臺(tái)逆變器，分別是步進(jìn)變換器、升降變換器和叉式變換器。分別控制堆垛機(jī)的水平操作機(jī)構(gòu)、升降操作機(jī)構(gòu)和叉式伸縮機(jī)構(gòu)。計(jì)算機(jī)、觸摸屏、S7-200PLC、變頻器、開關(guān)均采用現(xiàn)場(chǎng)總線連接，可實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)堆垛機(jī)運(yùn)行中的實(shí)時(shí)監(jiān)控。2.2控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則（1）最大限度的滿足被控對(duì)象提出的各項(xiàng)性能指標(biāo)相關(guān)的設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行設(shè)計(jì)之前，應(yīng)該充分的了解實(shí)際情況，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行勘察，研究，提前準(zhǔn)備好相關(guān)的資料，跟負(fù)責(zé)機(jī)械部分以及實(shí)際操作部分的人員要密切配合，一起擬定電氣控制的方案設(shè)計(jì)，以此清楚確定控制任務(wù)跟控制系統(tǒng)應(yīng)該有的相關(guān)功能，方便在設(shè)計(jì)的過程當(dāng)中一起來解決出現(xiàn)的對(duì)應(yīng)問題。（2）確?？刂葡到y(tǒng)的安全可靠電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中要重視其系統(tǒng)的可靠性，如果系統(tǒng)控制不能滿足電氣控制系統(tǒng)的安全穩(wěn)定工作，那么設(shè)計(jì)出的系統(tǒng)，是很難進(jìn)行投入使用的。實(shí)際的施工過程當(dāng)中，肯定是需要把可靠性放在第一位，組成冗余控制系統(tǒng)，以此以保證生產(chǎn)安全為目標(biāo)，去提升產(chǎn)品的質(zhì)量以及數(shù)量。（3）力求控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的構(gòu)成應(yīng)當(dāng)需要簡(jiǎn)單些，當(dāng)然，是需要建立在可以保證工作的可靠以及控制的要求能夠被滿足的前提之下。因?yàn)闃?gòu)成簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)有著實(shí)用性以及經(jīng)濟(jì)性，不但使用的時(shí)候可以方便些，后期進(jìn)行維護(hù)的時(shí)候也能夠容易些。（4）留有適當(dāng)?shù)脑Ａ繛榱烁倪M(jìn)生產(chǎn)的工藝、增加控制任務(wù)、方便維護(hù)以及擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，想要將可編程控制容易擴(kuò)充的特征充分發(fā)揮起來，選擇PLC容量（存儲(chǔ)容量，機(jī)架插槽數(shù)，I/O點(diǎn)數(shù)等）時(shí)，應(yīng)留有時(shí)當(dāng)?shù)脑Ａ俊?.3控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容（1）明確設(shè)計(jì)任務(wù)和技術(shù)條件設(shè)計(jì)任務(wù)和規(guī)格通常以設(shè)計(jì)工作訂單的形式提供。在設(shè)計(jì)任務(wù)書中，有必要明確定義每個(gè)項(xiàng)目的基本要求，限制和管理方法。在整個(gè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)任務(wù)書是整體設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。（2）確定用戶輸入設(shè)備和輸出設(shè)備用戶輸入輸出設(shè)備是PLC控制系統(tǒng)的硬件設(shè)備，PLC本身作為控制器，構(gòu)成了機(jī)器選擇和軟件開發(fā)的基礎(chǔ)。因此，輸出設(shè)備（例如電磁閥和電動(dòng)機(jī)）和相應(yīng)的輸入設(shè)備（例如控制器，換檔開關(guān)，控制開關(guān)，傳感器，安全裝置，傳感器等）致動(dòng)器（例如繼電器）。信號(hào)和接觸器類型）。根據(jù)輸出設(shè)備控制的負(fù)載執(zhí)行分類。（3）選擇可編程控制器的機(jī)型可編程控制器是整個(gè)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分。為了整個(gè)系統(tǒng)創(chuàng)建技術(shù)和經(jīng)濟(jì)績(jī)效指標(biāo)，需要明智而準(zhǔn)確地選擇機(jī)型。（4）分配I/O地址，繪制I/O接線圖要合理分配相應(yīng)的I/O地址，您需要分析、分類和布置I/O設(shè)備，并繪制I/O接線圖。表2-1顯示了此模型的I/O分布。表2-1自動(dòng)貨物控制系統(tǒng)的I/O分配表（5）設(shè)計(jì)控制程序系統(tǒng)中的控制程序通?；诳刂迫蝿?wù)，選定模型和I/O連接圖以梯形邏輯語言開發(fā)。設(shè)計(jì)管理程序的主要部分是應(yīng)用軟件的開發(fā)。合理性管理計(jì)劃是確保系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行的先決條件。因此，必須重復(fù)調(diào)試，直到滿足控制要求。（6）必要時(shí)設(shè)計(jì)非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備選擇設(shè)備時(shí)，盡可能使用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備。如果沒有標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，可能需要非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，如控制臺(tái)，控制柜和模擬顯示器。（7）編制控制系統(tǒng)的技術(shù)文件設(shè)計(jì)任務(wù)完成后，應(yīng)編制有關(guān)技術(shù)文件。技術(shù)文件一般應(yīng)包括設(shè)計(jì)說明、操作說明、I/O接線圖和控制程序。2.4堆垛機(jī)系統(tǒng)的控制要求2.4.1主要技術(shù)指標(biāo)以S7-200為基礎(chǔ)，將系統(tǒng)改造成控制系統(tǒng)，并將西門子組態(tài)的WinCC軟件進(jìn)行組裝，以完成方正仿真操作的設(shè)計(jì)和必要的監(jiān)控工作。2.4.2工作過程分析貨物自動(dòng)控制系統(tǒng)由檢查貨物、貨物分析、貨物運(yùn)輸、貨物控制、機(jī)械臂拾取裝置、堆垛儲(chǔ)存和報(bào)警功能組成。（1）檢錄貨物：貨物經(jīng)倉(cāng)庫(kù)傳送入庫(kù)的傳感器檢測(cè)到時(shí)，取貨機(jī)械手將執(zhí)行取貨命令，將貨物送往下級(jí)傳送帶。（2）貨物分析：在輸送帶入口處對(duì)貨物進(jìn)行檢查，然后在輸送帶上，通過相關(guān)傳感器檢查貨物的體積和材料等固有特性后，將檢查信息傳送給控制單元。（3）貨物輸送：位于上源端的貨物通過主傳送帶進(jìn)行運(yùn)輸，在經(jīng)檢測(cè)后開始進(jìn)行貨物的控制，按照不同的標(biāo)準(zhǔn)要求，執(zhí)行貨物的存儲(chǔ)或出倉(cāng)。（4）貨物控制：在主輸送帶側(cè)面設(shè)置若干控制槽，供貨物通過時(shí)分析。氣動(dòng)回路由電磁閥控制，使分離推桿前后移動(dòng)。貨物根據(jù)大小和材料等不同屬性進(jìn)行分類，并運(yùn)輸?shù)矫總€(gè)緩沖區(qū)存儲(chǔ)位置。為了避免漏檢，在主輸送帶的末端安裝應(yīng)急儲(chǔ)存裝置。一般情況下，倉(cāng)庫(kù)會(huì)設(shè)置接近開關(guān)，檢查每個(gè)倉(cāng)庫(kù)是否有貨物。（5）機(jī)械手取貨裝置：為氣動(dòng)控制，可在X和Y兩個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，從不同的緩存儲(chǔ)位取得貨物后送往倉(cāng)庫(kù)出口傳送帶。（6）堆垛存儲(chǔ)：如果要存儲(chǔ)包，則將包裹存儲(chǔ)在單獨(dú)的倉(cāng)庫(kù)中并提升堆棧。從倉(cāng)庫(kù)中取出包裹時(shí)，避免發(fā)生混亂。堆垛機(jī)有兩種操作模式來進(jìn)行控制，分為手動(dòng)和自動(dòng)操作。（7）報(bào)警功能：當(dāng)出現(xiàn)貨物一處以及傳送帶停止的類似系統(tǒng)故障時(shí)，傳感器把對(duì)應(yīng)的信號(hào)傳輸?shù)娇刂茊卧?，系統(tǒng)就會(huì)做出響應(yīng)，并及時(shí)的進(jìn)行處理，上位機(jī)操作界面中的故障等就會(huì)進(jìn)行工作，信號(hào)燈開始閃爍，提醒故障。而把故障進(jìn)行排除，并且將故障復(fù)位按鈕按下，那么系統(tǒng)則會(huì)繼續(xù)運(yùn)作。貨物自動(dòng)控制系統(tǒng)的一般流程如下：貨物臨時(shí)存放在倉(cāng)庫(kù)中，貨物由機(jī)械手抓取，發(fā)出存放指令后送至主輸送帶。主輸送機(jī)將配備用于貨物檢測(cè)的檢測(cè)傳感器。PLC接收到信號(hào)后，對(duì)傳感器發(fā)送的信號(hào)進(jìn)行處理，輸出相應(yīng)的信號(hào)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。下發(fā)入庫(kù)單、出庫(kù)單時(shí)，入庫(kù)流程如2-2所示。倉(cāng)庫(kù)放行機(jī)械手可通過輸送帶將貨物提、分或送至倉(cāng)庫(kù)。圖2-2倉(cāng)庫(kù)堆垛機(jī)控制系統(tǒng)的總體流程2.4.3編程規(guī)范S7-200的PLC使用STEP7Microwinv4.0編程軟件創(chuàng)建滿足自動(dòng)編解碼器監(jiān)控系統(tǒng)要求的梯形圖程序。2.4.4系統(tǒng)演示利用西門子組態(tài)軟件里的Wincc將畫面組態(tài)好，上位機(jī)Wincc的數(shù)據(jù)需要通過PLC來進(jìn)行交換，以使得自動(dòng)倉(cāng)庫(kù)的控制系統(tǒng)，在工作運(yùn)行的時(shí)候能夠?qū)崿F(xiàn)運(yùn)行模擬、監(jiān)控跟報(bào)警等等功能，方便實(shí)驗(yàn)。第三章倉(cāng)庫(kù)堆垛機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)第三章倉(cāng)庫(kù)堆垛機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.1PLC選型本設(shè)計(jì)倉(cāng)庫(kù)堆垛機(jī)控制系統(tǒng)主要采用西門子S7-200PLC可編程控制器，與常規(guī)的控制器相比，其具有操作簡(jiǎn)單、編程容易、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在整個(gè)運(yùn)行中，能夠達(dá)到自動(dòng)化的要求，同時(shí)與上位機(jī)進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)貨物的出、入庫(kù)控制過程。3.1.1西門子S7-200PLC簡(jiǎn)介西門子S7-200可編程控制器可以控制不同的設(shè)備和可編程邏輯控制器，以滿足自動(dòng)化控制的需要。西門子S7-200PLC用戶程序包括其它智能模塊通訊、復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器和位邏輯指令，使PLC能夠監(jiān)控輸入情況，如果出現(xiàn)問題，為了滿足控制需要，輸出狀態(tài)發(fā)生變化。與其他控制器相比，S7-200具有配置靈活、指令集強(qiáng)大、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)。微型PLC集成了微處理器、集成電源和數(shù)字I/O點(diǎn)，功能齊全。用戶下載應(yīng)用程序后，需要保留邏輯，以便更好地監(jiān)控應(yīng)用程序的輸入和輸入。圖3-1S7-200的中央處理單元西門子可以提供許多不同的CPU來匹配不同的應(yīng)用。具有不同特性的CPU如表3-1所示。表3-1S7-200系列PLC的技術(shù)指標(biāo)3.1.2西門子S7-200PLC工作原理一般輸入采樣、程序執(zhí)行以及輸出刷新這三個(gè)是PLC運(yùn)作的主要核心階段。圖3-2PLC工作過程（1）輸入采樣階段PLC是一種掃描操作的方法。它讀取整個(gè)信號(hào)并將其寫入輸入圖像區(qū)域以存儲(chǔ)，也被稱為采樣過程。在操作過程中，不會(huì)影響采樣結(jié)果的內(nèi)容。如果程序指令由PLC執(zhí)行，則可以調(diào)用先前的采樣結(jié)果。（2）程序執(zhí)行階段PLC從左到右、從上到下掃描每條指令，分別計(jì)算輸出圖像區(qū)和輸入圖像區(qū)之間所需的數(shù)據(jù)，然后將程序執(zhí)行結(jié)果讀寫到輸出圖像區(qū)，并記錄執(zhí)行結(jié)果。當(dāng)程序執(zhí)行時(shí)，這個(gè)結(jié)果可能會(huì)改變，但在執(zhí)行期間它不會(huì)到達(dá)輸出端口。（3）輸出刷新階段在驅(qū)動(dòng)用戶設(shè)備之前，必須等待用戶執(zhí)行所有程序，然后將存儲(chǔ)在輸出圖像區(qū)域中的內(nèi)容傳輸?shù)骄燧敵鰻顟B(tài)的輸出鎖存器。完成這些步驟后，設(shè)備將開始運(yùn)行。PLC掃描周期是指每次重復(fù)上述三個(gè)階段的時(shí)間。在工作時(shí)間內(nèi)，PLC的輸出刷新和輸入采樣時(shí)間以毫秒為單位，程序執(zhí)行的響應(yīng)時(shí)間受程序長(zhǎng)度的影響。實(shí)際CPU模塊的運(yùn)行速度會(huì)影響PLC的掃描周期，兩者之間的差異也很大。PLC正式運(yùn)行后，將重復(fù)上述三個(gè)階段，即循環(huán)掃描操作過程。在這一過程中，輸入輸出采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新是PLC操作的核心特征。這不僅提高了PLC的運(yùn)行速度，而且避免了接觸器和繼電器控制系統(tǒng)的混亂和觸電的競(jìng)爭(zhēng)。這也是PLC系統(tǒng)快速可靠響應(yīng)的原因。但是，它也會(huì)導(dǎo)致輸出和輸入之間的時(shí)間延遲。3.2電機(jī)選型堆垛機(jī)在運(yùn)行的過程中會(huì)受到阻力，根據(jù)物理學(xué)受力分析，主要有堆垛機(jī)自身的質(zhì)量，額定起重等，根據(jù)相關(guān)公式，可以查出，其阻力為：式中，F(xiàn)f表示運(yùn)行阻力，G0表示堆垛機(jī)自身的質(zhì)量，Gn表示堆垛機(jī)額定起重，D表示堆垛機(jī)車輪直徑，K表示滾動(dòng)摩擦系數(shù)，U表示軸承系數(shù)，d軸承內(nèi)徑，表示摩擦系數(shù)。根據(jù)實(shí)際堆垛機(jī)的型號(hào)，可以計(jì)算出Ff=1683.8N假設(shè)堆垛機(jī)運(yùn)行速度為120m/min，則可以計(jì)算出電機(jī)功率P=5.1KW。根據(jù)電機(jī)型號(hào)參數(shù)，調(diào)速電機(jī)選擇DRS132S4型號(hào)的電機(jī)，額定功率為5.5kw，輸出扭矩為1445N.m。同理，升降電機(jī)選擇11kw型號(hào)，貨叉電機(jī)選擇0.75kw型號(hào)。3.3傳感器選型倉(cāng)庫(kù)堆垛機(jī)控制系統(tǒng)需要知道貨物是儲(chǔ)存在貨架上還是儲(chǔ)存在貨架上。避免誤操作和損壞機(jī)器。在倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè)中，當(dāng)堆垛機(jī)到達(dá)目標(biāo)位置時(shí)，首先檢測(cè)倉(cāng)庫(kù)位置是否有包裹，如果沒有包裹，則進(jìn)行分岔作業(yè)，否則發(fā)出停止堆垛機(jī)作業(yè)的信號(hào)；當(dāng)堆垛機(jī)離開時(shí)倉(cāng)庫(kù)檢測(cè)到貨位中沒有包裹，防止堆垛機(jī)在相應(yīng)位置移動(dòng)的信號(hào)。在本文中，反射式光電傳感器用于檢測(cè)包裹的具體位置。反射式光電傳感器是一種光電傳感器。反射板設(shè)置在發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的前面，位于相同裝置內(nèi)。光電傳感器使用反射原理來完成光電控制功能。它可以用來檢測(cè)地面亮度和顏色的變化，以及地面物體的變化。第四章倉(cāng)庫(kù)堆垛機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)涉及軟件4.1.1STEP7MicroWINV4.0編程軟件西門子可用于SIMATICS7-200和Windows。通過STEP7-micro/Win32軟件來創(chuàng)建?？梢詫€(gè)人計(jì)算機(jī)用作圖形處理器。在離線狀態(tài)下，您可以啟用自定義程序并實(shí)時(shí)監(jiān)視用戶定義的程序執(zhí)行。這是STEP7-micro/Win32軟件的功能。STEP7-micro/Win32編程軟件的主界面，從主菜單工具欄的導(dǎo)航欄命令樹、用戶窗口、主窗口、狀態(tài)欄。除了菜單欄之外，用戶還可以根據(jù)自己習(xí)慣的窗口菜單和視圖菜單調(diào)整其他窗口的選擇和樣式設(shè)置。圖4-1編程軟件主畫面4.1.2OPC服務(wù)器（1）產(chǎn)生背景在OPC出現(xiàn)之前，硬件驅(qū)動(dòng)程序與硬件驅(qū)動(dòng)程序所連接的應(yīng)用程序之間的接口沒有單一標(biāo)準(zhǔn)。例如，在生產(chǎn)自動(dòng)化中，諸如可編程邏輯控制器（PLC）和SCADA/HMI軟件之類的控制設(shè)備需要不同配置的生產(chǎn)自動(dòng)化系統(tǒng)。根據(jù)調(diào)查結(jié)果，在為管理系統(tǒng)開發(fā)軟件的成本中，各種機(jī)器的應(yīng)用開發(fā)成本是70％，機(jī)器設(shè)備接口的開發(fā)是30％。在過程自動(dòng)化（PA）領(lǐng)域，如果需要將分布式控制系統(tǒng)（DCS）的所有過程轉(zhuǎn)換為生產(chǎn)管理系統(tǒng)，則它們必須與每個(gè)供應(yīng)商的模型相對(duì)應(yīng)。開發(fā)自定義界面，例如動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換（DDE）服務(wù)器，由使用動(dòng)態(tài)鏈接C（DLL）或文件傳輸協(xié)議（FTP）的應(yīng)用程序鏈接。例如，當(dāng)使用四個(gè)控制設(shè)備和監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)，需要花費(fèi)大量的時(shí)間來為相應(yīng)的設(shè)備A、B、C和D開發(fā)監(jiān)控，并將趨勢(shì)圖和三個(gè)應(yīng)用程序的報(bào)告連接到它們上。趨勢(shì)圖和表格共有12個(gè)應(yīng)用程序接口軟件驅(qū)動(dòng)程序。同時(shí)，系統(tǒng)中各種驅(qū)動(dòng)因素的共存，使得環(huán)境的穩(wěn)定性和可靠性更加難以維護(hù)。OPC的目的是標(biāo)準(zhǔn)化不同制造商的設(shè)備和應(yīng)用程序之間的軟件接口，并簡(jiǎn)化它們之間的信息交換。其目的是向用戶提供可以獨(dú)立于特定開發(fā)語言和環(huán)境進(jìn)行編譯和使用的過程控制軟件組件。OPC系統(tǒng)由提供數(shù)據(jù)收集服務(wù)的OPC服務(wù)器、OPC接口以及根據(jù)應(yīng)用程序需求（客戶端應(yīng)用程序）接收OPC應(yīng)用程序的服務(wù)組成。OPC服務(wù)器是根據(jù)每個(gè)制造商的硬件開發(fā)的。可以通過吸收來自不同制造商的設(shè)備和系統(tǒng)之間的差異來實(shí)現(xiàn)與硬件無關(guān)的系統(tǒng)配置。同時(shí)，使用稱為選項(xiàng)的數(shù)據(jù)類型允許您根據(jù)應(yīng)用程序的要求提供數(shù)據(jù)類型，而不依賴于硬件數(shù)據(jù)類型。（2）應(yīng)用領(lǐng)域1）工控解決方案用戶2）樓控解決方案用戶3）工控解決方案廠商4）樓控解決方案廠商5）工控解決方案集成商6）樓控解決方案集成商7）AllAutomationFields如圖4-2所示為OPC的現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)用模式：圖4-2現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)用模式4.1.3以太網(wǎng)處理器的設(shè)置（1）配置PC站的硬件機(jī)架需要的軟件：1)SIMATICNCMPCV5.4SP1；2)MicroWINV4.0編程軟件。在安裝了SIMATICNET軟件（SIMATICNCMPCV5.4SP1）之后，點(diǎn)擊“StationConfiguration”，，彈出如圖4-3所示對(duì)話框。選擇插槽1，右鍵單擊以選擇“Add”。依次為槽內(nèi)添加OPSever和IEGeneral，添加“IEGeneral”完畢，彈出相應(yīng)對(duì)話欄，對(duì)話欄顯示MAC地址，和IP地址，此IP地址是PC的IP地址，如圖4-4所示，點(diǎn)擊OK并在“StationName”處單擊鼠標(biāo)，為此工作站點(diǎn)修改名字為“LZ”，如圖4-5所示。圖4-3PC站點(diǎn)的工作畫面圖4-4PC站點(diǎn)的IE組件添加圖4-5PC站點(diǎn)的名字更改（2）以太網(wǎng)模塊向?qū)У脑O(shè)置雙擊“Step7Microwinv4.0”打開編程軟件，在編程窗口的菜單欄中查找“工具”，在下拉菜單中查找“以太網(wǎng)向?qū)А保▍⒁妶D4-6）。選擇驅(qū)動(dòng)器位置后，配置控制器IP地址，如圖4-7所示。指定命令和字節(jié)鏈接的數(shù)量。如果要為此目的配置連接請(qǐng)求，請(qǐng)接受全部或?yàn)榇藙?chuàng)建唯一的IP連接請(qǐng)求，并將遠(yuǎn)程屬性TSAP設(shè)置為“10.11”，這需要配置CRC安全性，最后，數(shù)據(jù)塊允許驅(qū)動(dòng)程序調(diào)整CRC安全性，以便完成驅(qū)動(dòng)程序安裝。可以找到此驅(qū)動(dòng)程序子程序并將其添加到編程窗口，如圖4-8所示。圖4-6配置以太網(wǎng)向?qū)D4-7以太網(wǎng)向?qū)P的配置圖4-8添加以太網(wǎng)向?qū)ё映绦?.1.4STEP7與OPC硬件組態(tài)Wincc與S7-200PLC通訊的手段是利用OPC服務(wù)，而OPC站點(diǎn)的設(shè)置是建立在“STEP7”軟件的硬件設(shè)置里，或者說“STEP7”起到建立OPC服務(wù)，使得Wincc上位機(jī)與PLC通訊的“橋梁”。雙擊桌面名為“STEP7”的編程軟件，創(chuàng)建一個(gè)新文件。在編程軟件的空白部分的左半部，右鍵單擊鼠標(biāo)，單擊彈出列表中的“插入新對(duì)象”，并在擴(kuò)展欄中選擇“SIMAICPC站”。為這個(gè)項(xiàng)目添加一個(gè)PC站點(diǎn)，如圖4-9所示。圖4-9添加PC站點(diǎn)添加完成后，在“MPI(1)”的右側(cè)窗口的空白區(qū)域添加“PCStation”。右鍵單擊鼠標(biāo)并重命名。當(dāng)PC站的硬件架設(shè)在前面時(shí)，名稱是“LZ”。雙擊進(jìn)入名稱已更改的PC站，輸入PC站的硬件配置接口“硬件配置”。接著，在PC站的時(shí)隙中插入“OPCServer”和“IEGeneral”。，與前面的PC站的硬件架結(jié)構(gòu)相同，插入一般IE后，彈出“屬性”對(duì)話框。要執(zhí)行此操作，將建立新的以太網(wǎng)連接，并設(shè)置IP地址(這個(gè)IP地址與網(wǎng)絡(luò)鄰居的IP地址相同)，如圖4-10所示。硬件配置完成后，單擊“”圖標(biāo)進(jìn)行編譯。編譯完成后，單擊“”圖標(biāo)下載硬件配置。下載完成后，單擊配置網(wǎng)絡(luò)按鈕。單擊“opcserver”以右鍵單擊鼠標(biāo)或“insert>newconnection”插入新連接，并在連接表的第一行插入新連接。此后，彈出“插入新連接”對(duì)話框，單擊“確定”完成連接。如4-11圖與4-12圖所示。圖4-10網(wǎng)絡(luò)硬件組態(tài)圖4-11添加鏈接圖4-12添加好的連接4.2系統(tǒng)主流程圖具體工作過程如圖4-13、4-14所示：首先由機(jī)械手將貨物抓取至主傳送帶上，然后隨著傳動(dòng)帶進(jìn)行搬運(yùn)，待達(dá)到指定區(qū)域后，由堆垛機(jī)進(jìn)行抓取，并放置于立體倉(cāng)庫(kù)中，最后再由機(jī)械手將獲取從立體倉(cāng)庫(kù)中取出，經(jīng)由傳送帶送出。圖4-13倉(cāng)庫(kù)堆垛機(jī)控制系統(tǒng)總體工作流程圖4-14倉(cāng)庫(kù)堆垛機(jī)控制系統(tǒng)工作流程4.3控制系統(tǒng)子程序4.3.1入庫(kù)作業(yè)流程在堆垛機(jī)開始執(zhí)行倉(cāng)儲(chǔ)操作之前，它首先讀取倉(cāng)庫(kù)上的貨物信息。主機(jī)收到目標(biāo)地址后，將入庫(kù)指令發(fā)送到堆垛機(jī)，堆垛機(jī)開始工作。堆垛機(jī)先到儲(chǔ)物臺(tái)取貨，然后開到儲(chǔ)物單元的目的地，準(zhǔn)確定位，直到堆垛機(jī)停止水平運(yùn)行并提升。調(diào)用放置動(dòng)作模塊，展開叉子，完成放置貨物的過程，判斷叉子的位置。正常到貨在入庫(kù)過程中完成，無預(yù)警。倉(cāng)庫(kù)堆垛機(jī)流程圖如圖4-15所示。圖4-15倉(cāng)庫(kù)堆垛機(jī)控制系統(tǒng)入庫(kù)流程圖4.3.2出庫(kù)作業(yè)流程堆垛機(jī)出庫(kù)操作流程如圖4-16所示。圖4-16倉(cāng)庫(kù)堆垛機(jī)控制系統(tǒng)出庫(kù)流程圖第五章倉(cāng)庫(kù)堆垛機(jī)控制系統(tǒng)的組態(tài)設(shè)計(jì)5.1組態(tài)軟件通過PC實(shí)現(xiàn)上部計(jì)算機(jī)顯示畫面、Wincc和PLC數(shù)據(jù)相互作用、操作的現(xiàn)場(chǎng)控制。在圖5-1和5-2中示出了組態(tài)軟件模擬界面。圖5-1上位機(jī)物流控制過程畫面圖5-2立體倉(cāng)庫(kù)畫面5.2組態(tài)設(shè)計(jì)在STEP7Micro/Winv4.0軟件進(jìn)行編程，在傳統(tǒng)的繼電器控制電路中，梯子圖的編程，便于理解程序，采用了結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)。主要功能包括手動(dòng)子程序、自動(dòng)子程序、以太網(wǎng)子程序、整體輸出子程序等，最后子程序被主程序調(diào)用。這樣的結(jié)構(gòu)很明確，調(diào)試變得容易。具體的步驟如下所示。圖5-3主程序調(diào)用子程序SM0.0是在PLC接通電源之后，終端輸出SM0.0的通常開/通常關(guān)閉的接點(diǎn)，并調(diào)用手動(dòng)子程序，如圖5-3所示，在關(guān)閉/打開的狀態(tài)下，SM0.0是始終具有特征的特殊寄存器。集中于輸出子程序，容易調(diào)試和監(jiān)視。為了避免錯(cuò)誤輸出，SM0.1被稱作程序開始時(shí)的特殊寄存器。并且，PLC被接通電源之后，通過一次被掃描的特別的寄存器被賦予特征，為了復(fù)位每個(gè)電源之后的所有位存儲(chǔ)域。圖5-4手動(dòng)子程序1圖5-4是手動(dòng)子例程的開始。由于信息記錄端口I0.2的使能設(shè)定了所設(shè)定的存儲(chǔ)區(qū)域的M0.0，T33可以延遲時(shí)間，在設(shè)定位置達(dá)到M30.0，目的是發(fā)出警報(bào)。這意味著貨物檢查后會(huì)打開主輸送帶，主傳送帶未打開時(shí)，會(huì)報(bào)警。圖5-5手動(dòng)子程序2圖5-5示手動(dòng)子程序連接。當(dāng)打開傳送帶開放端口I0.4時(shí)，使能M0.0位存儲(chǔ)器區(qū)域并重置M0.0位，時(shí)間關(guān)閉延遲，“沒有打開主傳送帶”警告消息不會(huì)被觸發(fā)。當(dāng)主傳送帶打開時(shí)，T34時(shí)間繼電器會(huì)推遲，然后開啟1號(hào)貨運(yùn)機(jī)器人。圖5-6手動(dòng)子程序3如圖5-6所示，手動(dòng)子程序繼續(xù)連接。當(dāng)主輸送器觸發(fā)T34時(shí)間繼電結(jié)束時(shí)，M0.2位存儲(chǔ)區(qū)域?qū)⒂?，并啟?dòng)1號(hào)取貨機(jī)器人。取回時(shí)間取決于T35時(shí)間繼電器的設(shè)置時(shí)間。圖5-7手動(dòng)子程序4如圖5-7所示，手動(dòng)子程序連接。在從2號(hào)到堆垛機(jī)的輸送端口I0.2啟用后，啟動(dòng)輸送器，觸發(fā)2號(hào)取貨機(jī)器人的延遲繼電器T37。T37被計(jì)時(shí)為允許延遲處理的機(jī)器人。圖5-8手動(dòng)子程序5如圖5-8所示，手動(dòng)子程序連接。當(dāng)主傳送帶打開時(shí)，T37小時(shí)繼電器延遲。延遲后延遲T38時(shí)間繼電器，T38時(shí)間繼電器在延遲后關(guān)閉機(jī)器人。圖5-9手動(dòng)子程序6如圖5-9所示，手動(dòng)子程序連接。1號(hào)接收產(chǎn)品的主輸送帶上的傳感器，檢測(cè)貨物并分析，根據(jù)貨物的容積和材質(zhì)向PLC發(fā)送信息，PLC發(fā)送驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)的執(zhí)行器動(dòng)作的指令，然后，貨物進(jìn)入緩存?zhèn)}。當(dāng)執(zhí)行器起作用以減少誤差時(shí)，停止傳送帶運(yùn)動(dòng)。圖5-10手動(dòng)子程序7如圖5-10所示，手動(dòng)子程序續(xù)接。貨物通過主輸送帶，在不同的傳感器檢測(cè)下運(yùn)行相應(yīng)的行動(dòng)，實(shí)現(xiàn)貨物控制。圖5-11輸出子程序1如圖5-11所示，輸出子程序的開始。緊急停止按鈕端口I0.1啟用后，警報(bào)燈點(diǎn)亮。為了防止錯(cuò)誤操作，請(qǐng)重置所有位存儲(chǔ)區(qū)域。極限開關(guān)是防止瓶式傳送帶的貨物超過界限。當(dāng)物品超過極限位置時(shí)，限度開關(guān)端口I1.0啟動(dòng)，重置皮帶輸出及機(jī)器