立體倉(cāng)庫(kù)的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

立體倉(cāng)庫(kù)的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),立體倉(cāng)庫(kù)的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),立體倉(cāng)庫(kù),plc,控制系統(tǒng),設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)中文摘要 立體倉(cāng)庫(kù)的 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘 要：隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的應(yīng)用越來越廣泛。利用 立體倉(cāng)庫(kù)設(shè)備可實(shí)現(xiàn)倉(cāng)庫(kù)高層合理化，存取自動(dòng)化，操作簡(jiǎn)便化。自動(dòng)化立體 倉(cāng)庫(kù)的主體由貨架、巷道式堆垛起重機(jī)、入(出)庫(kù)工作臺(tái)和自動(dòng)運(yùn)進(jìn)(出)及操作 控制系統(tǒng)組成。本課題的電氣控制主要由西門子公司的 PLC、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、直流電動(dòng)機(jī)等器件組成。 本文首先對(duì)本課題進(jìn)行簡(jiǎn)要的介紹，包括背景，研究意義，現(xiàn)狀等；其 次對(duì)該系統(tǒng)的硬件組成、結(jié)構(gòu)、原理進(jìn)行了闡述和分析；再次對(duì)本系統(tǒng)用到的 器件進(jìn)行分別介紹，重點(diǎn)對(duì) PLC 程序進(jìn)行了編寫；最后對(duì)設(shè)計(jì)本課題所學(xué)到的 知識(shí)和結(jié)論進(jìn)行歸納和總結(jié)。 關(guān)鍵詞：立體倉(cāng)庫(kù)；電氣控制；PLC 畢業(yè)設(shè)計(jì)外文摘要 Design of Warehouse Electrical Control System Abstract: With the development of national economy of our country, The application of automated warehouse will become more widely. The main body of the automated warehouse is made up of shelves, staking cranes roadway, worktable and operation control system. Electrical control of the subject mainly by Siemens PLC, stepper motor drive power modules and other devices. Firstly, Its a brief introduction of the system, including background, significance, status, etc. secondly, The hardware components of the system, structure, principle are described and analyzed. Thirdly, the devices of this system are introduced, focusing on the PLCthe software is written. Finally, summarize the knowledge about this paper. Keywords: Warehouse；Electrical Control；PLC； 目 錄 1. 緒論 .1 1.1 本課題研究背景與現(xiàn)狀 .1 1.2 本課題研究發(fā)展趨勢(shì) .2 1.3 本課題設(shè)計(jì)內(nèi)容 .2 1.4 可編程控制器（PLC）簡(jiǎn)介 .2 2. 系統(tǒng)控制方案 .4 2.1 立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)的功能 .4 2.2 采用 PLC 控制立體倉(cāng)庫(kù)的優(yōu)點(diǎn) .4 3. 系統(tǒng)的硬件配置 .5 3.1 立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)控制 .5 3.2 電氣原理圖的設(shè)計(jì) .5 3.3 立體倉(cāng)庫(kù)電氣硬件的介紹與選擇 .6 3.4 PLC 輸入輸出分配 .12 4. 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) .14 4.1 系統(tǒng)流程圖 .14 4.2 系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì) .16 5. 程序的仿真與調(diào)試 .32 5.1 程序的仿真 .32 5.2 程序的調(diào)試 .34 總 結(jié) .37 致 謝 .38 參考文獻(xiàn) .39 第 1 頁 共 40 頁 1. 緒論 1.1 本課題研究背景與現(xiàn)狀 由于世界經(jīng)濟(jì)、現(xiàn)代科技的快速發(fā)展，物流產(chǎn)業(yè)成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的新興的 一個(gè)服務(wù)部門。在國(guó)際上，物流產(chǎn)業(yè)成為了國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的動(dòng)脈，其發(fā)展的程 度成為一個(gè)國(guó)家的現(xiàn)代化程度以及綜合鍋里的重要標(biāo)志之一。在我們國(guó)家，由 于市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的不斷深入，單純依賴商流而賺取利潤(rùn)的機(jī)會(huì)將會(huì)變少。因此，企 業(yè)需要將目標(biāo)轉(zhuǎn)向物流。 在 20 世紀(jì)六、七十年代，一些發(fā)達(dá)國(guó)家都開始重視倉(cāng)儲(chǔ)管理。 立體倉(cāng)庫(kù)一般是指采用幾層、十幾、幾十層的貨架儲(chǔ)存單元貨物，用相應(yīng) 的物料搬運(yùn)設(shè)備進(jìn)行貨物的出、入庫(kù)操作。因?yàn)檫@類倉(cāng)庫(kù)能充分的利用空間存 儲(chǔ)貨物，所以將它稱為立體倉(cāng)庫(kù)。 1 我國(guó)立體倉(cāng)庫(kù)與物料搬運(yùn)的研究也并不是很晚，1973 年開始研究立體倉(cāng)庫(kù)， 1980 年就有立體倉(cāng)庫(kù)應(yīng)用于實(shí)踐。 自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)有很高的空間利用率、很強(qiáng)的入出庫(kù)能力、采用計(jì)算機(jī)進(jìn) 行控制管理而利于企業(yè)實(shí)施現(xiàn)代化管理等特點(diǎn)，已經(jīng)成為了企業(yè)物流和生產(chǎn)管 理不可缺少的倉(cāng)儲(chǔ)技術(shù)。 自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的主要優(yōu)點(diǎn)如下：(1)倉(cāng)庫(kù)作業(yè)實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化。(2)采 用高層貨架、立體儲(chǔ)存，能有效地利用空間，減少占地面積，降低土地購(gòu)置費(fèi) 用。(3) 采用托盤或貨箱儲(chǔ)存貨物，貨物的破損率顯著降低。(4)貨位集中，便于 控制與管理，特別是使用電子計(jì)算機(jī)，不但能夠?qū)崿F(xiàn)作業(yè)過程的自動(dòng)控制，而 且能夠進(jìn)行信息處理。 本論文主要是基于 PLC 所設(shè)計(jì)的立體倉(cāng)庫(kù)電氣控制系統(tǒng)。下面簡(jiǎn)單闡述 PLC 的發(fā)展背景。 1968 年美國(guó)最大的汽車制造商通用汽車公司為了適應(yīng)汽車型號(hào)不斷更新， 提出把計(jì)算機(jī)的完備功能、靈活性、通用性好等優(yōu)點(diǎn)和繼電器-接觸器控制系統(tǒng) 的簡(jiǎn)單易懂、操作方便、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合到一起，做成了一種能適應(yīng)工業(yè)環(huán) 境的通用控制裝置，并把其編程方法及程序輸入方法簡(jiǎn)化，使不熟悉計(jì)算機(jī)的 人員也能夠快速掌握其使用技術(shù)。 根據(jù)這一設(shè)想，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司于 1969 年率先研制出第一臺(tái)可編程控制 器(簡(jiǎn)稱 PLC)，并在通用汽車公司的自動(dòng)裝配線上試用獲得成功。 由于 PLC 的可靠性高，操作簡(jiǎn)單，可以大大減少設(shè)備的維修和停產(chǎn)所造成 的經(jīng)濟(jì)損失。當(dāng)前 PLC 已經(jīng)成為了電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛的核心 控制裝置。 1985 年國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）對(duì) PLC 的定義如下：“可編程控制器是一 第 2 頁 共 40 頁 種進(jìn)行數(shù)字運(yùn)算的電子系統(tǒng)，是專為在工業(yè)環(huán)境下的應(yīng)用而設(shè)計(jì)的工業(yè)控制器， 它采用了可以編程的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定 時(shí)、計(jì)算和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字或模擬式的輸入和輸出，控制 各種類型機(jī)械的生產(chǎn)過程。 ”2 因此，進(jìn)行立體倉(cāng)庫(kù)的 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，可以推動(dòng)機(jī)械手行業(yè)的發(fā)展， 擴(kuò)大 PLC 在自動(dòng)控制領(lǐng)域的應(yīng)用，具有一定的經(jīng)濟(jì)和理論研究的價(jià)值。 1.2 本課題研究發(fā)展趨勢(shì) 由于自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的廣泛應(yīng)用、計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，使得立 體倉(cāng)庫(kù)的發(fā)展十分迅速，其發(fā)展的趨勢(shì)主要有 3 點(diǎn)： 1. 立體倉(cāng)庫(kù)向柔性化發(fā)展。隨著柔性化的普及，自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的儲(chǔ)運(yùn)作 業(yè)也將向柔性化發(fā)展。國(guó)外已經(jīng)開始出現(xiàn)一批可拆卸的和移動(dòng)式的倉(cāng)庫(kù)結(jié)構(gòu)。 2. 立體倉(cāng)庫(kù)作業(yè)管理自動(dòng)化水平逐步提高。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)確的品種及數(shù)量的貨物。 3. 立體倉(cāng)庫(kù)中智能技術(shù)將會(huì)取得應(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-智能化方向發(fā)展。 1.3 本課題設(shè)計(jì)內(nèi)容 自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的主體由貨架、巷道式堆垛起重機(jī)、入(出)庫(kù)工作臺(tái)和自 動(dòng)運(yùn)進(jìn)( 出) 及操作控制系統(tǒng)組成。堆垛機(jī)是立體倉(cāng)庫(kù)的關(guān)鍵部件，負(fù)責(zé)全部貨 物的入庫(kù)承運(yùn)作業(yè)，可實(shí)現(xiàn)三個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)。 該系統(tǒng)通過傳感器采集信號(hào)，PLC 控制程序，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)和直流 電機(jī)較復(fù)雜的速度與位置控制規(guī)模。 在入庫(kù)作業(yè)時(shí)，當(dāng)檢測(cè)傳感器檢測(cè)到零位平臺(tái)上有貨物，那么起動(dòng)機(jī)械手， 將零位平臺(tái)上的貨物放到指定的庫(kù)位上。 在出庫(kù)操作時(shí)，啟動(dòng)機(jī)械手，到達(dá)指定庫(kù)位，將指定庫(kù)位上的貨物取出放 到零位平臺(tái)。機(jī)械手在執(zhí)行每次的去放任務(wù)，都會(huì)自動(dòng)回到零位，等待下一條 指令。 論文中機(jī)械手可以進(jìn)行三個(gè)維度的變化，就是可以進(jìn)行前進(jìn)、后退，上、 下，左、右的變化。為了系統(tǒng)的安全，在各個(gè)限位處都裝有超限位保護(hù)開關(guān)， 每個(gè)庫(kù)位都有檢測(cè)裝置，判斷庫(kù)位是否已有貨物，禁止雙重入庫(kù)和空的取操作。 1.4 可編程控制器（PLC）簡(jiǎn)介 1.4.1 可編程控制器（PLC）的基本結(jié)構(gòu) 第 3 頁 共 40 頁 可編程控制器的基本結(jié)構(gòu)由輸入/輸出模塊、中央處理單元、電源部件和編 程器等組成。PLC 與計(jì)算機(jī)的基本組成一致，它實(shí)際上就是一種工業(yè)控制計(jì)算 器。 （1） 輸入/輸出模塊 在 PLC 中，CPU 是通過輸入/ 輸出模塊與外 界連接的。輸入模塊用于將控制現(xiàn)場(chǎng)輸入信號(hào)變換成 CPU 能接收的信號(hào)，并對(duì) 其進(jìn)行濾波、電平轉(zhuǎn)換、隔離和放大等；輸出模塊用于將 CPU 的決策輸出信號(hào) 變換成驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制信號(hào)，并對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行功率放大、隔離 PLC 內(nèi)部和外部執(zhí)行元件等。 （2） 中央處理單元 中央處理器單元包括微處理器、系統(tǒng)程序存儲(chǔ) 器和用戶程序存儲(chǔ)器。微處理器 CPU 是 PLC 的核心部件。 （3） 電源部件 電源部件是把交流電轉(zhuǎn)換成直流電源的裝置，它向 PLC 提供所需的高質(zhì)量直流電源。 2 基本結(jié)構(gòu)如下圖所示： 圖 1.1 PLC 的基本結(jié)構(gòu) 1.4.2 可編程控制器（PLC）的特點(diǎn) (1)可靠性高，抗干擾強(qiáng)。 （2） 功能強(qiáng)大，性價(jià)比高。 （3） 編程簡(jiǎn)易，現(xiàn)場(chǎng)可修改。 （4） 配套齊全，使用方便。 （5） 壽命長(zhǎng)，體積小，能耗低。 （6） 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試、維修工作量少，維修方便。 .2 第 4 頁 共 40 頁 2. 系統(tǒng)控制方案 2.1 立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)的功能 系統(tǒng)采用滾珠絲杠、滑杠以及普通絲杠作為主要傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、點(diǎn)擊采用步進(jìn) 電機(jī)和直流電機(jī)，其關(guān)鍵部分是機(jī)械手，它由水平移動(dòng)、垂直移動(dòng)、貨臺(tái)機(jī)構(gòu) 三部分組成，其水平和垂直移動(dòng)分別用兩臺(tái)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠來完成，伸 叉機(jī)構(gòu)由一臺(tái)直流電機(jī)來控制。當(dāng)堆垛機(jī)平臺(tái)移動(dòng)到貨架的指定位置時(shí)，直流 電機(jī)驅(qū)動(dòng)貨臺(tái)向前伸出可將貨物取出或者送入，當(dāng)取到貨物貨已送入，則貨臺(tái) 向后縮回。 在此設(shè)計(jì)的立體倉(cāng)庫(kù)需要滿足一下功能： 1、機(jī)械手要有三個(gè)自由度，即：前進(jìn)、后退；上、下；左、右； 2、機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)； 3、機(jī)械手前進(jìn)（或后退）運(yùn)動(dòng)和上（或下）運(yùn)動(dòng)可同時(shí)進(jìn)行； 4、機(jī)械手前進(jìn)、后退和上、下運(yùn)動(dòng)時(shí)必須有超限位保護(hù)； 5、每個(gè)庫(kù)位必須有檢測(cè)裝置（微動(dòng)開關(guān)） 。 6、當(dāng)按完庫(kù)位號(hào)后，沒按入或沒取前，可以按手動(dòng)取消該操作。 2.2 采用 PLC 控制立體倉(cāng)庫(kù)的優(yōu)點(diǎn) PLC 的應(yīng)用非常廣泛，例如：電梯控制、防盜系統(tǒng)的控制、交通分流信號(hào) 燈控制、樓宇供水自動(dòng)控制、噴水池自動(dòng)控制、消防系統(tǒng)自動(dòng)控、供電系統(tǒng)自 動(dòng)控制及各種生產(chǎn)流水線的自動(dòng)控制等。 按 PLC 編程功能可分為 4 大類：開關(guān)量順序控制、通信功能、模擬量控制、 運(yùn)動(dòng)控制。 PLC 的應(yīng)用大大提高了控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、適用性、并且降低了系統(tǒng)成本。 其控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單，更改容易，施工周期短；系統(tǒng)維護(hù)容易。 自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)，少不了自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)，只有使用強(qiáng)大的倉(cāng)庫(kù)管理 系統(tǒng)才能使得倉(cāng)庫(kù)管理和業(yè)務(wù)流程上一個(gè)臺(tái)階，才能將先進(jìn)的硬件設(shè)備發(fā)揮作 用、產(chǎn)生效益，針對(duì)這一倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)，我選擇了 PLC。選擇 PLC 是因?yàn)樗?穩(wěn)定性比單純的使用單片機(jī)要穩(wěn)定的多，所能實(shí)現(xiàn)的功能也強(qiáng)大的多。 總的來看，基于 PLC 的自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)可以總結(jié)為如下幾點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：低成本、 范圍廣、高速、便捷、永遠(yuǎn)在線、結(jié)構(gòu)靈活、數(shù)字化等。 第 5 頁 共 40 頁 3. 系統(tǒng)的硬件配置 3.1 立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)控制 立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)的控制圖如下圖 3.1 所示。構(gòu)成 PLC 控制系統(tǒng)的主要電氣硬 件有控制立體倉(cāng)庫(kù)的 Z 軸的直流電動(dòng)機(jī)，控制 XY 軸的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)以及供給系 統(tǒng)能源的直流開關(guān)電源，還有各種傳感器，如系統(tǒng)中采用的反射式和對(duì)射式傳 感器以及微動(dòng)開關(guān)（用來完成貨物的檢測(cè)以及限位保護(hù)）。 圖 3.1 立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)控制框圖 3.2 電氣原理圖的設(shè)計(jì) 根據(jù)以上的控制要求，得到如下電氣原理圖： 第 6 頁 共 40 頁 圖 3.2 PLC 外部接線圖 3.3 立體倉(cāng)庫(kù)電氣硬件的介紹與選擇 3.3.1 可編程控制器（PLC） 在 PLC 系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)確定控制方案，下一步工作就是 PLC 工程設(shè) 計(jì)選型。工藝流程的特點(diǎn)和應(yīng)用要求是設(shè)計(jì)選型的主要依據(jù)。所以，權(quán)衡利弊、 合理地選擇機(jī)型才能達(dá)到經(jīng)濟(jì)實(shí)用的目的。因此，工程設(shè)計(jì)選型和估算時(shí)，應(yīng) 當(dāng)是要分析控制過程的特點(diǎn)、要求、范圍。然后根據(jù)控制要求，估算輸入輸出 點(diǎn)數(shù)、所需存儲(chǔ)器容量、確定 PLC 的功能、外部設(shè)備特性等，選擇有較高性價(jià) 比的 PLC、設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制系統(tǒng)。 第 7 頁 共 40 頁 1輸入輸出（I/O）點(diǎn)數(shù)的估算 在我們?cè)O(shè)計(jì)時(shí)，我們先對(duì) I/O 點(diǎn)數(shù)估算，并且考慮適當(dāng)?shù)挠嗔?，通常根?jù) 統(tǒng)計(jì)的輸入輸出點(diǎn)數(shù)，再增加 10%20%的可擴(kuò)展，以此來確定我們所需要的 PLC 輸入輸出點(diǎn)數(shù)。 根據(jù)估算的方法故本課題的 I/O 點(diǎn)數(shù)為輸入 40 點(diǎn)，輸出 21 點(diǎn)。 2存儲(chǔ)器容量的估算 存儲(chǔ)器容量是指可編程序控制器本身能提供的硬件存儲(chǔ)單元大小，程序容 量是存儲(chǔ)器中用戶應(yīng)用項(xiàng)目使用的存儲(chǔ)單元的大小，因此程序容量小于存儲(chǔ)器 容量。設(shè)計(jì)階段，為了設(shè)計(jì)選型時(shí)能對(duì)程序容量有一定估算，通常采用存儲(chǔ)器 容量的估算來替代。 存儲(chǔ)器內(nèi)存容量的估算，大體上都是按數(shù)字量 I/O 點(diǎn)數(shù)的 1015 倍，加上 模擬量 I/O 點(diǎn)數(shù)的 100 倍，以此數(shù)為內(nèi)存的總字?jǐn)?shù)（16 位為一個(gè)字） ，另外再按 此數(shù)的 25%考慮余量。因此本課題 PLC 內(nèi)存容量選擇應(yīng)能存儲(chǔ) 5000 條梯形圖， 這樣才能在以后的改造過程中有足夠的空間。 3 3控制功能的選擇 該選擇包括運(yùn)算功能、控制功能、通信功能、編程功能、診斷功能和處理 速度等特性的選擇。 根據(jù)本課題所設(shè)計(jì)的自動(dòng)控制的需要，主要介紹以下幾種功能的選擇。 （1）控制功能 PLC 主要用于順序邏輯控制，大多數(shù)場(chǎng)合常采用單回路或多回路控制器解 決模擬量的控制，有時(shí)也采用專用的智能輸入輸出單元完成所需的控制功能， 一方面要提高 PLC 的處理速度，另一方面節(jié)省存儲(chǔ)器容量。 （2）診斷功能 PLC 的診斷功能包括硬件和軟件的診斷。硬件診斷通過硬件的邏輯判斷確 定硬件的故障位置，軟件診斷分內(nèi)診斷和外診斷。 通過軟件對(duì) PLC 內(nèi)部的性能和功能進(jìn)行的診斷是內(nèi)診斷，通過軟件對(duì) PLC 的 CPU 與外部輸入輸出等部件信息交換功能進(jìn)行的診斷就是外診斷。 PLC 的診斷功能的強(qiáng)弱，直接影響對(duì)操作和維護(hù)人員技術(shù)能力的要求，并 影響平均維修時(shí)間。 （3）編程功能 離線編程方式：PLC 和編程器共用一個(gè) CPU，編程器在編程模式時(shí)，CPU 只為編程器提供服務(wù)，不對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行控制。完成編程之后，編程器切換到 運(yùn)行模式，CPU 對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行控制，就不能進(jìn)行編程。離線編程方式可降低 系統(tǒng)成本，但使用和調(diào)試不方便。在本設(shè)計(jì)中選用的是此方式。 第 8 頁 共 40 頁 在線編程方式：CPU 和編程器有各自的 CPU，主機(jī) CPU 負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)控制， 并在一個(gè)掃描周期內(nèi)與編程器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，編程器把在線編制的程序或數(shù)據(jù) 發(fā)送到主機(jī)，下一掃描周期，主機(jī)就根據(jù)新收到的程序運(yùn)行。這種方式成本較 高，但系統(tǒng)調(diào)試和操作方便，在大中型 PLC 中經(jīng)常被采用。 五種標(biāo)準(zhǔn)化編程語言：順序功能圖（SFC） 、梯形圖（LD） 、功能模塊圖 （FBD ）三種圖形化語言和語句表（IL） 、結(jié)構(gòu)文本（ ST）兩種文本語言。 17 （ 4） 機(jī) 型 的 選 擇 S7-200 系 列 在 集 散 自 動(dòng) 化 系 統(tǒng) 中 充 分 發(fā) 揮 著 強(qiáng) 大 功 能 。 使 用 范 圍 可 覆 蓋 從 替 代 繼 電 器 的 簡(jiǎn) 單 控 制 到 更 復(fù) 雜 的 自 動(dòng) 化 控 制 。 S7-200 CPU 226 集成 24 輸入/16 輸出共 40 個(gè)數(shù)字量 I/O 點(diǎn)?？蛇B接 7 個(gè) 擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至 248 路數(shù)字量 I/O 點(diǎn)，35 路模擬量 I/O 點(diǎn)。13K 字節(jié)程 序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。6 個(gè)獨(dú)立的 30kHz 高速計(jì)數(shù)器，2 路獨(dú)立的 20kHz 高速脈 沖輸出，具有 PID 控制器。2 個(gè) RS485 通訊/編程口，具有 PPI 通訊協(xié)議、MPI 通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。I/O 端子排可以很容易地整體拆卸。用于較高要 求的控制系統(tǒng)，具有更多的輸入/輸出點(diǎn)，更強(qiáng)的模塊擴(kuò)展能力，更快的運(yùn)行速 度和功能更強(qiáng)的內(nèi)部集成特殊功能?？赏耆m應(yīng)于一些復(fù)雜的中小型控制系統(tǒng)。 本 系 統(tǒng) 所 采 用 的 PLC 是 西 門 子 S7-200 CPU226 DC24 V,繼 電 器 輸 出 。 3.3.2 步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 步進(jìn)電機(jī)是一種由電脈沖控制的特殊同步電動(dòng)機(jī)，它的作用是將脈沖電信 號(hào)變換為相應(yīng)的角位移或者線位移。因此，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)又稱為脈沖電動(dòng)機(jī)。它 可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)變換，是自動(dòng)控制系統(tǒng)和數(shù)字控制系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用的執(zhí)行元件。 下面簡(jiǎn)單介紹步進(jìn)電機(jī)的工作原理及其特點(diǎn)與選擇。 （1） 步進(jìn)電機(jī)的工作原理 步進(jìn)電機(jī)是數(shù)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)子就會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)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)電機(jī)轉(zhuǎn)子機(jī)械位移的大??；改變輸入脈沖的通電相序，就能控制步進(jìn) 電機(jī)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子機(jī)械位移的方向，實(shí)現(xiàn)對(duì)位置的控制。 （2） 步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn) a) 位移與輸入脈沖信號(hào)的信號(hào)數(shù)相對(duì)應(yīng)，步距誤差不長(zhǎng)期積累，可以組 成結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且具有一定精度的開環(huán)控制系統(tǒng)，也可以在需要更高精度時(shí)組成閉 環(huán)控制系統(tǒng)。 b) 速度可以在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)平滑調(diào)節(jié)。 c) 易于起動(dòng)、停止、正反轉(zhuǎn)及變速，快速響應(yīng)性能好。 第 9 頁 共 40 頁 d) 具有自鎖的能力。當(dāng)控制脈沖停止輸入且讓最后一個(gè)脈沖控制的繞組 繼續(xù)通電時(shí)，電機(jī)可以保持在固定的位置上，即停在最后一個(gè)控制脈沖所控制 的角位移的終點(diǎn)位置上。所以步進(jìn)電機(jī)具有帶電自鎖能力。 e) 步距角選擇的范圍大，可以在幾十角分至 180范圍內(nèi)進(jìn)行選擇。在小 步距情況下，通常可以在超低速下高轉(zhuǎn)矩穩(wěn)定運(yùn)行，可以不經(jīng)減速器直接驅(qū)動(dòng) 負(fù)載。 f) 電動(dòng)機(jī)本身沒有電刷、轉(zhuǎn)子上沒有繞組，也不需要位置傳感器，可靠 性高。 （3） 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的基本組成介紹 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是應(yīng)用較早的一種機(jī)電一體化的產(chǎn)品，電機(jī)的本體與驅(qū)動(dòng)器構(gòu) 成一個(gè)不可分割的有機(jī)整體，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行性能很大程度上取決于所使用 的驅(qū)動(dòng)控制器的類型。 圖 3.3 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器的構(gòu)成 （4） 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選擇 在選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)時(shí)，首先要考慮的是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的類型，其次才是具體 的品種。在該立體倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)中，要求步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的電壓低、電流小、有定 位轉(zhuǎn)矩和使用螺栓機(jī)構(gòu)的定位裝置，所以確定步進(jìn)電動(dòng)機(jī)采用二相八拍混合式 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。 八拍混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的主要特點(diǎn)是體積小，具有較高的起動(dòng)和運(yùn)行頻率， 有定位轉(zhuǎn)矩等優(yōu)點(diǎn)。 3.3.3 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器 （1） 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器輸入輸出信號(hào)介紹 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行需要有電子裝置進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，這種裝置就是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū) 動(dòng)器。控制系統(tǒng)每發(fā)出一個(gè)脈沖信號(hào)，通過驅(qū)動(dòng)器就使得步進(jìn)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)一個(gè) 步距角，也就是說，它把控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的角位移。 因此，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與脈沖信號(hào)的頻率成正比。 所有型號(hào)驅(qū)動(dòng)器的輸入信號(hào)都相同，它們是步進(jìn)脈沖信號(hào) CP、方向電平信 號(hào) DIR、脫機(jī)信號(hào) FREE（此端為低電平有效時(shí)，電動(dòng)機(jī)處于無轉(zhuǎn)矩狀態(tài)；此 端為高電平或懸空不接時(shí)，此功能無效，電動(dòng)機(jī)可以正常運(yùn)行）。它們?cè)隍?qū)動(dòng) 第 10 頁 共 40 頁 器內(nèi)部的接口電路都相同如圖 3.1 所示。該立體倉(cāng)庫(kù)中，由于提供的電平為 24V，而輸入部分的電平為 5V，所以需要外部另加 1.8K 的限流電阻 R。 圖 3.4 輸入輸出接口電路 （2） 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器選擇 我們這里采用 SH 系列的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，它主要由電源輸入部分、信號(hào) 輸入部分、信號(hào)輸出部分組成。 （3） 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器細(xì)分?jǐn)?shù)和電動(dòng)機(jī)電流設(shè)定 SH 系列驅(qū)動(dòng)器是靠驅(qū)動(dòng)器上的撥位開關(guān)來設(shè)定細(xì)分?jǐn)?shù)的，只需根據(jù)面板上 的提示進(jìn)行設(shè)定即可。對(duì)于兩相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，細(xì)分后電動(dòng)機(jī)的步距角等于電動(dòng) 機(jī)整步步距角除以細(xì)分?jǐn)?shù)。細(xì)分后完全消除了電動(dòng)機(jī)的低頻振蕩，而且提高了 電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩和電動(dòng)機(jī)的分辨率。所以，采用細(xì)分驅(qū)動(dòng)器只要改變細(xì)分?jǐn)?shù)， 就能改變步距角。 （4） 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器電源接口 對(duì)于超小型驅(qū)動(dòng)器，采用一組 DC 2440V 供電。因?yàn)?PLC 需要采用開關(guān) 式穩(wěn)壓電源供電，所以該立體倉(cāng)庫(kù)中應(yīng)該選用開關(guān)式穩(wěn)壓電源。 3.3.4 傳感器 （1） 反射式傳感器 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)和原來的信號(hào)進(jìn) 行對(duì)比，產(chǎn)生頻移，然后集成電路放大微弱的頻移信號(hào)。 經(jīng)多普勒檢測(cè)、放大、限幅等措施，最后得到的是和物品移動(dòng)信號(hào)相關(guān)的 直流信號(hào)輸出電平。 第 11 頁 共 40 頁 圖 3.5 變調(diào)光式傳感器的結(jié)構(gòu) 在該立體倉(cāng)庫(kù)中采用反射式傳感器作為貨物檢測(cè)裝置，并采用能抗周圍外 來光干擾的變調(diào)光式。采用變調(diào)光式，與直流光式相比，不易受外來光干擾的 影響，其電源電壓為 DC524V 的大量程電壓輸入型，帶有容易調(diào)整的光軸標(biāo) 識(shí)，還帶有動(dòng)作確認(rèn)的入光顯示燈。 下面是反射式傳感器的輸出電路圖： 圖 3.6 反射式傳感器的輸出電路 （2） 對(duì)射式傳感器 對(duì)射式傳感器的工作原理：對(duì)射式傳感器的輸出狀態(tài)一般是 NPN 輸出，輸 出晶體管的動(dòng)作狀態(tài)可以分為：入光時(shí) ON 和遮光時(shí) ON 兩種。入光時(shí) ON 的 對(duì)射式傳感器的電路如圖 3.7 所示。當(dāng) 24V 電壓加到發(fā)光二級(jí)管 VL 時(shí)，它將 光發(fā)射給光敏二級(jí)管 VD，VD 接收到光導(dǎo)通，于是晶體管導(dǎo)通，輸出為 ON。 當(dāng)發(fā)光二極管 VL 發(fā)射出的光被物體擋住，使得光敏二級(jí)管接收不到時(shí)，VD 不 導(dǎo)通，則晶體管不導(dǎo)通，輸出為 OFF。 第 12 頁 共 40 頁 圖 3.7 對(duì)射式傳感器的電路 在該立體倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)中，采用 8 個(gè)對(duì)射式傳感器作限位控制。其中 4 個(gè) 對(duì)射式光電傳感器分別作為 X 軸 Y 軸的限位控制；2 個(gè)對(duì)射式光電傳感器分別 作為 X 軸 Y 軸的到位檢測(cè)；如果貨架未到達(dá)正確位置，Z 軸電動(dòng)機(jī)將不能運(yùn)行， 以確保當(dāng) PLC 程序出錯(cuò)時(shí)也不會(huì)損壞設(shè)備；2 個(gè)對(duì)射式光電傳感器作為 Z 軸的 限位控制，此時(shí)遮光時(shí)輸出晶體管 ON。 16 3.3.5 微動(dòng)開關(guān) 該立體倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)中共有 13 個(gè)庫(kù)位（四層十二個(gè)庫(kù)位加 0 號(hào)庫(kù)位）分別 采用 13 個(gè)微動(dòng)開關(guān)作為貨物的檢測(cè)裝置，當(dāng)有貨物時(shí)相應(yīng)開關(guān)動(dòng)作；為了保險(xiǎn) 起見，在 X 軸的左限位和 Y 軸的下限位處還安裝了 1 個(gè)微動(dòng)開關(guān)作限位保護(hù)， 以確保立體倉(cāng)庫(kù)的安全。 3.3.6 直流電動(dòng)機(jī) 立體倉(cāng)庫(kù)采用直流電機(jī)作為 Z 軸的拖動(dòng)元件。直流電動(dòng)機(jī)具有良好的起動(dòng) 性能，且能在寬廣的范圍內(nèi)平滑、均勻地調(diào)速。在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，小功率直 流電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用也很廣泛。 本系統(tǒng)采用的直流電動(dòng)機(jī)的輸入電壓為 12-24V。輸入信號(hào)由 PLC 提供， 輸入電源由電源模塊提供，輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)。 3.3.7 并聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源 并聯(lián)式開關(guān)穩(wěn)壓電源的輸出功率大、體積小、重量輕、可靠性高、適應(yīng)變 動(dòng)寬范圍的輸入電壓，具有完備的過電壓過電流保護(hù)功能，內(nèi)置輸入 EMI 濾波 器，具有較高的抗干擾能力。 在該立體倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)中，考慮到 PLC 和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器都要求 DC24V 電源，綜合考慮系統(tǒng)的用電量、系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和系統(tǒng)設(shè)計(jì)的規(guī)整性， 我們選用并聯(lián)式開關(guān)穩(wěn)壓電源。 3.4 PLC 輸入輸出分配 根據(jù)系統(tǒng)的要求，系統(tǒng)的 I/O 分配見下表所示。 第 13 頁 共 40 頁 表 3.1 系統(tǒng)的 I/O 分配 輸入接口 輸出接口 PLC 端 單元板端口 注釋 PLC 端 單元板接口 注釋 I0.0 D0 矩陣掃描第 1 列 Q0.0 X 軸-cp 平移電動(dòng)機(jī) 脈沖信號(hào) I0.1 D1 矩陣掃描第 2 列 Q0.1 Y 軸-cp 升降電動(dòng)機(jī) 脈沖信號(hào) I0.2 D2 矩陣掃描第 3 列 Q0.2 X 軸-DIR 平移電動(dòng)機(jī) 方向信號(hào) I0.3 D3 矩陣掃描第 4 列 Q0.3 Y 軸-DIR 升降電動(dòng)機(jī) 方向信號(hào) I0.4 D4 矩陣掃描第 5 列 Q0.4 H0 矩陣掃描第 1 行 I0.5 D5 矩陣掃描第 6 列 Q0.5 H1 矩陣掃描第 2 行 I0.6 D6 矩陣掃描第 7 列 Q0.6 H2 矩陣掃描第 3 行 I0.7 D7 矩陣掃描第 8 列 Q0.7 H3 矩陣掃描第 4 行 I1.0 SQ5(ZLMT-) Z 軸原點(diǎn) Q1.0 I1.1 SQ6(ZLMT+) Z 軸限位 Q1.1 Z 軸-F 貨物前伸 I1.2 SN 檢測(cè)貨臺(tái)上是否有 貨物 Q1.2 Z 軸-R 貨物回縮 I1.3 SW0 手動(dòng)控制開關(guān) Q1.3 I1.4 SQ2(XLMT+) X 軸限位 Q1.4 B00 數(shù)碼顯示區(qū) 第 0 位 I1.5 SQ1(XLMT-) X 軸原點(diǎn) Q1.5 B01 數(shù)碼顯示區(qū) 第 1 位 I1.6 SQ4(YLMT+) Y 軸限位 Q1.6 B02 數(shù)碼顯示區(qū) 第 2 位 I1.7 SQ3(YLMT-) Y 軸原點(diǎn) Q1.7 B03 數(shù)碼顯示區(qū) 第 3 位 第 14 頁 共 40 頁 4. 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 4.1 系統(tǒng)流程圖 系統(tǒng)的電氣設(shè)計(jì)中，電動(dòng)機(jī)主要采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)，分別控制 水平移動(dòng)、垂直移動(dòng)及貨臺(tái)的動(dòng)作（即 X 軸 Y 軸 Z 軸）。 傳感器采用對(duì)射式和反射式傳感器以及微動(dòng)開關(guān)，用于完成貨物的檢測(cè)和 限位保護(hù)等。 系統(tǒng)在機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)上采用滾珠絲杠、滑軌和普通絲杠作為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。當(dāng)堆垛 機(jī)平臺(tái)移動(dòng)到貨架的指定位置時(shí)，貨臺(tái)向前伸出可將貨物取出或取入，當(dāng)取到 貨物或貨已經(jīng)送入時(shí)，鏟叉縮回。整個(gè)系統(tǒng)流程如圖 4.1 所示 其工作流程如下： 1) 接通電源。 2) 系統(tǒng)自檢。 3) 將功能開關(guān)置于自動(dòng)位置。 4) 執(zhí)行送貨指令。 a) 選擇欲送庫(kù)位號(hào)，按動(dòng)庫(kù)位好對(duì)應(yīng)按鈕，控制面板上的數(shù)碼管顯示庫(kù)位號(hào)。 b) 按動(dòng)送指令按鈕，若被選擇的庫(kù)位已有貨物，則該指令不被執(zhí)行。 c) 指令完成后，系統(tǒng)自動(dòng)返回。 d) 如果執(zhí)行送入指令前，載貨臺(tái)上沒有貨物，則送指令也不被執(zhí)行。 5) 執(zhí)行取貨指令。 a) 選擇欲取的庫(kù)位，按動(dòng)庫(kù)位號(hào)對(duì)應(yīng)的按鈕，控制面板上的數(shù)碼管顯示庫(kù)位 號(hào)。 b) 按動(dòng)“取”按鈕，執(zhí)行取操作。如果載貨臺(tái)上有貨物，則取指令不被執(zhí)行。 c) 指令完成后，系統(tǒng)自動(dòng)返回。 d) 如執(zhí)行取出指令前，被選庫(kù)位無貨物，則取指令不被執(zhí)行。 因此，該立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)的運(yùn)行情況可歸納為：當(dāng)按下起動(dòng)按鈕后，允許進(jìn) 行立體倉(cāng)庫(kù)允許的控制。在正常的情況下，按下某一庫(kù)位的按鈕以及“取”或 “送”按鈕，系統(tǒng)將進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作，此時(shí)控制面板上的數(shù)碼管顯示相應(yīng)的庫(kù) 位號(hào)。 而在緊急情況下，按下緊急按鈕，貨物送回原來的位置，只有當(dāng)故障排除 之后，才能重新運(yùn)行。 第 15 頁 共 40 頁 圖 4.1 系統(tǒng)流程圖 第 16 頁 共 40 頁 4.2 系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì) 1. 系統(tǒng)的控制要求： 1) 當(dāng)選擇開關(guān)置于自動(dòng)位置時(shí)，系統(tǒng)復(fù)位到初始位置，各個(gè)軸回到原點(diǎn)。 2) 執(zhí)行入庫(kù)指令。 選擇欲入庫(kù)的庫(kù)位號(hào)，按動(dòng)庫(kù)位號(hào)對(duì)應(yīng)按鈕，控制面板上的數(shù)碼管顯示 庫(kù)位號(hào)。 按動(dòng) K8 按鈕，起動(dòng)入庫(kù)操作，當(dāng)載貨臺(tái)有貨物時(shí)，起重機(jī)自動(dòng)將貨物 送到指定的庫(kù)位。 若被選擇庫(kù)位內(nèi)已有貨物時(shí)，則該入庫(kù)操作不被執(zhí)行。 完成入庫(kù)操作之后，機(jī)械自動(dòng)返回初始位置。 載貨臺(tái)若無貨物，則下一個(gè)入庫(kù)操作將不被執(zhí)行。 3) 執(zhí)行出庫(kù)指令 選擇要出庫(kù)的庫(kù)位號(hào)，按動(dòng)庫(kù)位號(hào)對(duì)應(yīng)按鈕，控制面板上的數(shù)碼管顯示 庫(kù)位號(hào)。 按動(dòng) K8 按鈕，當(dāng)載貨臺(tái)上有貨物時(shí)，起重機(jī)不執(zhí)行任何操作。 如果被選擇的庫(kù)位內(nèi)無貨物時(shí)，則該出庫(kù)操作不被執(zhí)行。 當(dāng)按下 K8 按鈕時(shí)，載物臺(tái)上沒有貨物，且該庫(kù)位內(nèi)有貨物時(shí)，起重機(jī) 自動(dòng)將貨物從指定的庫(kù)位轉(zhuǎn)移到載貨臺(tái)上。 完成出庫(kù)操作后，機(jī)械手自動(dòng)返回到初始位置。 2. 程序設(shè)計(jì)如下：主程序如下： 第 17 頁 共 40 頁 第 18 頁 共 40 頁 第 19 頁 共 40 頁 3. 各部分程序分析： （1） 初始化程序，讓各個(gè)軸回到初始位置。子程序 SBR-0 如下： 第 20 頁 共 40 頁 （2） 當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行過程中達(dá)到某個(gè)軸的限位時(shí)，應(yīng)當(dāng)停止當(dāng)前軸的動(dòng) 作。子程序 SBR-1 如下： 第 21 頁 共 40 頁 （3） 倉(cāng)庫(kù)的庫(kù)位坐標(biāo)定位計(jì)算程序設(shè)計(jì)。在倉(cāng)庫(kù)的管理中，各個(gè)庫(kù)位 坐標(biāo)的一個(gè)基本參數(shù)。本程序采用子程序的方法進(jìn)行編寫。子程序的入口參數(shù) 為指定的庫(kù)位號(hào)（0-12），輸出的參數(shù)為庫(kù)位的 X 軸和 Y 軸的坐標(biāo)。倉(cāng)庫(kù)的庫(kù) 位編號(hào)下圖所示： 圖 4.1 倉(cāng)庫(kù)的庫(kù)位編號(hào) 子程序 SBR-2 如下所示： 第 22 頁 共 40 頁 第 23 頁 共 40 頁 程序中的第一段用來計(jì)算 0 號(hào)庫(kù)位、1 號(hào)庫(kù)位、2 號(hào)庫(kù)位、3 號(hào)庫(kù)位的 X 軸 坐標(biāo)值。第二段是用于計(jì)算第 1 號(hào)庫(kù)位、4 號(hào)庫(kù)位、7 號(hào)庫(kù)位、10 號(hào)庫(kù)位的 Y 軸坐標(biāo)。程序中的第三段到第十段中分別計(jì)算各個(gè)庫(kù)位的 X、Y 軸的坐標(biāo)。其 中各個(gè)庫(kù)位的坐標(biāo)值均可以用 0、 1、 2、 3 號(hào)庫(kù)位的 X 軸坐標(biāo)和 1、 4、 7、10 號(hào)庫(kù)位的 Y 軸坐標(biāo)來表示。最后一段是用于給其他的程序送出坐標(biāo)值。 （4） 立體倉(cāng)庫(kù)的出入庫(kù)控制的程序設(shè)計(jì)。 入庫(kù)的操作順序?yàn)椋篨 軸電動(dòng)機(jī)右行Z 軸電動(dòng)機(jī)前伸Y 軸電動(dòng)機(jī)上升 Z 軸電動(dòng)機(jī)回縮X 軸電動(dòng)機(jī)右行、Y 軸電動(dòng)機(jī)上升Z 軸電動(dòng)機(jī)前伸Y 軸電動(dòng)機(jī)下降Z 軸電動(dòng)機(jī)回縮復(fù)位。 出庫(kù)的操作順序?yàn)椋篨 軸電動(dòng)機(jī)右行、Y 軸電動(dòng)機(jī)上升Z 軸電動(dòng)機(jī)前伸 Y 軸電動(dòng)機(jī)上升Z 軸電動(dòng)機(jī)回縮X 軸電動(dòng)機(jī)左行、Y 軸電動(dòng)機(jī)下降Z 軸電動(dòng)機(jī)前伸Y 軸電動(dòng)機(jī)下降Z 軸電動(dòng)機(jī)回縮復(fù)位。 程序設(shè)計(jì)時(shí)，可以安排入庫(kù)操作和出庫(kù)操作在一個(gè)程序中，通過完成順序 指令，完成上述的連續(xù)動(dòng)作。 程序中網(wǎng)絡(luò)一是對(duì)程序的初始化以及傳送 Y 軸行走的偏差值。程序中的網(wǎng) 絡(luò) 2-8 是 X、 Y 軸的第一次位移，到達(dá)指定位置準(zhǔn)備取貨。網(wǎng)絡(luò) 9-14 是控制貨 臺(tái)前伸到位，準(zhǔn)備提貨。網(wǎng)絡(luò) 15-19 是控制貨臺(tái)的回縮，完成貨物從庫(kù)位到貨 臺(tái)的轉(zhuǎn)移。網(wǎng)絡(luò) 24-28 是控制起重機(jī)的第二次位移，到達(dá)指定的位置準(zhǔn)備放下 貨物。網(wǎng)絡(luò) 29-33 是控制貨臺(tái)前伸到位，準(zhǔn)備放物。網(wǎng)絡(luò) 34-38 是控制 Y 軸下 降，放下貨物到指定的位置。網(wǎng)絡(luò) 39-43 是送貨回縮，完成從貨臺(tái)到庫(kù)位的轉(zhuǎn) 移。網(wǎng)絡(luò) 44-50 是控制起重機(jī)復(fù)位，使其回到待命的狀態(tài)，準(zhǔn)備下一動(dòng)作。這 里采用的是 PLC 中的順序控制。 子程序 SBR-3 如下所示： 第 24 頁 共 40 頁 第 25 頁 共 40 頁 第 26 頁 共 40 頁 （5） 鍵盤裝置掃描檢測(cè)及顯示系統(tǒng)的 PLC 程序設(shè)計(jì)。通過掃描 H0、H1、H2、H3 端口來判斷當(dāng)前的按鈕的狀態(tài)。當(dāng)按下 K5 時(shí) H1 觸發(fā)，4 號(hào) 輸入信號(hào)有效。子程序 SBR-4 如下所示： 程序網(wǎng)絡(luò)一是用來初始化程序的，對(duì)寄存器進(jìn)行清零。使用 SM0.1，是 指接通了從 STOP 到 RUN 的那個(gè)掃描周期。網(wǎng)絡(luò) 2 中產(chǎn)生周期為 0.8S 的時(shí)序 脈沖。網(wǎng)絡(luò)三中用脈沖發(fā)生器掃描輸出端口 Q0.4,Q0.5,Q0.6,Q0.7，接通周期和 掃描的周期是一致的。網(wǎng)絡(luò)四將狀態(tài)信號(hào)傳送至主程序。 （6） 在倉(cāng)庫(kù)的控制中，機(jī)械手運(yùn)行于各個(gè)庫(kù)位之間，每個(gè)庫(kù)位的坐標(biāo)是 定位，所以要求系統(tǒng)在絕對(duì)系統(tǒng)下工作。這樣，通過輸入不同的庫(kù)位坐標(biāo)值系 統(tǒng)下實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的位置控制。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)根據(jù)系統(tǒng)提供的脈沖做標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行移動(dòng)， 當(dāng)目標(biāo)值大于當(dāng)前值時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)；反之，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)；當(dāng)目標(biāo)值與當(dāng) 前值相同，則不轉(zhuǎn)。 子程序 SBR-5 控制脈沖發(fā)生器 PT0 的程序如下： 第 27 頁 共 40 頁 第 28 頁 共 40 頁 第 29 頁 共 40 頁 子程序 SBR-7 控制脈沖發(fā)生器 PT1 的程序如下： 第 30 頁 共 40 頁 以脈沖發(fā)生器 1 為例，網(wǎng)絡(luò) 2 中，將步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的當(dāng)前脈沖存儲(chǔ)于 VD4200 中，通過運(yùn)算得出設(shè)定值與當(dāng)前脈沖值的差值 AC0，即為步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 的將要行走的路程距離。網(wǎng)絡(luò)三將實(shí)際需要行走的距離轉(zhuǎn)換為脈沖數(shù)量。網(wǎng)絡(luò) 四中實(shí)現(xiàn)了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)，Q0.2 的值為正時(shí)，電動(dòng)機(jī)向左運(yùn)行，同時(shí)將 它所行走的距離給 AC2。反之，則向右運(yùn)行。網(wǎng)絡(luò) 7、8、9 是用于將數(shù)據(jù)傳送 給相應(yīng)的存儲(chǔ)區(qū)。網(wǎng)絡(luò) 10 是為了避免距離過短而導(dǎo)致錯(cuò)誤而設(shè)計(jì)的。當(dāng)恒速區(qū) 的脈沖值為負(fù)時(shí)，采用單段 PTO 輸出方式，速度恒為 1000HZ。網(wǎng)絡(luò) 11 調(diào)用指 令。 （7） 控制脈沖發(fā)生器 PT0 和 PT1 停止輸出脈沖。 控制脈沖發(fā)生器 PTO 的子程序 SBR-6 和控制脈沖發(fā)生器 PT1 的子程序 SBR-8 分別如下： 第 31 頁 共 40 頁 第 32 頁 共 40 頁 5. 程序的仿真與調(diào)試 5.1 程序的仿真 下面簡(jiǎn)單介紹一下西門子 S7-200 仿真軟件。首先在西門子編程軟件中將所 編的程序?qū)С?，?dǎo)出程序?yàn)?AWL 格式。 圖 5.1 程序?qū)С?得到文件，存儲(chǔ)于文件夾中。 圖 5.2 程序?qū)С龊蟠鎯?chǔ) 第 33 頁 共 40 頁 打開仿真軟件，裝載程序。根據(jù) I/O 的分配選擇 CPU 型號(hào)，同時(shí)按照 I/O 分配表，打開開關(guān)，點(diǎn)擊運(yùn)行按鈕，對(duì)程序進(jìn)行仿真。在仿真時(shí)各觸點(diǎn)的接通 與斷開是用小燈的亮和滅來表示的。 圖 5.3 程序仿真軟件 經(jīng)過仿真實(shí)驗(yàn)證明，此程序是可行的，裝載程序之后，點(diǎn)擊運(yùn)行按鈕，可 以得到正確的指示燈顯示。 第 34 頁 共 40 頁 5.2 程序的調(diào)試 將其裝載 PLC 中： 圖 5.4 下載程序到 PLC 點(diǎn)擊下載，使得程序裝載到 PLC 中進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，由于實(shí)驗(yàn)室里只有 CPU224 的 PLC，因此，我只能將程序的初始化程序，裝載到其中，并將輸入 接口 I1.0-I1.7 為 I0.0-I0.7，點(diǎn)擊運(yùn)行按鈕，并且打開該程序的狀態(tài)監(jiān)控。得到 如下圖 5.5 當(dāng) Z 軸不在原位時(shí)，貨臺(tái)回縮到位。當(dāng) Z 軸回縮到原位時(shí)，當(dāng) X 軸 Y 軸 不在原位時(shí)，則調(diào)用子程序 5 和子程序 8。如下圖 5.5 和圖 5.6。 當(dāng) Z 軸回到原點(diǎn)，Y 軸到原點(diǎn)的時(shí)候，則需要 X 軸動(dòng)作，調(diào)用子程序 5，Q0.2 亮，在實(shí)驗(yàn)室，得到了證實(shí)。如圖 5.7 所示。 其他程序調(diào)試也是可行的，但是由于條件允許，并沒有一一調(diào)試，希望在 日后，能有機(jī)會(huì)進(jìn)行實(shí)踐。 第 35 頁 共 40 頁 圖 5.5 初始化程序狀態(tài)監(jiān)控 1 圖 5.6 初始化程序狀態(tài)監(jiān)控 2 第 36 頁 共 40 頁 圖 5.7 X 軸初始化 第 37 頁 共 40 頁 總 結(jié) 本次設(shè)計(jì)給我增加了許多的知識(shí)，不僅僅是 PLC 的知識(shí)，還有電機(jī)及傳感 器的知識(shí)。讓我認(rèn)識(shí)到了大學(xué)中學(xué)習(xí)的不足之處，也彌補(bǔ)了許多知識(shí)的空白區(qū)。 對(duì)于本次設(shè)計(jì)的自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)，我國(guó)目前已建成自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù) 400 多 座、立體倉(cāng)庫(kù) 2000 多座。在此，我僅僅將立體倉(cāng)庫(kù)的一個(gè)簡(jiǎn)單的構(gòu)架描述了 出來?；?PLC 的自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)，有著許多的優(yōu)勢(shì)，它通過高層貨架存儲(chǔ)， 使得存儲(chǔ)區(qū)大幅度向高空發(fā)展，提高了空間利用率，自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)采用層級(jí) 式存放。通過自動(dòng)化存儲(chǔ)系統(tǒng)，加快了運(yùn)行和處理速度。提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率， 減低操作人員的勞動(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(chǎng)合的物品存儲(chǔ)需要。 計(jì)算機(jī)控制能夠始終確保無誤的對(duì)各種信息經(jīng)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(cāng)庫(kù)存 儲(chǔ)能力，便于清點(diǎn)和盤庫(kù)，合理減少庫(kù)存，加快資金周轉(zhuǎn)，節(jié)約資金，從而提 高倉(cāng)庫(kù)的管理水平?？傊?，利用自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)大大的減少了人力，提高了效 率，減少了成本，帶來了很大的收益。 本次設(shè)計(jì)的核心是 PLC 控制器。PLC 具有強(qiáng)大的控制功能。在自動(dòng)化立體 倉(cāng)庫(kù)中，如果需要增加倉(cāng)庫(kù)，增加機(jī)械手，我們不需要花費(fèi)大量的人力物力財(cái) 力，這里運(yùn)用的是了 PLC 的接線簡(jiǎn)單、編程直觀方便、擴(kuò)展容易等特點(diǎn)。此時(shí)， 我們只需要在硬件接線上增加開關(guān)輸入的信號(hào)，然后在我們的程序中適當(dāng)添加 語句就可以了。所以基于 PLC 所設(shè)計(jì)出的立體倉(cāng)庫(kù)，方便實(shí)用，易于擴(kuò)展與改 造。 自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的發(fā)展需要我們下更大的功夫去深入研究，可以結(jié)合計(jì)算 機(jī)控制以及現(xiàn)場(chǎng)總線的連接，對(duì)倉(cāng)庫(kù)的控制進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，更加凸顯我們的智 能化發(fā)展。隨著 PLC 技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的實(shí)時(shí)性和可靠性會(huì) 越來越高，控制也會(huì)越來越完善。 通過本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我不僅增加了專業(yè)知識(shí)，而且也在工作的細(xì)心程度 上得到了鍛煉，端正了我的工作態(tài)度，指導(dǎo)老師秦緒平講師給了我很大的幫助 第 38 頁 共 40 頁 與啟發(fā)。 第 39 頁 共 40 頁 致 謝 本課程設(shè)計(jì)是在王海老師的細(xì)心指導(dǎo)下完成的，在此我要向他表示衷心的 感謝。在我寫論文的過程中，有老師的耐心指導(dǎo)，無論從開始的論文開始的資 料搜集，到論文的開題，到論文的構(gòu)思各方面，我都得到了老師的教誨和幫助， 特別是老師的廣博的學(xué)識(shí)、深厚的學(xué)術(shù)素養(yǎng)和老師謙和的為人都讓人覺得敬佩。 在這里，我還要感謝大學(xué)四年所有教過我們的老師，是你們的耐心教導(dǎo)， 才有了我們現(xiàn)在的今天，讓我學(xué)會(huì)了做人，其次學(xué)會(huì)了扎實(shí)的專業(yè)知識(shí)，也正 是你們的教導(dǎo)，讓我能夠了解科學(xué)的奧秘，讓我有能力來完成這一畢業(yè)設(shè)計(jì)。 同時(shí)也感謝所有老師和同學(xué)，謝謝你們?cè)诖髮W(xué)的時(shí)光中，給我的一切幫助 和支持，給我的大學(xué)時(shí)光增加了許許多多難忘的回憶。同時(shí)也感謝他們?cè)诒敬?畢業(yè)設(shè)計(jì)中給我的幫助。 在此畢業(yè)之際，我要再一次的想我的老師和同學(xué)，說聲謝謝，感謝你們的 關(guān)心及支持。 第 40 頁 共 40 頁 參考文獻(xiàn) 1 付瑩 基于現(xiàn)代物流的自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，2006 2 李仁 電氣控制技術(shù) 機(jī)械工業(yè)出版社 2008 3 徐紅 基于 PLC 的攪拌車液壓調(diào)平控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2010 4 徐常凱，鄭金忠 自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)J物流科技，2002， （03） 5 何芳，歐陽云 基于圓柱坐標(biāo)方式的小型機(jī)械手的 PLC 控制系統(tǒng)，機(jī)電 一體化，2003 6 劉昌祺，董良 自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)設(shè)計(jì)，機(jī)械工業(yè)出版社，2004，8（1） 7 徐菱，勞揚(yáng)健，王金諾 基于 PLC 的堆垛機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)J ，組合機(jī)床 與自動(dòng)化加工技術(shù)，2005 8 周曉光，付瑩 基于 PC-BASE PLC 的自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)堆垛機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)起 重運(yùn)輸機(jī)械 2006（2）37-39 9 李廣賓 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