基于PLC的自動化倉儲控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于 plc 的自動化倉儲控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究 基于基于 plcplc 的自動化倉儲控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究的自動化倉儲控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究 摘要摘要：隨著現(xiàn)代化生產(chǎn)技術(shù)的飛速發(fā)展以及社會物質(zhì)的不斷繁榮，平面化倉 庫對于貨物的存放已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足當(dāng)前的需求，因此立體倉庫己成為生產(chǎn)和生 活中的一個重要的組成部分，對于立體倉庫的研究也在不斷的深入。本文主要設(shè) 計(jì)了一個自動化的立體倉庫系統(tǒng)。首先對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行討論，并對設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的 問題進(jìn)行討論，提出解決方案。其次對于立體倉庫的控制系統(tǒng)也進(jìn)行了設(shè)計(jì)，根 據(jù)設(shè)計(jì)思想制作了一個 12 倉位的立體倉庫模型，其自動化控制系統(tǒng)能夠?qū)ω浳?進(jìn)行準(zhǔn)確的

2、送取。 關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：立體化倉庫；plc 控制；組態(tài)軟件；實(shí)時監(jiān)控 automation warehouse control system based on plc design and research chen keliang (sichuan university of science and engineering, zigong, china, 643000) abstract : with the rapid development of modern production technology as well as the continuous social and mater

3、ial prosperity, flattened warehouse for the storage of goods has far can not meet the current demand, so warehouse production and life has become an important part of the warehouse in-depth studies are also constantly. in this paper, the design of an automated warehouse system. first, the design opt

4、ions are discussed, and the design problems to discuss and propose solutions. second, our warehouse control system has been designed, based on the design ideas produced a 12 positions warehouse model, its automated control system can accurately send the goods to take. key words: stereoscopic warehou

5、se; plc control; configuration software; real- time monitoring 目錄 摘要摘要 .i abstract .ii 第第 1 1 章章 引言引言.1 1.1 本設(shè)計(jì)的目的及意義.1 1.2 自動化立體倉庫的歷史及國內(nèi)外現(xiàn)狀.1 1.3 自動化立體倉庫的優(yōu)越性.1 第第 2 2 章章 自動化立體倉庫系統(tǒng)概述自動化立體倉庫系統(tǒng)概述.3 2.1 本課題設(shè)計(jì)的內(nèi)容.3 2.2 自動化立體倉庫的模塊設(shè)計(jì).3 第第 3 3 章章 立體倉庫的硬件設(shè)計(jì)立體倉庫的硬件設(shè)計(jì).5 3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu).5 3.2 傳感與檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì).6 3.3 s7200 系列

6、 plc 與通信系統(tǒng)的連接.9 3.4 plc 的選擇.10 3.5 立體倉庫驅(qū)動設(shè)計(jì).11 3.6 立體倉庫 plc 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì).14 第第 4 章章 plc 的軟件設(shè)計(jì)的軟件設(shè)計(jì).18 結(jié)束語結(jié)束語.36 致致 謝謝.37 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).38 第 1 章 引言 1.1 本設(shè)計(jì)的目的及意義 隨著倉儲水平的發(fā)展，自動化立體倉儲技術(shù)在倉儲業(yè)中的應(yīng)用愈發(fā)廣泛。同 時，伴隨自動化立體倉庫的誕生，人們對倉儲空間的利用率逐漸提高，使傳統(tǒng)的 倉儲模式得以優(yōu)化。本次設(shè)計(jì)是以組態(tài)軟件來模擬一個小型自動化立體倉庫，體 現(xiàn)自動化立體倉庫的便捷性、可靠性、控制性及實(shí)用性。12 1.2 自動化立體倉庫的歷史及

7、國內(nèi)外現(xiàn)狀 在第二次世界大戰(zhàn)后的生產(chǎn)技術(shù)開發(fā)促進(jìn)了的自動化立體倉庫的誕生和發(fā)展。 在 2007 年，中國的自動化立體倉庫總建筑數(shù)目與 2006 年相比基本持平。據(jù) 不完全統(tǒng)計(jì)，我國已建成 50 余座自動化立體倉庫，共約 70000 萬人民幣。主要 表現(xiàn)在藥品生產(chǎn)和藥品配送，食品，制造，服裝加工，煙草生產(chǎn)和煙草配送等行 業(yè)領(lǐng)域。中國自動化倉庫與發(fā)達(dá)國家相比，在建設(shè)水平及數(shù)量上看，還是有一個 比較大的差距，因?yàn)樽詣踊瘋}庫在現(xiàn)代制造及物流行業(yè)中的應(yīng)用越來越廣，同時， 計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展也使得自動化立體倉庫的發(fā)展突飛猛進(jìn)，使其 已經(jīng)成為當(dāng)下倉儲技術(shù)主要發(fā)展趨勢：34 倉庫業(yè)務(wù)管理的自動化水

8、平逐步提高。隨著生產(chǎn)水平的進(jìn)一步發(fā)展，對物流 技術(shù)提出了新的更為嚴(yán)苛的要求。具體來說，這要求我們能夠通過物流技術(shù)，能 在規(guī)定時間內(nèi)，在確切的位置，使用確切的順序和方法，提供準(zhǔn)確的商品的品種 和數(shù)量。56 智能技術(shù)將被應(yīng)用。人工智能技術(shù)的進(jìn)步，促進(jìn)了自動化技術(shù)在倉庫的設(shè)計(jì) 中的應(yīng)用，而在控制處理系統(tǒng)，儲存及運(yùn)輸設(shè)備選擇等方面，專家系統(tǒng)的應(yīng)用將 體現(xiàn)出較高智能化水平，并往更高的階段發(fā)展。 倉庫操作柔性化發(fā)展。靈活和通用的自動化立體倉庫在存儲和運(yùn)輸上體現(xiàn)出 得天獨(dú)厚的優(yōu)勢。在國外，已經(jīng)開始出現(xiàn)了一些移動或便攜式倉庫結(jié)構(gòu)。78 1.3 自動化立體倉庫的優(yōu)越性 隨著生產(chǎn)力水平的提高，生活水平的提高，現(xiàn)代

9、物流行業(yè)也表現(xiàn)出飛速增 長的勢頭，早期相對傳統(tǒng)的倉儲模式現(xiàn)在已經(jīng)不能滿足巨大的貨存需求，因此立 體倉庫就展現(xiàn)出其巨大的優(yōu)勢。其中包括：節(jié)約用地、減輕勞動強(qiáng)度、降低差錯、 提高倉儲自動化水平及管理水平、提高管理和操作人員素質(zhì)、降低儲運(yùn)損耗、有 效地減少流動資金的積壓、提高物流效率等諸多優(yōu)點(diǎn)。 1.3.1 提高空間利用率 最早，立體倉庫的目的是提高空間的實(shí)用效率，節(jié)約珍貴的空間資源，在西 方國家尤其是發(fā)達(dá)國家對空間利用效率更為重視，土地使用率的提高不僅能夠減 少能源浪費(fèi)，對于環(huán)境的保護(hù)仍然顯得尤為重要。因此，空間利用率毫無疑問成 為體現(xiàn)倉庫的優(yōu)越性和先進(jìn)性的重要指標(biāo)。一般情況下，自動化立體倉庫對空

10、間 的利用率超出一般普通倉庫 14 倍。910 1.3.2 便于形成先進(jìn)的物流系統(tǒng)，提高企業(yè)生產(chǎn)管理水平 早起的倉庫只發(fā)揮單純的貨物存儲的作用，功能相對單一，屬于靜態(tài)儲存。 立體倉庫在對物料搬運(yùn)環(huán)節(jié)使用了先進(jìn)的自動化技術(shù)，使得倉庫內(nèi)的貨物不但實(shí) 現(xiàn)了自存自取，方便快捷，提高了效率。同時，立體倉庫還讓倉庫外的生產(chǎn)環(huán)節(jié) 與倉庫本身實(shí)現(xiàn)了無縫連接，以便計(jì)算機(jī)對其進(jìn)行監(jiān)控及管理。這些特點(diǎn)讓自動 化立體倉庫成為企業(yè)物流的重要部分。 1.3.3 減少商品的破損率 智能自動化倉庫在自動化立體倉庫基礎(chǔ)上，最大限度地提高物件周轉(zhuǎn)速度和 流通效率，加速倉庫儲備資金的周轉(zhuǎn)，有效利用貨物資源，并且最大限度地降低 貨物

11、的破損率。 1.3.4 提高倉儲作業(yè)效率 建立以立體倉庫為中心的物流系統(tǒng)，其優(yōu)越性還表現(xiàn)在立體倉庫具有快速的 入出庫能力，妥善地將貨物存入立體倉庫，及時自動地將生產(chǎn)所需零部件和原材 料送達(dá)生產(chǎn)線。同時，立體倉庫系統(tǒng)減輕了工人綜合勞動強(qiáng)度。11 第 2 章 自動化立體倉庫系統(tǒng)概述 2.1 本課題設(shè)計(jì)的內(nèi)容 在本文中，主要內(nèi)容包括三個部分：基于 rfid 技術(shù)的倉儲和物流管理系統(tǒng)： 基于西門子 s7-200plc 執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)全自動控制系統(tǒng)和 plc 程序：管理層、監(jiān)控 層、控制層之間無縫連接，實(shí)現(xiàn)相互通訊。 在管理系統(tǒng)，研究的主要內(nèi)容即貨物出入庫、存儲及貨位分配在自動化立體 倉庫中的實(shí)現(xiàn)。具體而

12、言，根據(jù)自動化立體倉庫中貨物存儲特點(diǎn)，提出了采用分 類隨機(jī)存儲和定位存儲相結(jié)合的存儲策略。與 rfid 技術(shù)相結(jié)合，對貨物的出入 庫頻率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，以此劃分出貨物的大致存放區(qū)域；與此同時，使用貨物空間自 動均勻分配算法，實(shí)現(xiàn)貨物的貨物空間分布均勻以及就近入庫出庫;該算法實(shí)現(xiàn) 了單件及批量入庫作業(yè)。 在執(zhí)行系統(tǒng)中，首先建立實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的自動化立體倉庫系統(tǒng)；針對整個控制 系統(tǒng)和電氣控制原理進(jìn)行合理分析，從而對下位執(zhí)行系統(tǒng)的整體功能進(jìn)行開發(fā)與 設(shè)計(jì)，然后對每個單元 plc 的控制功能模塊進(jìn)行分析；最終編寫 plc 程序，局部 試調(diào)通過之后，集成上述三個單元，并實(shí)現(xiàn)其順序控制。 在三層網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和通信實(shí)

13、現(xiàn)中，以設(shè)置 mcgs 組態(tài)軟件來實(shí)現(xiàn) opc 通信 為研究核心：監(jiān)測層與控制層基于現(xiàn)場總線 profibus 的具體組網(wǎng)通訊實(shí)現(xiàn)以及 mcgs 本的編寫，并最終管理和控制一體化。12 2.2 自動化立體倉庫的模塊設(shè)計(jì) 根據(jù)各模塊的功能，在自動化倉庫中排列了每個部件之間的具體方位，如下： 圖 2-1 功能模塊圖 步進(jìn) 電機(jī) 直流 電機(jī) 垂直桿 驅(qū)動器 plc 控制器 步進(jìn) 電機(jī) 控制版面 繼 電 器 水平桿 倉位模型 限位開關(guān) 第 3 章 立體倉庫的硬件設(shè)計(jì) 3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 本設(shè)計(jì)的控制對象可分為三個控制區(qū)域，即傳送帶、機(jī)械手及立體倉庫。 3.1.1 傳送帶輸送機(jī)控制 本系統(tǒng)中共有二臺輥道輸

14、送帶，其傳動采用交流變頻調(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)自動控制啟/停及正/反轉(zhuǎn)，完成貨物送入、取出動作。在實(shí)驗(yàn)臺的按鈕板 上有一些轉(zhuǎn)換開關(guān)和按鈕，用于手動控制操作。13 3.1.2 機(jī)械手的控制 機(jī)械手的動作由氣缸驅(qū)動，而氣缸由對應(yīng)的電磁閥控制，當(dāng)下降電磁閥通電 時，機(jī)械手下降，當(dāng)下降電磁閥斷電時機(jī)械手停止，只有當(dāng)上升電磁通電時，機(jī) 械手才上升，斷電時才停止。機(jī)械手的放松和夾緊由一個線圈兩位置電磁閥控制。 3.1.3 立體倉庫及自動堆垛機(jī)控制 在立體貨庫中配有一臺全自動堆垛機(jī)，由二臺步進(jìn)電機(jī)和一臺直流電機(jī)控制， 可進(jìn)行行走、

15、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)貨的自動存 儲及出貨的自動提取。堆垛機(jī)在行走方向共有三個限位開關(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 方向共有四個限位開關(guān)：上/下極限限位開關(guān)、一個入庫認(rèn)址限位開關(guān)和一個出 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)臺的按鈕板上 有一些轉(zhuǎn)換開關(guān)和按鈕，用于手動控制操作。在發(fā)生緊急情況時，可按下緊停按 鈕，用以切斷步進(jìn)電機(jī)控制模塊的電源。14 圖 3-1 儲存單元圖 3.2 傳感與檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì) 傳感器（transducer/sensor）是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能

16、 將檢測感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出， 以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。它是實(shí)現(xiàn)自動檢測 和自動控制的首要環(huán)節(jié)。 3.2.1 光電傳感器 光電傳感器，通常分 npn 集電極開路輸出與 pnp 集電極開路輸出，傳感器 本系統(tǒng)只使用了 npn 集電極開路輸出。光電傳感器的原理圖如下： 圖 3-2 光電傳感器原理圖 3.2.2 漫反射式傳感器 漫反射式傳感器，其工作原理為：當(dāng)物體相對于傳感器移動時，反射回來的 信號與原先的信號相比較，產(chǎn)生頻移，集成電路再把微弱的頻移信號進(jìn)行放大， 再經(jīng)多普勒檢測、放大、限幅等措施，最后取得和物體移動信號相關(guān)的主

17、流信號 輸出電平。 在自動化倉庫中采用 ee-spy402 凹槽型、反射型接插件式傳感器用作貨物的 檢測。第一，采用能抗周圍外來剛干擾的變調(diào)光式；第二，采用變調(diào)光式與直流 光式比不易受外來光干擾的影響。第三，其電源電壓為 dc5-24v 的大量程電壓輸 出型；帶有容易調(diào)整的光軸標(biāo)識；帶有便于調(diào)整，動作確認(rèn)的光顯示。 圖 3-3 漫射型光電傳感器接線圖 漫反射型光電傳感器，其在探測物體擋在傳感器正面使傳感器接收到足夠的 光線時輸出信號。其對不同顏色的檢測距離不相同，反射性能越好檢測的距離越 遠(yuǎn)。還可以通過調(diào)節(jié)靈敏度調(diào)節(jié) vr 調(diào)節(jié)檢測的距離。 3.2.3 電容傳感器 圖 3-4 電容傳感器基本原

18、理圖及接線圖 電容傳感器的兩種形式分為：npn 集電極開路輸出和 pnp 集電極開路輸出， 在本系統(tǒng)中，只使用了 pnp 集電極開路輸出型。當(dāng)被測物接近傳感器時則輸出信 號，pnp 型在沒有檢測到物體輸出則為懸空狀態(tài)，檢測到物體輸出時為高電平狀 態(tài)。 在本單元所使用的傳感器的位置及型號如下表所示： 表 3-1 傳感器的位置及型號 傳感器位置型號說明 編碼器 前后參考點(diǎn) cr18-8d 電容傳感器 npn 集電極開路輸出 升降參考點(diǎn) bs5-t2m npn 集電極開路輸出 升降上到位 d-c73 舌簧型磁性開關(guān) 轉(zhuǎn)移氣缸右到位 d-c73 舌簧型磁性開關(guān) 物料檢測 ccd-40n 漫反射型光電傳

19、感器 npn 集電極開路輸出 列一參考點(diǎn) bs5-t2m npn 集電極開路輸出 列二參考點(diǎn) bs5-t2m npn 集電極開路輸出 列三參考點(diǎn) bs5-t2m npn 集電極開路輸出 列四參考點(diǎn) bs5-t2m npn 集電極開路輸出 3.3 s7200 系列 plc 與通信系統(tǒng)的連接 整個控制系統(tǒng)的下位機(jī)含三個主要組成部分：傳送帶、機(jī)械手、堆垛機(jī)，均 采用 plc（可編程控制器）s7-200 系列實(shí)現(xiàn)其自動控制。這里和別的 plc 相同， 單元加編程器是其基本組成部分，如遇系統(tǒng)擴(kuò)展需要，系統(tǒng)組件還應(yīng)包括：數(shù)字 擴(kuò)展單元模塊，模擬量擴(kuò)展單元模塊，網(wǎng)絡(luò)，通信模塊， hmi 人機(jī)界面等。15 通

20、過 pc/ ppt 電纜建立 s7-200 cpu 與個人計(jì)算機(jī)連接。具體實(shí)施過程如下： 設(shè)置 pc/ppi 電纜開關(guān)（下0，上1） ； dip 開關(guān)上選擇計(jì)算機(jī)支持的波特率 9600（123 設(shè)為 010） 選擇 11 位（4 設(shè)置為 0） 選擇數(shù)據(jù)通信設(shè)備（dce） （5 設(shè)置為 0） pc/ ppi 電纜的 rs-232 端子（pc）連接到 pc 通信口：com1 或者 com2。 pc/ ppi 電纜 rs-485 端子（ppi）連接到 cpu 的通信口。 圖 3-5 pu 的通信口的連接圖 圖 3-6 c24v 輸入/輸出點(diǎn)的基本原理圖（源型接法） 3.4 plc 的選擇 該設(shè)計(jì)采用

21、了可編程控制器是 siemenss7-200 系列的小型 plc-cpu226。本機(jī) 集成 24 輸入/ 16 輸出 40 個數(shù)字 i/ 0 點(diǎn)。含 pid 控制器，可連接 7 個擴(kuò)展模塊， 最大可擴(kuò)展至 248 個數(shù)字 i /0 點(diǎn)，或 35 通道模擬 i/ 0 點(diǎn)。 13k 字節(jié)程序和數(shù) 據(jù)存儲空間。 6 個獨(dú)立的 30khz 的高速計(jì)數(shù)器，以及 2 個獨(dú)立通道 20khz 的高速 脈沖輸出。 2 個 rs485 通訊/編程端口，并具備 ppi 通訊協(xié)議以及自由方式通訊 能力，還有功能強(qiáng)大、體積精小、性價比較高等優(yōu)勢，而且還具有高速脈沖輸出 （pto）功能，能驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)。同時，步進(jìn)電機(jī)和

22、步進(jìn)驅(qū)動器共同組成步進(jìn)驅(qū) 動模塊。cpu226 外設(shè)接線圖如下： 圖 3-7 cpu226 外圍典型接線圖 3.5 立體倉庫驅(qū)動設(shè)計(jì) 3.5.1 步進(jìn)電動機(jī) 步進(jìn)電動機(jī)是用專門的步進(jìn)驅(qū)動器驅(qū)動，而非直接通過 plc 驅(qū)動，連接步進(jìn) 電機(jī)和步進(jìn)驅(qū)動器，plc 只需向步進(jìn)驅(qū)動器提供方向信號與脈沖信號。 “方向控 制信號+”連接 q0.1，經(jīng) q0.1 的置“1”和置“0”的狀態(tài)以控制步進(jìn)電動機(jī)的方 向；將步進(jìn)驅(qū)動器“脈沖信號+”接到 plc 的輸出 q0.1 點(diǎn)，plc 輸出的高速脈沖 信號通過 q0.0 發(fā)出驅(qū)動步進(jìn)電動機(jī)；而“方向控制信號”和 “脈沖信號” 直接接到了 plc 開關(guān)電源的負(fù)極

23、1m 上。16 該程序可以分為主程序，子程序與中斷程序三大部分，分工明確，相互配合。 主程序負(fù)責(zé)確定步進(jìn)電動機(jī)的方向以及子程序調(diào)用。而子程序負(fù)責(zé)設(shè)定高速脈沖 指令 plc 的控制字節(jié)，輸出的脈沖個數(shù)和脈沖周期，然后連接開放和中斷，最終 q0.0 輸出高速脈沖，驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)電動機(jī)運(yùn)行。 q0.0 輸出脈沖來完成執(zhí)行中斷： 一方面，在步進(jìn)電動機(jī)未運(yùn)行到原點(diǎn)時，繼續(xù)調(diào)用子程序，機(jī)械手后限位 10.4 不動作， q0.0 繼續(xù)發(fā)脈沖讓步進(jìn)電動機(jī)繼續(xù)運(yùn)行；相對的，在步進(jìn)電動機(jī)已運(yùn) 行到原點(diǎn)時，機(jī)械手后限位 10.4 立刻動作，執(zhí)行中斷返回指令 ret1，此時復(fù)位 指示燈 q1.7 亮，步進(jìn)電動機(jī)復(fù)位結(jié)束

24、。 步進(jìn)電動機(jī)的定位程序。高速脈沖輸出一定數(shù)量的脈沖就帶動機(jī)械運(yùn)行一定 的距離，進(jìn)行機(jī)械設(shè)備的定位控制稱為步進(jìn)電動機(jī)的定位控制。定位程序的 plc 編號、plc 接線以及驅(qū)動器、電動機(jī)驅(qū)動器與復(fù)位程序均保持不變。 因此，步進(jìn)電動機(jī)是用專業(yè)的步進(jìn)驅(qū)動器驅(qū)動，而非直接通過 plc 驅(qū)動，用 plc 只需給步進(jìn)驅(qū)動器提供方向以及脈沖信號，plc 和步進(jìn)驅(qū)動器接線示意圖如 下： 圖 3-8 plc 與步進(jìn)驅(qū)動器的連接 3.5.2 i/o 分配 表 3-2 i/o 分配表 sb1(復(fù)位) i0.1 sb2(復(fù)位) i0.2 右限位 i0.0 步進(jìn)運(yùn)行結(jié)束邏輯 m0.0 電機(jī)脈沖 q0.0 電機(jī)方向 q0

25、.1 3.5.3 步進(jìn)驅(qū)動器圖及功能描述 設(shè)計(jì)中的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器包括兩個部分：環(huán)路放大器以及功率放大器。脈沖 分配器不可以直接驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)，須通過由功率放大器放大，才能向步進(jìn)電機(jī)的 繞組提供足夠的電流。其原因在于：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，通過功率放大器加到步進(jìn)電機(jī)中的各個繞組，讓步進(jìn)電機(jī)按一定的 方式運(yùn)行，并實(shí)現(xiàn)定位控制和正反轉(zhuǎn)控制，其輸出功率過小。 圖 3-9 驅(qū)動器接線示意圖 3.5.4 變頻器 通常情況下， “變頻器”是指把頻率和電壓固定不變的交流電變轉(zhuǎn)換為頻率 或電壓可變的交流電的裝置。首先，單相或者三相交流電流轉(zhuǎn)換為直流電 （direct current）

26、 ，隨即返回到直流電（direct current）轉(zhuǎn)換為一個單相和 三相的交流電流（alternating current） 。在逆變器的電壓變化和輸出頻率來改變電 機(jī)的運(yùn)行曲線時，即改變曲線上的 n0，電動機(jī)運(yùn)行曲線下移。所以，變頻器能夠 讓電機(jī)以較小的啟動電流，獲得較大的啟動轉(zhuǎn)矩，即變頻器可以啟動重載負(fù)荷。 變頻器連接到 plc： 變頻器的輸入信號包括：運(yùn)行、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止信號，變頻器通過繼電器 接點(diǎn)與上機(jī)位相互連接，利用脈沖序列作為頻率指令以得出運(yùn)行信號。 圖 3-10 變頻器與 plc 的連接 3.6 立體倉庫 plc 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) i/o 符號分配表： 表 3-2 i/o 分配

27、表 控制元件變成地址 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)移氣缸右到位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)電動機(jī)方向q0.1 變頻器的啟停q0.2 變頻器的方向q0.3 轉(zhuǎn)移皮帶線信號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 報警燈（綠）q

28、1.2 報警燈（黃）q1.3 報警燈（紅）q1.4 循環(huán)開始v1.2 停止標(biāo)志v1.3 啟動標(biāo)志v1.4 步進(jìn)復(fù)位標(biāo)志v1.5 傳感器與執(zhí)行元件的連接圖： 圖 3-11 傳感器與執(zhí)行元件的連接圖(a) 圖 3-11 傳感器與執(zhí)行元件的連接圖(b) 第 4 章 plc 的軟件設(shè)計(jì) s7-200 cpu 的控制程序有幾個分支，主要包含主程序、中斷程序、堆垛機(jī)向 上運(yùn)行和堆垛機(jī)向上運(yùn)行的子程序。 程序運(yùn)行的步驟：首先，按復(fù)位按鈕，使堆垛機(jī)復(fù)位，機(jī)械手下降以抓取貨 物，隨后向上移動到合適的位置后，開始右移，氣缸右移到正確的位置，機(jī)械手 下降，在合適的位置放下其所托運(yùn)的貨物。此時，傳送帶線開始運(yùn)行，貨物

29、被運(yùn) 送至堆垛機(jī)的傳送帶線，之后由堆垛機(jī)把貨物運(yùn)送到倉庫。在堆垛機(jī)運(yùn)行過程中， 步進(jìn)電機(jī)控制其水平運(yùn)行，變頻器控制其垂直運(yùn)行。具體而言，通過調(diào)用向左或 者向右運(yùn)行子程序，能精確設(shè)定高速脈沖的數(shù)目，以控制堆垛機(jī)向左或向右運(yùn)行 的距離。同樣，經(jīng)過調(diào)用向上或向下運(yùn)行子程序，并準(zhǔn)確設(shè)定脈沖數(shù)目，以此使 堆垛機(jī)在向上或向下運(yùn)行時，能達(dá)到所需的高度。這樣水平方向和垂直方向的精 確定位，可以使堆垛機(jī)把貨物準(zhǔn)確無誤的送達(dá)倉庫某個位置。而一旦遇見出現(xiàn)發(fā) 生錯誤的情況，可以立即摁下緊急停止按鈕，使堆垛機(jī)的動作停止。上述整個過 程依次循環(huán)，直至完成目標(biāo)任務(wù)。17 注：編寫子程序，一次就可，其余程序如遇到需要，方可調(diào)

30、用。但必須明白 調(diào)用子程序必須包含一定的條件，在子程序未被調(diào)用時，其下的指令將不能被執(zhí) 行，所以使用子程序可以有效減少掃描時間。中斷程序被設(shè)置為不由程序調(diào)用， 而是在中斷事件發(fā)生時，由操作系統(tǒng)調(diào)用，中斷程序中能夠調(diào)用一級子程序。 指令說明： 圖 4-1 指令圖 將 16#85 傳送到控制字節(jié) smb67 中，同時，把 16 進(jìn)制換成 2 進(jìn)制，即 851000 0101。 圖 4-2 指令圖 將輸入信號傳送到控制字中的 smw68，以它來指示周期為 30ms。 圖 4-3 指令圖 調(diào)用堆垛機(jī)向下運(yùn)行子程序。 主程序： 1. 將步進(jìn)電動機(jī)，步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動器，輸入輸出器件與 plc 按要求連接好，

31、 將設(shè)計(jì)好的梯形圖下載到 plc，plc 運(yùn)行，sm0.1 導(dǎo)通一個掃描周期， 將 16#85 送到 smb67，30 送到 smw68，設(shè)置高速脈沖輸出控制字節(jié)， pto 高速脈沖輸出周期為 30ms： 圖 4-4 初始化指令圖 2. 復(fù)位按鈕，進(jìn)行復(fù)位： 圖 4-5 復(fù)位指令圖 3. 步進(jìn)復(fù)位開始，進(jìn)行步進(jìn)方向，堆垛機(jī)向下運(yùn)行子程序被調(diào)用： 圖 4-6 步進(jìn)復(fù)位指令圖 4. 地軌復(fù)位標(biāo)志，地軌到達(dá)參考點(diǎn)，復(fù)位完成： 圖 4-7 地軌復(fù)位指令圖 5. 運(yùn)行標(biāo)志： 圖 4-8 運(yùn)行指令圖 6. 停止： 圖 4-9 停止指令圖 7. 運(yùn)行指示，運(yùn)行狀態(tài)下，小車運(yùn)送工件到達(dá)，小車定位氣缸： 圖 4

32、-10 運(yùn)送工件指令圖 8. 小車定位氣缸，庫位滿，清零： 圖 4-11 定位氣缸指令圖 9. 循環(huán)開始： 圖 4-12 循環(huán)開始指令圖 10. 小車到位后延時： 圖 4-13 后延時指令圖 11. 延時到，置標(biāo)志位： 圖 4-14 置標(biāo)志位指令圖 12. 升降氣缸，抓小車工件： 圖 4-15 升降氣缸指令圖 13. 工件已到轉(zhuǎn)移皮帶上： 圖 4-16 工件轉(zhuǎn)移指令圖 14. 工件已到堆垛機(jī)皮帶線上： 圖 4-17 轉(zhuǎn)移至皮帶指令圖 15. 啟動變頻器向庫位方向運(yùn)行： 圖 4-18 啟動變頻器指令圖 16. 變頻器啟停，步進(jìn)復(fù)位開始： 圖 4-19 變頻器啟停指令圖 17. 堆垛機(jī)向下運(yùn)行的程

33、序： 注：q0.1 發(fā)送脈沖使堆垛機(jī)向下運(yùn)行，使用 smd72 作為高速脈沖輸出的控制 字節(jié)，當(dāng)堆垛機(jī)到達(dá)某個升降參考點(diǎn)時，立即發(fā)送脈沖數(shù)目為 200 的，向下運(yùn)行 的脈沖。在 19 號事件發(fā)生時，調(diào)用步進(jìn)中斷程序。 圖 4-20 堆垛機(jī)向下運(yùn)行指令圖 18. 堆垛機(jī)向上運(yùn)行： 注：q0.0 發(fā)送脈沖使堆垛機(jī)向上運(yùn)行，使用 smd72 作為高速脈沖輸出的控 制字節(jié)，計(jì)數(shù)器為 4 時，發(fā)送向上的 70000 個脈沖 ，當(dāng)計(jì)時器是 5 或 8 時，發(fā) 送向上的 420000 個脈沖， 當(dāng)計(jì)數(shù)器是 9 或 12 時，發(fā)送脈沖 770000 個，當(dāng) 19 號事件發(fā)生時，則調(diào)用步進(jìn)中斷程序。 運(yùn)行到第二

34、，三層庫存位。 圖 4-21 堆垛機(jī)向上運(yùn)行指令圖 19. 中斷程序： 當(dāng)步進(jìn)復(fù)位標(biāo)志復(fù)位，到達(dá)堆垛機(jī)升降參考點(diǎn)時，調(diào)用向下運(yùn)行子程序。 圖 4-22 中斷程序指令圖 結(jié)束語 基于 plc 控制的自動化立體倉庫合理的利用了 plc 的硬件和軟件資源，編程 簡單，故障少，維修保養(yǎng)方便，節(jié)能省工，抗干擾能力強(qiáng)，控制箱占地面積少。 在保證立體倉庫安全,可靠的運(yùn)行條件下，減少 plc 的輸入輸出端口，充分利用 各種指令簡化控制程序。plc 的控制程序程序應(yīng)具有最優(yōu)化的邏輯判斷能力，使 立體車庫最合理地運(yùn)行。其組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)能夠讓用戶實(shí)時監(jiān)視立體倉庫的運(yùn)行狀 態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)故障和異常情況，保障了立體倉庫的安

35、全，穩(wěn)定和可靠性，具有良 好的生產(chǎn)應(yīng)用前景及教學(xué)價值。 目前，自動化立體倉庫正在向小型化，專業(yè)化方向發(fā)展，只有增強(qiáng)系統(tǒng)的控 制柔性，提高系統(tǒng)的運(yùn)行反應(yīng)速度，才能更好的適應(yīng)工作現(xiàn)場的要求。所以在立 體倉庫的設(shè)計(jì)發(fā)展中要緊緊把握自動化倉庫的發(fā)展動向，了解社會各方面的真是 需求，才能實(shí)現(xiàn)合理，實(shí)用，高效的自動化倉庫系統(tǒng)，為人們的生產(chǎn)生活帶來更 大的便利和經(jīng)濟(jì)效益。 致 謝 大學(xué)生活一晃而過，回首走過的歲月，心中倍感充實(shí)，當(dāng)我寫完這篇畢業(yè)論 文的時候，有一種如釋重負(fù)的感覺，感慨良多。 我要感謝，非常感謝我的指導(dǎo)老師曾老師。感謝校方給予我這樣一次機(jī)會， 能夠獨(dú)立地完成一個課題，并在這個過程當(dāng)中，給予我們各種方便，使我們在即 將離校的最后一段時間里，能夠更多學(xué)習(xí)一些實(shí)踐應(yīng)用知識，增強(qiáng)了我們實(shí)踐操 作和動手應(yīng)用能力，提高了獨(dú)立思考的能力。再一次對我的母校表示感謝。我做 畢業(yè)設(shè)計(jì)的每個階段，從選題到查閱資料，論文提綱的確定，中期論文的修改， 后期論文格式調(diào)整等各個環(huán)節(jié)中都給予了我悉心的指導(dǎo)。這幾個月以來，曾老師 不僅在學(xué)業(yè)上給我以精心指導(dǎo)，同時還在思想給我以無微不至的關(guān)懷，在此謹(jǐn)向 曾老師致以誠摯的謝意和崇高的