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1、 立體倉庫實驗設(shè)計 學(xué) 院：船舶工程學(xué)院 專業(yè)班級：船電 姓 名： 學(xué) 號： 目錄 一、設(shè)計任務(wù)于要求 1.1 設(shè)計任務(wù) 1.2 設(shè)計要求 1.3系統(tǒng)設(shè)計的基本步驟 二、實驗器材 2.1 PLC要求 2.2 立體倉庫設(shè)備 2.3 可編程計算機 三、硬件原理 3.1 步進電機驅(qū)動系統(tǒng)的基本組成和工作原理及應(yīng)用 3.2反射式

2、傳感器的工作原理 3.3傳感器的工作原理和應(yīng)用 四、控制系統(tǒng)設(shè)計 4.1 傳感器的分布 4.2 行程開關(guān)的位置與編號 4.3 I/O分配表 4.4 系統(tǒng)流程： 4.5 設(shè)計梯形圖 4.6 MCGS組態(tài)王實現(xiàn)立體倉庫工程畫面 摘要 自動化立體倉庫是現(xiàn)代物流系統(tǒng)中迅速發(fā)展的一個重要組成部分,是一種多層存放貨物的高架倉庫系統(tǒng)，由自動控制與管理系統(tǒng)、高位貨架、巷道堆垛機、自動入庫、自動出庫、計算機管理控制系統(tǒng)以及其他輔助設(shè)備組成。它具有節(jié)約用地、減輕勞動強度、消除差錯、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)、降低儲運損耗、有效地減少流動資金的積

3、壓、提高物流效率等諸多優(yōu)點。如今我國國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展,自動化立體倉庫必然會在各行各業(yè)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。 本課題的電氣控制主要由西門子公司的PLC、步進電機驅(qū)動器、步進電動機、直流電動機等器件組成。本文首先對本課題進行簡要的介紹，包括背景，研究意義，現(xiàn)狀等；其次對該系統(tǒng)的硬件組成、結(jié)構(gòu)、原理進行了闡述和分析；再次對本系統(tǒng)用到的器件分別進行介紹，重點對PLC程序進行了編寫；最后對設(shè)計本課題所學(xué)到的知識進行歸納和總結(jié)。 關(guān)鍵字：立體倉庫 可編程控制器（PLC） 西門子S7-200 組態(tài)軟件 一、 設(shè)計任務(wù)與要求 1.1 設(shè)計任務(wù) 該實驗就是采用PLC 自動化技

4、術(shù)，讓給定的機械設(shè)備智能地按照試驗設(shè)定的程序進行實際操作，實現(xiàn)整體的自動化。 本設(shè)計利用的立體倉庫主體由底盤、三層六倉位庫體、運動機械及電氣控制等四部分組成。其中電氣控制是由西門子S7-200 CPU224型可編程序控制器(PLC)、步進電機驅(qū)動模塊、開關(guān)電源、位置傳感器等器件組成。 設(shè)計的主要任務(wù)是：通過利用行程開關(guān)和傳感器來實現(xiàn)對設(shè)備的行程精確定位，讓機械設(shè)備在設(shè)定的程序的設(shè)定位置執(zhí)行工作任務(wù)，讓整個機械設(shè)備實現(xiàn)自動一體化，這樣能夠使設(shè)備能以更快捷、更方便地方式將成品貨物安放到系統(tǒng)指定的倉庫中。 1.2 設(shè)計要求 本設(shè)計要求是：設(shè)備能夠正確按照程序設(shè)定來精確定

5、位和正確執(zhí)行指定任務(wù)，同時也要求盡可能以低成本完成整個實驗設(shè)計。 在此設(shè)計的立體倉庫需要滿足一下功能： （1）堆垛機（機械手）要有三個自由度，即：前進、后退；上、下；左、右； （2）堆垛機的運動由步進電機驅(qū)動； （3）堆垛機前進（或后退）運動和上（或下）運動可同時進行； （4）堆垛機前進、后退和上、下運動時必須有超限位保護； （5）每個倉位必須有檢測裝置（微動開關(guān)），當(dāng)操作有誤時發(fā)出錯誤報警信號； （6）當(dāng)按完倉位號后，沒按入或取前，可以按取消鍵進行取消該操作。 （7）整個電氣控制系統(tǒng)必須設(shè)置急停按鈕，以防發(fā)生意外。 1.3系統(tǒng)設(shè)計的基本步驟 在立體倉庫控制系統(tǒng)的設(shè)計過

6、程中主要要考慮以下幾點： （1）深入了解和分析立體倉庫的工藝條件和控制要求。 （2）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。 （3）根據(jù)I/O點數(shù)選擇合適的PLC類型。 （4）分配I/O點，分配PLC的輸入輸出點，編制出輸入輸出分配表或者輸入輸出端子的接線圖。 （5）設(shè)計立體倉庫系統(tǒng)的梯形圖程序，根據(jù)工作要求設(shè)計出周密完整的梯形圖程序，這是整個立體倉庫系統(tǒng)設(shè)計的核心工作。 （6）將程序輸入PLC進行軟件測試，查找錯誤，使系統(tǒng)程序更加完善。 （7）立體倉庫整體調(diào)試，在PLC軟硬件設(shè)計和現(xiàn)場施工完成后，就可以進行整個系統(tǒng)的聯(lián)機調(diào)試，調(diào)試中發(fā)現(xiàn)

7、的問題要逐一排除，直至調(diào)試成功。 二、實驗器材 2.1 PLC要求： 西門子S7-200 CPU226 DC24V，外加一個數(shù)字量擴展模塊EM223。 根據(jù)本次設(shè)計的立體倉庫的輸入、輸出信號，其中外部輸入元件包括：檢測元件、按鈕、取、存、急停、限位開關(guān)等；輸出有三個電機的正反向、動作指示等。 2.2 立體倉庫設(shè)備： 圖（1） 1-巷道式堆垛機；2-立體庫架；3-水平驅(qū)動電機；4-手動操作盤；5-直流電源；6-電機驅(qū)動板；7-信號轉(zhuǎn)換板8-空氣開關(guān)

8、 立體式倉儲裝置由二大部分組成，巷道式堆垛機、立體式貨架。 （1）、巷道式堆垛機裝置：從前一單元的輸送小車上使用叉子叉取料盤； （2）、按照控制指令將料盤輸送到指定庫位。 （3）、巷道式堆垛機裝置能夠完成在輸送小車與庫位之間的料盤拿取、放送的操作。 2.3 可編程計算機： 應(yīng)選用安裝有STEP7-Micro/WIN 編程軟件的計算機，在個人計算 機Windows操作系統(tǒng)下運行的編程軟件，它的功能強大，使用方便，簡單易學(xué)。CPU通過PPI電纜或插在計算機中的CP5511、CP5611通訊卡通訊。通過PPI電纜，可以在Windows下實現(xiàn)多主站通信方式。 三、硬件原理

9、 3.1 步進電機驅(qū)動系統(tǒng)的基本組成和工作原理及應(yīng)用： 步進電機是數(shù)字控制系統(tǒng)中的執(zhí)行電動機，當(dāng)系統(tǒng)將一個電脈沖信號加到步進電機定子繞組時，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)一步，當(dāng)電脈沖按某一相序加到電動機時，轉(zhuǎn)子沿某一方向轉(zhuǎn)動的步數(shù)等于電脈沖個數(shù)。因此，改變輸入脈沖的數(shù)目就能控制步進電動機轉(zhuǎn)子機械位移的大??；改變輸入脈沖的通電相序，就能控制步進電動機轉(zhuǎn)子機械位移的方向，實現(xiàn)位置的控制，實現(xiàn)寬廣范圍內(nèi)速度的無級平滑控制。 為了驅(qū)動步進電動機，必須由一個決定電動機速度和旋轉(zhuǎn)角度的脈沖發(fā)生器（在該立體倉庫控制系統(tǒng)中采用PLC作脈沖發(fā)生器進行位置控制）、一個使電動機繞組電流按規(guī)定次序通斷的脈沖分配器、一個保證電動機正

10、常運行的功率放大器，以及一個直流功率電源等組成一個驅(qū)動系統(tǒng)。 步進電機驅(qū)動器是把控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號轉(zhuǎn)化為步進電機的角位移，或者說：控制系統(tǒng)每發(fā)一個脈沖信號，通過驅(qū)動器就使步進電機旋轉(zhuǎn)一步距角。所以步進電機的轉(zhuǎn)速與脈沖信號的頻率成正比。 3.2反射式傳感器的工作原理： 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)的直流信號輸出電平。 在該立體倉庫中采用反射式傳感器作為貨物的檢測裝置。 3.3傳感器的工作原理和應(yīng)用 （1）反射式傳感器的工作原理： 當(dāng)物體相

11、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)的直流信號輸出電平。 在該立體倉庫中采用反射式傳感器作為貨物的檢測裝置。 （2）對射式傳感器的工作原理： 當(dāng)24V電壓加到發(fā)光二極管LED1時，它將光發(fā)射給發(fā)光二極管LED2，LED2接收到光導(dǎo)通，三極管導(dǎo)通，輸出為ON；當(dāng)發(fā)光二極管LED1發(fā)射出的光被物體擋住使發(fā)光二極管LED2接收不到時，LED2不導(dǎo)通，三極管也不導(dǎo)通，輸出為OFF。 在該立體倉庫控制系統(tǒng)中，采用8個對射式傳感器作為限位控制。 3.3.1 PLC I/O

12、點的選擇 根據(jù)控制要求，將各輸入設(shè)備和被控設(shè)備詳細(xì)列表，準(zhǔn)確的統(tǒng)計出被控設(shè)備對數(shù)需求量，然后在實際統(tǒng)計的I/O點數(shù)的基礎(chǔ)上增加15%～20%的備用量，以便以后調(diào)整和擴充。同時要充分利用好輸入和輸出擴展單元，提高主機的利用率，例如S7-200 CPU224分為14輸入、10輸出，S7-200 CPU226分為24輸入、16輸出，還有各種輸入和輸出擴展單元，這樣在增加I/O點數(shù)時，不必改變機型，可以通過擴展模塊實現(xiàn)，降低了經(jīng)濟投入。在確定好I/O點數(shù)后，還要注意它的性質(zhì)，類型和參數(shù)。 根據(jù)本次設(shè)計的立體倉庫系統(tǒng)的輸入、輸出信號，其中外部輸入元件包括：檢測元件、按鈕、取、存、限位開關(guān)等；輸出有三

13、個電機的正反向、動作指示等。具體I/O分布表，請看第四節(jié)控制系統(tǒng)設(shè)計4.3 四、控制系統(tǒng)設(shè)計 4.1 傳感器的分布 左 右 水平傳感器分布 圖（2） 上 下 垂直方向傳感器分布 圖（3） 4.2 行程開關(guān)的位置與編號 上 前 左：QS1 右：QS2 左 右 前：QS3 后：QS4 后 上：QS5 下：QS6 下 圖（4）

14、 4.3 I/O分配表 輸入 輸出 啟動 I0.0 入叉 Q0.0 過載 I0.1 出叉 Q0.2 下限位 I0.7 上升 Q0.1 后限位 I0.6 下降 Q0.4 左限位 I0.3 前進 Q0.6 前限位 I0.5 后退 Q0.3 下傳感器 I0.4 上傳感器 I0.2 還有中間繼電器M0.0, M0.1, M0.2, M0.3, 4.4 系統(tǒng)流程： 堆垛機入叉 開始運行 行程開關(guān)QS3 堆垛機出叉 行程開關(guān)QS

15、4 堆垛機后退 傳感器 堆垛機上升 行程開關(guān)QS4 行程開關(guān)QS3 傳感器 傳感器 堆垛機下降 堆垛機前進 堆垛機出叉 堆垛機入叉 圖（2） 4.6.2控制系統(tǒng)的設(shè)計思路 存貨工作流程： 接通電源，通電狀態(tài)下，各機構(gòu)復(fù)位，X 軸、Y 軸、Z 軸回復(fù)零位，堆垛機停在初始位置(入庫口)，按下啟動按鈕，系統(tǒng)開始工作。 存貨：按下啟動按鈕I0.0,執(zhí)行存貨指令，然后選擇庫位號{按貨倉號進行存貨}， X、Y軸電機運行至裝/卸貨臺，Z 軸電機正轉(zhuǎn)伸入裝貨臺內(nèi)，Y 軸電機上

16、升將物體抬起，Z 軸電機反轉(zhuǎn)伸出裝/卸貨臺并將物體帶出，X 軸、Y 軸電機運行至所選庫位號，Z 軸電機正轉(zhuǎn)送入物體,Y 軸電機下降將物體放入庫內(nèi)，Z 軸電機反轉(zhuǎn)出庫。X、Y軸電機復(fù)位，堆垛機運行至入庫口。以此類推，進行循環(huán)存貨。 以下是電機進行存貨的程序圖，以立體倉庫的第一層一號和第二的二號貨倉為例。網(wǎng)絡(luò)1到網(wǎng)絡(luò) 8為存貨到貨倉一，網(wǎng)絡(luò) 9到網(wǎng)絡(luò)22為存貨到貨倉二。 4.5 設(shè)計梯形圖 4.6 MCGS實現(xiàn)立體倉庫工程畫面 MCGS組態(tài)軟件所建立的工程由主控窗口、設(shè)備窗口、用戶窗口、實時數(shù)據(jù)庫窗口和運行策略五

17、部分構(gòu)成，每一部分分別進行不同的組態(tài)設(shè)計，完成不同的工作，具有不同的特性。組成MCGS各要素間的關(guān)系如下圖所示： 畫面建立后的效果如圖: 4.7立體倉庫控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的構(gòu)造 總結(jié) 本文進行了基于PLC的立體倉庫控制系統(tǒng)的設(shè)計與用組態(tài)軟件MCGS實現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)仿真的設(shè)計，作了以下工作： （1）查閱有關(guān)資料，收集和整理了國內(nèi)外立體倉庫的設(shè)計方案及監(jiān)控管理的研究資料。從而了解立體倉庫的結(jié)構(gòu)、存取工作要求以及工作流程。 （2）通過對立體倉庫運行原理的分析，探討了用可編程控制器PLC實現(xiàn)立體倉庫控制系統(tǒng)的基本方法，實現(xiàn)了對2*3模型的控制，用可編程控制器

18、PLC編寫立體倉庫控制系統(tǒng)，實現(xiàn)存取功能。 （3）學(xué)習(xí)了工控組態(tài)軟件MCGS,探討了MCGS實現(xiàn)仿真的方法和制作過程。根據(jù)編寫的PLC控制程序，通過計算機與PLC之間的串行通信交換信息，用PLC來控制“模擬”的立體倉庫。通過建立動畫連接、設(shè)備連接與設(shè)置變量、構(gòu)造實時數(shù)據(jù)庫（設(shè)置變量與PLC的I/O分配一一對應(yīng)）等實現(xiàn)畫面模擬。 自動化立體倉庫技術(shù)仍舊處于不斷發(fā)展之中，今后將向兩個方向發(fā)展：一是開發(fā)存儲大型物體，如整臺汽車、大型模具之類的自動化倉庫;另一個是開發(fā)對錄音帶、錄像帶或半導(dǎo)體器件之類的輕型或超輕量物體的小型自動化立體倉庫。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，自動化立體車庫將逐漸向完整、人工

19、智能化控制系統(tǒng)發(fā)展。 我國的自動化立體倉庫監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式,從20世紀(jì)80年代初期的集中控制式,發(fā)展到功能分布式,分層分布式,再發(fā)展到全開放的分層分布式,現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(FCS),既提高了性價比,又提高了可靠性,實現(xiàn)了產(chǎn)品升級換代。今后, 隨著中國企業(yè)規(guī)模的擴大和數(shù)量的增加, 以及重視與合理利用土地這一稀缺資源的意識不斷增強, 具有節(jié)約土地資源優(yōu)勢、提企業(yè)管理水平的自動化立體庫必將得到更廣泛使用。應(yīng)用領(lǐng)域的進一步擴大, 將對相應(yīng)設(shè)備和技術(shù)提出新的、更高的要求, 中國企業(yè)必須進行全面技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)品升級, 才能抓住時代的賦予。 對本人來說參加這個項目拓寬了本人的知識面，拓展了視野和思維。在學(xué)習(xí)做事方面也更加認(rèn)真、細(xì)心加大膽，也讓我明白了自己動腦自己研究的樂趣。 總的來說，在這次PLC綜合實訓(xùn)中，我收獲到了許多，這其中不僅僅是對PLC系列軟件的熟悉，還更多的學(xué)到了PLC在各種方面的用途，也加強了自己的動手能力，讓我對PLC有了更近一步的了解。同時也感謝白老師和王老師精彩的講課，沒有你們的辛勤付出，恐怕我是難以完成這份報告的。但是由于是第一次制作，也有許多不足之處，還請老師指出。