鐵道供電畢業(yè)論文

2013屆畢業(yè)生論文說明書 課題名稱： PLC 自動(dòng)倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： 朱豪杰 學(xué) 號(hào) ： 201001340210 系 別 ：電氣工程系 專 業(yè) : 鐵道供電 指導(dǎo)老師： 首珩 、 李慶梅 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)論文 1 目 錄 摘 要 . 1 ABSTRACT . 2 第 1 章 緒論 . 3 1.1 本課題的目的及意義 . 3 1.2 自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的歷史及國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀 . 3 1.3 自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的優(yōu)越性 . 3 第 2 章 自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)概述 . 5 2.1 本課題設(shè)計(jì)的內(nèi)容 . 5 2.2 自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的模塊設(shè)計(jì) . 5 第 3 章 立體倉(cāng)庫(kù)的硬件設(shè)計(jì) . 6 3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) . 6 3.2 傳感與檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) . 7 3.3 S7 200 系列 PLC 與通信系統(tǒng)的連接 . 10 3.4 PLC 模塊的選擇 . 11 3.5 立體倉(cāng)庫(kù)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì) . 12 3.6 立體倉(cāng)庫(kù) PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) . 14 第 4 章 PLC 的軟件設(shè)計(jì) . 18 第 5 章 基于組態(tài) 軟件倉(cāng)儲(chǔ)監(jiān)控管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì) . 34 5.1 工程組態(tài)軟件 MGCS 的應(yīng)用 . 34 5.2 組態(tài)軟件的模型的設(shè)計(jì) . 34 結(jié)束語(yǔ) . 35 致 謝 . 36 參考文獻(xiàn) . 37 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)論文 1 摘 要 隨著現(xiàn)代化生產(chǎn)技術(shù)的飛速發(fā)展以及社會(huì)物質(zhì)的不斷繁榮，平面化倉(cāng)庫(kù)對(duì)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(cāng)庫(kù)己成為生產(chǎn)和生活中的一個(gè)重要的組成部 分，對(duì)于立體倉(cāng)庫(kù)的研究也在不斷的深入。 本文主要設(shè)計(jì)了一個(gè)自動(dòng)化的立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)，首先對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行討論，確定了系統(tǒng)的模塊組成、功能以及各模塊之間的聯(lián)系，并對(duì)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(duì)于立體倉(cāng)庫(kù)的控制系統(tǒng)也進(jìn)行了設(shè)計(jì)，主要采用可編程控制器件來對(duì)其進(jìn)行控制，通過 PLC 編程軟件對(duì)立體倉(cāng)庫(kù)的整個(gè)運(yùn)作進(jìn)行了 PLC 程序的設(shè)計(jì)，主要以手動(dòng)和自動(dòng)兩種不同的方式控制，并對(duì)意外情況的發(fā)生也作了意外處理程序的設(shè)計(jì)。 為了更好的驗(yàn)證此立體倉(cāng)庫(kù)的設(shè)計(jì)，根據(jù)設(shè)計(jì)思想制作了一個(gè) 12 倉(cāng)位的立體倉(cāng)庫(kù)模型，該模型系統(tǒng)采用 了先進(jìn)的 PLC 控制器控制，通過內(nèi)部 PLC 程序的設(shè)計(jì)，能根據(jù)控制要求靈活方便地進(jìn)行系統(tǒng)配置，并能通過步進(jìn)電機(jī)、運(yùn)動(dòng)機(jī)械裝置等組成的自動(dòng)化控制系統(tǒng)對(duì)貨物進(jìn)行準(zhǔn)確的送取。 另外，為了監(jiān)控和管理立體倉(cāng)庫(kù)的運(yùn)行狀態(tài)，利用組態(tài)王軟件對(duì)于立體倉(cāng)庫(kù)的運(yùn)行情況設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)能對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集處理，管理人員只要通過運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)就可以實(shí)時(shí)監(jiān)控立體倉(cāng)庫(kù)的工作狀態(tài)，保證了正常運(yùn)作，對(duì)出現(xiàn)的問題作出及時(shí)的判斷和處理。 最后通過該系統(tǒng)的模擬運(yùn)行，驗(yàn)證了此立體倉(cāng)庫(kù)運(yùn)行平穩(wěn)，送取貨物定位準(zhǔn)確，安全可靠。 關(guān)鍵詞：立體化 倉(cāng)庫(kù)， PLC 控制，組態(tài)王軟件，實(shí)時(shí)監(jiān)控 。 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)論文 2 Abstract With the rapid development of modem production technology， as well as the continuing social and material prosperity， planar warehouse for the storage cannot meet the current demand， warehouse has become an important component for normal social life and manufacturing The tridimensional warehouse keeps its constantly in-depth study Firstly it focuses on design of system modules， functions，and the linkages between the various modules and then makes some proposed solutions for expected problems Secondly， the tridimensional warehouse control systems has been designed primarily to use programmable control device to control ， through the PLC programming soft ware for the entire tridimensional warehouse operation of the PLC program design, developed manual and automatic two way control， and the design of unexpected accidents treatment program is also conducted In order to verify the design of tridimensional warehouse better， according to design innovations， I built a 12 storage rooms tridimensional warehouse model， the model system adopts advanced PLC controller， the internal PLC programmed sign control requirements for a flexible and convenient way of system configuration， the automatic control systems made up with stepper motors and other mechanical devices ensures all accurate delivery of goods In addition， in order to monitor and manage the operation of tridimensional warehouse status， with the input of configuration software for the operation of tridimensional warehouse has areal Time monitoring system The system is capable of onsite data collection and processing， the operator could launch the monitoring system to get areal-time updates of the working status of the warehouse， to ensure a safe operation and immediate error shooting and correction treatment Finally， the whole system has been verified as a safe， reliable， accurate， and stable operational tridimensional warehouse through virtual test Keywords ：Tridimensional Warehouse， PLC control， King view software， Real-time Monitoring System. Key words: stereoscopic warehouse, PLC control, configuration software, real-time monitoring. 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)論文 3 第 1 章 緒論 1.1 本課題的目的及意義 隨著倉(cāng)儲(chǔ)水平的提高，自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)在倉(cāng)儲(chǔ)業(yè)中應(yīng)用越來越廣泛。隨著自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的出現(xiàn)，人們對(duì)倉(cāng)儲(chǔ)空間的利用率逐漸提高，改變了傳統(tǒng)的倉(cāng)儲(chǔ)模式。本次設(shè)計(jì)是用組態(tài)軟件來模擬一個(gè)小型自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)，來體現(xiàn)自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的便捷性、控制性。 1.2 自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的歷史及國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀 立體倉(cāng)庫(kù)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。 2007 年，我國(guó)自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)建設(shè)總量與 2006 年基本持平。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全國(guó)共建成自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù) 50 余座，總產(chǎn)值在 7 億人民幣左右。用戶主要集中在醫(yī)藥生產(chǎn)、 醫(yī)藥配送、食品、煙草生產(chǎn)及煙草配送、制造業(yè)、服裝加工等行業(yè)領(lǐng)域 。 我國(guó)的自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)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(cāng)庫(kù)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(cāng)庫(kù)的發(fā)展十分迅速，其發(fā)展趨勢(shì)主要有 ： 1 倉(cāng)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(cāng)庫(kù)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(cāng)庫(kù)作業(yè)向柔性化發(fā)展。隨著柔性化的普及，自動(dòng)化倉(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)一批可拆卸的或移動(dòng)式的倉(cāng)庫(kù)結(jié)構(gòu)。 1.3 自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的優(yōu)越性 隨著生活水平的提高，生產(chǎn)力的 提高，現(xiàn)代物流業(yè)逐漸顯現(xiàn)出快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)，傳統(tǒng)的倉(cāng)儲(chǔ)模式已經(jīng)不能滿足巨大的貨存，所以立體倉(cāng)庫(kù)就顯示出它的功效。它具有節(jié)約用地、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、消除差錯(cuò)、提高倉(cāng)儲(chǔ)自動(dòng)化水平及管理水平、提高管理和操作人員素質(zhì)、降低儲(chǔ)運(yùn)損耗、有效地減少流動(dòng)資金的積壓、提高物流效 率等諸多優(yōu)點(diǎn)。 歸納于： 1) 提高空間利用率 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)論文 4 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 3）減少商品的破損率 4）提高倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè)效率 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)論文 5 第 2 章 自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)概述 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(cāng)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?jī)?nèi)容涉及到 ： 自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的出入庫(kù)方式、存儲(chǔ)策略及貨位分配原則 ： 根據(jù)自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)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(kù)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(kù) ；最后根據(jù)此算法實(shí)現(xiàn)了批 量出入庫(kù)作業(yè)和單件出入庫(kù)作業(yè)。 在執(zhí)行系統(tǒng)中，研究?jī)?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(cāng)庫(kù)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 MCGS 設(shè)置：監(jiān)控層與控制層的基于現(xiàn)場(chǎng)總線 PROFIBUS 的具體組網(wǎng)通訊實(shí)現(xiàn)以及 MCGS 本的編寫，最終實(shí)現(xiàn)管控 一體化。 2.2 自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的模塊設(shè)計(jì) 在立體倉(cāng)庫(kù)的模塊中，根據(jù)各模塊的功能，排列了 各 個(gè)部件之間的位置 ， 設(shè)計(jì)的一個(gè)整體圖： 圖 2-1 功能模塊圖 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)論文 6 第 3 章 立體倉(cāng)庫(kù)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(duì)象可分為三個(gè)控制區(qū)域，即傳送帶、機(jī)械手及立體倉(cāng)庫(kù)。 1.傳送帶輸送機(jī)控制 本系統(tǒng)中共有二臺(tái)輥道輸送帶，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. 立體倉(cāng)庫(kù)及自動(dòng)堆垛機(jī)控制 在立體貨庫(kù)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(cāng)庫(kù)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(kù)認(rèn)址限位開關(guān)和一個(gè)出庫(kù)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。 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)論文 7 圖 3-1 儲(chǔ)存單元圖 3.2 傳感與檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 傳感器（英文名稱： transducer/sensor）是一種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)量的信息，并能將檢測(cè)感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需 形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的 首要環(huán)節(jié) 1） 光電傳感器又分為 PNP 集電極開路輸出和 NPN 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。下圖是光電傳感器的原理圖： 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)論文 8 圖 3-2 光電傳感器原理圖 2） 漫 反射式傳感器的工作原理 :在立體倉(cāng)庫(kù)中采用 EE-SPY402 凹槽型、反射型接插件式傳感器作貨物檢測(cè)。采用能抗周圍外來剛干擾的變調(diào)光式；采用變調(diào)光式，與直流光式比，不易受外來光干擾的影響；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(shí)；帶有便于調(diào)整，動(dòng)作確認(rèn)的入光顯示。 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)與原先的信號(hào)相比較，產(chǎn)生頻移，集成電路再把微弱的頻移信號(hào)進(jìn)行放大，再經(jīng)多普勒檢測(cè)、放大、限幅等措施，最后取得和物體移動(dòng)信號(hào)相關(guān)的主流信號(hào)輸出電平。 圖 3-3 漫 射型光電傳感器接線圖 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)論文 9 漫反射型光電傳感器是在探測(cè)物體擋在傳感器正面使傳感器接收到足夠的光線時(shí)輸出信號(hào)。可以通過調(diào)節(jié)靈敏度調(diào)節(jié) VR 調(diào)節(jié)檢測(cè)的距離。其對(duì)不同顏色的檢測(cè)距離不相同，反射性能越好檢測(cè)的距離越遠(yuǎn)。 3） 電容傳感器： 圖 3-4 電容傳感器基本原理圖及接線圖 電容傳感器也分為 NPN 集電極開路輸出和 PNP 集電極開路輸出兩種形式，在本系統(tǒng)只使用了 PNP 集電極 開路輸出型。當(dāng)被測(cè)物接近傳感器時(shí)輸出信號(hào)， PNP型在沒有檢測(cè)到物體輸出為懸空狀態(tài)，檢測(cè)到物體輸出為高電平狀態(tài)。 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) 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)論文 10 3.3 S7 200 系列 PLC 與通信系統(tǒng)的連接 本自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)模型整個(gè)整個(gè)下位控制系統(tǒng)三大組成部分：傳送帶 、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： COM或 COM2。 PC/PPI 電纜的 RS 485 端（標(biāo)有 PPI）連接到 CPU 的通信口。 圖 3-5 PU 的通信口的連接圖 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)論文 11 圖 3-6 C24V 輸入 /輸出點(diǎn)的基本原理圖（源型接法） 3.4 PLC 模塊的選擇 本設(shè)計(jì)選用的可編程控制器是西門子公司 的 S7-200 系列小型 PLC-CPU226。本機(jī)集成 24 輸入 /16 輸出共 40 個(gè)數(shù)字量 I/0 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/0 點(diǎn)或 35 路模擬量 I/0 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、和自由方式通訊能力，還 有體積小、功能強(qiáng)、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，而且具有高速脈沖輸出（ PTO）功能，可以驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)。步進(jìn)驅(qū)動(dòng)模塊步進(jìn)驅(qū)動(dòng)模塊由步進(jìn)電機(jī)和步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器組成 。下圖是 CPU226 外圍典型接線圖 圖 3-7 CPU226 外圍典型接線圖 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)論文 12 3.5 立體倉(cāng)庫(kù)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì) 1 步進(jìn)電機(jī) 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)不是直接通過 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)和步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器要 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)就可以了。將步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器“脈沖信號(hào) +”接到 PLC 的輸出 Q0.1 點(diǎn)， PLC 輸出的高速脈沖信號(hào)通過 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，通過 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。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的定位程序。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的定位控制是指高速脈沖輸出一定數(shù)量的脈沖就帶動(dòng)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。定位程序的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器、驅(qū)動(dòng)器和 PLC 接線及 PLC 編號(hào)與復(fù)位程序相同。 所以步進(jìn)電動(dòng)機(jī)不是直接通過 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)和方向就可以了，下面是驅(qū)動(dòng)器與 PLC 的接線示意圖： 圖 3-8 PLC 與 步進(jìn) 驅(qū)動(dòng)器的連接 2 I/O 分配表 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)論文 13 表 3-2 I/O 分配表 3 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，通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，所以脈沖分配器不能直接驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)工作，必須通過功率放大器進(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 3-9 驅(qū)動(dòng)器接線示意圖 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)論文 14 4 變頻器 通常，把電壓和頻率固定不變的交流電變換為電壓或頻率可變的交流電的裝置稱作 “變頻器 ”。該設(shè)備首先要把三相或單相 交流電變換為直流電（ DC）。然后再把直流電（ DC）變換為三相或單相交流電（ AC）。變頻器同時(shí)改變輸出頻率與電壓，也就是改變了電機(jī)運(yùn)行曲線上的 n0，使電機(jī)運(yùn)行曲線平行下移。因此變頻器可以使電機(jī)以較小的啟動(dòng)電流，獲得較大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，即變頻器可以啟動(dòng)重載負(fù)荷。 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， 通過脈沖序列作為頻率指令。 并得到這些運(yùn)行信號(hào)。 圖 3-10 變頻器與 PLC 的連接 3.6 立體倉(cāng)庫(kù) PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 1 I/O 符號(hào)分配表 ： 控制元件 編程地址 編碼器 a I0.0 編碼器 b I0.1 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(cè)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 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)論文 15 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 4 V1.4 步進(jìn)復(fù)位標(biāo)志 V1.5 標(biāo)志啟動(dòng) 1 V0.0 地軌復(fù)位標(biāo)志 V0.1 表 3-2 I/O 符號(hào)分配表 2.傳感器與個(gè)執(zhí)行元件的連接圖： 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)論文 16 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)論文 17 圖 3-15 傳感器與個(gè)執(zhí)行元件的連接圖 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)論文 18 第 4 章 PLC 的軟件設(shè)計(jì) S7-200 CPU 的控制程序有主程序 ,堆垛機(jī)向上運(yùn)行和堆垛機(jī)向上運(yùn)行的 子程序和中斷程序。 程序 運(yùn)行過程 ： 首先按下復(fù)位按鈕 ， 堆垛機(jī)復(fù)位， 小車定位機(jī)械手下降抓取貨物 ，然后上升，上升到位后 右移， 氣缸右移到位后機(jī)械手下降，下降到位后 放下貨物 ，同時(shí)轉(zhuǎn)移皮帶 線 啟動(dòng) 將貨物送至 堆垛機(jī)皮帶線 上 再由堆垛機(jī) 將貨物送至倉(cāng)庫(kù)。堆垛機(jī)的上下運(yùn)行有變頻器控制，左右運(yùn)行由步進(jìn)電機(jī)控制 。 當(dāng)堆垛機(jī) 向上或向下運(yùn)行時(shí)會(huì)調(diào)用向上或向下運(yùn)行子程序，以設(shè)定脈沖數(shù)的不同會(huì)達(dá)到相應(yīng)的高度，是貨物能準(zhǔn)確無誤的到倉(cāng)庫(kù)地點(diǎn)。當(dāng)堆垛機(jī)向左或向右運(yùn)行時(shí)是由高速脈沖數(shù)決定的，高速脈沖數(shù)的多少?zèng)Q定了左右運(yùn)行的 距離。如果期間發(fā)生錯(cuò)誤動(dòng)作則能直接按下急停按鈕將動(dòng)作停止。此過程可以依次循環(huán)直到任務(wù)完成。 注意： 子程序 只需要寫一次，其他程序在需要的時(shí)候就調(diào) 用，但子程序的調(diào)用是有條件的，未調(diào)用時(shí)不會(huì)執(zhí)行子程序中的指令，因此使用子程序可以減少掃描時(shí)間 。中斷程序不由程序調(diào)用，而是在中斷事件發(fā)生時(shí)有操作系統(tǒng)調(diào)用，在中斷程序中可以調(diào)用一級(jí)子程序 指令的說明 ： 圖 4-1 指令圖 將 16#85 傳送至控制 字節(jié) SMB67 中，將 16 進(jìn)制換成 2 進(jìn)制，即 85 1000 0101。 圖 4-2 指令圖 將輸入信號(hào)傳送到控制字中的 SMW68 中，用它來指示周期為 30ms。 圖 4-3 指令圖 調(diào)用堆垛機(jī)向下運(yùn)行的子程序。 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)論文 19 主程序： 1.將步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器， PLC 及輸入輸出器件按要求連接好，將設(shè)計(jì)好的梯形圖下載到 PLC,PLC 開始運(yùn)行， SM0.1 導(dǎo)通一個(gè)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。 2.復(fù)位按鈕，進(jìn)行復(fù)位。 3.步進(jìn)開始復(fù)位，進(jìn)行步進(jìn)方向，調(diào)用堆垛機(jī)向下運(yùn)行子程序。 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)論文 20 4.地軌復(fù)位標(biāo)志，地軌到達(dá)參考點(diǎn)，復(fù)位完成。 5.運(yùn)行標(biāo)志。 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)論文 21 6 停止。 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。 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)論文 22 8.小車定位氣缸，庫(kù)位滿，清零。 9 循環(huán)開始。 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)論文 23 10.小車到位后延時(shí)。 11.延時(shí)到，置標(biāo)志位。 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)論文 24 12.升降氣缸，抓小車工件。 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)論文 25 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)論文 26 13.工件已到轉(zhuǎn)移皮帶上。 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)論文 27 14.工件已到堆垛機(jī)皮帶線上。 15.啟動(dòng)變頻器向 庫(kù)位方向運(yùn)行。 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)論文 28 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)論文 29 16.變頻器啟停 .方向，步進(jìn)開始復(fù)位。 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)論文 30 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)論文 31 17.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 18.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 420000 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。 運(yùn)行到第二 ，三 層庫(kù)存位。 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)論文 32 19.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 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)論文 33 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)論文 34 第 5 章 基于組態(tài)軟件倉(cāng)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 的應(yīng)用 隨著工業(yè)自動(dòng)化水平的迅速提高，計(jì)算機(jī)在工業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，人們對(duì)工業(yè)自動(dòng)化的要求越來越高，種類繁多的控制設(shè)備和過程監(jiān)控裝置在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，使得傳統(tǒng)的工業(yè)控制軟件已無法滿足用戶的各種需求。在開發(fā)傳 統(tǒng)的工業(yè)控制軟件時(shí)，當(dāng)工業(yè)被控對(duì)象一旦有變動(dòng)，就必須修改其控制系統(tǒng)的源程序，導(dǎo)致其開發(fā)周期長(zhǎng)；已開發(fā)成功的工控軟件又由于每個(gè)控制項(xiàng)目的不同而使其重復(fù)使用率很低，導(dǎo)致它的價(jià)格非常昂貴；在修改工控軟件的源程序時(shí)，倘若原來的編程人員因工作變動(dòng)而離去時(shí)，則必須同其他人員或新手進(jìn)行源程序的修改，因而更是相當(dāng)困難。通用工業(yè)自動(dòng)化組態(tài)軟件的出現(xiàn)為解決上述實(shí)際工程問題提供了一種嶄新的方法，因?yàn)樗軌蚝芎玫亟鉀Q傳統(tǒng)工業(yè)控制軟件存在的種種問題，使用戶能根據(jù)自己的控制對(duì)象和控制目的的任意組態(tài)，完成最終的自動(dòng)化控制工程 。 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，然后通過 MCGS 進(jìn)行設(shè)計(jì)與制作。 圖 5-1 組態(tài)模型圖 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)論文 35 結(jié)束語(yǔ) 基于 PLC 控制的自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)合理的利用了 PLC 的硬件和軟件資源，編程簡(jiǎn)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(cāng)庫(kù)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(jiǎn)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(kù)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(shí)監(jiān)視立體倉(cāng)庫(kù)的運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障和異常情況，保障了立體倉(cāng)庫(kù)的 安全，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(jià)值。 目前，自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)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(chǎng)的要求。所以在立體倉(cāng)庫(kù)的設(shè)計(jì)發(fā)展中要緊緊把握自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)的發(fā)展動(dòng)向，了解社會(huì)各方面的真是需求，才能實(shí)現(xiàn)合理，實(shí)用，高效的自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)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。 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)論文 36 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(shí)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)老師李老師。 感謝校