自動化立體倉庫控制系統(tǒng)設計

1、摘要隨著先進存儲技術的不斷更新與推進，自動化立體倉庫功能的完善是當代存儲業(yè)系統(tǒng)發(fā)展的目標。這種集自動儲存、信息管理一體化產品，以計算機為核心的控制系統(tǒng)與現(xiàn)代物流技術的結合被越來越多的現(xiàn)代化企業(yè)所接受。本文主要通過堆垛機運行流程分析、修改，設計了自動化立體倉庫控制系統(tǒng)方案。運用計算機集成技術作為管理、監(jiān)控機，通過可編程邏輯控制器（PLC）作為動力控制器件，根據系統(tǒng)需要設計出系統(tǒng)供電原理圖及部分設備操作圖。為實現(xiàn)立體倉庫系統(tǒng)的便捷性、實用性，故采用Step 7編程軟件設計PLC應用系統(tǒng)。文中還分別介紹了倉庫控制系統(tǒng)的硬件組成、STEP 7 軟件組態(tài)、PLC通信的過程和編程的方法。最后運用WinCC

2、組態(tài)軟件仿真人機界面。關鍵詞：自動化立體倉庫；PLC 300；Setp7；WinCCABSTRACTAlong with the continuous renewal of advanced storage technology and propulsion, the improvement of the automatic stereo warehouse function is contemporary storage industry system development goals.This kind of automatic storage, information manageme

3、nt integration products, with the computer as the core of control system with the combination of modern logistics technology is more and more accepted by the modern enterprise. This paper mainly through the stacker operation process analysis, modifying, automated stereoscopic warehouse control syste

4、m scheme is designed.Use computer integrated technology as the management and monitoring machine, through a programmable logic controller (PLC) as power control device, according to the requirements of the system of PLC module, motor module, motor drive module selection, and design the system power

5、supply principle diagram and part of equipment operation.To achieve the convenience and practicability of stereoscopic warehouse system, the Step 7 program design PLC application software system is adopted, the WinCC configuration software design man-machine interface monitoring.This paper separatel

6、y introduces the hardware composition of the control system of the warehouse, the STEP 7 software configuration, PLC communication process and the method of programming.By using the software of WinCC configuration simulation interface. Key words: AS/RS；PLC 300；Setp7；WinCC目 錄1 緒論11.1 課題的背景及研究意義11.2 國

7、內外研究狀況11.3 此課題的研究內容22 總體設計方案42.1 自動化立體倉庫的構成、特點及分類42.2 堆垛機控制系統(tǒng)52.2.1 主要結構與工作原理52.2.2 堆垛機工作原理62.3 可編程控制器定義及組成62.3.1 PLC的定義62.3.2 PLC 的工作原理62.3.3 PLC的特點72.3.4 PLC的基本組成72.3.5 PLC模塊的選擇72.3.6 PLC控制系統(tǒng)的設計步驟92.4 微動開關的選擇102.5 倉庫管理及監(jiān)控結構112.6 供電設計112.7 認址的定義132.7.1 認址方式的比較132.7.2 認址方式確認13第三章 系統(tǒng)軟件設計143.1 Step7軟件

8、簡介143.1.1 Step7的編程語言153.1.2 Step7的程序結構153.2 WinCC簡介163.3 監(jiān)控系統(tǒng)分析163.3.1 設備狀態(tài)監(jiān)控163.3.2 設備系統(tǒng)調試173.3.3 監(jiān)控系統(tǒng)的設計需求173.4 WinCC與PLC的通訊173.5 PLC輸入輸出分配表19第四章 總結與展望204.1 總結204.2 展望20致謝22參考文獻23附錄24 西京學院本科畢業(yè)設計（論文）1 緒論1.1 課題的背景及研究意義隨著現(xiàn)代化存儲技術的不斷發(fā)展與完善，以自動化立體倉庫為核心的物流系統(tǒng)成為企業(yè)節(jié)省資源、降低成本合理化運營的首要選擇。它作為現(xiàn)代物流中首選的新型存儲技術，應具備貨物自

9、動存儲、系統(tǒng)操作便捷、企業(yè)化實施管理的能力。自動化立體倉庫系統(tǒng)又稱自動存儲/檢索系統(tǒng)（Automated Storage/Retrieval Systrm 即AS/RS），它是采用立體式貨架存儲、計算機遠程管理、堆垛機運行操作的貨物存儲流程技術【 王占富，謝麗萍等.PLC快速入門與實踐，人民郵電出版社，2010.】。自動化立體倉庫作為當代新型物流倉儲的代表，集自動控制技術、計算機技術、自動化倉儲技術、通信技術于一體，具有空間利用率大、成本低效率高、自動化技術先進、操作與監(jiān)控以及通信技術集成化等優(yōu)點，在現(xiàn)代新型產業(yè)中占據主導地位。作為物流系統(tǒng)的重要組成部分，立體倉庫主要承擔貨物的儲存保管、貨物的

10、存取輸送、貨位的判斷選擇等，是實現(xiàn)低成本、高效率、大容量的最有效手段。自動化立體倉庫的引進提升了社會經濟水平的發(fā)展。它通過立體式貨架存儲，使存儲區(qū)域化，提高了空間利用率；采用選擇式存放管理，結合外部輔助設備及計算機監(jiān)控，防止貨物的變質和損壞；運用PLC自動控制系統(tǒng)，使操作過程便捷化管理運行整體化。計算機系統(tǒng)控制能夠快速準確地對輸入輸出信息進行采集和分析，減少了勞動率，避免貨物存儲間的差錯，同時自動化立體倉庫的儲存系統(tǒng)與企業(yè)生產系統(tǒng)實現(xiàn)集成化，提高企業(yè)的信息化管理。通過主機操作控制設備完成相應的動作流程，同時將完成狀況、采集數據實時上傳主控計算機的管理界面，使主控計算機實現(xiàn)對企業(yè)運行流程、設備運

11、行狀態(tài)、貨倉檢測及貨物定位、故障檢測與系統(tǒng)維護的實時監(jiān)控。實現(xiàn)立體倉庫自動化、企業(yè)化的運行管理模式。課題的研究目的是隨著社會生產力的迅速提高，倉庫存儲技術經歷了從手動存儲、半自動存儲、自動存儲、智能化存儲的改進與完善，是立體倉庫倉儲技術迅速成為當紅產業(yè)。所以課題研究自動化立體倉庫控制系統(tǒng)設計，采用西門子PLC程序操縱系統(tǒng)、WinCC組態(tài)實時監(jiān)控仿真，使立體倉庫的信息化、控制一體化、操作便捷化得以體現(xiàn)。1.2 國內外研究狀況 自動化立體倉庫是二戰(zhàn)后引出的產物，至今已經歷了人工作業(yè)、半自動作業(yè)、自動作業(yè)、智能化作業(yè)的過程。20世紀60年代中期，以計算機為核心控制的立體倉庫在美國投入使用并成立了研究

12、所研究開發(fā)。隨后在日本、德國、英國等也引進并成為了主導產業(yè)。據數據顯示，迄今為止美國擁有規(guī)模不一的自動化立體倉庫40000多個、日本35000多個、德國16000多個、英國10000多個等。我國由于社會生產力的原因發(fā)展比較晚，20世紀60年代研究開發(fā)；70年代中期，由計算機控制的立體倉庫問世。據統(tǒng)計當前我國擁有立體倉庫約3000多個，運用于各行各業(yè)配合完成企業(yè)操作流程，適應了社會潮流、促進了經濟發(fā)展。自動化立體倉庫是以計算機為主要操作方式的運行系統(tǒng)化、管理一體化的現(xiàn)代存儲系統(tǒng)。隨著立體倉庫在企業(yè)產生的經濟效益，使人類投入了更多的精力去研究開發(fā)。在國外，Linn和Wysk在立體倉庫控制操作中引進

13、專家系統(tǒng)模擬實驗得到成功驗證；Randhawa和Shroff通過對貨物出入倉庫的影響因素的研究，得出立體倉庫的模擬仿真；Egbule通過研究堆垛機待命點的選擇來減少作業(yè)響應時間【 Frenzel.PLC KIT SUPPORTS MULTIPLE MODULATION SCHEMES AND PROTOCOLS. Electronic Design . 2010.】。在國內，山東大學的田園會等提出了影響倉庫運行效益的若干調試問題。在貨位分配方面，Hausman等做出對周轉率貨位分配、隨機貨位分配等不同方式貨位分配的對比研究；Hackett提出了COI（Cube-per-order Index）

14、貨位分配策略。在國內常發(fā)亮等在貨位分配中涉及優(yōu)化算法改進系統(tǒng)【 潘峰，劉紅兵.西門子PLC控制技術實踐M.中國電力出版社，2009.】。現(xiàn)代倉庫儲藏技術的發(fā)展趨勢：（1） 倉儲系統(tǒng)集成計算機網絡技術實現(xiàn)智能化。結合物流處理的基本理論和復雜的倉庫儲藏技術，實現(xiàn)現(xiàn)代智能化產業(yè)。（2） 倉儲物的多樣化，使的倉儲技術的不斷提高、倉儲設備的不斷更新。為使倉庫有較大的柔性，研究開發(fā)高效、柔性的出入庫輸送設備和庫內作業(yè)機械。（3） 現(xiàn)代化物流倉儲系統(tǒng)是一套集信息與價值的物流服務系統(tǒng)。（4）倉儲系統(tǒng)是一個復雜的、快速的物流系統(tǒng)，只有系統(tǒng)的完善及設備的齊全才能發(fā)揮高效、經濟的系統(tǒng)。PLC憑借其適應性強、應用靈活

15、、易于編程、安裝和調試等成為整個立體倉庫控制領域的核心系統(tǒng)設備。隨著立體倉庫被企業(yè)廣泛應用，普及存儲PLC控制的自動化立體倉庫是現(xiàn)代化發(fā)展的趨勢【 張還，李勝多.可編程序控制器原理及過程控制M.中國電力出版社，2008. 】。1.3 此課題的研究內容自動化立體倉庫是高維立體貨架式儲存系統(tǒng)，通過立體貨架、PLC控制系統(tǒng)、WinCC組態(tài)實現(xiàn)對貨物存取流程的人機界面監(jiān)控。采用西門子梯形輸入指令等，擴展了PLC的輸入和輸出點數。運用監(jiān)控系統(tǒng)對貨物實時監(jiān)控，提高了工作效率、降低了運營成本，所有設備都通過PLC程序控制運行，減少了損耗、方便了操作。根據以PLC為核心的自動化立體倉庫的運行原理及控制系統(tǒng)決定

16、運行的三個坐標方向，根據用戶的輸入實現(xiàn)物體準確定位移動。具體完成的任務如下： （1） 命令鍵盤的設計。 （2） 掌握PLC編程步驟及方法。 （3） 完成硬件電路的設計和應用。 （4） 設計要求程序，并通過修改調試。 （5） 在模擬仿真上進行存取試驗。26 2 總體設計方案2.1 自動化立體倉庫的構成、特點及分類自動化立體倉庫（AS/RS,Automatic Storage & Retrieval System）是以高層立體貨架為主體、成套搬運設備為基礎，集計算機控制技術、自動控制技術、自動化于一體的高容量、高效率的貯藏機構。自動化立體庫

17、的基本構成為:1. 高層貨架它是自動化立體倉庫系統(tǒng)實現(xiàn)貨物存取的主框架，直接確定倉庫的體積及貨物存取要求。貨架形式：自動化立體倉庫的貨架形式一般有貫通式貨架、單元式貨架、組合式貨架等。設計時，可根據貨物的形狀、大小及要求合理選取。2. 堆垛起重機堆垛起重機作為自動化立體倉庫的源動力，承擔貨物的搬運及存取。主要由主架、運行軌道、載貨臺、提升支架及控制系統(tǒng)構成。 3. 輸送系統(tǒng)它是將貨物運送到巷道端口或倉庫的設備。一般有輥道輸送機、鏈條輸送機、皮帶輸送機等。同時，根據平均流量倉庫需合理確定運輸系統(tǒng)的速度。4. 托盤用于承載貨物的機構，常見的有鋼材、塑料、木質等。其中木質托盤具有較高的性價比。5.

18、其它輔助設備根據立體倉庫設計的要求，需依靠外部輔助設備完善貨物存儲流程。6. 自動控制系統(tǒng)它控制整個立體倉庫系統(tǒng)設備的運行，可以使設備單獨、組合運行，還可預留與外接設備的接口。自動化立體倉庫控制系統(tǒng)可分為組合式、單一式、排列式控制。自動化立體倉庫的優(yōu)點：1. 貨物存儲的集中化、立體化，合理利用空間，提高利用率。2. 便于形成先進的物流系統(tǒng)，提高企業(yè)生產管理水平。3. 倉庫設備的現(xiàn)代化使貨物存取節(jié)奏變快，節(jié)省勞動率、提高生產率。4. 減少庫存資金積壓。5. 現(xiàn)代化企業(yè)的標志。自動化立體倉庫大致可以分為：1. 按貨架高度可以分為高層倉庫、中層倉庫、低層倉庫。2. 按貨架構造可以分為貫通式、閣樓式、

19、組合式等。3. 按建筑物構造可以分為一體式、分離式立體倉庫。4. 按操作方式可以分為人工尋址，人工存取方式；自動尋址，人工存取方式；自動尋址，自動存取方式。5. 按功能方式可以分為存儲倉庫、專用倉庫、轉換倉庫等。2.2 堆垛機控制系統(tǒng)堆垛機作為立體倉庫運行流程的主要組成設備，配合系統(tǒng)完成貨物的存取。堆垛機具有操作簡單便捷、存儲效率高及運輸成本低等優(yōu)點。與PC機聯(lián)網控制，形成一體式自動化物流系統(tǒng)。堆垛機按運行方式分為有軌式和無軌式堆垛機；按操作方式分為手動、半自動、自動堆垛機；按升降高度分為低層、中層和高層堆垛機等。2.2.1 主要結構與工作原理圖2.1 堆垛機結構示意圖如圖2.1所示堆垛機結構

20、示意圖a）立柱：升降臺的主要支撐結構，可設置導軌牽引升降臺運送貨物b）電源配置系統(tǒng)：包括外部電源系統(tǒng)、電動機驅動系統(tǒng)、實時監(jiān)測系統(tǒng)等c）升降臺：由鋼板焊接組成，是貨物存取的主要承載平臺 d）貨叉：貨物存取的主要運輸元件，由電動機驅動、導軌牽引運行e）底架：支撐整個堆垛機的重要組成部分f）升降驅動系統(tǒng)：升降驅動電機牽引導索使貨叉豎直運行g）行走驅動系統(tǒng)：行走驅動電機牽引貨叉水平運行h）上橫梁：連接兩端立柱使堆垛機結構穩(wěn)定并限制升降臺的高度2.2.2 堆垛機工作原理在下橫梁和立柱上分別安裝一組導軌，升降電機驅動貨叉豎直運行，行走電機驅動貨叉水平運行。通過操作控制面板可以使貨叉加減速靈活變換及故障急

21、停等功能。貨叉的上、中、下位分別設有定位裝置，同倉庫的光電傳感器配合使貨叉準確定位實現(xiàn)貨物存取。2.3 可編程控制器定義及組成2.3.1 PLC的定義PLC（可編程控制器）是一種數學運算操作的電子系統(tǒng)，專門在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數和算術運算等操作的指令，并能通過數學或模擬式的輸入與輸出，控制各類型的機械或生產過程【 李仁主編.電氣控制技術第3版.機械工業(yè)出版社，2008.6.】。2.3.2 PLC 的工作原理1. PLC的掃描工作方式一般來說，PLC有兩種工作狀態(tài)，即系統(tǒng)的運行和停止。運行狀態(tài)指系統(tǒng)執(zhí)行指令及數據采樣

22、過程；停止狀態(tài)程序的設計、下載及數據的分析過程。為了輸入信號發(fā)生變化時輸出端及時響應，在PLC運行狀態(tài)下程序執(zhí)行過程需一直循環(huán)直至PLC切換到停止狀態(tài)，通過周期循環(huán)掃描方式實現(xiàn)循環(huán)。一個循環(huán)周期包括系統(tǒng)檢測階段、通信服務階段、輸入采樣階段、程序執(zhí)行階段和輸出刷新階段。1） 系統(tǒng)檢測階段。CPU對系統(tǒng)內部的硬件作故障掃描、以及定時器、采樣器的復位等。2） 通信服務階段。是指PLC與編程器、計算機進行通信鏈接，CPU分析采樣輸出的信息。3） 輸入采樣階段。每次執(zhí)行掃描周期時，先將輸入端點的初始值存入輸入映像寄存器區(qū)。在程序執(zhí)行階段，CPU會掃描輸入映像寄存器區(qū)。4） 程序執(zhí)行階段。PLC根據梯形圖

23、的指令分時掃描執(zhí)行，并將程序過程采集數據存儲于輸入映像寄存器區(qū)。CPU逐條解釋并執(zhí)行程序。5） 輸出刷新階段。每個掃描周期結束時，CPU把過程存儲數據經數字量輸出端點輸出，更新輸出初始狀態(tài)，然后自動返回輸入采樣階段循環(huán)執(zhí)行。2. 輸入/輸出滯后時間輸入/輸出滯后時間指從輸入信號發(fā)生變化開始經系統(tǒng)使輸出信號發(fā)生變化止之間的響應時間，其中包括電路的濾波時間、輸出模塊的滯后時間和掃描工作方式產生的滯后時間三部分。掃描方式引起的滯后時間，最長可達兩個掃描周期。PLC總的響應延遲時間一般只有數十毫秒，對于一般系統(tǒng)沒有影響。要求輸入輸出信號之間的滯后時間盡量短的系統(tǒng)，可以選擇掃描速度快的PLC或在軟件及硬

24、件上采取措施。3. PLC與繼電器工作原理的差別1） 內部器件的差別。繼電器一般由硬件組成；而PLC一般由“軟件”組成。2） 觸點個數的差別。繼電器一般只有816個觸點；PLC的觸點理論上有無限對，可重復使用。3） 邏輯關系上的區(qū)別。繼電器電路圖是用低壓電器的接線表達邏輯控制關系的；PLC主要使用梯形圖表達邏輯關系。4） 運行時序上的差別。繼電器可以忽略電磁及機械滯后，同一繼電器的所有觸電的動作和線圈通電或斷電可以認為是一致的；PLC由于系統(tǒng)分段掃描指令，故同一設備的線圈和觸點的動作不一致。2.3.3 PLC的特點1. 抗干擾能力強、適應性強2. 應用靈活、可靠性高3. 易于編程及使用4. 功

25、能及拓展能力廣泛5. 控制系統(tǒng)設計、安裝、調試、操作方便2.3.4 PLC的基本組成S7-300系列PLC是模塊化結構設計，各種模塊之間可以進行組合和擴展。它的主要組成部分有機架、電源（PS）模塊、中央處理單元（CPU）模塊、接口模塊（IM）、信號模塊（SM）、功能模塊（FM）和通信處理器（CP）模塊【 漆漢宏.PLC電氣控制技術M.機械工業(yè)出版社，2007. 】。2.3.5 PLC模塊的選擇倉庫控制系統(tǒng)運用西門子PLCS7 300系列，它抗干擾能力強、編程及操作簡單方便、易于實現(xiàn)分布和功能完善等成為中等性能要求用戶的首選方案。用戶可以根據設計要求對S7 300系列PLC多種不同性能的CPU模

26、塊進行選擇，及時添加或減少CPU模塊以達到任務完善的需求。本設計采用的中央處理器是CPU 314，能通過MPI經電纜或通訊模塊與PC機進行通訊連接，自身的診斷功能和修復技術，使其實用性及可靠性大大提高，完全符合設計要求。此外，它自帶的Step 7編程軟件功能強大、操作便捷，使的程序系統(tǒng)編程簡單化。模塊配置具體如下：中央處理器：CPU314能準確執(zhí)行二進制代碼指令，設置I/O配置，便于功能程序和執(zhí)行程序的安裝。最大可擴充1024字符的I/O 或256個模擬通道，內置256個計時器。程序深度有8層嵌套配置，內置存儲器的基本容量為48K字節(jié)，可用外置存儲卡(MMC卡)擴展內置存儲器，最大內存可達8M

27、B。計數功能模塊：FM350-1它是單通道智能計數模板?？膳cBEN（增量編碼器）、光電式脈沖傳感器連接；具有比較功能，能夠自動比較輸入值和預設值并及時輸出響應；具有連續(xù)計數、單向計數、周期計數三種工作模式。定位功能模塊：FM353用來定位步進電機軸的實際狀態(tài)，由脈沖功率驅動步進電機、脈沖數量決定移動長度、脈沖頻率控制移動速度，從而達到定位任務。準確快速的復雜運動模式，是機械設備定位任務的理想要求。數字量輸入模塊：SM321可將現(xiàn)場各開關觸點的狀態(tài)由光電隔離和濾波轉換為S7 300內部信號，經CPU掃描采樣。為了方便系統(tǒng)調試，各輸出端經發(fā)光二極管分段顯示（燈亮為正常，反之異常）。數字量輸出模塊：

28、SM322系統(tǒng)選擇帶直流負載的晶體管輸出端子把S7 300的物理信號轉化為電平信號。模擬量輸出模塊：SM332可將從S7 300采集的數字量信號轉換為模擬量信號。供電參數可調，用初始化參數可提前為通道單獨設置范圍，輸出端與背板總線間有光藕隔離。電源模塊：PS3O7輸入為120V/230V單相交流電，輸出為24V/5A直流電，輸入和輸出之間隔離可靠。電源操作指示燈用一個LED顯示（燈亮為輸出電壓正常，反之異常）。由于本項目所用模塊較少，此電源模塊可穩(wěn)定供電。上述模塊在STEP7軟件中的組態(tài)畫面如圖2.2所示。圖2.2 PLC硬件組態(tài)2.3.6 PLC控制系統(tǒng)的設計步驟PLC 控制系統(tǒng)的基本設計步

29、驟如下：（1）分析被控對象控制條件要求。（2）根據性能與系統(tǒng)要求選擇PLC適合類型。（3）PLC中I/O點數和用戶存儲器容量的粗略估算，畫出狀態(tài)流程圖表。（4）I/O模塊的選擇，包括開關量輸入模塊、開關量輸出模塊、模擬量輸入輸出模塊的選擇。（5）根據程序流程圖表設計程序，或梯形圖程序。然后根據設計圖列制程序清單。（6）將程序輸入PLC的用戶程序存儲器中，或通過微機輸入PLC存儲器，然后進行模擬仿真調試。 控制系統(tǒng)結構圖如圖2.3所示：圖2.3 控制系統(tǒng)結構圖2.4 微動開關的選擇該立體倉庫控制系統(tǒng)共有30個貨格，30個微動開關分別為倉庫貨物的檢測。微動開關原理圖如圖2.4所示。 圖2.4 微動

30、開關原理圖2.5 倉庫管理及監(jiān)控結構立體倉庫控制系統(tǒng)由管理系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)組成。如圖 2.5 所示。圖2.5立體倉庫功能結構示意圖2.6 供電設計系統(tǒng)供電設計如圖2.6所示：圖2.6 系統(tǒng)供電原理圖如上圖所示，01、02、03連外接電源的火線；04連接零線；05連接地線。為了使系統(tǒng)運行更加靈活、故障排除方便，采用雙電機分別驅動供電，一臺給予圖“電機供電”部分，另一臺給予“柜內及PLC”供電。2.7 認址的定義2.7.1 認址方式的比較通過對國內外立體倉庫采用的認址方式的比較，其中包括光電開關、編碼器和激光傳感器，得下表2.1所示：表 2.1 認址方式比較認址器件光電開關增量編碼器光電傳

31、感器認址方式相對認址絕對認址絕對認址絕對認址安全性低高高較高認址精度高高mmmm系統(tǒng)成本低高高高外置接口無無多個多個定位方式反射式反射式接觸式反射式使用期限短短長短2.7.2 認址方式確認(1) 水平方向采用光電傳感器。安裝在堆垛機上的光電傳感器通過光及物體反射來測量物體的速度及距離，其原理是通過發(fā)射出的激光光線及物體反射的長度來測定距離【 Frenzel.PLC KIT SUPPORTS MULTIPLE MODULATION SCHEMES AND PROTOCOLS. Electronic Design . 2010.8 張還主編，PLC控制系統(tǒng)設計快速入門，機械工業(yè)出版社，2011.9

32、 Hans Berger.西門子S7-300/400PLC編程語句表和結構化控制語言描述.3版.人民郵電出版社，2008.10 湯朝霞，李洪群.基于PLC的立體倉庫控制系統(tǒng)及組態(tài)設計.蘇州大學學報，2009(12).11 吳麗，梅楊電氣控制與PLC應用技術北京：機械工業(yè)出版社，2008.12 杜勝霖.基于貨位優(yōu)化的自動化立體倉庫出入庫系統(tǒng)設計.山東大學.2006.13 胡健.西門子S7-300可編程控制器應用教程M.機械工業(yè)出版社，2010.14 陳曉軍PLC控制技術在立體倉庫堆垛機中的應用J工業(yè)技術，2007.15 張還.基于S7-300 PLC軟件編程的現(xiàn)場總線系統(tǒng)故障處理J.設備管理與維

33、修，2010（1）.16 李風閣等.電氣控制與可編程控制器應用技術M.機械工業(yè)出版社，2007.17 崔監(jiān).西門子S7可編程控制器STEP 7編程指南.機械工業(yè)出版社，2007.18 Siemens AG. 用于S7-300和S7-400的語句表（STL）編程手冊參考，2007.19 Siemens AG. STEP 7 V5.3使用入門.2004.20 Siemens AG. S7-300和S7-400梯形邏輯（LAD）編程參考手冊.2004.21 廖常初. S7-300/400 PLC應用技術M. 2版.北京：機械工業(yè)出版社,2007.附錄 自動化立體倉庫控制系統(tǒng)語句表1：列向自動運行LD

34、 SM 0.0 / 該值始終為1 LPSAN M2 0.7 /小車是否處于執(zhí)行動作過程中；為ON則表示執(zhí)行動作過程中AN M2 0.1/列到位標志A M 0.0/運行狀態(tài)A M1 0.0 / 置Q0.6為ON，Q0.6為小車前向運行輸出S Q 0.4, 1 /小車向前運行LPPA M2 0.7AN M2 0.5 /物品到位標志A M 0.0 /運行狀態(tài)A M1 0.0 /手、自動狀態(tài)S Q 0.5, 1 / 置Q0.5為ON，Q0.5為小車后退運行輸出2：列向準確尋址LD SM 0.0 / 該值始終為1 LPSAN M2 0.7 / 小車是否處于執(zhí)行動作過程中，ON則表示執(zhí)行動作AN M2 0

35、.1 / 列到位標志A M 0.0 / 運行狀態(tài)A M1 0.0 / 手、自動狀態(tài)AR= VD1200,VD28 / 激光測距傳感器數值/水平目的距離= Q 1.6 / 輸出停止向前運行信號S M2 0.1, 1 / 設置達到標記LPPA M2 0.7AN M2 0.1 / 輸出停止向后運行信號AN M2 0.3 / 行到位標志A M 0.0A M1 0.0AR= VD1200,0.0= Q 1.7 / 停止向后運行R M2 0.1, 1 / 清除達到標記RM2 0.7, 1 / 清除達到標記3 行向準確尋址LD SM 0.0 /該值始終為1LPS LD I 0.3 / 出入庫選擇AN M2

36、0.7 /小車是否處于執(zhí)行動作過程中，ON表示執(zhí)行動作AN M2 0.3A M1 0.0A C 1 / 行計數器C1A I 2.2 / 下對準光電LDN I 0.3 /出入庫選擇AN M2 0.7AN M2 0.3A M1 0.0 /手、自動狀態(tài)A C 1 / 行計數器C2A I 2.0 / 上對準光電OLD A M 0.0ALD= Q 2.0 / 行到位，停止上升S M2 0.3, 1 / 置位行到位標記LPPA M2 0.7AN M2 0.6A M 0.0A M1 0.0A C 2S Q 2.1, 1 / 停止下降R M2 0.1, 1 /列到位標志R M3 0.1, 1 / 下降計數器復

37、位4 伸縮定時設定LD SM 0.0LPSAN M2 0.7A M2 0.1A M2 0.3A M 0.0AN I 1.7A I 1.6/ 貨位虛實檢測開關A M1 0.0AN M2 0.5TON T 37, 18/ 伸縮定時LPPA M2 0.7A M2 0.5A M 0.0A M1 0.0LD I 0.3/ 出入庫選擇A I 2.0LDN I 0.1A I 2.2/ 下對準光電OLDALDTON T 37, 18網絡5 定時到，停止前伸，后縮LD SM 0.0 / 始終為1LPSAN M2 0.7 / 小車是否處于執(zhí)行動作過程中，ON表示是A M2 0.1A M2 0.3 / 貨位虛實檢測

38、開關A M 0.0A M1 0.0 / 手、自動狀態(tài)A T 37S I 1.6, 1= Q 2.4 / 定時到，停止前伸LPPA M2 0.7A M2 0.1 / 列到位標志A M2 0.3 / 行到位標志A I 1.6A M 0.0 / 運行狀態(tài)LD I 0.3 / 出入庫選擇A I 2.0LDN I 0.1A I 2.2OLDALDA M1 0.0A T 37R I 1.6, 1= Q 2.5 / 定時到，停止回縮】。所以為了保證實驗的準確性，在堆垛機運行時不允許存在物體遮擋激光光線的現(xiàn)象，對激光光線通道采取相對隔離措施，確保激光測距的準確性和自動化系統(tǒng)的安全性。(2) 豎直方向采用絕對光

39、電認址片認址。在堆垛機的主框架上安裝絕對認址片、在升降臺上、中、下位各安裝一個光電開關分別確定對應層數及上下、層數的反射距離。如圖2.7所示。圖2.7 傳感器認址定位分布圖第3章 系統(tǒng)軟件設計系統(tǒng)的軟件設計分為兩部分：（1）用Step 7編程軟件設計系統(tǒng)程序；（2）用WinCC組態(tài)實現(xiàn)人機界面監(jiān)控。3.1 Step7軟件簡介STEP 7是西門子SIMATIC工控軟件的組成部分，是對可編程邏輯控制器PLC進行配置和軟件編程的程序包。通過配置MPI通信設備并經專用數據線與PLC及計算機連接實現(xiàn)系統(tǒng)的程序下載以及數據的采集和調試。硬件接線圖如圖3.1所示。圖 3.1 Step 7外部硬件接線圖STE

40、P 7程序的設計、編程步驟分為：（1） 根據系統(tǒng)要求設計程序方案（2） 啟動Step 7編程軟件，創(chuàng)建一個新的項目（3） 完成程序的編寫和組態(tài)的鏈接（4） 將程序下載到硬件設備并存儲（5） 進行程序調試和設備運行Step 7軟件運行流程圖如圖3.2所示。 圖3.2 SETP7的使用步驟 3.1.1 Step7的編程語言由程序員在Windows環(huán)境下的系統(tǒng)設置，編程Step 7并調試和監(jiān)控程序，功能強大、界面友好。STEP 7編程軟件集成的編程語言有梯形圖（LAD）、語句表（STL）、和功能塊圖(FBD)，描述如下表3.1所示。表 3.1 STEP 7編程語言分類編程語言說明LADLAD是STE

41、P 7編程語言的圖表形式。梯形圖可以實時顯示跟蹤電信號的輸入、輸出路線及整體流程。STLSTL是STEP 7編程語言的文本形式。能夠讓CPU識別并逐步執(zhí)行的系統(tǒng)程序，包括一些常用指令、語句表及高級語言結構。FBDFBD是STEP 7編程語言的圖形形式。用圖形框之間的邏輯組合來顯示系統(tǒng)的邏輯結構。3.1.2 Step7的程序結構系統(tǒng)塊由組織塊(OB)、系統(tǒng)功能(SFC)和系統(tǒng)功能塊(SFB)組成。用戶無權限修改系統(tǒng)功能和系統(tǒng)功能塊但可以調用。用戶塊分為功能塊(FB)、編程功能塊(FC)和共享數據塊(D）。 1）功能塊(FB)功能塊是能夠存儲用戶編程的塊，內存數據塊存儲從功能塊采集的數據和系統(tǒng)初始

42、值，本地數據塊存儲臨時數據。 2）編程功能塊(FC)編程功能塊是一種“不攜帶存儲器”的邏輯塊。執(zhí)行功能時，數據堆棧暫存的臨時變量將被刪除。編程功能塊內部無存儲器，數據存儲需借助共享數據塊。 3）共享數據塊(DB)共享數據塊是專門存儲其它塊用戶訪問的數據，在創(chuàng)建是可以根據用戶自定義數據塊。3.2 WinCC簡介WinCC（Window Control Center）是首次實現(xiàn)人機界面的監(jiān)控系統(tǒng)。是由西門子公司研發(fā)完善的組態(tài)軟件，它可以通過輸入的用戶程序快速準確的運行并實現(xiàn)人機界面監(jiān)控。WinCC組態(tài)的特性： 1）全局優(yōu)化方案WinCC組態(tài)界面友好，應用廣泛。用戶可以自行選擇語言功能（中文、德文、

43、英文、法文等），即用戶可在程序運行時切換目標語言。 2）便捷高效的組態(tài)組態(tài)功能的不斷完善使工作人員的時間和精力大大降低。擴展友好的用戶界面；程序庫的完整性；在線組態(tài)的快速修改。 3）一致性延展Web“SIMATIC WinCC”提供用戶要求的Web，解決用戶在集成Historia軟件和Web操作站遇到的問題。 4）開放性和集成性WinCC軟件具有開放性和高集成性。 5）全集成自動化(TIA)的組成部分TIA可以充分整合各種自動化元件，用來降低成本、提高利用率。它避免了耗時輸入，并及時排除故障。TIA的另一個特點是綜合診斷系統(tǒng)。通過SIMATIC各元件的相互聯(lián)系，WinCC可以對運行中的系統(tǒng)和過

44、程診故障。3.3 監(jiān)控系統(tǒng)分析3.3.1 設備狀態(tài)監(jiān)控自動化立體倉庫監(jiān)控系統(tǒng)提供平面監(jiān)控圖及數據分析表，包括堆垛機運行定位顯示圖、倉庫貨物檢測圖、貨物操作流程圖。也可對堆垛機的運行狀態(tài)進行選擇調試，包括系統(tǒng)的啟動與停止、貨叉運行速度、貨物的自動存取及系統(tǒng)設備復位等。3.3.2 設備系統(tǒng)調試 通過人機界面實現(xiàn)對堆垛機的運行速度、設備的運行安全、貨物的存取過程進行實時監(jiān)控，為系統(tǒng)及時排除故障。3.3.3 監(jiān)控系統(tǒng)的設計需求監(jiān)控系統(tǒng)一般應具備：（1） 通過監(jiān)控界面對堆垛機實時控制并采集、分析數據等（2） 企業(yè)化管理，對設備的運行狀態(tài)及故障進行管理排除（3） 動態(tài)監(jiān)控人機界面，實時反映設備運行狀態(tài)（4

45、） 通過堆垛機界面參數設置，控制堆垛機運行3.4 WinCC與PLC的通訊WinCC與PLC通訊結構圖如圖3.3所示。圖3.3 WinCC與PLC通訊結構圖 本設計采用WinCC組態(tài)程序中安裝CP5611通訊卡，經MPI與PLC連接，具體步驟如下： （1）通訊卡的安裝將CP5611通訊卡裝入計算機并啟動，安裝驅動程序。 （2）在WinCC組態(tài)程序中增加SIAMATIC S7軟件。 （3） 通訊卡安裝連接，啟動WinCC，選擇“Tag Management”，單擊右鍵選擇“Add New driver”，在加載窗口中選擇“SIAMATIC S7 ”添加到“Tag Management”。（4）

46、PG/PC接口設置點擊“PG/PC接口設置”圖標，按圖3.4所示添加接口。圖3.4 PG/PC接口裝置在“屬性”對通訊參數設置，如圖3.5所示。圖3.5 MPI通訊參數設置（5） 與WinCC組態(tài)建立連接單擊MPI通信驅動，鼠標右鍵單擊選擇“ connection Parameter”(如果同時接多個CPU，每個CPU就需創(chuàng)建一個新的連接，CPU連接的數量與PC機的網卡有聯(lián)系)。選擇S7 300 CPU時的槽號改為2，單擊確定，此時WinCC與PLC之間通信就已經建立起來了。3.5 PLC輸入輸出分配表通過本設計系統(tǒng)的控制要求可得出（PLC）輸入輸出I/O分配，如下表所示。表3.2 PLC輸入輸出I/O分配控制元件編程地址控制元件編程地址 啟動I0.0貨叉右伸按鈕I2.2 停止I0.1貨叉左伸按鈕I2.3 復位I0.2貨叉原位按鈕I2.4 存貨I0.3貨叉電機脈沖輸出Q0.0 取貨I0.4堆垛機上升Q0.1 自動I0.5堆垛機下降Q0.2水平編碼器反饋AI0.6貨叉方向改變Q0.3水平編碼器反饋BI0.7堆垛機前進Q0.4手動I1.0堆垛機后退Q0.5貨叉右伸到位I1.1低貨位指示燈Q0.6貨叉到中位I1.2高貨位指示燈Q0.7貨叉左伸到位I1.3水平停準指示燈Q1.0垂直編碼器反饋AI1.4垂直停準指示燈Q1