電氣專業(yè)基于PLC的倉庫堆垛機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、課題名稱基于PLC的倉庫堆垛機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要摘 要：隨著社會(huì)飛速發(fā)展，電子商務(wù)交易下，貨物的流通量日益增長，使得人工對(duì)貨物的控制也顯得效率不高，勞動(dòng)強(qiáng)度大；本文以Siemens S7-200系列PLC為控制器，結(jié)合上位機(jī)組態(tài)軟件Wincc，設(shè)計(jì)、模擬了自動(dòng)倉庫貨物控制系統(tǒng)，上位機(jī)與PLC的系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換采用OPC Scout協(xié)議技術(shù)；系統(tǒng)大概工作過程為：貨物經(jīng)檢錄入倉后，經(jīng)機(jī)器人取貨放入主傳送帶，主傳送帶一側(cè)的傳感器對(duì)貨物進(jìn)行分析檢測(cè)，傳感器信號(hào)傳達(dá)至PLC，PLC輸出相應(yīng)命令驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，進(jìn)行貨物的控制，貨物被揀入緩存?zhèn)}后經(jīng)機(jī)器人取貨至出倉，或者分發(fā)到立體倉庫經(jīng)堆垛機(jī)進(jìn)行貨物的儲(chǔ)存；系

2、統(tǒng)體現(xiàn)了現(xiàn)代自動(dòng)化技術(shù)，運(yùn)行穩(wěn)定的同時(shí)更易于操作員的監(jiān)控。關(guān)鍵詞：PLC 控制系統(tǒng) 自動(dòng)化IABSTRACTABSTRACT：With the rapid development of society, under the e-commerce transaction, the circulation of goods is increasing, making the control of the goods too inefficient and labor intensive; this article uses the Siemens S7-200 series PLC as the

3、controller, combined with the upper unit Wincc software, designed and simulated the automatic warehouse cargo control system, the data exchange between the host computer and the PLC system adopts the OPC Scout protocol technology; the system probably works as follows: after the goods are checked int

4、o the warehouse, the robot picks up the goods and puts them into the main conveyor belt. The sensor on the side of the main conveyor belt analyzes and detects the goods, the sensor signal is transmitted to the PLC, and the PLC outputs the corresponding command to drive the pneumatic actuator to cont

5、rol the goods. After the goods are picked up into the buffer warehouse, the robot picks up the goods to the warehouse, or distributes them. The warehouse is stored in a three-dimensional warehouse through a stacker; the system embodies modern automation technology, which is stable and easy to monito

6、r by operators.Keywords: PLC control system automationII目錄摘要IABSTRACTII目錄III1 緒論11.1 研究背景及內(nèi)容11.2 倉庫貨物控制系統(tǒng)概述11.3 堆垛機(jī)的概述22 倉庫堆垛機(jī)控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)42.1 控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)42.2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則52.3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容52.4 堆垛機(jī)系統(tǒng)的控制要求73 倉庫堆垛機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)93.1 PLC選型93.2 電機(jī)選型113.3 傳感器選型114 倉庫堆垛機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)134.1 系統(tǒng)涉及軟件134.2 系統(tǒng)主流程圖204.3 控制系統(tǒng)子程序21

7、5 倉庫堆垛機(jī)控制系統(tǒng)的組態(tài)設(shè)計(jì)235.1 組態(tài)軟件235.2 組態(tài)設(shè)計(jì)246 結(jié)論32致 謝33參考文獻(xiàn)34III1 緒論1.1 研究背景及內(nèi)容控制作業(yè)是倉庫貨物運(yùn)輸?shù)年P(guān)鍵環(huán)節(jié)。指從倉庫或其他區(qū)域快速、準(zhǔn)確地揀貨，按一定的方法集中存放、分類，根據(jù)貨物的信息和屬性等待裝卸的過程。在配送中心的實(shí)際運(yùn)行中，控制是配送中心系統(tǒng)的主要組成部分，其步驟比較麻煩，工作量也不小。目前，隨著商品經(jīng)濟(jì)的逐步深化，社會(huì)的趨勢(shì)逐漸向多品種、小批量發(fā)展。隨著越來越多的商品需要配送，控制變得越來越重要。在當(dāng)今電子技術(shù)發(fā)展良好的時(shí)代，倉庫貨物控制越來越依賴電子設(shè)備和計(jì)算機(jī)輔助控制來實(shí)現(xiàn)最佳效率；基于PLC的自動(dòng)貨物控制系

8、統(tǒng)具有穩(wěn)定性強(qiáng)、效率高、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)豐富等特點(diǎn)，越來越受到人們的歡迎。1.2 倉庫貨物控制系統(tǒng)概述倉庫堆垛機(jī)控制系統(tǒng)的建設(shè)非常復(fù)雜。從規(guī)劃設(shè)計(jì)的開始到系統(tǒng)的最終實(shí)現(xiàn)，需要考慮很多因素?？刂葡到y(tǒng)與上游存儲(chǔ)系統(tǒng)和下游裝卸系統(tǒng)密切相關(guān)，因此，應(yīng)考慮它們之間的聯(lián)系，以解決接口問題。為了建立一個(gè)控制系統(tǒng)，首先需要了解控制操作的過程和所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的功能。從包裝系統(tǒng)的實(shí)際過程來看，控制系統(tǒng)主要由四個(gè)基本環(huán)節(jié)組成：控制信息的生成、行走或搬運(yùn)、揀貨、分揀和集中。其中：控制信息是分揀工作的順序，通常由客戶訂單或送貨單處理，形成控制訂單或電子信號(hào)，分揀機(jī)或機(jī)器人揀貨和裝卸貨物。實(shí)現(xiàn)的主要形式有三種：一種是步行或運(yùn)輸?shù)竭_(dá)貨

9、物存放處；另一種是在人面前自動(dòng)將貨物放在貨架上；第三種是機(jī)械自動(dòng)化完全完成自動(dòng)控制系統(tǒng)；貨物控制是一個(gè)抓取和確認(rèn)的過程。根據(jù)儀器檢驗(yàn)貨物。描述控制信息，這是控制操作的核心，根據(jù)貨物的體積、重量和交貨頻率的差異可分為手動(dòng)、機(jī)械和自動(dòng)化設(shè)備。分類集中是連接裝運(yùn)和裝載操作的必要條件。在實(shí)踐中，也有人力、機(jī)械輔助和自動(dòng)化。排序過程是排序系統(tǒng)業(yè)務(wù)過程的基礎(chǔ)。合理使用機(jī)械、自動(dòng)化設(shè)備和新技術(shù)，可以節(jié)省操作時(shí)間，降低控制誤差率。這也是建立控制系統(tǒng)的目標(biāo)和關(guān)鍵。初步控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心基本上是一個(gè)人工操作系統(tǒng)，它是人工搜索、搜索和處理貨物，最后完成貨物提取的過程。在以前設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，手工處理是一項(xiàng)非常耗時(shí)的工作

10、。同時(shí)，對(duì)于基礎(chǔ)信息文檔的制作和檢索，也需要大量的時(shí)間，使工作效率低下，無法滿足現(xiàn)代物流配送的準(zhǔn)確性和速度要求。隨著我國科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，各種自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備逐漸應(yīng)用于物流配送中。計(jì)算機(jī)信息技術(shù)和控制技術(shù)已成為信息處理和傳輸?shù)闹饕侄?。因此，在一些控制系統(tǒng)中，有些環(huán)節(jié)仍然需要人工操作，但與以前的方式相比，工作強(qiáng)度逐漸降低，因此智能化、自動(dòng)化、機(jī)械化的控制系統(tǒng)是物流配送中心的發(fā)展趨勢(shì)和重要特點(diǎn)。目前，倉儲(chǔ)貨物控制系統(tǒng)和現(xiàn)代控制系統(tǒng)技術(shù)為提高工作質(zhì)量和效率提供了重要保障，也成為管理組織體系、物流機(jī)械化體系和信息系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合。管理組織體系用于組織人員和設(shè)備的調(diào)度，以及控制系統(tǒng)的整體運(yùn)行模式。物流機(jī)

11、械化系統(tǒng)主要是不同物流設(shè)備的配置和有效組合。信息系統(tǒng)是控制信息和分類信息的載體。離子技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)和物流自動(dòng)化機(jī)械是目前控制系統(tǒng)的主要組成部分。1.3 堆垛機(jī)的概述倉庫貨物控制系統(tǒng)既不能與堆垛機(jī)分離，又是控制系統(tǒng)的執(zhí)行部分。庫存時(shí)，貨物從交貨臺(tái)準(zhǔn)確定位，然后放在收貨臺(tái)。提貨時(shí)，將貨物從貨艙中取出，放在出入口處。無論何種堆垛機(jī)，其基本部件都是電氣設(shè)備、機(jī)架、撥叉機(jī)構(gòu)、水平行走機(jī)構(gòu)、起升機(jī)構(gòu)和裝卸平臺(tái)。這是因?yàn)楦拍畹母呙芏却鎯?chǔ)，高速和高水平的生產(chǎn)。雖然不同廠家有自己獨(dú)特的特點(diǎn)，但在結(jié)構(gòu)形式上仍存在差異，但差異并不顯著。堆垛機(jī)的共同特點(diǎn)是由控制系統(tǒng)、軌道、伸縮叉、貨臺(tái)和機(jī)架組成。最早的倉庫貨物

12、堆垛機(jī)是在橋式起重機(jī)的基礎(chǔ)上操作的。它需要將一個(gè)門架懸掛在起重機(jī)的大梁上，然后通過門架的旋轉(zhuǎn)上下移動(dòng)貨物。在20世紀(jì)60年代左右的美國，為了提高貨物裝卸效率，公路堆垛機(jī)被廣泛地用來代替橋梁堆垛機(jī)。日本在1967年使用了一個(gè)高層堆料機(jī)，高度約為10米15米。在線自動(dòng)倉庫于1969年開始使用。1970年，公路堆垛機(jī)倉庫在中國首次用于貨物裝卸。近代以來，我國堆垛機(jī)技術(shù)也取得了很大的進(jìn)步，速度、控制技術(shù)和定位精度都有了很大的提高。目前堆垛機(jī)提升速度可達(dá)90米/分鐘，運(yùn)行速度可達(dá)240米/分鐘。目前，現(xiàn)有立體倉庫上下兩層為公路堆垛機(jī)，用于搬運(yùn)貨物，大大提高了貨物進(jìn)出倉庫的能力。第 34 頁 共 34 頁

13、2 倉庫堆垛機(jī)控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)一般自動(dòng)倉庫貨物控制系統(tǒng)的控制方案設(shè)計(jì)，核心是包含：硬軟件、軟件跟調(diào)試等幾個(gè)部分內(nèi)容的設(shè)計(jì)。被控對(duì)象大多數(shù)則是機(jī)械加工跟電器設(shè)備，傳送帶亦或者是傳送的過程。2.1 控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)本文以地面支承、直線作業(yè)和堆垛機(jī)為研究對(duì)象。其控制系統(tǒng)由調(diào)度計(jì)算機(jī)、監(jiān)控計(jì)算機(jī)、觸摸屏（HMI）、控制器（S7-200 PLC）、變頻器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。堆垛機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖2.1所示。圖2.1 基于PLC倉庫堆垛機(jī)控制系統(tǒng)總體框圖倉庫堆垛機(jī)控制系統(tǒng)的功能是完成貨物進(jìn)出的過程。進(jìn)出貨物的過程包括提貨和交貨的過程。操作員將貨物信息發(fā)送到調(diào)度計(jì)算機(jī)，形成倉庫收據(jù)，然后發(fā)送到監(jiān)控計(jì)算

14、機(jī)。在接收到計(jì)算機(jī)的任務(wù)后，PLC控制器控制堆垛機(jī)完成收發(fā)貨指令。本文采用一臺(tái)S7-200PLC控制三臺(tái)逆變器，分別是步進(jìn)變換器、升降變換器和叉式變換器。分別控制堆垛機(jī)的水平操作機(jī)構(gòu)、升降操作機(jī)構(gòu)和叉式伸縮機(jī)構(gòu)。計(jì)算機(jī)、觸摸屏、S7-200 PLC、變頻器、開關(guān)均采用現(xiàn)場(chǎng)總線連接，可實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)堆垛機(jī)運(yùn)行中的實(shí)時(shí)監(jiān)控。2.2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則1、最大限度的滿足被控對(duì)象提出的各項(xiàng)性能指標(biāo)相關(guān)的設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行設(shè)計(jì)之前，應(yīng)該充分的了解實(shí)際情況，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行勘察，研究，提前準(zhǔn)備好相關(guān)的資料，跟負(fù)責(zé)機(jī)械部分以及實(shí)際操作部分的人員要密切配合，一起擬定電氣控制的方案設(shè)計(jì)，以此清楚確定控制任務(wù)跟控制

15、系統(tǒng)應(yīng)該有的相關(guān)功能，方便在設(shè)計(jì)的過程當(dāng)中一起來解決出現(xiàn)的對(duì)應(yīng)問題。2、確?？刂葡到y(tǒng)的安全可靠電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中要重視其系統(tǒng)的可靠性，如果系統(tǒng)控制不能滿足電氣控制系統(tǒng)的安全穩(wěn)定工作，那么設(shè)計(jì)出的系統(tǒng)，是很難進(jìn)行投入使用的。實(shí)際的施工過程當(dāng)中，肯定是需要把可靠性放在第一位，組成冗余控制系統(tǒng)，以此以保證生產(chǎn)安全為目標(biāo)，去提升產(chǎn)品的質(zhì)量以及數(shù)量。3、力求控制系統(tǒng)簡單控制系統(tǒng)的構(gòu)成應(yīng)當(dāng)需要簡單些，當(dāng)然，是需要建立在可以保證工作的可靠以及控制的要求能夠被滿足的前提之下。因?yàn)闃?gòu)成簡單的控制系統(tǒng)有著實(shí)用性以及經(jīng)濟(jì)性，不但使用的時(shí)候可以方便些，后期進(jìn)行維護(hù)的時(shí)候也能夠容易些。4、留有適當(dāng)?shù)脑Ａ繛榱烁倪M(jìn)生產(chǎn)的工

16、藝、增加控制任務(wù)、方便維護(hù)以及擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，想要將可編程控制容易擴(kuò)充的特征充分發(fā)揮起來，選擇PLC容量（存儲(chǔ)容量，機(jī)架插槽數(shù)，I/O點(diǎn)數(shù)等）時(shí)，應(yīng)留有時(shí)當(dāng)?shù)脑Ａ俊?.3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容1、明確設(shè)計(jì)任務(wù)和技術(shù)條件設(shè)計(jì)任務(wù)和規(guī)格通常以設(shè)計(jì)工作訂單的形式提供。在設(shè)計(jì)任務(wù)書中，有必要明確定義每個(gè)項(xiàng)目的基本要求，限制和管理方法。在整個(gè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)任務(wù)書是整體設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。2、確定用戶輸入設(shè)備和輸出設(shè)備用戶輸入輸出設(shè)備是PLC控制系統(tǒng)的硬件設(shè)備，PLC本身作為控制器，構(gòu)成了機(jī)器選擇和軟件開發(fā)的基礎(chǔ)。因此，輸出設(shè)備（例如電磁閥和電動(dòng)機(jī)）和相應(yīng)的輸入設(shè)備（例如控制器，換檔開關(guān)，控制開關(guān)，傳感器，安全

17、裝置，傳感器等）致動(dòng)器（例如繼電器）。信號(hào)和接觸器類型）。根據(jù)輸出設(shè)備控制的負(fù)載執(zhí)行分類。3、選擇可編程控制器的機(jī)型可編程控制器是整個(gè)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分。為了整個(gè)系統(tǒng)創(chuàng)建技術(shù)和經(jīng)濟(jì)績效指標(biāo)，需要明智而準(zhǔn)確地選擇機(jī)型。4、分配地址，繪制接線圖為了分配相應(yīng)的I/O地址，需要對(duì)用戶的輸入輸出設(shè)備進(jìn)行分析、分類、整理，繪制I/O接線圖。本設(shè)計(jì)的I/O分配表見表2.1。表2.1 自動(dòng)貨物控制系統(tǒng)的I/O分配表輸入輸出地址地址對(duì)象地址地址對(duì)象I0.0M10.0手/自動(dòng)切換Q0.0M14.01號(hào)機(jī)器人I0.1M10.1急停Q0.1M14.11號(hào)傳送帶I0.2M10.2信息檢錄確認(rèn)Q0.2M14.2執(zhí)行器

18、1I0.3M10.31號(hào)機(jī)器人Q0.3M14.3執(zhí)行器2I0.4M10.41號(hào)傳送帶Q0.4M14.4執(zhí)行器3I0.5M10.5執(zhí)行器1Q0.5M14.5堆貨倉1I0.6M10.6執(zhí)行器2Q0.6M14.6堆貨倉2I0.7M10.7執(zhí)行器3Q0.7M14.7堆貨倉3I1.0M11.01號(hào)限位開關(guān)Q1.0M15.02號(hào)機(jī)器人I1.1M11.12號(hào)機(jī)器人Q1.1M15.12號(hào)傳送帶I1.2M11.22號(hào)傳送帶Q1.2M15.2堆垛機(jī)1I1.3M11.3出倉傳感器Q1.3M15.3堆垛機(jī)2I1.4M11.4報(bào)警解除Q1.4M15.4堆垛機(jī)3I1.5M11.5體積傳感器-大Q1.5M15.5限位報(bào)警燈

19、I1.6M11.6體積傳感器-中Q1.6M15.6傳送帶報(bào)警燈I1.7M11.7體積傳感器-小Q1.7M15.7急停指示燈5、設(shè)計(jì)控制程序系統(tǒng)中的控制程序通?；诳刂迫蝿?wù)，選定模型和I/O連接圖以梯形邏輯語言開發(fā)。設(shè)計(jì)管理程序的主要部分是應(yīng)用軟件的開發(fā)。合理性管理計(jì)劃是確保系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行的先決條件。因此，必須重復(fù)調(diào)試，直到滿足控制要求。6、必要時(shí)設(shè)計(jì)非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備選擇設(shè)備時(shí)，盡可能使用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備。如果沒有標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，可能需要非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，如控制臺(tái)，控制柜和模擬顯示器。7、編制控制系統(tǒng)的技術(shù)文件設(shè)計(jì)任務(wù)完成后，應(yīng)編制有關(guān)技術(shù)文件。技術(shù)文件一般應(yīng)包括設(shè)計(jì)說明、操作說明、I/O接線圖和控制程序。2.4 堆垛

20、機(jī)系統(tǒng)的控制要求2.4.1 主要技術(shù)指標(biāo)以S7-200為基礎(chǔ)，將系統(tǒng)改造成控制系統(tǒng)，并將西門子組態(tài)的WinCC軟件進(jìn)行組裝，以完成方正仿真操作的設(shè)計(jì)和必要的監(jiān)控工作。2.4.2 工作過程分析貨物自動(dòng)控制系統(tǒng)由檢查貨物、貨物分析、貨物運(yùn)輸、貨物控制、機(jī)械臂拾取裝置、堆垛儲(chǔ)存和報(bào)警功能組成。（1）檢錄貨物：貨物經(jīng)倉庫傳送入庫的傳感器檢測(cè)到時(shí)，取貨機(jī)械手將執(zhí)行取貨命令，將貨物送往下級(jí)傳送帶。（2）貨物分析：在輸送帶入口處對(duì)貨物進(jìn)行檢查，然后在輸送帶上，通過相關(guān)傳感器檢查貨物的體積和材料等固有特性后，將檢查信息傳送給控制單元。（3）貨物輸送：位于上源端的貨物通過主傳送帶進(jìn)行運(yùn)輸，在經(jīng)檢測(cè)后開始進(jìn)行貨物

21、的控制，按照不同的標(biāo)準(zhǔn)要求，執(zhí)行貨物的存儲(chǔ)或出倉。（4）貨物控制：在主輸送帶側(cè)面設(shè)置若干控制槽，供貨物通過時(shí)分析。氣動(dòng)回路由電磁閥控制，使分離推桿前后移動(dòng)。貨物根據(jù)大小和材料等不同屬性進(jìn)行分類，并運(yùn)輸?shù)矫總€(gè)緩沖區(qū)存儲(chǔ)位置。為了避免漏檢，在主輸送帶的末端安裝應(yīng)急儲(chǔ)存裝置。一般情況下，倉庫會(huì)設(shè)置接近開關(guān)，檢查每個(gè)倉庫是否有貨物。（5）機(jī)械手取貨裝置：為氣動(dòng)控制，可在X和Y兩個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，從不同的緩存儲(chǔ)位取得貨物后送往倉庫出口傳送帶。（6）堆垛存儲(chǔ)：如果貨物需要存放，則通過堆垛機(jī)的上升與下降，使于不同的貨物存儲(chǔ)在立體倉庫，取貨出倉時(shí)也雷同；為了方便操作員控制，堆垛機(jī)設(shè)有手動(dòng)與自動(dòng)工作方式。（7）報(bào)警功

22、能：當(dāng)出現(xiàn)貨物一處以及傳送帶停止的類似系統(tǒng)故障時(shí)，傳感器把對(duì)應(yīng)的信號(hào)傳輸?shù)娇刂茊卧?，系統(tǒng)就會(huì)做出響應(yīng)，并及時(shí)的進(jìn)行處理，上位機(jī)操作界面中的故障等就會(huì)進(jìn)行工作，信號(hào)燈開始閃爍，提醒故障。而把故障進(jìn)行排除，并且將故障復(fù)位按鈕按下，那么系統(tǒng)則會(huì)繼續(xù)運(yùn)作。貨物自動(dòng)控制系統(tǒng)的一般流程如下：貨物臨時(shí)存放在倉庫中，貨物由機(jī)械手抓取，發(fā)出存放指令后送至主輸送帶。主輸送機(jī)將配備用于貨物檢測(cè)的檢測(cè)傳感器。PLC接收到信號(hào)后，對(duì)傳感器發(fā)送的信號(hào)進(jìn)行處理，輸出相應(yīng)的信號(hào)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。下發(fā)入庫單、出庫單時(shí)，入庫流程如2.2所示。倉庫放行機(jī)械手可通過輸送帶將貨物提、分或送至倉庫。圖2.2 倉庫堆垛機(jī)控制系統(tǒng)的總體流程

23、2.4.3 編程規(guī)范s7-200型號(hào)的PLC利用STEP7 MicroWIN V4.0編程軟件，來編寫梯形圖程序，達(dá)到自動(dòng)貨物控制系統(tǒng)的作業(yè)需求。2.4.4 系統(tǒng)演示利用西門子組態(tài)軟件里的Wincc將畫面組態(tài)好，上位機(jī)Wincc的數(shù)據(jù)需要通過PLC來進(jìn)行交換，以使得自動(dòng)倉庫的控制系統(tǒng)，在工作運(yùn)行的時(shí)候能夠?qū)崿F(xiàn)運(yùn)行模擬、監(jiān)控跟報(bào)警等等功能，方便實(shí)驗(yàn)。3 倉庫堆垛機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.1 PLC選型本設(shè)計(jì)倉庫堆垛機(jī)控制系統(tǒng)主要采用西門子S7-200PLC可編程控制器，與常規(guī)的控制器相比，其具有操作簡單、編程容易、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在整個(gè)運(yùn)行中，能夠達(dá)到自動(dòng)化的要求，同時(shí)與上位機(jī)進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)貨

24、物的出、入庫控制過程。3.1.1 西門子S7-200PLC簡介西門子S7-200可編程控制器可以控制不同的設(shè)備和可編程邏輯控制器，以滿足自動(dòng)化控制的需要。西門子S7-200 PLC用戶程序包括其它智能模塊通訊、復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器和位邏輯指令，使PLC能夠監(jiān)控輸入情況，如果出現(xiàn)問題，為了滿足控制需要，輸出狀態(tài)發(fā)生變化。與其他控制器相比，S7-200具有配置靈活、指令集強(qiáng)大、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)。微型PLC集成了微處理器、集成電源和數(shù)字I/O點(diǎn)，功能齊全。用戶下載應(yīng)用程序后，需要保留邏輯，以便更好地監(jiān)控應(yīng)用程序的輸入和輸入。圖3.1 S7-200的中央處理單元西門子可以提供許多不同的CPU來

25、匹配不同的應(yīng)用。具有不同特性的CPU如表3.1所示。表3.1 S7-200系列PLC的技術(shù)指標(biāo)3.1.2 西門子S7-200PLC工作原理一般輸入采樣、程序執(zhí)行以及輸出刷新這三個(gè)是PLC運(yùn)作的主要核心階段?，F(xiàn)場(chǎng)輸入輸入模板輸入映像區(qū)執(zhí)行用戶程序輸出映像區(qū)輸出模板輸出裝置輸入采樣階段程序執(zhí)行階段輸出刷新階段圖3.2 PLC工作過程1、輸入采樣階段PLC是一種掃描操作的方法。它讀取整個(gè)信號(hào)并將其寫入輸入圖像區(qū)域以存儲(chǔ)，也被稱為采樣過程。在操作過程中，不會(huì)影響采樣結(jié)果的內(nèi)容。如果程序指令由PLC執(zhí)行，則可以調(diào)用先前的采樣結(jié)果。2、程序執(zhí)行階段PLC從左到右、從上到下掃描每條指令，分別計(jì)算輸出圖像區(qū)和

26、輸入圖像區(qū)之間所需的數(shù)據(jù)，然后將程序執(zhí)行結(jié)果讀寫到輸出圖像區(qū)，并記錄執(zhí)行結(jié)果。當(dāng)程序執(zhí)行時(shí)，這個(gè)結(jié)果可能會(huì)改變，但在執(zhí)行期間它不會(huì)到達(dá)輸出端口。3、輸出刷新階段在驅(qū)動(dòng)用戶設(shè)備之前，必須等待用戶執(zhí)行所有程序，然后將存儲(chǔ)在輸出圖像區(qū)域中的內(nèi)容傳輸?shù)骄燧敵鰻顟B(tài)的輸出鎖存器。完成這些步驟后，設(shè)備將開始運(yùn)行。PLC掃描周期是指每次重復(fù)上述三個(gè)階段的時(shí)間。在工作時(shí)間內(nèi)，PLC的輸出刷新和輸入采樣時(shí)間以毫秒為單位，程序執(zhí)行的響應(yīng)時(shí)間受程序長度的影響。實(shí)際CPU模塊的運(yùn)行速度會(huì)影響PLC的掃描周期，兩者之間的差異也很大。PLC正式運(yùn)行后，將重復(fù)上述三個(gè)階段，即循環(huán)掃描操作過程。在這一過程中，輸入輸出采樣、程

27、序執(zhí)行和輸出刷新是PLC操作的核心特征。這不僅提高了PLC的運(yùn)行速度，而且避免了接觸器和繼電器控制系統(tǒng)的混亂和觸電的競(jìng)爭。這也是PLC系統(tǒng)快速可靠響應(yīng)的原因。但是，它也會(huì)導(dǎo)致輸出和輸入之間的時(shí)間延遲。3.2 電機(jī)選型堆垛機(jī)在運(yùn)行的過程中會(huì)受到阻力，根據(jù)物理學(xué)受力分析，主要有堆垛機(jī)自身的質(zhì)量，額定起重等，根據(jù)相關(guān)公式，可以查出，其阻力為：式中，F(xiàn)f表示運(yùn)行阻力，G0表示堆垛機(jī)自身的質(zhì)量，Gn表示堆垛機(jī)額定起重，D表示堆垛機(jī)車輪直徑，K表示滾動(dòng)摩擦系數(shù)，U表示軸承系數(shù)，d軸承內(nèi)徑，表示摩擦系數(shù)。根據(jù)實(shí)際堆垛機(jī)的型號(hào)，可以計(jì)算出Ff=1683.8N假設(shè)堆垛機(jī)運(yùn)行速度為120m/min，則可以計(jì)算出電

28、機(jī)功率P=5.1KW。根據(jù)電機(jī)型號(hào)參數(shù)，調(diào)速電機(jī)選擇DRS132S4型號(hào)的電機(jī)，額定功率為5.5kw，輸出扭矩為1445N.m。同理，升降電機(jī)選擇11kw型號(hào)，貨叉電機(jī)選擇0.75kw型號(hào)。3.3 傳感器選型倉庫堆垛機(jī)控制系統(tǒng)需要知道貨物是儲(chǔ)存在貨架上還是儲(chǔ)存在貨架上。避免誤操作和損壞機(jī)器。在倉儲(chǔ)作業(yè)中，當(dāng)堆垛機(jī)到達(dá)目標(biāo)位置時(shí)，首先檢測(cè)倉庫位置是否有貨物，如果沒有貨物，則進(jìn)行分岔作業(yè)，否則發(fā)出停止堆垛機(jī)作業(yè)的信號(hào)；當(dāng)堆垛機(jī)離開時(shí)倉庫檢測(cè)到貨位中沒有貨物，在相應(yīng)位置發(fā)出停止堆垛機(jī)運(yùn)行的信號(hào)。本文采用反射式光電傳感器檢測(cè)貨架上貨物的存在和位置。反射式光電傳感器是一種光電傳感器，其反射板安裝在發(fā)射器

29、和接收器的前面，位于同一裝置內(nèi)。光電傳感器利用反射原理完成光電控制功能。它可以用來檢測(cè)地面亮度和顏色的變化，以及近地物體。畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）報(bào)告紙4 倉庫堆垛機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)4.1 系統(tǒng)涉及軟件4.1.1 STEP 7 MicroWIN V4.0編程軟件西門子可用于SIMATIC S7-200和Windows。瀏覽并創(chuàng)建STEP7-Micro/WIN32軟件。個(gè)人計(jì)算機(jī)可用作圖形編輯器。在離線模式下，可以開發(fā)自定義程序并實(shí)時(shí)監(jiān)控用戶定義程序的執(zhí)行。這是STEP7-Micro/WIN32軟件的功能。STEP7-Micro/WIN32編程軟件的主界面由以下部分組成：主菜單、工具欄、瀏覽欄、指令樹

30、、用戶窗口、輸出窗口和狀態(tài)欄。除了菜單欄之外，用戶還可以根據(jù)自己習(xí)慣的窗口菜單和視圖菜單調(diào)整其他窗口的選擇和樣式設(shè)置。圖4.1 編程軟件主畫面4.1.2 OPC服務(wù)器1、產(chǎn)生背景在OPC出現(xiàn)之前，硬件驅(qū)動(dòng)程序與硬件驅(qū)動(dòng)程序所連接的應(yīng)用程序之間的接口沒有單一標(biāo)準(zhǔn)。例如，在生產(chǎn)自動(dòng)化中，諸如可編程邏輯控制器（PLC）和SCADA/HMI軟件之類的控制設(shè)備需要不同配置的生產(chǎn)自動(dòng)化系統(tǒng)。根據(jù)調(diào)查結(jié)果，在為管理系統(tǒng)開發(fā)軟件的成本中，各種機(jī)器的應(yīng)用開發(fā)成本是70，機(jī)器設(shè)備接口的開發(fā)是30。在過程自動(dòng)化（PA）領(lǐng)域，如果需要將分布式控制系統(tǒng)（DCS）的所有過程轉(zhuǎn)換為生產(chǎn)管理系統(tǒng)，則它們必須與每個(gè)供應(yīng)商的模型

31、相對(duì)應(yīng)。開發(fā)自定義界面，例如動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換（DDE）服務(wù)器，由使用動(dòng)態(tài)鏈接C（DLL）或文件傳輸協(xié)議（FTP）的應(yīng)用程序鏈接。例如，當(dāng)使用四個(gè)控制設(shè)備和監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)，需要花費(fèi)大量的時(shí)間來為相應(yīng)的設(shè)備A、B、C和D開發(fā)監(jiān)控，并將趨勢(shì)圖和三個(gè)應(yīng)用程序的報(bào)告連接到它們上。趨勢(shì)圖和表格共有12個(gè)應(yīng)用程序接口軟件驅(qū)動(dòng)程序。同時(shí)，系統(tǒng)中各種驅(qū)動(dòng)因素的共存，使得環(huán)境的穩(wěn)定性和可靠性更加難以維護(hù)。OPC的目標(biāo)是標(biāo)準(zhǔn)化不同制造商的設(shè)備和應(yīng)用程序之間的軟件接口，并簡化它們之間的數(shù)據(jù)交換。目的是可以向用戶提供可以自由組裝和使用的軟件過程控制軟件組件，而不依賴于特定的開發(fā)語言和環(huán)境。OPC系統(tǒng)由一個(gè)OPC服務(wù)器組成，該服

32、務(wù)器根據(jù)應(yīng)用程序（客戶端程序）的要求提供數(shù)據(jù)采集服務(wù)、OPC服務(wù)器所需的OPC接口和接收OPC應(yīng)用程序的服務(wù)。OPC服務(wù)器是在每個(gè)制造商的硬件基礎(chǔ)上開發(fā)的?？梢酝ㄟ^吸收來自不同制造商的設(shè)備和系統(tǒng)之間的差異來實(shí)現(xiàn)與硬件無關(guān)的系統(tǒng)配置。同時(shí)，使用稱為選項(xiàng)的數(shù)據(jù)類型允許您根據(jù)應(yīng)用程序的要求提供數(shù)據(jù)類型，而不依賴于硬件數(shù)據(jù)類型。2、應(yīng)用領(lǐng)域（1）工控解決方案用戶（2）樓控解決方案用戶（3）工控解決方案廠商（4）樓控解決方案廠商（5）工控解決方案集成商（6）樓控解決方案集成商（7）All Automation Fields如圖4.2所示為OPC的現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)用模式：圖4.2 現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)用模式4.1.3 以

33、太網(wǎng)處理器的設(shè)置1、配置PC站的硬件機(jī)架需要的軟件：(1)SIMATIC NCM PC V5.4 SP1；(2)MicroWINV4.0編程軟件。完成安裝SIMATIC NET軟件（SIMATIC NCM PC V5.4 SP1）之后,單擊 左面類似于電腦圖標(biāo)的“Station Configuration”,彈出如圖4.3對(duì)話框，并選擇一號(hào)插槽，右擊鼠標(biāo)，選擇“Add”。依次為槽內(nèi)添加OP Sever和IE General，添加“IE General”完畢，彈出相應(yīng)對(duì)話欄，對(duì)話欄顯示MAC地址，和IP地址，此IP地址是PC的IP地址，如圖4.4所示，點(diǎn)擊OK并在“Station Name”處單

34、擊鼠標(biāo)，為此工作站點(diǎn)修改名字為“LZ”，如圖4.5所示。圖4.3 PC站點(diǎn)的工作畫面圖4.4 PC站點(diǎn)的IE組件添加圖4.5 PC站點(diǎn)的名字更改2、以太網(wǎng)模塊向?qū)У脑O(shè)置雙擊桌面“STEP7 MicroWIN V4.0”，打開編程軟件，在編程窗口菜單欄中找到“工具”，在下拉菜單中找到并打開如4.6圖所示的“以太網(wǎng)向?qū)А?選擇模塊位置后，要為此向?qū)гO(shè)置IP地址，如4.7圖示。在命令字節(jié)和模塊配置中指定連接數(shù)。要為此目的設(shè)置連接請(qǐng)求，可以選擇接受全部或?yàn)榇四康慕⑽ㄒ坏腎P連接請(qǐng)求，并為遠(yuǎn)程屬性設(shè)置TSAP，設(shè)置TSAP為“10.11”；需要為數(shù)據(jù)塊中的此配置生成CRC保護(hù)，最后為向?qū)Ыㄗh一個(gè)地址，

35、這樣，我們就完成了此次向?qū)У脑O(shè)置，可以在編程窗口中找到并添加此向?qū)ё映绦?，?.8圖所示。圖4.6 配置以太網(wǎng)向?qū)D4.7 以太網(wǎng)向?qū)P的配置圖4.8 添加以太網(wǎng)向?qū)ё映绦?.1.4 STEP7與OPC硬件組態(tài)Wincc與S7-200PLC通訊的手段是利用OPC服務(wù)，而OPC站點(diǎn)的設(shè)置是建立在“STEP7”軟件的硬件設(shè)置里，或者說“STEP7”起到建立OPC服務(wù)，使得Wincc上位機(jī)與PLC通訊的“橋梁”。雙擊桌面名為“STEP7”的編程軟件，創(chuàng)建一個(gè)新文件。在編程軟件的空白部分的左半部，右鍵單擊鼠標(biāo)，單擊彈出列表中的“插入新對(duì)象”，并在擴(kuò)展欄中選擇“SIMAIC PC站”。為這個(gè)項(xiàng)目添加一

36、個(gè)PC站點(diǎn)，如圖4.9所示。圖4.9 添加PC站點(diǎn)添加完畢后，在窗口右邊空白處，“MPI(1)”右邊會(huì)增加一個(gè)“PC Station”，右擊鼠標(biāo)，并更改名字，名字為前面為PC站的硬件機(jī)架配置時(shí)設(shè)置名字“LZ”，雙擊進(jìn)入名稱已更改的PC站，進(jìn)入PC站硬件配置界面“硬件配置”。接下來，將“OPC Server”和“IE General”插入PC站的插槽中。其位置與前一個(gè)PC站的硬件機(jī)架配置相同。插入IE General時(shí)，將彈出“屬性”對(duì)話框。為此，將建立新的以太網(wǎng)連接并設(shè)置IP位置。地址（此IP地址與網(wǎng)絡(luò)上鄰居的IP地址相同），如圖4.10所示。硬件配置完成后，單擊“”圖標(biāo)進(jìn)行編譯。編譯完成后，

37、單擊“”圖標(biāo)下載硬件配置。下載完成后，單擊配置網(wǎng)絡(luò)按鈕。單擊“opc server”以右鍵單擊鼠標(biāo)或“insert>new connection”插入新連接，并在連接表的第一行插入新連接。此后，彈出“插入新連接”對(duì)話框，單擊“確定”完成連接。如4.11圖與4.12圖所示。圖4.10 網(wǎng)絡(luò)硬件組態(tài)圖4.11 添加鏈接圖4.12 添加好的連接4.2 系統(tǒng)主流程圖具體工作過程如圖4.13，4.14所示：圖4.13 倉庫堆垛機(jī)控制系統(tǒng)總體工作流程圖4.14 倉庫堆垛機(jī)控制系統(tǒng)工作流程4.3 控制系統(tǒng)子程序4.3.1 入庫作業(yè)流程在堆垛機(jī)開始執(zhí)行倉儲(chǔ)操作之前，它首先讀取倉庫上的貨物信息。主機(jī)收到目

38、標(biāo)地址后，將入庫指令發(fā)送到堆垛機(jī)，堆垛機(jī)開始工作。堆垛機(jī)先到儲(chǔ)物臺(tái)取貨，然后開到儲(chǔ)物單元的目的地，準(zhǔn)確定位，直到堆垛機(jī)停止水平運(yùn)行并提升。調(diào)用放置動(dòng)作模塊，展開叉子，完成放置貨物的過程，判斷叉子的位置。正常到貨在入庫過程中完成，無預(yù)警。倉庫堆垛機(jī)流程圖如圖4.15所示。圖4.15 倉庫堆垛機(jī)控制系統(tǒng)入庫流程圖4.3.2 出庫作業(yè)流程堆垛機(jī)出庫操作流程如圖4.16所示。圖4.16 倉庫堆垛機(jī)控制系統(tǒng)出庫流程圖5 倉庫堆垛機(jī)控制系統(tǒng)的組態(tài)設(shè)計(jì)5.1 組態(tài)軟件通過PC作為上位機(jī)顯示畫面，Wincc與PLC的數(shù)據(jù)交互，實(shí)現(xiàn)操作員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的控制。系統(tǒng)組態(tài)圖如圖5.1、5.2所示：圖5.1 上位機(jī)物流控制過

39、程畫面圖5.2 立體倉庫畫面5.2 組態(tài)設(shè)計(jì)通過STEP7 Micro/Win v4.0進(jìn)行程序的編寫，結(jié)合傳統(tǒng)的繼電器控制電路，編寫了梯形圖編程，使程序易于理解，采用結(jié)構(gòu)化編程，主要功能建立在自程序中，例如手動(dòng)子程序，自動(dòng)子程序，以太網(wǎng)子程序，總體輸出子程序等，最后由主程序調(diào)用子程序，這樣的結(jié)構(gòu)顯得清晰、有調(diào)理，方便調(diào)試。具體程序如下所示，由于程序過多，在此不一一列出。圖5.3 主程序調(diào)用子程序SM0.0為特殊寄存器，其特點(diǎn)為在PLC上電后，SM0.0常開/常閉觸點(diǎn)一直處于閉合/斷開的狀態(tài)，如圖5.3所示，調(diào)用輸出、手動(dòng)子程序；輸出子程序指PLC的輸出端口，例如：Q0.0、0.1等，都集中在

40、輸出子程序里，從而方便調(diào)試與監(jiān)控。為了避免誤輸出，在程序開始時(shí)調(diào)用了SM0.1為特殊寄存器，其特點(diǎn)為PLC上電后，周期只掃描一次的特殊寄存器，目的是每次上電后都將所有的位存儲(chǔ)區(qū)復(fù)位。圖5.4 手動(dòng)子程序1圖5.4是手動(dòng)子程序開始部分，信息檢錄端口I0.2的使能將置位存儲(chǔ)區(qū)M0.0置位，從而T33進(jìn)行時(shí)間延時(shí)，延時(shí)到達(dá)將置位M30.0，其目的是為了報(bào)警。代表了貨物進(jìn)行檢錄完畢，從而開啟主傳送帶，主傳送帶若沒開啟，則報(bào)警。圖5.5 手動(dòng)子程序2圖5.5為手動(dòng)子程序續(xù)接，傳送帶開啟端口I0.4開啟將使能M0.0位存儲(chǔ)區(qū)，將M0.0 位復(fù)位，時(shí)間延時(shí)關(guān)斷，不能觸發(fā)“主傳送帶未開啟”報(bào)警信息，主傳送帶開

41、啟致使T34時(shí)間繼電器進(jìn)行延時(shí)，作用為開啟1號(hào)調(diào)貨機(jī)器人使能準(zhǔn)備。圖5.6 手動(dòng)子程序3如圖5.6所示為手動(dòng)子程序續(xù)接，當(dāng)主傳送帶觸發(fā)的T34時(shí)間繼電器延時(shí)結(jié)束后，將使能M0.2位存儲(chǔ)區(qū)，開啟1號(hào)取貨機(jī)器人，取貨的時(shí)間長短取決于T35時(shí)間繼電器的設(shè)定時(shí)間。圖5.7 手動(dòng)子程序4如圖5.7所示為手動(dòng)子程序續(xù)接，2號(hào)到堆垛機(jī)的傳送帶端口I0.2使能后，傳送帶開始運(yùn)行并觸發(fā)2#取貨機(jī)器人的延時(shí)繼電器T37 ，T37定時(shí)作為機(jī)器人使能延時(shí)處理。圖5.8 手動(dòng)子程序5如圖5.8所示為手動(dòng)子程序續(xù)接，當(dāng)主傳送帶開啟后，T37時(shí)間繼電器進(jìn)行延時(shí)，延時(shí)結(jié)束后使能2#取貨機(jī)器人，同時(shí)使能T38時(shí)間繼電器，進(jìn)行延

42、時(shí)，T38時(shí)間繼電器延時(shí)時(shí)間結(jié)束后則關(guān)閉機(jī)器人。圖5.9 手動(dòng)子程序6如圖5.9所示為手動(dòng)子程序續(xù)接，1#進(jìn)貨主傳送帶上的傳感器對(duì)貨物進(jìn)行檢測(cè)分析，根據(jù)貨物的體積、質(zhì)料，傳達(dá)信息至PLC，使PLC下發(fā)命令驅(qū)動(dòng)相應(yīng)執(zhí)行器動(dòng)作，使貨物進(jìn)入緩存?zhèn)}；為減少誤差，執(zhí)行器的動(dòng)作時(shí)，將傳送帶暫停運(yùn)行。圖5.10 手動(dòng)子程序7如圖5.10所示為手動(dòng)子程序續(xù)接，貨物通過主傳送帶，在不同的傳感器檢測(cè)下，執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)貨物的控制。圖5.11 輸出子程序1如圖5.11所示為輸出子程序開端，急停按鈕端口I0.1使能后，報(bào)警燈點(diǎn)亮，為防止誤動(dòng)作，將所有位存儲(chǔ)區(qū)復(fù)位。限位開關(guān)是防止倉傳送帶上的貨物超出極限，當(dāng)貨物超出

43、極限位置后，限位開關(guān)端口I1.0使能，復(fù)位傳送帶輸出及機(jī)器人輸出，使傳送帶及機(jī)器人停止運(yùn)行。圖5.12 輸出子程序2如圖5.12所示為輸出子程序續(xù)接，前面提到的當(dāng)貨物檢錄后，主傳送帶若未開啟則觸發(fā)報(bào)警，其報(bào)警端口Q1.6使能，顯示傳送帶未開啟信息；報(bào)警解除端口I1.4使能后，所有的報(bào)警被恢復(fù)，系統(tǒng)重新進(jìn)入待運(yùn)行階段。如圖5.13所示，通過執(zhí)行器的動(dòng)作，使不同的緩存?zhèn)}的顯示燈點(diǎn)亮，則代表貨物存放緩存?zhèn)}的位置，類似功能的程序還有圖5.14、5.15、5.16所示。圖5.13 輸出子程序3圖5.14 輸出子程序4圖5.15 輸出子程序5圖5.16 輸出子程序6畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）報(bào)告紙6 結(jié)論基于可編程控制器PLC的自動(dòng)貨物控制系統(tǒng)，不但可以實(shí)現(xiàn)精確控制，還提升了系統(tǒng)的效率，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)大批量控制貨物。此次模擬設(shè)計(jì)，結(jié)合Siemens S7-200系列PLC，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的組建，選擇精簡的控制的方式，結(jié)合傳感器信號(hào)，把自動(dòng)貨物控制系統(tǒng)的各