基于PLC的自動化立體倉庫控制系統(tǒng)設(shè)計

1、前言隨著企業(yè)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展，經(jīng)濟(jì)全球化步伐也迅速加快，我國的工業(yè)也出現(xiàn)了翻天覆地的變化，一方面高科技的加工工藝越來越得到推廣，加工效率也得到了大大的提高。與此同時原有的物流和倉儲系統(tǒng)已不能滿足新形勢的要求,建立一個集物流、信息流和資金流于一身的自動化物流管理中心,從而降低企業(yè)綜合物流成本,提高企業(yè)綜合效益便成為目前亟待解決的問題。自動化立體倉庫是現(xiàn)代物流與倉儲系統(tǒng)的重要組成部分，具有貨物存取效率高和自動化程度高、很強(qiáng)的入出庫能力等優(yōu)點(diǎn)。而PLC功能強(qiáng)大，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，維修方便，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化。完全滿足立體倉庫工作環(huán)境和控制系統(tǒng)的要求。但是由于立體倉庫前期投入大，需要專業(yè)人才從事維

2、護(hù)，維持費(fèi)用高， 只有資本雄厚的企業(yè)才會重視立體倉庫，成本成為立體倉庫發(fā)展的限制因素，因此如何降低立體倉庫的成本或者設(shè)計中小型立體倉庫自然成為重中之重更利于推廣與普及。本設(shè)計就是針對那些中小型企業(yè)而設(shè)計的采用三菱FX1N系列PLC作為核心控制元件的中小型字體倉庫，而且結(jié)構(gòu)可以靈活調(diào)整，它既可以是單排或者雙排貨架的自動化立體倉庫，也可以是自動化立體車庫，可以根據(jù)需求調(diào)整。采用1 緒論1.1 自動化立體倉庫的發(fā)展情況及發(fā)展趨勢隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，柔性制造系統(tǒng)(FlexibleManufacturing System)、計算機(jī)集成制造系統(tǒng)(Computer Integrated Manufact

3、uring System)和工廠自動化(Factory Automation)對自動化倉庫提出更高的要求。射頻數(shù)據(jù)通信、條形碼技術(shù)、掃描技術(shù)和數(shù)據(jù)采集越來越多地應(yīng)用于倉庫堆垛機(jī)、自動導(dǎo)引車和傳送帶等運(yùn)輸設(shè)備上，移動式機(jī)器人也作為柔性物流工具在柔性生產(chǎn)、倉儲和產(chǎn)品發(fā)送中日益發(fā)揮重要的作用。實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的柔性化，采用靈活的傳輸設(shè)備是實(shí)現(xiàn)物流和倉儲自動化的趨勢。 美國學(xué)者JAWhite將自動化立體倉庫的發(fā)展分為五個階段：人工倉儲階段、機(jī)械化倉儲階段、自動化倉儲階段、集成化倉儲階段和智能自動化倉儲階段。目前，智能自動化倉儲技術(shù)雖然還處于初級發(fā)展階段，但它將是主要的發(fā)展方向。 立體倉庫的產(chǎn)生和發(fā)展是第二次世

4、界大戰(zhàn)之后生產(chǎn)和技術(shù)發(fā)展的結(jié)果。50年代初，美國出現(xiàn)了采用橋式堆垛起重機(jī)的立體倉庫；50年代末60年代初出現(xiàn)了司機(jī)操作的巷道式堆垛起重機(jī)立體倉庫；1963年美國率先在高架倉庫中采用計算機(jī)控制技術(shù)，建立了第一座計算機(jī)控制的立體倉庫。此后，自動化立體倉庫在美國和歐洲得到迅速發(fā)展，并形成了專門的學(xué)科。60年代中期，日本開始興建立體倉庫，并且發(fā)展速度越來越快，成為當(dāng)今世界上擁有自動化立體倉庫最多的國家之一。 我國對立體倉庫及其物料搬運(yùn)設(shè)備的研制開始并不晚，1963年研制成第一臺橋式堆垛起重機(jī)（機(jī)械部北京起重運(yùn)輸機(jī)械研究所），1973年開始研制我國第一座由計算機(jī)控制的自動化立體倉庫（高15米，機(jī)械部起重

5、所負(fù)責(zé)），該庫1980年投入運(yùn)行。到2003年為止，我國自動化立體倉庫數(shù)量已超過200座?，F(xiàn)在，自動化物流技術(shù)和成套設(shè)備的研發(fā)已經(jīng)發(fā)展成了一個龐大的產(chǎn)業(yè)。目前，國外自動化立體倉庫采用掃描技術(shù)， 提高信息的傳輸速度和準(zhǔn)確性：采用射頻數(shù)據(jù)通信技術(shù)，數(shù)據(jù)的采集、處理和交換能夠在搬運(yùn)工具與中央計算機(jī)之間快速進(jìn)行，使物品的存取和發(fā)送信息做到快速、實(shí)時、可靠和準(zhǔn)確。另外，近年來迅猛發(fā)展的多媒體技術(shù)也在自動化立體倉庫中得到越來越廣泛的應(yīng)用，普遍應(yīng)用于人員培訓(xùn)、操作指導(dǎo)、遠(yuǎn)程現(xiàn)場監(jiān)視、異地故障分析和診斷及防火防盜等方面。 但是國內(nèi)的自動化立體倉庫系統(tǒng)具有一定的局限性，主要以單機(jī)為主，系統(tǒng)整體的集成能力和集成水

6、平低；因?yàn)橘Y金不足，許多外圍設(shè)備如AGV系統(tǒng)、碼垛和拆垛等無法應(yīng)用于物流系統(tǒng)，從根本上限制了這些設(shè)備的研制和發(fā)展；倉儲作業(yè)的計算機(jī)管理水平較低。因此不論從自動化物流系統(tǒng)的設(shè)備品種及技術(shù)水平，還是在應(yīng)用的廣度和深度上與國際水平都還存在著相當(dāng)大的差距。 1.2 自動化立體倉庫的發(fā)展趨勢 隨著自動化技術(shù)和信息技術(shù)在自動化立體倉庫中廣泛運(yùn)用，自動化立體倉庫的發(fā)展將呈現(xiàn)以下趨勢： (1)倉儲作業(yè)管理自動化水平將會逐步提高。 (2)智能技術(shù)將會獲得應(yīng)用。 (3)倉庫作業(yè)向柔性化方向發(fā)展。 (4)建設(shè)自動化立體倉庫方面更加注重實(shí)用性和安全性1.3 本課題的研究意義及研究目的 自動化控制系統(tǒng)在現(xiàn)代物流系統(tǒng)中起

7、著承上啟下的重要作用，根據(jù)上位調(diào)度管理計算機(jī)下達(dá)作業(yè)任務(wù)，控制系統(tǒng)自動完成對設(shè)備的運(yùn)行、停機(jī)、故障、報警等各項(xiàng)過程的控制。同時將作業(yè)完成情況和設(shè)備狀況實(shí)時上報上位調(diào)度管理層，使上位系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對設(shè)備運(yùn)行狀況、物流位置和物流數(shù)據(jù)的管理與監(jiān)控。自動化控制系統(tǒng)作為自動化物流系統(tǒng)中的一個重要組成部分，對于提高物流系統(tǒng)的物流控制功能和作業(yè)效率，具有關(guān)鍵的作用。 自動化立體倉庫是一個復(fù)雜的綜合自動化系統(tǒng)是現(xiàn)代物流技術(shù)領(lǐng)域中出現(xiàn)的一種新型倉儲方式。自動化立體倉庫自誕生以來就受到了極大關(guān)注，對其相關(guān)技術(shù)和管理的研究從未停止過。在現(xiàn)代社會，隨著生產(chǎn)方式和技術(shù)革命性的變革，自動化立體倉庫已經(jīng)成長為支持企業(yè)和社會經(jīng)濟(jì)活

8、動的重要因素，其經(jīng)濟(jì)和社會效益逐漸被人接受，自動化立體倉庫也成為企業(yè)和社會投資的重點(diǎn)。而且自動化立體倉庫其優(yōu)越性是多方面的，對于企業(yè)來說,可從以下幾個方面得到體現(xiàn)： 1 提高空間利用率 ，早期立體倉庫的構(gòu)想，其基本出發(fā)點(diǎn)就是提高空間利用率，充分節(jié)約有限且寶貴的土地。在西方有些發(fā)達(dá)國家，提高空間利用率的觀點(diǎn)已有更廣泛深刻的含義，節(jié)約土地，已與節(jié)約能源、環(huán)境保護(hù)等更多的方面聯(lián)系起來。有些甚至把空間的利用率作為系統(tǒng)合理性和先進(jìn)性考核的重要指標(biāo)來對待。 立體庫的空間利用率與其規(guī)劃緊密相連。一般來說，自動化高架倉庫其空間利用率為普通平庫的2-5倍。這是相當(dāng)可觀的。2 便于形成先進(jìn)的物流系統(tǒng)，提高企業(yè)生產(chǎn)

9、管理水平 傳統(tǒng)倉庫只是貨物儲存的場所，保存貨物是其唯一的功能，是一種“靜態(tài)儲存”。自動化立體倉庫采用先進(jìn)的自動化物料搬運(yùn)設(shè)備，不僅能使貨物在倉庫內(nèi)按需要自動存取，而且可以與倉庫以外的生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行有機(jī)的連接，并通過計算機(jī)管理系統(tǒng)和自動化物料搬運(yùn)設(shè)備使倉庫成為企業(yè)生產(chǎn)物流中的一個重要環(huán)節(jié)。企業(yè)外購件和自制生產(chǎn)件進(jìn)入自動化倉庫儲存是整個生產(chǎn)的一個環(huán)節(jié)，短時儲存是為了在指定的時間自動輸出到下一道工序進(jìn)行生產(chǎn)，從而形成一個自動化的物流系統(tǒng)，這是一種“動態(tài)儲存”，也是當(dāng)今自動化倉庫發(fā)展的一個明顯的技術(shù)趨勢。1.4 本課題的研究內(nèi)容本課題主要研究中小型自動化立體倉庫的自動控制系統(tǒng)，具有專用的人機(jī)信息交流界面

10、控制面板，可以實(shí)現(xiàn)手動和自動貨物存取功能。存取貨物還可以實(shí)現(xiàn)全自動，為節(jié)省PLC成本，采用三菱的矩陣輸入指令等高級宏指令，擴(kuò)展了PLC的輸入和輸出點(diǎn)數(shù)。而且利用PLC軟件實(shí)現(xiàn)貨架上有無貨物的檢測，節(jié)省了貨物檢測傳感器的成本投入，步進(jìn)電機(jī)也是通過PLC軟件進(jìn)行控制其正轉(zhuǎn)、翻轉(zhuǎn)和加減速。1.5本章小結(jié)本章首先從國內(nèi)和國外兩個方面簡要介紹了自動化立體倉庫的發(fā)展?fàn)顩r，并指出了自動化立體倉庫的未來發(fā)展方向；其次簡要介紹了本課題的研究背景、意義及目的；最后給出了本次設(shè)計的自動化立體倉庫的研究內(nèi)容即本設(shè)計系統(tǒng)所能完成的功能；還有我們?yōu)槭裁磿x擇使用PLC完成對本系統(tǒng)的控制，及其優(yōu)點(diǎn)。2 可編程控制器的介紹2

11、.1 PLC的定義及功能簡介可編程序控制器，英文稱ProgrammableController，簡稱PC。但由于PC容易和個人計算機(jī)（Personal Computer）混淆，故人們?nèi)粤?xí)慣地用PLC作為可編程序控制器的縮寫。它是一個以微處理器為核心的數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)裝置，專為在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用而設(shè)計，它采用可編程序的存儲器，用以在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時/計數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作指令，并通過數(shù)字式或模擬式的輸入、輸出接口，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC是微機(jī)技術(shù)與傳統(tǒng)的繼電接觸控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它克服了繼電接觸控制系統(tǒng)中的機(jī)械觸點(diǎn)的接線復(fù)雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活

12、性差的缺點(diǎn)，充分利用了微處理器的優(yōu)點(diǎn)，又照顧到現(xiàn)場電氣操作維修人員的技能與習(xí)慣，特別是PLC的程序編制，不需要專門的計算機(jī)編程語言知識，而是采用了一套以繼電器梯形圖為基礎(chǔ)的簡單指令形式，使用戶程序編制形象、直觀、方便易學(xué)；調(diào)試與查錯也都很方便。用戶在購到所需的PLC后，只需按說明書的提示，做少量的接線和簡易的用戶程序編制工作，就可靈活方便地將PLC應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐?？删幊绦蚩刂破饕恢痹诎l(fā)展中，所以至今尚未對其下最后的定義。國際電工學(xué)會（IEC）曾先后于1982.11；1985.1和1987.2發(fā)布了可編程序控制器標(biāo)準(zhǔn)草案的第一，二，三稿。在第三稿中，對PLC作了如下定義：可編程序控制器是一種數(shù)字

13、運(yùn)算操作電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用了可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字的，模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)的外圍設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體、易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計。2.2 PLC的分類小型PLC一般以開關(guān)量控制為主，它的輸入/輸出點(diǎn)數(shù)適合于接觸器、繼電器控制的場合，還能直接驅(qū)動電磁閥等執(zhí)行元件。這類PLC價格低廉、體積小巧，適合于控制單臺設(shè)備，開發(fā)機(jī)電一體化產(chǎn)品。中型PLC不僅有開關(guān)量和模擬量的控制功能，還具有數(shù)值計算能力。為了將溫度、壓力、流量等模擬量

14、轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，一般都帶有A/D轉(zhuǎn)化器，中型機(jī)指令也比小型機(jī)豐富。還有微分、積分、比例、整數(shù)、浮點(diǎn)運(yùn)算等模塊功能。適用于有溫度控制和開關(guān)動作復(fù)雜的機(jī)械及連續(xù)生產(chǎn)過程。大型機(jī)已經(jīng)于工業(yè)控制計算機(jī)相近，它具有計算、控制和調(diào)節(jié)的功能，還具有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和通訊聯(lián)網(wǎng)能力。這類機(jī)型點(diǎn)數(shù)都在100點(diǎn)以上，內(nèi)存容量64K以上。大型機(jī)適用于設(shè)備自動化控制，過程自動化控制和過程監(jiān)控系統(tǒng)中。2.3 PLC的選型2.5 PLC的各個組成部件及工作原理1.CPU是PLC的核心部分。與通用微機(jī)CPU一樣，CPU在PC系統(tǒng)中的作用類似于人體的神經(jīng)中樞。其功能：（1）用掃描方式（后面介紹）接收現(xiàn)場輸入裝置的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入輸入映

15、象寄存器或數(shù)據(jù)寄存器；（2）接收并存儲從編程器輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)；（3）診斷電源和PC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)及編程過程中的語法錯誤；（4）在PC進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后：a）執(zhí)行用戶程序產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號（從用戶程序存儲器中逐條讀取指令，經(jīng)命令解釋后，按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號，去啟閉有關(guān)的控制電路）b）進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分時、分渠道地執(zhí)行數(shù)據(jù)存取、傳送、組合、比較、變換等動作，完成用戶程序中規(guī)定的邏輯或算術(shù)運(yùn)算任務(wù)c）更新輸出狀態(tài)輸出實(shí)施控制（根據(jù)運(yùn)算結(jié)果，更新有關(guān)標(biāo)志位的狀態(tài)和輸出映象寄存器的內(nèi)容，再由輸入映象寄存器或數(shù)據(jù)寄存器的內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)輸出控制、制表、打印、數(shù)據(jù)通訊等）2.存儲器系統(tǒng)程序存儲器存

16、放系統(tǒng)工作程序（監(jiān)控程序）、模塊化應(yīng)用功能子程序、命令解釋、功能子程序的調(diào)用管理程序和系統(tǒng)參數(shù)*不能由用戶直接存取用戶存儲器用戶程序存儲器存放用戶程序。即用戶通過編程器輸入的用戶程序。功能存儲器（數(shù)據(jù)區(qū)）存放用戶數(shù)據(jù)PC的用戶存儲器通常以字（16位/字）為單位來表示存儲容量。注意：系統(tǒng)程序直接關(guān)系到PC的性能，不能由用戶直接存取，所以，通常PC產(chǎn)品資料中所指的存儲器形式或存儲方式及容量，是指用戶程序存儲器而言。3.接口輸入輸出接口是PLC與工業(yè)現(xiàn)場控制或檢測元件和執(zhí)行元件連接的接口電路。PLC的輸入接口有直流輸入、交流輸入、交直流輸入等類型；輸出接口有晶體管輸出、晶閘管輸出和繼電器輸出等類型。

17、晶體管和晶閘管輸出為無觸點(diǎn)輸出型電路，晶體管輸出型用于高頻小功率負(fù)載、晶閘管輸出型用于高頻大功率負(fù)載；繼電器輸出為有觸點(diǎn)輸出型電路，用于低頻負(fù)載?，F(xiàn)場控制或檢測元件輸入給PLC各種控制信號，如限位開關(guān)、操作按鈕、選擇開關(guān)以及其他一些傳感器輸出的開關(guān)量或模擬量等，通過輸入接口電路將這些信號轉(zhuǎn)換成CPU能夠接收和處理的信號。輸出接口電路將CPU送出的弱電控制信號轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場需要的強(qiáng)電信號輸出，以驅(qū)動電磁閥、接觸器等被控設(shè)備的執(zhí)行元件。1)輸入接口輸入接口用于接收和采集兩種類型的輸入信號，一類是由按鈕、轉(zhuǎn)換開關(guān)、行程開關(guān)、繼電器觸頭等開關(guān)量輸入信號；另一類是由電位器、測速發(fā)電機(jī)和各種變換器提供的連續(xù)變

18、化的模擬量輸入信號。以圖2所示的直流輸入接口電路為例，R1是限流與分壓電阻，R2與C構(gòu)成濾波電路，濾波后的輸入信號經(jīng)光耦合器T與內(nèi)部電路耦合。當(dāng)輸入端的按鈕SB接通時，光耦合器T導(dǎo)通，直流輸入信號被轉(zhuǎn)換成PLC能處理的5V標(biāo)準(zhǔn)信號電平(簡稱TTL)，同時LED輸入指示燈亮，表示信號接通。微電腦輸入接口電路一般由寄存器、選通電路和中斷請求邏輯電路組成，這些電路集成在一個芯片上。交流輸入與交直流輸入接口電路與直流輸入接口電路類似。圖2直流輸入接口電路濾波電路用以消除輸入觸頭的抖動，光電耦合電路可防止現(xiàn)場的強(qiáng)電干擾進(jìn)入PLC。由于輸入電信號與PLC內(nèi)部電路之間采用光信號耦合，所以兩者在電氣上完全隔離

19、，使輸入接口具有抗干擾能力?，F(xiàn)場的輸入信號通過光電耦合后轉(zhuǎn)換為5V的TTL送入輸入數(shù)據(jù)寄存器，再經(jīng)數(shù)據(jù)總線傳送給CPU。2)輸出接口輸出接口電路向被控對象的各種執(zhí)行元件輸出控制信號。常用執(zhí)行元件有接觸器、電磁閥、調(diào)節(jié)閥(模擬量)、調(diào)速裝置(模擬量)、指示燈、數(shù)字顯示裝置和報警裝置等。輸出接口電路一般由微電腦輸出接口電路和功率放大電路組成，與輸入接口電路類似，內(nèi)部電路與輸出接口電路之間采用光電耦合器進(jìn)行抗干擾電隔離。微電腦輸出接口電路一般由輸出數(shù)據(jù)寄存器、選通電路和中斷請求邏輯電路集成在芯片上，CPU通過數(shù)據(jù)總線將輸出信號送到輸出數(shù)據(jù)寄存器中，功率放大電路是為了適應(yīng)工業(yè)控制要求，將微電腦的輸出信

20、號放大。3)其它接口若主機(jī)單元的I/O數(shù)量不夠用，可通過I/O擴(kuò)展接口電纜與I/O擴(kuò)展單元(不帶CPU)相接進(jìn)行擴(kuò)充。PLC還常配置連接各種外圍設(shè)備的接口，可通過電纜實(shí)現(xiàn)串行通信、EPROM寫入等功能。4.編程器編程器作用是將用戶編寫的程序下載至PLC的用戶程序存儲器，并利用編程器檢查、修改和調(diào)試用戶程序，監(jiān)視用戶程序的執(zhí)行過程，顯示PLC狀態(tài)、內(nèi)部器件及系統(tǒng)的參數(shù)等。編程器有簡易編程器和圖形編程器兩種。簡易編程器體積小，攜帶方便，但只能用語句形式進(jìn)行聯(lián)機(jī)編程，適合小型PLC的編程及現(xiàn)場調(diào)試。圖形編程器既可用語句形式編程，又可用梯形圖編程，同時還能進(jìn)行脫機(jī)編程。目前PLC制造廠家大都開發(fā)了計算

21、機(jī)輔助PLC編程支持軟件，當(dāng)個人計算機(jī)安裝了PLC編程支持軟件后，可用作圖形編程器，進(jìn)行用戶程序的編輯、修改，并通過個人計算機(jī)和PLC之間的通信接口實(shí)現(xiàn)用戶程序的雙向傳送、監(jiān)控PLC運(yùn)行狀態(tài)等。5.電源PLC的電源將外部供給的交流電轉(zhuǎn)換成供CPU、存儲器等所需的直流電，是整個PLC的能源供給中心。PLC大都采用高質(zhì)量的工作穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)的開關(guān)穩(wěn)壓電源，許多PLC電源還可向外部提供直流24V穩(wěn)壓電源，用于向輸入接口上的接入電氣元件供電，從而簡化外圍配置。2.4 三菱FX系列PLC簡介及型號說明三菱公司的FX系列PLC是比較具有代表性的微型PLC，除具有基本指令表編程以外，還可以采用梯形圖

22、編程及對應(yīng)機(jī)械動作流程進(jìn)行順序設(shè)計的SFC（Sequential Function Chart）順序功能圖編程，而且這些程序可以相互轉(zhuǎn)換。在FX系列PLC中還設(shè)置了高速計數(shù)器、各種應(yīng)用指令及模塊，大大的擴(kuò)大展了本系列PLC的功能和應(yīng)用領(lǐng)域。FX系列PLC型號的含義如下： 其中系列名稱：如0、2、0s、1s、0N、1N、2N等單元類型： M 基本單元 E輸入輸出混合擴(kuò)展單元 Ex擴(kuò)展輸入模塊 EY擴(kuò)展輸出模塊輸出方式：R繼電器輸出 S晶閘管輸出 T晶體管輸出特殊品種：DDC電源，DC輸出 AlAC電源，AC（AC100120V）輸入或AC輸出模塊 H大電流輸出擴(kuò)展模塊 V立式端子排的擴(kuò)展模塊 C

23、接插口輸入輸出方式 F輸入濾波時間為1ms的擴(kuò)展模塊例如FX2N32MTD表示FX2N系列，32個I/O點(diǎn)基本單位，晶體管輸出，使用直流電源，24V直流輸出型。2.5 本章小結(jié)本章系統(tǒng)全面的介紹了有關(guān)PLC的基本知識，其型號、優(yōu)勢、功能及組成和各部分的作用，使讀者能夠?qū)删幊炭刂破饔锌傮w全面的了解。3 自動化立體倉庫的系統(tǒng)設(shè)計3.1立體倉庫的基本組成 3.2 自動化立體倉庫的設(shè)計原則與設(shè)計過程3.2 本輸送系統(tǒng)的基本控制要求1 接通電源，將選擇開關(guān)置于手動位置，分別按下、后觀察各方向運(yùn)動情況，小車在高強(qiáng)度絲杠上運(yùn)行平穩(wěn)，在接近極限位置時，執(zhí)行限位保護(hù)。2 將選擇開關(guān)置于自動位置，通電狀態(tài)下，各

24、機(jī)構(gòu)復(fù)位，即返回零位。立體倉庫坐標(biāo)定位以零位開始。3 當(dāng)送貨的時候，選擇欲送貨物的倉位號，按動倉位號對應(yīng)的按鈕，控制面板數(shù)碼管顯示倉位號。按送貨按鈕后，貨物自動送入指定的倉位號對應(yīng)的倉庫位里。若被指定的倉位號里有貨物，則送貨命令不被執(zhí)行。送貨完成后，小車自動返回原來的位置。4 當(dāng)取貨的時候，選擇欲取貨物的倉位號后，在控制面板的數(shù)碼管里顯示出來，按動取貨按鈕后，可以自動將貨物取出。如果小車?yán)镉胸浳铮瑒t取貨命令不被執(zhí)行。取貨與送貨裝有互鎖開關(guān)，防止發(fā)生故障。5 取貨和送貨指令完成后，機(jī)構(gòu)自動返回原來位置。6 當(dāng)小車內(nèi)有貨物時，若無外部操作，就緒指示燈亮，十秒后程序把最大倉位號里的貨物轉(zhuǎn)運(yùn)至沒有放貨

25、物的比它小的倉位號所對應(yīng)的倉位里。上述自動優(yōu)化放貨只對16號倉庫適用。7 需用手動取貨時，必須在斷電狀態(tài)下進(jìn)行。8 通過控制面板可以控制步進(jìn)電機(jī)，正反轉(zhuǎn)和加減速。可提高送貨效率。了保護(hù)人身、設(shè)備和貨物的安全，堆垛機(jī)必須具有完 善的安全保護(hù)措施： 1 ) 堆垛機(jī)在行走、載貨臺升降和貨又伸縮終端處都設(shè)有 機(jī)械和電氣限位裝置。 2 ) 貨物檢測載貨臺上設(shè)有貨物超高、超長和超寬檢測裝 置。在貨物進(jìn)入載貨臺時，當(dāng)檢測到貨物超過設(shè)定高度、長 度或?qū)挾葧r， 堆垛機(jī)便停止運(yùn)行并報警。 一般允許誤差為3 0 4 0 m m，檢測元件采用對射或反射式光電傳感器。 3 ) 載貨臺上還設(shè)有檢測貨又是否回位、貨叉上有無

26、貨物 和貨位中有無貨物的裝置。如貨叉沒有回位，堆垛機(jī)不能水 平運(yùn)行；如貨叉上已有貨物，則不能再取貨；入庫時，必須 檢測貨位中有無貨物，以避免發(fā)生事故。 4 ) 斷電保護(hù) 如載貨臺升降過程中忽然斷電， 則通過提升 電動機(jī)制動使載貨臺停在當(dāng)前位置，不會掉下來。3.3 本倉庫系統(tǒng)的基本物流過程與控制面板 取貨指令Dxf送貨指令倉位號顯示數(shù)碼管控制面板接受指令 PLC檢測有無貨物無/指令不執(zhí)行有/指令不執(zhí)行無/有 有/無有/執(zhí)行取貨無/執(zhí)行送貨動作完成后，返回原點(diǎn)等待下一個命令的執(zhí)行物流過程示意圖控制面板示意圖3.4 輸入與輸出點(diǎn)數(shù)（I/O）的分配輸入：X0按鈕0X7按鈕7X16送X23X軸2位置行程

27、開關(guān)X1按鈕1/手動向左X42自動X17取X24X軸3位置行程開關(guān)X2按鈕2/手動向下X100電源X18左限位開關(guān)X25X軸4位置行程開關(guān)X3按鈕3/手動向右X10按鈕8X19右限位開關(guān)X26X軸5位置行程開關(guān)X4按鈕4/手動向外X11按鈕9X20Z軸里側(cè)限位開關(guān)X27X軸6位置行程開關(guān)X5按鈕5/手動向上X12手動X21Z軸外限位開關(guān)X28X軸7位置行程開關(guān)X6按鈕6/手動向里X15停X22X軸1位置行程開關(guān)X29X軸8位置行程開關(guān)X32Y軸1位下限位X33Y軸1位上限位X34Y軸2位下限位X30X軸9位置行程開關(guān)X35Y軸2位上限位X36Y軸3位下限位X37Y軸3位上限位X31X軸10位置

28、行程開關(guān)X38Y軸4位下限位X39Y軸4位上限位X40Y軸5位下限位X41Y軸5位上限位注：X5057 矩陣輸入輸出：Y8就緒指示燈Y9取貨指示燈Y10送貨指示燈Y11小車沿X軸右行Y12小車沿X軸左行Y13小車沿Y軸上行Y14小車沿Y軸下行Y15小車沿Z軸里行Y16小車沿Z軸外行注：Y0Y7 數(shù)碼管顯示輸出 、Y20Y26矩陣輸出3.5輸送系統(tǒng)的PLC程序設(shè)計3.5.1 編程過程中的問題及其解決方法由于PLC的輸入與輸出點(diǎn)數(shù)直接決定了其價格，因此在實(shí)現(xiàn)更多功能的基礎(chǔ)上，為了降低成本，程序設(shè)計的基本原則是盡量減少其I/O點(diǎn)數(shù)。1、若用PLC直接驅(qū)動數(shù)碼管，需要占用大量的點(diǎn)數(shù)，本設(shè)計中采用，三菱

29、PLC的高級應(yīng)用指令7段數(shù)碼管掃描應(yīng)用指令。 該指令使用范例：當(dāng)觸點(diǎn)閉合后，將D1的值送到Y(jié)0Y7外部布線的七段數(shù)碼管顯示。4位數(shù)數(shù)據(jù)送到七段數(shù)碼管必須使用12次的掃描時間，傳送完畢時，M8029觸點(diǎn)閉合。執(zhí)行SEGL指令時，掃描時間大于10ms。晶體管輸出PLC的輸出電壓為1.5V，必須選用合適的數(shù)碼管。四位數(shù)一組七段燈管與PLC的輸出外部接線如圖2、以上數(shù)碼管顯示要由十鍵輸入指令來配合一起使用，本指令也是三菱FX系列PLC高級指令?？刂泼姘迳系氖畟€按鍵就是配合十鍵輸入指令進(jìn)行信息輸入的。其具體用法及接線圖如下：當(dāng)X100閉合時，從指定的X0開始的十個輸入端，代表09，如下圖 假設(shè)按鍵順序?yàn)?/p>

30、X5、X6、X3、X10，則將結(jié)果5638保存在D0寄存器中。 D0最多容納9999，超過四位數(shù)時，最前面的位數(shù)溢出。 若使用32位DTKY指令，則D0最多為99999999。本設(shè)計中不用它。當(dāng)觸點(diǎn)X100斷開時，前面輸入的值繼續(xù)保留。3、從設(shè)計的基本原則出發(fā)，且由于本倉庫系統(tǒng)有庫位50個，要檢測每個庫位，是否有貨物，若用50個傳感器則必定大大的增加成本，若在軟件中完成檢測，如果每個倉庫位都分別定義的話，增加50個輸入點(diǎn)數(shù)，勢必使PLC的成本升高。因此用矩陣輸入指令，就可以解決這個問題。其具體用法解釋如下：使用矩陣輸入的外部布線圖如下：詳細(xì)布線圖請點(diǎn)擊下超級鏈接：CAD矩陣輸入示意圖.dwg

31、S表示連接輸入端的起始號，從該號碼開始算起連續(xù)8點(diǎn)位矩陣輸入端，本設(shè)計中指定的為X50 D1則是指定矩陣掃描的起始號碼，配合n值來決定點(diǎn)數(shù)，本設(shè)計中起始號為Y20，n=7 程序在執(zhí)行時是，順序掃描Y20Y26. D2表示讀入結(jié)果的起始號碼，例如本設(shè)計中用M10，則代表M10M17、M20M27、M30M37、M40M47、M50M57、M60M67、M70M77。 使用本指令每列讀取時間大約為20ms，本設(shè)計中為7列，時間為大約140ms。因此ON/OFF速度快于140ms的輸入信號就不適用與本指令。3.5.2 程序中應(yīng)用的復(fù)雜指令的PLC接線及解釋七段燈的譯碼表如下：十進(jìn)制4Bit七段燈Y7

32、Y6Y5Y4Y3Y2Y1Y0顯示值100010000011012001001011011230011010011113401000110011045010101100111560110011111016701110010011178100001111111891001011011119000000011111103.5.3 PLC程序的編制4 步進(jìn)電機(jī)的選擇與控制步進(jìn)電機(jī)作為本系統(tǒng)的動力驅(qū)動元件，控制其穩(wěn)定性是至關(guān)重要的本章將具體介紹，三相六拍式步進(jìn)電機(jī)的控制原理。4.1步進(jìn)電機(jī)的介紹及選型脈沖正序列為AABBBCCCA,反序列為CACBCBABA。4.2 步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動器的工作原理及型號4.

33、3 步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)及速度的PLC控制4.3.1控制要求步進(jìn)電機(jī)的通電方式為三相六拍（脈沖正序列為AABBBCCCA,反序列為CACBCBABA）步進(jìn)電機(jī)的工作方式為手動跟自動。手動時，按正轉(zhuǎn)按鈕電機(jī)每次正轉(zhuǎn)一拍，按反轉(zhuǎn)按鈕，電機(jī)每次反轉(zhuǎn)一拍。自動方式時，按啟動按鈕，電機(jī)連續(xù)正轉(zhuǎn)，按反轉(zhuǎn)按鈕，電機(jī)連續(xù)反轉(zhuǎn)。按加速按鈕，電機(jī)加速，按減速按鈕，電機(jī)減速。4.3.2 I/O分配表輸入說明輸出說明輸入說明X0總開關(guān)Y0A相功放電X3反轉(zhuǎn)按鈕X1手動/自動開關(guān)Y1B相功放電X4減速按鈕X2正轉(zhuǎn)Y2C相功放電X5加速按鈕4.3.3 控制程序PLC電機(jī)控制Gppw.gps4.3.4 程序說明本程序中采用定時

34、器T246為脈沖發(fā)生器，設(shè)定值為K200K1000（即2001000ms），則步進(jìn)電機(jī)可獲得15步的變速范圍。當(dāng)X3為OFF時，輸出正脈沖序列，步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)。接通總開關(guān)X0，T246以D0的預(yù)置值K500開始計時，時間到，T246的常開觸點(diǎn)閉合，執(zhí)行DECO指令，根據(jù)D1的數(shù)值，第一次為0，使M10為ON，Y0輸出，步進(jìn)電機(jī)A相通電；D1加1，T246自行復(fù)位后又重新開始計時，時間到，T246常開觸點(diǎn)又接通，執(zhí)行DECO指令，根據(jù)D1的數(shù)值，（此時為1）則使M11為ON，使Y0、Y1輸出，步進(jìn)電機(jī)的A、B相同時通電；D1加1，T246自行復(fù)位后又重新開始計時，時間到，T246常開觸點(diǎn)又接通，執(zhí)行DECO指令，根據(jù)D1的數(shù)值，（此時為2）則使M12為ON，使Y1輸出，步進(jìn)電機(jī)的B相通電；D1又加1，T246自行復(fù)位后又重新開始計時，時間到，T246常開觸點(diǎn)又接通，執(zhí)