自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)設(shè)計(jì)與監(jiān)控

1、論文名稱 自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)設(shè)計(jì)與監(jiān)控目錄第1章 引言 1.1本設(shè)計(jì)的目的及意義 1.2自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的歷史及國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀 1.3自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的優(yōu)越性第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 2.2自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的模塊設(shè)計(jì)第3章 立體倉(cāng)庫(kù)的硬件設(shè)計(jì) 3.1立體倉(cāng)庫(kù)的硬件組成及控制原理 3.2立體倉(cāng)庫(kù)模型的基本結(jié)構(gòu) 3.3系統(tǒng)的硬件組成及說(shuō)明 3.4系統(tǒng)的工作原理及功能分析 第4章 PLC軟件設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)的工作流程圖 4.2 PLC輸入、輸出點(diǎn)數(shù)的分配 4.3 PLC系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì) 4.3.1 初始化復(fù)位程序設(shè)計(jì) 4.3.2送貨子程序設(shè)計(jì) 4.3.3取貨子程序設(shè)計(jì) 4.3.4貨位保護(hù)程

2、序設(shè)計(jì) 4.4調(diào)試及故障處理 第5章 監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 5.1 MCGS的工作 5.2 MCGS組態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的組成及功能 5.3 自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)模型的監(jiān)控系統(tǒng)（MCGS）設(shè)計(jì) 緒論 致謝 參考文獻(xiàn) 261 引言 PLC技術(shù)作為一種面向工業(yè)生產(chǎn)的應(yīng)用型技術(shù)，與CAD/CAM技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)并成為現(xiàn)代工業(yè)的三大支柱技術(shù)。隨著當(dāng)今企業(yè)現(xiàn)代化生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大和深化，倉(cāng)庫(kù)成為生產(chǎn)物流系統(tǒng)中一個(gè)重要而不可或缺的環(huán)節(jié)，而立體倉(cāng)庫(kù)正以其占地面積小和空間使用率佳的特點(diǎn)，正在逐步替代面積利用率低且陳舊落后的平面?zhèn)}庫(kù)，這種替代大大提高了倉(cāng)儲(chǔ)物流的水平。近幾年國(guó)內(nèi)外立體倉(cāng)庫(kù)的發(fā)展方向，以采用可編程控制器(PLC)與微控

3、制搬運(yùn)設(shè)備的倉(cāng)庫(kù)以及采用PC機(jī)遠(yuǎn)程管理與PLC聯(lián)網(wǎng)控制的全自動(dòng)立體倉(cāng)庫(kù)為主。但其中不容忽視的一個(gè)問(wèn)題是，當(dāng)前各領(lǐng)域中使用的立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)通常是比較龐大的，在研發(fā)立體倉(cāng)庫(kù)的過(guò)程中，需要投入大量的人力和財(cái)力，這必然會(huì)給立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)的研制帶來(lái)巨大的成本負(fù)擔(dān)。目前比較流行的方法是通過(guò)制作小型的立體倉(cāng)庫(kù)模型，采用可重復(fù)使用的編程系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行編程控制，在模型上模擬調(diào)試成功后，最后將實(shí)驗(yàn)結(jié)果應(yīng)用到立體倉(cāng)庫(kù)的實(shí)際生產(chǎn)研發(fā)中。通過(guò)以上的流程即可節(jié)約成本、提高效率，多角度多方式的確定出最優(yōu)的立體倉(cāng)庫(kù)生產(chǎn)方案。本設(shè)計(jì)將采用三菱FX1N-40MT型PLC和北京昆態(tài)公司的MCGS組態(tài)軟件設(shè)計(jì)一個(gè)自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)模型，最

4、終實(shí)現(xiàn)立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)的自動(dòng)化、智能化在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用，為我們的生活帶來(lái)便捷，減少大量的人力和財(cái)力也提高安全性。1.1 本設(shè)計(jì)的目的及意義隨著倉(cāng)庫(kù)水平的發(fā)展，自動(dòng)化立體倉(cāng)儲(chǔ)技術(shù)在倉(cāng)儲(chǔ)業(yè)中的應(yīng)用愈發(fā)廣泛，同時(shí)，伴隨著自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的誕生，人們對(duì)倉(cāng)儲(chǔ)空間的利用率逐漸提高，使傳統(tǒng)的倉(cāng)儲(chǔ)模式得以優(yōu)化。本設(shè)計(jì)是以組態(tài)軟件來(lái)模擬一個(gè)小型自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)，體現(xiàn)自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的便捷性、可靠性、控制性及實(shí)用性。1.2自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的歷史及國(guó)外現(xiàn)狀在第二次世界大戰(zhàn)后生產(chǎn)技術(shù)開發(fā)促進(jìn)了的自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的誕生和發(fā)展。據(jù)不完統(tǒng)計(jì)，我國(guó)已建成50余座自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)共約7000萬(wàn)人民幣。主要表現(xiàn)在藥品生產(chǎn)和藥品配送，食品，制造

5、，服裝加工，煙草生長(zhǎng)和煙草配送等行業(yè)領(lǐng)域。中國(guó)自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，在建設(shè)水平及數(shù)量上看，還是有一個(gè)比較大的差距，因?yàn)樽詣?dòng)化倉(cāng)庫(kù)與現(xiàn)代制造及物流行業(yè)中的應(yīng)用越來(lái)遠(yuǎn)廣，同時(shí)，計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展也使得自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的發(fā)展突飛猛進(jìn)，使其已經(jīng)成為當(dāng)下倉(cāng)儲(chǔ)技術(shù)主要發(fā)展趨勢(shì)。自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)在發(fā)達(dá)國(guó)家已相當(dāng)普遍，日本是自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)發(fā)展得最快、建造最多數(shù)量的國(guó)家。此外美國(guó)、德國(guó)、意大利等國(guó)家也建造了許多自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)、發(fā)展至今，在設(shè)計(jì)、制造、自動(dòng)化控制和計(jì)算機(jī)管理方面的技術(shù)日益成熟。（國(guó)外） 1.3自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的優(yōu)越性 2 可編程邏輯控制器（PLC）簡(jiǎn)介隨著微處理器，計(jì)算機(jī)和數(shù)字通信技術(shù)的

6、飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)控制幾乎已經(jīng)擴(kuò)展到了工業(yè)領(lǐng)域的每一個(gè)角落?？删幊绦蚩刂破鳎≒rogrammable Logic Controller, PLC）作為一種應(yīng)用面積廣，功能強(qiáng)大，使用方便的通用自動(dòng)控制裝備，已經(jīng)成為工業(yè)控制領(lǐng)域不可或缺的重要組成部分。PLC已經(jīng)廣泛的應(yīng)用在各種機(jī)械設(shè)備和生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制系統(tǒng)中，在其他領(lǐng)域也得到了迅速的發(fā)展。國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）在1985年的PLC標(biāo)準(zhǔn)草案第3稿中對(duì)它作了如下定義：“可編程序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過(guò)數(shù)字式、模

7、擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。可編程序控制器及其有關(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于使工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充的原則設(shè)計(jì)?！?2.1 PLC的發(fā)展歷史PLC從誕生至今，其發(fā)展大體經(jīng)歷了三個(gè)階段：第一階段從誕生到20世紀(jì)80年代中期，以單機(jī)為主發(fā)展硬件技術(shù)，研發(fā)除了取代傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)的各種型號(hào)的PLC；第二階段從20世紀(jì)80年代中期到20世紀(jì)80年代末期，為適應(yīng)柔性制造系統(tǒng)（FMS）的發(fā)展，在提高單機(jī)功能的同時(shí)，加強(qiáng)了軟件的開發(fā)，并提高了PLC通信能力；第三階段從20世紀(jì)90年代以來(lái)，為適應(yīng)計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）的發(fā)展，采用多CPU的PLC系統(tǒng)，不斷提高其運(yùn)算速度和數(shù)據(jù)處

8、理能力。2.2 PLC的特點(diǎn)、應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展趨勢(shì)2.2.1 PLC的主要特點(diǎn)：(1)可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)為保證PLC能在工業(yè)環(huán)境下可靠工作，在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過(guò)程中采取了一系列硬件和軟件的抗干擾措施。主要采用以下方面的措施：如隔離、濾波；對(duì)PLC的內(nèi)部電源采取了屏蔽、穩(wěn)壓、保護(hù)等措施，以減少外界干擾；在內(nèi)部設(shè)置了連鎖、環(huán)境監(jiān)測(cè)與診斷、看門狗等電路；利用系統(tǒng)軟件定期進(jìn)行系統(tǒng)狀態(tài)、用戶程序、工作環(huán)境和故障監(jiān)測(cè)，并采取信息保護(hù)和恢復(fù)措施；對(duì)用戶程序及動(dòng)態(tài)工作數(shù)據(jù)進(jìn)行電池備份，以保障停電后有關(guān)狀態(tài)或信息不丟失。通過(guò)以上措施保證了PLC能在惡劣的環(huán)境中可靠地工作，使平均故障間隔時(shí)間指標(biāo)高，故障修復(fù)時(shí)間短。(

9、2)可實(shí)現(xiàn)三電一體化PLC將電控（邏輯控制）、電儀（過(guò)程控制）和電結(jié)（運(yùn)動(dòng)控制）這三電集于一體，可以方便、靈活地組合成各種不同規(guī)模和要求的控制系統(tǒng)，以適應(yīng)各種工業(yè)控制的需要。(3)編程簡(jiǎn)單、使用方便、控制程序可變、具有很好的柔性和擴(kuò)展性。(4)體積小、重量輕、功耗低。2.2.2 PLC的編程語(yǔ)言PLC的編程語(yǔ)言與一般計(jì)算機(jī)比語(yǔ)言相比，具有明顯的特點(diǎn)，它既不同于高級(jí)語(yǔ)言，也不同于一般的匯編語(yǔ)言，既要滿足易于編寫的要求，又要滿足易于調(diào)試的要求。編程語(yǔ)言具有以下特點(diǎn)。1. 梯形圖程設(shè)計(jì)序語(yǔ)言（采用因果關(guān)系來(lái)描述事件發(fā)生的條件和結(jié)果，每個(gè)梯級(jí)是一個(gè)因果關(guān)系。在梯形中，描述事件發(fā)生的條件表示在左邊，事件

10、發(fā)生的結(jié)果表示在右邊）2. 功能表程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言（用功能表圖來(lái)表述程序，控制系統(tǒng)被分為若干個(gè)子系統(tǒng)，從功能為主線，條理清楚，便于理解和溝通）2.2.3 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域可編程控制器是在繼電器控制和計(jì)算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上開發(fā)出來(lái)的，并逐漸發(fā)展成以微處理器為核心，集計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)及通信技術(shù)于一體的一種新型工業(yè)控制裝置。隨著微電子技術(shù)的快速發(fā)展，PLC的制造成本不斷下降，但功能卻大大的增強(qiáng)了。目前在先進(jìn)工業(yè)國(guó)家中PLC已成為工業(yè)控制的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，幾乎覆蓋了工業(yè)控制全行業(yè)。特別是在輕工行業(yè)中，因生產(chǎn)門類多，加工方式多變，產(chǎn)品更新?lián)Q代快，所以PLC廣泛的應(yīng)用在組合機(jī)床電氣設(shè)備中。PLC已成為位于現(xiàn)代工

11、業(yè)自動(dòng)化三大支柱（PLC、ROBOT、CAD/CAM）的主導(dǎo)地位?？删幊炭刂破鞯墓δ苁顾瓤梢杂糜陂_關(guān)量控制，又可用于模擬量控制；既可用于單機(jī)控制，又可用于組成多級(jí)控制系統(tǒng)；既可控制簡(jiǎn)單系統(tǒng)，又可控制復(fù)雜系統(tǒng)。它的應(yīng)用大致可歸為如下幾類：邏輯控制，運(yùn)動(dòng)控制，過(guò)程控制，數(shù)據(jù)處理，多級(jí)控制。2.2.4 PLC的發(fā)展趨勢(shì)近些年我國(guó)自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)技術(shù)發(fā)展很快，己實(shí)現(xiàn)了與其它信息決策系統(tǒng)的集成，并正在做智能控制和模糊控制的研究工作。盡管如此，我國(guó)已建成的集成化倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)還不多，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(wú)論是從數(shù)量上還是從建設(shè)水平上都有著很大的差距。目前PLC正在向通用化、系列化和高性能化的趨勢(shì)

12、發(fā)展，主要表現(xiàn)在：功能不斷增強(qiáng)，各種應(yīng)用模塊不斷推出：加強(qiáng)過(guò)程控制和數(shù)據(jù)處理的功能，提高多機(jī)通信和組網(wǎng)的能力，開發(fā)具有更多功能的模塊，使各種PLC控制系統(tǒng)都具有可靠的高性能，同時(shí)也使的PLC的組成和維護(hù)更加靈活方便，使PLC的應(yīng)用范圍更加寬廣。在系統(tǒng)構(gòu)成規(guī)模上向大、小兩個(gè)方向發(fā)展：發(fā)展超大容量，超高性能PLC用來(lái)滿足現(xiàn)代化工業(yè)控制中大規(guī)模的復(fù)雜的生產(chǎn)需要；發(fā)展價(jià)格低廉，功能簡(jiǎn)單的專用PLC來(lái)替代繼電器。產(chǎn)品更加規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化：PLC生產(chǎn)廠家在不斷推出新產(chǎn)品的同時(shí)，積極提高產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化屬性，使產(chǎn)品更容易被使用者接受，同時(shí)將PLC的各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)部件如輸入輸出模塊、接線端子、通信協(xié)議等方面的技術(shù)規(guī)格更加

13、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，使不同產(chǎn)品可以互相兼容和組網(wǎng)，使用戶可以方便的應(yīng)用PLC控制各種標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械化設(shè)備。2.2.5 三菱公司FX-1N系列PLC性能介紹FX1N系列 PLC是三菱公司FX系列PLC（包括FX1s、FX1N、FX2N、FX2NC）中推出的一種造價(jià)低廉、功能強(qiáng)大的普及型PLC。FX1N系列PLC有13種基本單元，可以組成14128個(gè)I/O點(diǎn)的系統(tǒng)，并能使用特殊功能模塊、顯示模塊和擴(kuò)展板。用戶存儲(chǔ)器容量為8000步，有內(nèi)置的實(shí)時(shí)鐘。PID指令用于實(shí)現(xiàn)模擬量閉環(huán)控制，一個(gè)單元可以同時(shí)輸出2點(diǎn)100kHz的高速脈沖，有7條特殊的定位指令，有兩個(gè)內(nèi)置的設(shè)置參數(shù)用的小電位器。通過(guò)通信擴(kuò)展板或特殊適配器可

14、以實(shí)現(xiàn)多種通信或數(shù)據(jù)鏈接，例如CC-Link、AS-i網(wǎng)絡(luò)，RS-232C、RS-422和RS-485串行通信，N:N鏈接、并行連接、計(jì)算機(jī)鏈接和I/O鏈接。2.2.6 FX_1N三菱PLC的優(yōu)點(diǎn)（1） 可靠性高、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng):可編程控制器輸入、輸出口均采用繼電器和光電耦合器件，采取了隔離和抗干擾能力 （2）通用性好：由于可編程控制器采用模塊化結(jié)構(gòu)，一般有CPU模塊、電源模塊、PID模塊、模擬輸入和輸出模塊等，可以用這些模塊靈活的組成各種不同的控制系統(tǒng)，對(duì)不同的控制系統(tǒng)，只需選取不同的模塊即可，因而具有很好的適用性（3）使用方便、靈活：對(duì)于不同的控制系統(tǒng)，當(dāng)硬件結(jié)構(gòu)選定后，如果輸入輸出作很小的

15、變動(dòng)時(shí)，只需修改相應(yīng)的程序即可，無(wú)需對(duì)系統(tǒng)連線做較大的修改，減少了對(duì)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的工作量，使用起來(lái)方面（4）具有順序、周期性的工作特征（5）體積小:由于在制造時(shí)采用了大規(guī)模集成電路和微處理器，用軟件編程代替了硬連線，便于安裝，實(shí)現(xiàn)了小型化3 立體倉(cāng)庫(kù)的硬件組成及控制原理3.1 立體倉(cāng)庫(kù)模型的基本結(jié)構(gòu)立體倉(cāng)庫(kù)模型是用來(lái)儲(chǔ)存、分類貨物的模型。送貨時(shí)，根據(jù)倉(cāng)庫(kù)存儲(chǔ)情況將不同的貨物送入指定的倉(cāng)庫(kù)位置中去；取貨時(shí)，根據(jù)目標(biāo)需求從指定的倉(cāng)庫(kù)位置取出貨物。采用皮帶、直線導(dǎo)軌、主流減速電機(jī)作為傳動(dòng)裝置，由PLC編程實(shí)現(xiàn)X、Y、Z軸位置控制，可完成倉(cāng)庫(kù)貨物模型的自動(dòng)/手動(dòng)存取。臺(tái)式立體倉(cāng)庫(kù)模型結(jié)構(gòu)如圖3-1所示。圖

16、3-1 自動(dòng)立體倉(cāng)庫(kù)裝置圖該裝置由立體庫(kù)位框架、巷道式高叉車、操作盤等組成，并配有PLC控制器、光電式尋址傳感器、限位開關(guān)、直流電機(jī)、鍵盤、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、直流穩(wěn)壓電源、空氣保護(hù)開關(guān)等。具體說(shuō)明如表3-1所示。表3-1 自動(dòng)立體倉(cāng)庫(kù)裝置說(shuō)明圖中序列標(biāo)號(hào)硬件名稱說(shuō)明1水平運(yùn)行電機(jī)2垂直升降電機(jī)3升降式貨叉裝置4水平運(yùn)行裝置5水平叉車運(yùn)行裝置6列定位片7層定位片8光電傳感器9鍵盤10貨架11手操盤12直流穩(wěn)壓電源13電器驅(qū)動(dòng)板14空氣開關(guān)15三菱FX1N-40MT型號(hào)PLC3.2 系統(tǒng)的硬件組成及說(shuō)明3.2.1 倉(cāng)庫(kù)位本系統(tǒng)由6+3+1個(gè)存儲(chǔ)位組成。其中6為6個(gè)可自由存取位置，雖只有6個(gè)，但已經(jīng)從原理上

17、模擬出了所有倉(cāng)庫(kù)可定位情況；3為3個(gè)模擬位，由于硬件限制，并不具備實(shí)際存取功能，僅為美觀所設(shè)；1為1個(gè)緩沖臺(tái)，用來(lái)暫時(shí)存取貨物。3.2.2 直流減速電機(jī)直流減速電機(jī)，即齒輪減速電機(jī)，是在普通直流電機(jī)的基礎(chǔ)上，加上配套齒輪減速箱。齒輪減速箱的作用是，提供較低的轉(zhuǎn)速，較大的力矩。同時(shí)，齒輪箱不同的減速比可以提供不同的轉(zhuǎn)速和力矩。這大大提高了直流電機(jī)在自動(dòng)化行業(yè)中的使用率。減速電機(jī)是指減速機(jī)和電機(jī)（馬達(dá)）的集成體。這種集成體通常也可稱為齒輪馬達(dá)或齒輪電機(jī)。通常由專業(yè)的減速機(jī)生產(chǎn)廠進(jìn)行集成組裝好后成套供貨。3.2.3 穩(wěn)壓電源 開關(guān)穩(wěn)壓電源是由開關(guān)集體管VT和二極管VD及儲(chǔ)能電感L、濾波電容C組成的。

18、另外，通常還具備較為復(fù)雜的驅(qū)動(dòng)電路、調(diào)節(jié)電路、保護(hù)電路、基準(zhǔn)電路以及構(gòu)成閉環(huán)回路中的取樣電路、放大電路和耦合電路用來(lái)控制盒調(diào)節(jié)輸出電壓的大小以及特性。在本設(shè)計(jì)中，考慮到直流減速電機(jī)的工作電壓為DC 24V電源，并考慮系統(tǒng)用電量、系統(tǒng)可靠性、和系統(tǒng)設(shè)計(jì)的規(guī)整性等，最終選擇穩(wěn)壓電源來(lái)統(tǒng)一供電。3.3.3 系統(tǒng)的工作原理及功能分析立體倉(cāng)庫(kù)的運(yùn)動(dòng)機(jī)械結(jié)構(gòu)部分采用皮帶、滑軌等部分組成，采用三個(gè)直流電機(jī)作為拖動(dòng)元件。其關(guān)鍵部分是巷道起重機(jī)，由水平移動(dòng)、垂直移動(dòng)及伸叉機(jī)構(gòu)三部分組成，其水平和垂直移動(dòng)分別用兩臺(tái)直流減速電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)皮帶來(lái)完成，伸叉機(jī)構(gòu)由一臺(tái)直流減速電動(dòng)機(jī)來(lái)控制，當(dāng)堆垛機(jī)平臺(tái)移動(dòng)到貨架的指定位置時(shí)

19、，伸叉電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)貨架向前伸出，將貨物取出或送入，然后鏟叉向后縮回。整個(gè)系統(tǒng)需要X、Y、Z三維的位置控制。4 PLC的立體倉(cāng)庫(kù)軟件設(shè)計(jì)4.1 系統(tǒng)的工作流程如圖 依據(jù)上述工藝流程分析，立體倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)的工作流程圖如圖4-1所示。緩沖貨臺(tái)有無(wú)貨物發(fā)送目的倉(cāng)庫(kù)號(hào)目的倉(cāng)庫(kù)有無(wú)貨物從緩沖貨臺(tái)取貨向目的倉(cāng)庫(kù)存貨到達(dá)目的倉(cāng)庫(kù)返回初始位置程序開始設(shè)備初始化存貨還是送貨緩沖貨臺(tái)有無(wú)貨物存貨取貨NYYN發(fā)送目的倉(cāng)庫(kù)號(hào)目的倉(cāng)庫(kù)有無(wú)貨物YNNY到達(dá)目的倉(cāng)庫(kù)從目的倉(cāng)庫(kù)取貨返回初始位置向緩沖貨臺(tái)存貨報(bào)警結(jié)束圖4-1 自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)的工作流程圖該立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)運(yùn)行情況為：當(dāng)將A/M按鈕切換到自動(dòng)后，系統(tǒng)允許進(jìn)行立體倉(cāng)

20、庫(kù)運(yùn)行的自動(dòng)控制。系統(tǒng)初始化后，按下某倉(cāng)庫(kù)位置的按鈕以及“取”或“送”按鈕時(shí)，系統(tǒng)將進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作。當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行。4.2 PLC輸入、輸出點(diǎn)數(shù)的分配根據(jù)以上對(duì)立體倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求可以看出，其中輸入點(diǎn)數(shù)為24點(diǎn)，輸出點(diǎn)數(shù)為6點(diǎn)，供電及公共端3點(diǎn)，參照三菱公司FX系列PLC性能簡(jiǎn)介即可得知本系統(tǒng)采用FX1N-40MT系列PLC即可滿足要求。可得出具體的可編程邏輯控制器I/O分配表，如表4-1所示。表4-1 自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)的可編程邏輯控制器I/O分配表X0叉車左極限X235號(hào)倉(cāng)庫(kù)是否有貨X1叉車右極限X246號(hào)倉(cāng)庫(kù)是否有貨X2叉車下極限X257號(hào)倉(cāng)庫(kù)是否有貨X3叉車上極限

21、X268號(hào)倉(cāng)庫(kù)是否有貨X4叉車內(nèi)極限X279號(hào)倉(cāng)庫(kù)是否有貨X5叉車外極限Y0叉車后退X6列定位Y1叉車前進(jìn)X7層定位Y2叉車上升X20A/M轉(zhuǎn)換Y3叉車下降X21緩沖臺(tái)是否有貨Y4進(jìn)叉X224號(hào)倉(cāng)庫(kù)是否有貨Y5出叉X11 X150號(hào)倉(cāng)庫(kù)位置X10 X176號(hào)倉(cāng)庫(kù)位置X11 X141號(hào)倉(cāng)庫(kù)位置X10 X167號(hào)倉(cāng)庫(kù)位置X11 X172號(hào)倉(cāng)庫(kù)位置X13 X158號(hào)倉(cāng)庫(kù)位置X11 X163號(hào)倉(cāng)庫(kù)位置X13 X149號(hào)倉(cāng)庫(kù)位置X10 X154號(hào)倉(cāng)庫(kù)位置X12 X15入庫(kù)X10 X145號(hào)倉(cāng)庫(kù)位置X12 X12出庫(kù)4.3 PLC系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)PLC的程序編輯工作是靠梯形圖完成的，梯形圖具有形象直觀，且便

22、于分析記憶的特點(diǎn)。GX Developer是一款可以開發(fā)三菱全系列的編程軟件，使用十分方便，因此本設(shè)計(jì)采取GX Developer作為開發(fā)環(huán)境。為了使得設(shè)計(jì)調(diào)試簡(jiǎn)單方便，依據(jù)功能分析知程序設(shè)計(jì)部分可分為系統(tǒng)初始化、送貨子程序、取貨子程序、貨位保護(hù)程序等部分。分別編程后再進(jìn)行程序匯總。4.3.1 初始化復(fù)位程序設(shè)計(jì)自動(dòng)控制系統(tǒng)工作的第一步，便是判斷叉車是否已經(jīng)準(zhǔn)備繼續(xù)，是否可以正常工作，若不在初始位，需要自動(dòng)回復(fù)到初始位。因此在初始化階段，本設(shè)計(jì)將叉車在下限位，左限位，外極限設(shè)置為初始位置。根據(jù)叉車保護(hù)原則，叉車應(yīng)判斷是否叉車是否在外極限，若不在外極限，首先驅(qū)動(dòng)電機(jī)向后收回叉子，到達(dá)外限位后進(jìn)行

23、下一步；若此時(shí)叉車已經(jīng)在外極限，驅(qū)動(dòng)垂直電機(jī)下降，當(dāng)?shù)竭_(dá)下極限后，驅(qū)動(dòng)水平電機(jī)，后退到左極限，此時(shí)車車到達(dá)初始位置，PLC控制程序如圖4-2梯形圖所示。圖4-2 初始位置復(fù)位程序4.3.2 送貨子程序設(shè)計(jì)送貨是指叉車從緩沖倉(cāng)庫(kù)位置取出貨物后送到指定倉(cāng)庫(kù)。以4號(hào)庫(kù)為例，系統(tǒng)的運(yùn)行控制流程為：叉車從初始位置出發(fā)，驅(qū)動(dòng)水平前進(jìn)電機(jī)，當(dāng)?shù)竭_(dá)列定位1時(shí)停下，此時(shí)到達(dá)緩沖倉(cāng)庫(kù)位置的水平位置，驅(qū)動(dòng)垂直上升電機(jī)，當(dāng)?shù)竭_(dá)層定位脈沖數(shù)為1時(shí)停下，驅(qū)動(dòng)叉車電機(jī)向前伸出叉子，叉子到達(dá)內(nèi)限位后繼續(xù)驅(qū)動(dòng)垂直上升電機(jī)，當(dāng)檢測(cè)層計(jì)數(shù)脈沖數(shù)為2停止，此時(shí)貨物已經(jīng)被抬起，驅(qū)動(dòng)叉車電機(jī)向后收回叉子，到達(dá)外限位后，驅(qū)動(dòng)水平電機(jī)繼續(xù)前

24、進(jìn)直到列定位脈沖數(shù)為2，驅(qū)動(dòng)叉車向前伸出，到達(dá)內(nèi)限位后，驅(qū)動(dòng)垂直電機(jī)下降，檢測(cè)層定位脈沖數(shù)為1時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)向后收回叉子，此時(shí)貨物被安全穩(wěn)妥的安放到了指定倉(cāng)庫(kù)位。此時(shí)繼續(xù)執(zhí)行初始化位置程序，將叉車退回到初始位置，等待下次命令的出現(xiàn)。其他倉(cāng)庫(kù)位置的送貨程序與4號(hào)庫(kù)相似，只需改變相應(yīng)的層、列定位脈沖數(shù)，其中5號(hào)位定位脈沖為列定位為3，層定位為1、2；6號(hào)位定位脈沖為列定位為4，層定位為1、2；7號(hào)位定位脈沖為列定位為2，層定位為3、4；8號(hào)位定位脈沖為列定位為3，層定位為3、4；9號(hào)位定位脈沖為列定位為4，層定位為3、4。4號(hào)庫(kù)送貨子程序如圖4-3所示。圖4-3 4號(hào)庫(kù)送貨梯形圖4.3.3 取貨子程

25、序設(shè)計(jì)取貨是指叉車從指定倉(cāng)庫(kù)位置取出貨物后送到緩沖貨臺(tái)。以9號(hào)庫(kù)為例，系統(tǒng)的運(yùn)行控制流程為：叉車從初始位置出發(fā)，驅(qū)動(dòng)水平前進(jìn)電機(jī)，當(dāng)?shù)竭_(dá)列定位4時(shí)停下，此時(shí)到9號(hào)倉(cāng)庫(kù)位置的水平位置，驅(qū)動(dòng)垂直上升電機(jī)，當(dāng)?shù)竭_(dá)層定位脈沖數(shù)為3時(shí)停下，驅(qū)動(dòng)叉車電機(jī)向前伸出叉子，叉子到達(dá)內(nèi)限位后繼續(xù)驅(qū)動(dòng)垂直上升電機(jī)，當(dāng)檢測(cè)層計(jì)數(shù)脈沖數(shù)為4停止，此時(shí)貨物已經(jīng)被抬起，驅(qū)動(dòng)叉車電機(jī)向后收回叉子，到達(dá)外限位后，驅(qū)動(dòng)垂直電機(jī)下降直到層定位脈沖數(shù)為2，驅(qū)動(dòng)水平電機(jī)后退到達(dá)列定位1，驅(qū)動(dòng)叉車向前伸出，到達(dá)內(nèi)限位后，驅(qū)動(dòng)垂直電機(jī)下降，檢測(cè)層定位脈沖數(shù)為1時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)向后收回叉子，此時(shí)貨物被安全穩(wěn)妥的安放到了緩沖存儲(chǔ)貨倉(cāng)。此時(shí)繼續(xù)執(zhí)行

26、初始化位置程序，將叉車退回到初始位置，等待下次命令的出現(xiàn)。其他倉(cāng)庫(kù)取貨程序與9號(hào)庫(kù)取貨程序相似，層、列定于與上相同，不再敖述。9號(hào)庫(kù)取貨子程序如圖4-4所示。圖4-4 9號(hào)庫(kù)取貨梯形圖4.3.4 貨位保護(hù)程序設(shè)計(jì)貨位保護(hù)程序的主要目的是在程序的初始位置判斷是取貨還是送貨，在取貨狀態(tài)時(shí)，必須保證目的倉(cāng)庫(kù)有貨且緩沖貨臺(tái)無(wú)貨，否則程序不執(zhí)行。而送貨狀態(tài)時(shí)，必須保證緩沖貨臺(tái)有貨且目的倉(cāng)庫(kù)無(wú)貨，否則不執(zhí)行。同時(shí)取貨程序和送貨程序還應(yīng)有互鎖程序，不能同時(shí)執(zhí)行以防出現(xiàn)雙線圈的現(xiàn)象。梯形圖如圖4-5所示。圖4-5 程序匯總及互鎖保護(hù)立體倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)的PLC程序完整梯形圖見附錄。4.4 調(diào)試及故障處理4.4.1

27、 調(diào)試步驟(1) 按系統(tǒng)I/O表連線，確認(rèn)無(wú)誤后，合上空氣開關(guān)，看系統(tǒng)是否正常，若不正常，立即關(guān)閉電源開關(guān)，查出并排除故障。(2) 先將初始化程序通過(guò)RS-232C數(shù)據(jù)線下載到PLC中，觀察PLC運(yùn)行指示燈是否亮。(3) 將選擇開關(guān)至于自動(dòng)位置，系統(tǒng)將自動(dòng)復(fù)位到初始位置，若不回復(fù)初始位置，說(shuō)明初始位置程序有誤，查出并排除錯(cuò)誤后進(jìn)行下一步。(4) 將入庫(kù)子程序下載到PLC，依次檢查送貨程序是否正常，特別注意程序是否是在緩沖臺(tái)有貨而目標(biāo)倉(cāng)庫(kù)位無(wú)貨時(shí)執(zhí)行，若緩沖臺(tái)無(wú)貨或目標(biāo)倉(cāng)庫(kù)已經(jīng)有貨單送貨程序仍然執(zhí)行，說(shuō)明入庫(kù)子程序有錯(cuò)，查出并排除錯(cuò)誤后進(jìn)行下一步。(5) 將出庫(kù)子程序下載到PLC，依次檢查取貨程

28、序是否正常，特別注意程序是否是在緩沖臺(tái)無(wú)貨而目標(biāo)倉(cāng)庫(kù)位有貨時(shí)執(zhí)行，若緩沖臺(tái)已經(jīng)有貨或目標(biāo)倉(cāng)庫(kù)無(wú)貨但取貨程序仍然執(zhí)行，說(shuō)明出庫(kù)子程序有錯(cuò)，查出并排除錯(cuò)誤后進(jìn)行下一步。(6) 將以上程序匯總到一起后，通過(guò)RS-232C數(shù)據(jù)線下載到PLC中，觀察PLC運(yùn)行指示燈是否亮，并依次檢查在入庫(kù)出庫(kù)切換后，程序是否按照預(yù)定步驟正常運(yùn)行。4.4.2 故障處理(1)電源指示燈不亮：檢查供電是否正常。(2) 電機(jī)不工作：檢查電動(dòng)機(jī)接線是否正確；檢測(cè)緩沖存儲(chǔ)位置是否處于正常位置和狀態(tài)；檢測(cè)直流電動(dòng)機(jī)是否損壞。(3) 立體叉車不送貨：檢測(cè)開關(guān)是否在自動(dòng)位置；檢測(cè)對(duì)應(yīng)倉(cāng)庫(kù)位置是否有貨；檢測(cè)緩沖存儲(chǔ)位置是否有貨。(4) P

29、LC輸入輸出指示燈不亮：檢測(cè)PLC是否真正有輸出信號(hào)或輸入信號(hào)；檢測(cè)接口板的晶體管是否正常工作；檢測(cè)指示燈是否正常。 4.5 MCGS概述及設(shè)計(jì)MCGS(Monitor and Control Generated System，監(jiān)視與控制通用系統(tǒng))是北京昆態(tài)公司研發(fā)的一套組態(tài)軟件系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集與監(jiān)測(cè)、前端數(shù)據(jù)的處理與控制。MCGS為用戶提供了解決實(shí)際工程問(wèn)題的完整方案和開發(fā)平臺(tái)，能夠完成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)處理、動(dòng)畫顯示、流程控制、趨勢(shì)曲線、報(bào)表輸出、報(bào)警和安全機(jī)制等功能。4.5.1 MCGS的工作原理使用MCGS完成一個(gè)實(shí)際的應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，首先必須在MCGS的組態(tài)環(huán)境下進(jìn)

30、行系統(tǒng)的組態(tài)生成工作，然后將系統(tǒng)放在MCGS的運(yùn)行環(huán)境下運(yùn)行。MCGS組態(tài)環(huán)境是生成用戶應(yīng)用系統(tǒng)的工作環(huán)境，用戶在MCGS組態(tài)環(huán)境中完成動(dòng)畫設(shè)計(jì)、設(shè)備連接、編寫控制流程、編制工程打印報(bào)表等全部組態(tài)工作后，生成擴(kuò)展名為.mcg的工程文件（又稱為組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫(kù)）。MCGS運(yùn)行環(huán)境是用戶應(yīng)用系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境，在MCGS運(yùn)行環(huán)境中用戶可完成對(duì)工程的控制工作。組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫(kù)完成了MCGS系統(tǒng)從組態(tài)環(huán)境向運(yùn)行環(huán)境的過(guò)渡，它們之間的工作過(guò)程可表示為圖4-6。運(yùn)行環(huán)境：解釋執(zhí)行組態(tài)結(jié)果組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài)環(huán)境：組態(tài)生成應(yīng)用系統(tǒng)圖4-6 MCGS工作原理示意圖4.5.2 MCGS組態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的組成及功能MCGS組態(tài)

31、環(huán)境系統(tǒng)由主控窗口、設(shè)備窗口、用戶窗口、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和運(yùn)行策略五部分構(gòu)成，每一部分分別進(jìn)行組態(tài)操作，完成不同的工作。其中實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)是MCGS系統(tǒng)的核心，是應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理中心。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)是系統(tǒng)各部分的公用區(qū)交換數(shù)據(jù)庫(kù)，可實(shí)現(xiàn)各部分的協(xié)調(diào)工作。設(shè)備窗口依靠設(shè)備構(gòu)件驅(qū)動(dòng)外部設(shè)備，與此同時(shí)，設(shè)備終端采集的數(shù)據(jù)送入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)；將用戶窗口組成的圖形對(duì)象和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)對(duì)象連接后，以動(dòng)畫形式展現(xiàn)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)；各部分工作原理如圖4-7所示。用戶窗口：以圖形動(dòng)畫曲線等形式可視化數(shù)據(jù)主控窗口：管理用戶窗口管理運(yùn)行策略維護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行策略：以不同的形式和方法操作實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)：數(shù)據(jù)對(duì)象的集合構(gòu)成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)備

32、窗口：從外部硬件設(shè)備讀取數(shù)據(jù)進(jìn)入數(shù)據(jù)庫(kù)或控制設(shè)備輸出數(shù)據(jù)圖4-7 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的核心作用4.5.3 自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)模型的監(jiān)控系統(tǒng)（MCGS）設(shè)計(jì)(1).新建工程的操作步驟如下：在電腦桌面上，雙擊“MCGS組態(tài)環(huán)境”圖標(biāo)，進(jìn)入MCGS組態(tài)環(huán)境。單擊“文件”菜單中的“新建工程”選項(xiàng)。單擊菜單“文件”在下拉菜單中選擇“工程另存為”選項(xiàng)，在文件名一欄中輸入“自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)”，單擊 “保存”按鈕，工程創(chuàng)建完畢。(2).按照監(jiān)控程序定義系統(tǒng)數(shù)據(jù)名稱及注釋如表4-2。表4-2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)對(duì)象表數(shù)據(jù)對(duì)象名稱類型對(duì)象內(nèi)容注釋STORE0開關(guān)型緩沖臺(tái)位置是否有貨，如有貨，變量為1STORE1開關(guān)型1號(hào)庫(kù)位置是

33、否有貨，如有貨，變量為1STORE2開關(guān)型2號(hào)庫(kù)位置是否有貨，如有貨，變量為1STORE3開關(guān)型3號(hào)庫(kù)位置是否有貨，如有貨，變量為1STORE4開關(guān)型4號(hào)庫(kù)位置是否有貨，如有貨，變量為1STORE5開關(guān)型5號(hào)庫(kù)位置是否有貨，如有貨，變量為1STORE6開關(guān)型6號(hào)庫(kù)位置是否有貨，如有貨，變量為1STORE7開關(guān)型7號(hào)庫(kù)位置是否有貨，如有貨，變量為1STORE8開關(guān)型8號(hào)庫(kù)位置是否有貨，如有貨，變量為1STORE9開關(guān)型9號(hào)庫(kù)位置是否有貨，如有貨，變量為1庫(kù)位號(hào)數(shù)值型所選倉(cāng)庫(kù)的庫(kù)位號(hào)巷道起重機(jī)上有貨開關(guān)型巷道起重機(jī)上有貨時(shí)變量為1，否則為0(3).制作工程畫面.在MCGS組態(tài)平臺(tái)中的“用戶窗口”中

34、單擊“新建窗口”按鈕，則產(chǎn)生新“窗口0”。在用戶窗口屬性設(shè)置欄中將“窗口名稱”改為：自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)；窗口標(biāo)題改為：自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)如圖4-8所示。圖4-8 用戶窗口屬性設(shè)置.選中“自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)控制”窗口圖標(biāo)，單擊“動(dòng)畫組態(tài)”，進(jìn)入動(dòng)畫組態(tài)窗口，開始編輯畫面。單擊工具條中的“工具箱”按鈕，打開繪圖工具箱；單擊圖標(biāo)可以打開或關(guān)閉常用圖符工具箱，常用圖符工具箱包括27種常用的圖符對(duì)象。 選擇“工具箱”內(nèi)的“標(biāo)簽”按鈕，鼠標(biāo)的光標(biāo)呈“十字”形，在窗口頂端中心位置拖拽鼠標(biāo)，根據(jù)需要拉出一個(gè)一定大小的矩形；在光標(biāo)閃爍位置輸入文字“自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)演示工程”，按回車鍵文字輸入完畢；點(diǎn)擊

35、（填充色）按鈕，設(shè)定文字框的背景顏色為：沒(méi)有填充；點(diǎn)擊（線色）按鈕，設(shè)置文字框的邊線顏色為：沒(méi)有邊線；點(diǎn)擊（字符字體）按鈕，設(shè)置文字字體，字型，大小分別為：宋體，粗體，26；點(diǎn)擊（字符顏色）按鈕，將文字顏色設(shè)為：藍(lán)色。.單擊繪圖工具箱中的“插入元件”按鈕，打開“對(duì)象元件庫(kù)管理”窗口，單擊左側(cè)的“對(duì)象元件列表” 中相應(yīng)的文件夾，在右側(cè)的顯示框中就會(huì)顯示該文件夾包含的所有元件，選中滿意的元件，單擊“確定”即可將該元件加入到動(dòng)畫制作窗口，如圖4-9所示。在本系統(tǒng)中用到的元件有：“開關(guān)17”一個(gè)；“按鈕6” 一個(gè)，“按鈕7” 一個(gè)，“按鈕8”一個(gè)，“按鈕9” 一個(gè)，“按鈕96” 十三個(gè)，并將兩個(gè)“按鈕96”重新組合，使其按鈕的顏色成為紅色；“馬達(dá)25”兩個(gè)。將指示燈、開關(guān)、按鈕、馬達(dá)調(diào)整為適當(dāng)?shù)拇笮?，放在適當(dāng)?shù)奈恢谩D4-9 對(duì)象元件庫(kù)管理窗口選擇“工具箱”內(nèi)的“標(biāo)簽”按鈕，鼠標(biāo)的光標(biāo)呈“十字”形，拖拽鼠標(biāo)，根據(jù)需要拉出一