畢業(yè)設(shè)計(jì)規(guī)范論文題目：立體倉庫的可編程控制器控制系統(tǒng)作者姓名：班級(jí)編號(hào)：系：機(jī)電工程系專業(yè)：機(jī)電一體化教員：張俊霞2011年4月8日目錄摘要2導(dǎo)言31.1設(shè)計(jì)背景和研究意義.32.2本課題的設(shè)計(jì)內(nèi)容.2.系統(tǒng)控制方案的確定42.1自動(dòng)存儲(chǔ)和檢索系統(tǒng)控制器的介紹.42.2利用可編程控制器控制立體倉庫的優(yōu)勢(shì)2.3系統(tǒng)控制要求方案2.4系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本步驟53.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)53.1系統(tǒng)硬件組成53.2可編程邏輯控制器的選擇73.3可編程邏輯控制器輸入和輸出分配表83.4控制結(jié)構(gòu)示意圖94.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)104.1編程語言介紹104.2編程軟件介紹步驟7 104，3系統(tǒng)軟件流程圖114.4梯形圖12的設(shè)計(jì)5.系統(tǒng)的調(diào)試和結(jié)束125.1梯形圖程序12的下載5.2程序運(yùn)行和調(diào)試結(jié)果.145.3結(jié)論14謝謝.15參考文獻(xiàn)16附錄A 17摘要隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，自動(dòng)化倉庫已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。本設(shè)計(jì)是以西門子S7-200系列可編程控制器為核心控制元件的小型自動(dòng)化倉庫。該設(shè)計(jì)采用專用鍵盤作為人機(jī)界面組件，有手動(dòng)和自動(dòng)兩種操作模式。它可以根據(jù)用戶的要求在人和機(jī)器之間交換信息。通過控制步進(jìn)電機(jī)等部件，可以實(shí)現(xiàn)3*4倉庫的“取貨”或“盤點(diǎn)”功能。關(guān)鍵詞：立體倉庫，可編程控制器，西門子S7-2001.介紹1.1本課題的設(shè)計(jì)背景立體倉庫的出現(xiàn)和發(fā)展是第二次世界大戰(zhàn)后生產(chǎn)和技術(shù)發(fā)展的結(jié)果。20世紀(jì)50年代初，美國(guó)出現(xiàn)了一個(gè)帶有橋式堆垛起重機(jī)的三維倉庫。20世紀(jì)50年代末60年代初，出現(xiàn)了一個(gè)由司機(jī)操作的立體立體倉庫。1963年，美國(guó)率先在高架倉庫中采用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，并建立了第一個(gè)計(jì)算機(jī)控制的三維倉庫。此后，自動(dòng)化立體倉庫在美國(guó)和歐洲發(fā)展迅速，并形成了專門的學(xué)科。1973年，中國(guó)開始開發(fā)第一個(gè)計(jì)算機(jī)控制的自動(dòng)化立體倉庫，并于1980年投入使用。目前，國(guó)外自動(dòng)化立體倉庫采用掃描技術(shù)來提高信息的傳輸速度和準(zhǔn)確性：利用射頻數(shù)據(jù)通信技術(shù)，可以在裝卸工具和中央計(jì)算機(jī)之間快速進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、處理和交換，使貨物能夠快速、實(shí)時(shí)、可靠、準(zhǔn)確地存取和發(fā)送信息。隨著社會(huì)的發(fā)展，自動(dòng)化倉庫的應(yīng)用范圍越來越廣。目前，在我國(guó)，自動(dòng)化倉庫主要用于機(jī)械、冶金、化工、航空航天、電子、醫(yī)藥、食品加工、煙草、印刷、配送中心、機(jī)場(chǎng)、港口等。1.2本研究的意義自動(dòng)化倉庫已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。PLC倉庫設(shè)計(jì)在節(jié)約土地資源和勞動(dòng)力方面發(fā)揮著不可替代的作用。作為工業(yè)自動(dòng)化三大支柱的重要組成部分，PLC因其可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、設(shè)計(jì)安裝方便等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于自動(dòng)化控制的各個(gè)領(lǐng)域。PLC控制系統(tǒng)能很好地完成立體倉庫的控制，有利于自動(dòng)化。因此，立體倉庫PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可以促進(jìn)機(jī)械手行業(yè)的發(fā)展，擴(kuò)大PLC在自動(dòng)控制領(lǐng)域的應(yīng)用，具有一定的經(jīng)濟(jì)和理論研究?jī)r(jià)值。1.3本課題的設(shè)計(jì)內(nèi)容本設(shè)計(jì)以西門子S7_200系列控制器為控制核心，實(shí)現(xiàn)12倉立體倉庫的入庫和出庫功能。立體倉庫的主體由四部分組成，即底盤、四層十二倉倉倉體、運(yùn)動(dòng)機(jī)械和電氣控制。電氣控制部分由西門子公司生產(chǎn)的S7_200可編程控制器、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、各種位置電磁傳感器和一些低壓電氣元件組成?？刂坪诵牟捎肧7_200型可編程控制器。采集輸入端口信號(hào)后，完成各種邏輯控制和數(shù)據(jù)計(jì)算。然后它通過輸出端口完成電機(jī)運(yùn)動(dòng)和各種信號(hào)的現(xiàn)實(shí)。系統(tǒng)應(yīng)能實(shí)現(xiàn)手動(dòng)和自動(dòng)工作模式，設(shè)備可通過鍵盤控制。2.控制系統(tǒng)方案的確定2.1自動(dòng)存儲(chǔ)和檢索的介紹自動(dòng)化倉庫是一種集機(jī)電控制、強(qiáng)電流控制和弱電控制于一體的產(chǎn)品。它主要由三大系統(tǒng)組成：貨物儲(chǔ)存系統(tǒng)、貨物儲(chǔ)存和交付系統(tǒng)以及控制和管理系統(tǒng)。貨物存儲(chǔ)系統(tǒng)由三維貨架(托盤或集裝箱)組成。貨架按照行、列和層組合成一個(gè)散裝倉庫存儲(chǔ)系統(tǒng)。貨物儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)承擔(dān)貨物儲(chǔ)運(yùn)功能，由軌道式或無軌式堆垛機(jī)、儲(chǔ)運(yùn)輸送機(jī)、裝卸機(jī)械等組成。自動(dòng)化立體倉庫根據(jù)不同情況采用不同的控制方法：有些倉庫只采用單一的可編程控制器控制存取堆垛機(jī)和出入庫輸送機(jī)，機(jī)器之間沒有連接；一些倉庫對(duì)每臺(tái)機(jī)器進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)控制。更先進(jìn)的自動(dòng)化立體倉庫的控制系統(tǒng)采用集中控制、分散控制和分散控制，即控制系統(tǒng)由管理計(jì)算機(jī)、中央控制計(jì)算機(jī)、堆垛機(jī)、可編程控制器等組成，由倉儲(chǔ)和配送直接控制。2.2系統(tǒng)控制需求方案立體倉庫有12個(gè)位置和一個(gè)入口(0號(hào)位置)，可以手動(dòng)和自動(dòng)控制。在手動(dòng)條件下，st1.打開電源，將選擇開關(guān)置于手動(dòng)位置，分別按、，然后觀察各個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)。小車在高強(qiáng)度絲杠上平穩(wěn)運(yùn)行，接近極限位置時(shí)進(jìn)行極限保護(hù)。2.將選擇開關(guān)置于自動(dòng)位置。當(dāng)開關(guān)通電時(shí)，所有機(jī)構(gòu)將復(fù)位，即回到零。立體倉庫的坐標(biāo)定位從零開始。3.發(fā)貨時(shí)，選擇要發(fā)貨的貨位號(hào)，按下貨位號(hào)對(duì)應(yīng)的按鈕，控制面板數(shù)碼管顯示貨位號(hào)。按下交貨按鈕后，貨物將自動(dòng)交付至指定貨位編號(hào)對(duì)應(yīng)的倉庫貨位。如果有貨物在指定的位置編號(hào)，交貨單將不被執(zhí)行。交貨后，汽車將自動(dòng)回到原來的位置。4.提貨時(shí)，選擇要提貨的貨位號(hào)后，會(huì)顯示在控制面板的數(shù)碼管中。按下取貨按鈕后，貨物可以自動(dòng)取出。如果車內(nèi)有貨物，將不會(huì)執(zhí)行取走貨物的命令。安裝聯(lián)鎖開關(guān)是為了拾取和運(yùn)送貨物，以防止故障。5.提貨和發(fā)貨訂單完成后，組織將自動(dòng)返回其原始位置。6.整個(gè)電氣控制系統(tǒng)必須配備緊急停止按鈕，以防止事故。2.4系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本步驟立體倉庫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：1.透徹理解和分析立體倉庫的技術(shù)條件和控制要求。2.識(shí)別輸入/輸出設(shè)備。根據(jù)立體倉庫控制系統(tǒng)的功能需求，確定系統(tǒng)所需的用戶輸入輸出設(shè)備。3.根據(jù)輸入輸出點(diǎn)選擇合適的可編程邏輯控制器類型。4.分配輸入輸出點(diǎn)，分配可編程邏輯控制器的輸入輸出點(diǎn)，編制輸入輸出分配表或輸入輸出端子接線圖。5.設(shè)計(jì)立體倉庫系統(tǒng)的梯形圖程序，并根據(jù)工作需要設(shè)計(jì)一個(gè)完整的梯形圖程序，是整個(gè)立體倉庫系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心工作。6.將程序輸入到可編程控制器進(jìn)行軟件測(cè)試，以發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤并改進(jìn)系統(tǒng)程序。7.在完成PLC軟硬件設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)施工后，可以對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行在線調(diào)試。調(diào)試中發(fā)現(xiàn)的問題應(yīng)逐一排除，直至調(diào)試成功。3.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)硬件組成立體倉庫的主體由四部分組成：底盤、四層十二倉倉倉體、運(yùn)動(dòng)機(jī)械和電氣控制。機(jī)械部分由滾珠絲杠、滑桿、普通絲杠等機(jī)械部件組成。關(guān)鍵部分是堆垛機(jī)，它由三部分組成：水平運(yùn)動(dòng)，垂直運(yùn)動(dòng)和叉延伸機(jī)構(gòu)。水平和垂直運(yùn)動(dòng)分別由兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠完成，滾珠絲杠的兩端各有一個(gè)限位開關(guān)保護(hù)。當(dāng)堆垛機(jī)遇到相應(yīng)的限位開關(guān)時(shí)，它會(huì)自動(dòng)停止移動(dòng)。叉延伸機(jī)構(gòu)由DC馬達(dá)控制。它分為上層和下層。上層是一個(gè)托盤，可以前后伸縮。下層裝有螺桿等傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。當(dāng)堆垛機(jī)平臺(tái)移動(dòng)到貨架的指定位置時(shí)，叉延伸機(jī)構(gòu)電機(jī)驅(qū)動(dòng)托盤向前延伸以取出或進(jìn)給貨物，當(dāng)拾取的貨物或貨物已經(jīng)進(jìn)給時(shí)，叉延伸機(jī)構(gòu)電機(jī)向后縮回。電氣控制由西門子公司生產(chǎn)的S7_200系列可編程控制器、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源模塊、開關(guān)電源、位置傳感器等設(shè)備組成。職位安排如下：123410 11 12789650系統(tǒng)控制面板如下：3.2輸入輸出設(shè)備介紹1.步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)介步進(jìn)電機(jī)是一種特殊的執(zhí)行電機(jī)，它將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或線位移。每次輸入電脈沖信號(hào)，電機(jī)就會(huì)旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度。它的運(yùn)動(dòng)方式是步進(jìn)，所以被稱為步進(jìn)電機(jī)。常用的步進(jìn)電機(jī)包括反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)、永磁步進(jìn)電機(jī)、混合式步進(jìn)電機(jī)和單相步進(jìn)電機(jī)。其時(shí)序?yàn)檎}沖序列中的AABBBCCCA，反脈沖序列中的CACBCBABA。根據(jù)定時(shí)周期輸入可以通過軟件控制來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)以與正向旋轉(zhuǎn)定時(shí)相反的順序輸入定時(shí)輸入時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的反向旋轉(zhuǎn)。步進(jìn)電機(jī)需要特殊的驅(qū)動(dòng)裝置(驅(qū)動(dòng)器)來供電。驅(qū)動(dòng)器和步進(jìn)電機(jī)是一個(gè)有機(jī)的整體。步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行性能是電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)器共同作用的綜合效果。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的功能是從控制器(PLC)接收一定數(shù)量和頻率的脈沖信號(hào)和電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向的信號(hào)，并為步進(jìn)電機(jī)輸出三相功率脈沖信號(hào)。在實(shí)際應(yīng)用中，通過可編程控制器控制輸入步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的脈沖數(shù)，可以精確控制電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度，從而實(shí)現(xiàn)精確定位。電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向由特殊的旋轉(zhuǎn)方向信號(hào)控制。2.數(shù)字顯示部分由于可編程控制器的輸入輸出點(diǎn)直接決定其價(jià)格，在實(shí)現(xiàn)更多功能的基礎(chǔ)上，為了降低成本，編程的基本原則是盡量減少輸入輸出點(diǎn)。數(shù)碼管的顯示部分可以由可編程控制器直接驅(qū)動(dòng)，而SEG可以將數(shù)字轉(zhuǎn)換成七段代碼后輸出。在本設(shè)計(jì)中，BCD碼顯示管可以節(jié)省8個(gè)輸出端口。I_BCD轉(zhuǎn)換指令用于將整數(shù)轉(zhuǎn)換為BCD碼，然后從QB1輸出，以達(dá)到顯示效果。3.其他輸入和輸出設(shè)備其他輸入設(shè)備主要是各種開關(guān)、按鈕和各種檢測(cè)設(shè)備等。輸出設(shè)備除了電機(jī)和數(shù)字顯示部分之外，還包括狀態(tài)顯示部分。3.2可編程邏輯控制器的選擇在PLC系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，首先要確定控制方案，其次是PLC工程設(shè)計(jì)的選擇?？删幊踢壿嬁刂破鞯倪x擇需要注意：1.輸入電源電壓：24伏直流電或220伏交流電。根據(jù)電源系統(tǒng)電壓選擇。一般來說，不建議直接從電源上取電。最好用隔離變壓器將電源與控制電源隔離，并采取濾波等抗干擾措施。這種設(shè)計(jì)使用24V DC。2.輸入輸出點(diǎn)：所謂輸入輸出點(diǎn)是指整個(gè)控制系統(tǒng)所需的可編程控制器的輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn)的數(shù)量。當(dāng)然，一般來說，整個(gè)系統(tǒng)計(jì)劃是預(yù)先設(shè)計(jì)好的，然后計(jì)算出所有輸入輸出點(diǎn)的數(shù)量。如果計(jì)劃是第一次設(shè)計(jì)，建議保留積分。據(jù)估計(jì)，該設(shè)計(jì)需要36個(gè)輸入端口和18個(gè)輸出端口。3.輸出接觸型：繼電器輸出型或晶體管輸出型。輸出觸點(diǎn)類型根據(jù)電源電壓和受控致動(dòng)器的功率來確定。如果需要高速脈沖輸出來控制系統(tǒng)中的步進(jìn)電機(jī)或伺服系統(tǒng)，必須選擇晶體管輸出類型。由于步進(jìn)電機(jī)控制，本設(shè)計(jì)選擇晶體管輸出類型。西門子S7系列可編程控制器體積小、速度快、標(biāo)準(zhǔn)化、可網(wǎng)絡(luò)通信、功能強(qiáng)、可靠性高。S7系列可編程控制器產(chǎn)品可分為微型可編程控制器(如S7-200)、具有小規(guī)模性能要求的可編程控制器(如S7-300)和具有中高性能要求的可編程控制器(如S7-400)等。S7系列可編程控制器有一個(gè)特殊的高速脈沖輸出端，可以方便地控制步進(jìn)電機(jī)。根據(jù)控制功能的要求，選擇微型可編程控制器。S7_200系列可編程控制器的主機(jī)分為10、14、24、40點(diǎn)四檔，并有各種輸入輸出擴(kuò)展單元。因此，當(dāng)輸入輸出點(diǎn)增加時(shí)，機(jī)器類型不需要改變，而是可以通過擴(kuò)展模塊來實(shí)現(xiàn)，從而降低了經(jīng)濟(jì)投資。本課題設(shè)計(jì)的立體倉庫控制系統(tǒng)有40個(gè)輸入信號(hào)和18個(gè)輸出信號(hào)。所選輸入輸出點(diǎn)不得少于58點(diǎn)。考慮到實(shí)際情況，中央處理器226有40個(gè)點(diǎn)3.