立體倉庫實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)學(xué)院船舶工程學(xué)院專業(yè)班級船電姓名學(xué)號目錄一、設(shè)計(jì)任務(wù)于要求11設(shè)計(jì)任務(wù)12設(shè)計(jì)要求13系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本步驟二、實(shí)驗(yàn)器材21PLC要求22立體倉庫設(shè)備23可編程計(jì)算機(jī)三、硬件原理31步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的基本組成和工作原理及應(yīng)用32反射式傳感器的工作原理33傳感器的工作原理和應(yīng)用四、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)41傳感器的分布42行程開關(guān)的位置與編號43I/O分配表44系統(tǒng)流程45設(shè)計(jì)梯形圖46MCGS組態(tài)王實(shí)現(xiàn)立體倉庫工程畫面摘要自動化立體倉庫是現(xiàn)代物流系統(tǒng)中迅速發(fā)展的一個重要組成部分,是一種多層存放貨物的高架倉庫系統(tǒng)，由自動控制與管理系統(tǒng)、高位貨架、巷道堆垛機(jī)、自動入庫、自動出庫、計(jì)算機(jī)管理控制系統(tǒng)以及其他輔助設(shè)備組成。它具有節(jié)約用地、減輕勞動強(qiáng)度、消除差錯、提高倉儲自動化水平及管理水平、提高管理和操作人員素質(zhì)、降低儲運(yùn)損耗、有效地減少流動資金的積壓、提高物流效率等諸多優(yōu)點(diǎn)。如今我國國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,自動化立體倉庫必然會在各行各業(yè)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。本課題的電氣控制主要由西門子公司的PLC、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器、步進(jìn)電動機(jī)、直流電動機(jī)等器件組成。本文首先對本課題進(jìn)行簡要的介紹，包括背景，研究意義，現(xiàn)狀等；其次對該系統(tǒng)的硬件組成、結(jié)構(gòu)、原理進(jìn)行了闡述和分析；再次對本系統(tǒng)用到的器件分別進(jìn)行介紹，重點(diǎn)對PLC程序進(jìn)行了編寫；最后對設(shè)計(jì)本課題所學(xué)到的知識進(jìn)行歸納和總結(jié)。關(guān)鍵字立體倉庫可編程控制器（PLC）西門子S7200組態(tài)軟件一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求11設(shè)計(jì)任務(wù)該實(shí)驗(yàn)就是采用PLC自動化技術(shù)，讓給定的機(jī)械設(shè)備智能地按照試驗(yàn)設(shè)定的程序進(jìn)行實(shí)際操作，實(shí)現(xiàn)整體的自動化。本設(shè)計(jì)利用的立體倉庫主體由底盤、三層六倉位庫體、運(yùn)動機(jī)械及電氣控制等四部分組成。其中電氣控制是由西門子S7200CPU224型可編程序控制器PLC、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊、開關(guān)電源、位置傳感器等器件組成。設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是通過利用行程開關(guān)和傳感器來實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的行程精確定位，讓機(jī)械設(shè)備在設(shè)定的程序的設(shè)定位置執(zhí)行工作任務(wù)，讓整個機(jī)械設(shè)備實(shí)現(xiàn)自動一體化，這樣能夠使設(shè)備能以更快捷、更方便地方式將成品貨物安放到系統(tǒng)指定的倉庫中。12設(shè)計(jì)要求本設(shè)計(jì)要求是設(shè)備能夠正確按照程序設(shè)定來精確定位和正確執(zhí)行指定任務(wù)，同時也要求盡可能以低成本完成整個實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。在此設(shè)計(jì)的立體倉庫需要滿足一下功能（1）堆垛機(jī)（機(jī)械手）要有三個自由度，即前進(jìn)、后退；上、下；左、右；（2）堆垛機(jī)的運(yùn)動由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動；（3）堆垛機(jī)前進(jìn)（或后退）運(yùn)動和上（或下）運(yùn)動可同時進(jìn)行；（4）堆垛機(jī)前進(jìn)、后退和上、下運(yùn)動時必須有超限位保護(hù)；（5）每個倉位必須有檢測裝置（微動開關(guān)），當(dāng)操作有誤時發(fā)出錯誤報警信號；（6）當(dāng)按完倉位號后，沒按入或取前，可以按取消鍵進(jìn)行取消該操作。（7）整個電氣控制系統(tǒng)必須設(shè)置急停按鈕，以防發(fā)生意外。13系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本步驟在立體倉庫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中主要要考慮以下幾點(diǎn)（1）深入了解和分析立體倉庫的工藝條件和控制要求。（2）確定I/O設(shè)備。根據(jù)立體倉庫控制系統(tǒng)的功能要求，確定系統(tǒng)所需的用戶輸入、輸出設(shè)備。（3）根據(jù)I/O點(diǎn)數(shù)選擇合適的PLC類型。（4）分配I/O點(diǎn)，分配PLC的輸入輸出點(diǎn)，編制出輸入輸出分配表或者輸入輸出端子的接線圖。（5）設(shè)計(jì)立體倉庫系統(tǒng)的梯形圖程序，根據(jù)工作要求設(shè)計(jì)出周密完整的梯形圖程序，這是整個立體倉庫系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心工作。（6）將程序輸入PLC進(jìn)行軟件測試，查找錯誤，使系統(tǒng)程序更加完善。（7）立體倉庫整體調(diào)試，在PLC軟硬件設(shè)計(jì)和現(xiàn)場施工完成后，就可以進(jìn)行整個系統(tǒng)的聯(lián)機(jī)調(diào)試，調(diào)試中發(fā)現(xiàn)的問題要逐一排除，直至調(diào)試成功。二、實(shí)驗(yàn)器材21PLC要求西門子S7200CPU226DC24V，外加一個數(shù)字量擴(kuò)展模塊EM223。根據(jù)本次設(shè)計(jì)的立體倉庫的輸入、輸出信號，其中外部輸入元件包括檢測元件、按鈕、取、存、急停、限位開關(guān)等；輸出有三個電機(jī)的正反向、動作指示等。22立體倉庫設(shè)備圖（1）1巷道式堆垛機(jī)；2立體庫架；3水平驅(qū)動電機(jī)；4手動操作盤；5直流電源；6電機(jī)驅(qū)動板；7信號轉(zhuǎn)換板8空氣開關(guān)立體式倉儲裝置由二大部分組成，巷道式堆垛機(jī)、立體式貨架。（1）、巷道式堆垛機(jī)裝置從前一單元的輸送小車上使用叉子叉取料盤；（2）、按照控制指令將料盤輸送到指定庫位。（3）、巷道式堆垛機(jī)裝置能夠完成在輸送小車與庫位之間的料盤拿取、放送的操作。23可編程計(jì)算機(jī)應(yīng)選用安裝有STEP7MICRO/WIN編程軟件的計(jì)算機(jī)，在個人計(jì)算機(jī)WINDOWS操作系統(tǒng)下運(yùn)行的編程軟件，它的功能強(qiáng)大，使用方便，簡單易學(xué)。CPU通過PPI電纜或插在計(jì)算機(jī)中的CP5511、CP5611通訊卡通訊。通過PPI電纜，可以在WINDOWS下實(shí)現(xiàn)多主站通信方式。三、硬件原理31步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的基本組成和工作原理及應(yīng)用步進(jìn)電機(jī)是數(shù)字控制系統(tǒng)中的執(zhí)行電動機(jī)，當(dāng)系統(tǒng)將一個電脈沖信號加到步進(jìn)電機(jī)定子繞組時，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)一步，當(dāng)電脈沖按某一相序加到電動機(jī)時，轉(zhuǎn)子沿某一方向轉(zhuǎn)動的步數(shù)等于電脈沖個數(shù)。因此，改變輸入脈沖的數(shù)目就能控制步進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)子機(jī)械位移的大?。桓淖冚斎朊}沖的通電相序，就能控制步進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)子機(jī)械位移的方向，實(shí)現(xiàn)位置的控制，實(shí)現(xiàn)寬廣范圍內(nèi)速度的無級平滑控制。為了驅(qū)動步進(jìn)電動機(jī)，必須由一個決定電動機(jī)速度和旋轉(zhuǎn)角度的脈沖發(fā)生器（在該立體倉庫控制系統(tǒng)中采用PLC作脈沖發(fā)生器進(jìn)行位置控制）、一個使電動機(jī)繞組電流按規(guī)定次序通斷的脈沖分配器、一個保證電動機(jī)正常運(yùn)行的功率放大器，以及一個直流功率電源等組成一個驅(qū)動系統(tǒng)。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器是把控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號轉(zhuǎn)化為步進(jìn)電機(jī)的角位移，或者說控制系統(tǒng)每發(fā)一個脈沖信號，通過驅(qū)動器就使步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一步距角。所以步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與脈沖信號的頻率成正比。32反射式傳感器的工作原理當(dāng)物體相對于傳感器移動時，反射回來的信號與原先的信號相比較，產(chǎn)生頻移，集成電路再把微弱的頻移信號進(jìn)行放大，再經(jīng)多普勒檢測、放大、限幅等措施，最后取得和物體移動信號相關(guān)的直流信號輸出電平。在該立體倉庫中采用反射式傳感器作為貨物的檢測裝置。33傳感器的工作原理和應(yīng)用（1）反射式傳感器的工作原理當(dāng)物體相對于傳感器移動時，反射回來的信號與原先的信號相比較，產(chǎn)生頻移，集成電路再把微弱的頻移信號進(jìn)行放大，再經(jīng)多普勒檢測、放大、限幅等措施，最后取得和物體移動信號相關(guān)的直流信號輸出電平。在該立體倉庫中采用反射式傳感器作為貨物的檢測裝置。（2）對射式傳感器的工作原理當(dāng)24V電壓加到發(fā)光二極管LED1時，它將光發(fā)射給發(fā)光二極管LED2，LED2接收到光導(dǎo)通，三極管導(dǎo)通，輸出為ON；當(dāng)發(fā)光二極管LED1發(fā)射出的光被物體擋住使發(fā)光二極管LED2接收不到時，LED2不導(dǎo)通，三極管也不導(dǎo)通，輸出為OFF。在該立體倉庫控制系統(tǒng)中，采用8個對射式傳感器作為限位控制。331PLCI/O點(diǎn)的選擇根據(jù)控制要求，將各輸入設(shè)備和被控設(shè)備詳細(xì)列表，準(zhǔn)確的統(tǒng)計(jì)出被控設(shè)備對數(shù)需求量，然后在實(shí)際統(tǒng)計(jì)的I/O點(diǎn)數(shù)的基礎(chǔ)上增加1520的備用量，以便以后調(diào)整和擴(kuò)充。同時要充分利用好輸入和輸出擴(kuò)展單元，提高主機(jī)的利用率，例如S7200CPU224分為14輸入、10輸出，S7200CPU226分為24輸入、16輸出，還有各種輸入和輸出擴(kuò)展單元，這樣在增加I/O點(diǎn)數(shù)時，不必改變機(jī)型，可以通過擴(kuò)展模塊實(shí)現(xiàn)，降低了經(jīng)濟(jì)投入。在確定好I/O點(diǎn)數(shù)后，還要注意它的性質(zhì)，類型和參數(shù)。根據(jù)本次設(shè)計(jì)的立體倉庫系統(tǒng)的輸入、輸出信號，其中外部輸入元件包括檢測元件、按鈕、取、存、限位開關(guān)等；輸出有三個電機(jī)的正反向、動作指示等。具體I/O分布表，請看第四節(jié)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)43四、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)41傳感器的分布左右水平傳感器分布圖（2）上下垂直方向傳感器分布圖（3）42行程開關(guān)的位置與編號上前左QS1右QS2左右前QS3后QS4后上QS5下QS6下圖（4）43I/O分配表還有中間繼電器M00,M01,M02,M03,輸入輸出啟動I00入叉Q00過載I01出叉Q02下限位I07上升Q01后限位I06下降Q04左限位I03前進(jìn)Q06前限位I05后退Q03下傳感器I04上傳感器I0244系統(tǒng)流程開始運(yùn)行堆垛機(jī)入叉堆垛機(jī)前進(jìn)堆垛機(jī)下降堆垛機(jī)出叉堆垛機(jī)后退堆垛機(jī)上升堆垛機(jī)出叉堆垛機(jī)入叉行程開關(guān)QS3行程開關(guān)QS4傳感器傳感器傳感器行程開關(guān)QS3行程開關(guān)QS4圖（2）462控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路存貨工作流程接通電源，通電狀態(tài)下，各機(jī)構(gòu)復(fù)位，X軸、Y軸、Z軸回復(fù)零位，堆垛機(jī)停在初始位置入庫口，按下啟動按鈕，系統(tǒng)開始工作。存貨按下啟動按鈕I00,執(zhí)行存貨指令，然后選擇庫位號按貨倉號進(jìn)行存貨，X、Y軸電機(jī)運(yùn)行至裝/卸貨臺，Z軸電機(jī)正轉(zhuǎn)伸入裝貨臺內(nèi)，Y軸電機(jī)上升將物體抬起，Z軸電機(jī)反轉(zhuǎn)伸出裝/卸貨臺并將物體帶出，X軸、Y軸電機(jī)運(yùn)行至所選庫位號，Z軸電機(jī)正轉(zhuǎn)送入物體,Y軸電機(jī)下降將物體放入庫內(nèi)，Z軸電機(jī)反轉(zhuǎn)出庫。X、Y軸電機(jī)復(fù)位，堆垛機(jī)運(yùn)行至入庫口。以此類推，進(jìn)行循環(huán)存貨。以下是電機(jī)進(jìn)行存貨的程序圖，以立體倉庫的第一層一號和第二的二號貨倉為例。網(wǎng)絡(luò)1到網(wǎng)絡(luò)8為存貨到貨倉一，網(wǎng)絡(luò)9到網(wǎng)絡(luò)22為存貨到貨倉二。45設(shè)計(jì)梯形圖46MCGS實(shí)現(xiàn)立體倉庫工程畫面MCGS組態(tài)軟件所建立的工程由主控窗口、設(shè)備窗口、用戶窗口、實(shí)時數(shù)據(jù)庫窗口和運(yùn)行策略五部分構(gòu)成，每一部分分別進(jìn)行不同的組態(tài)設(shè)計(jì)，完成不同的工作，具有不同的特性。組成MCGS各要素間的關(guān)系如下圖所示畫面建立后的效果如圖47立體倉庫控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的構(gòu)造總結(jié)本文進(jìn)行了基于PLC的立體倉庫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與用組態(tài)軟件MCGS實(shí)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)仿真的設(shè)計(jì)，作了以下工作（1）查閱有關(guān)資料，收集和整理了國內(nèi)外立體倉庫的設(shè)計(jì)方案及監(jiān)控管理的研究資料。從而了解立體倉庫的結(jié)構(gòu)、存取工作要求以及工作流程。（2）通過對立體倉庫運(yùn)行原理的分析，探討了用可編程控制器PLC實(shí)現(xiàn)立體倉庫控制系統(tǒng)的基本方法，實(shí)現(xiàn)了對23模型的控制，用可編程控制器PLC編寫立體倉庫控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)存取功能。（3）學(xué)習(xí)了工控組態(tài)軟件MCGS,探討了MCGS實(shí)現(xiàn)仿真的方法和制作過程。根據(jù)編寫的PLC控制程序，通過計(jì)算機(jī)與PLC之間的串行通信交換信息，用PLC來控制“模擬”的立體倉庫。通過建立動畫連接、設(shè)備連接與設(shè)置變量、構(gòu)造實(shí)時數(shù)據(jù)庫（設(shè)置變量與PLC的I/O分配一一對應(yīng)）等實(shí)現(xiàn)畫面模擬。自動化立體倉庫技術(shù)仍舊處于不斷發(fā)展之中，今后將向兩個方向發(fā)展一是開發(fā)存儲大型物體，如整臺汽車、大型模具之類的自動化倉庫另一個是開發(fā)對錄音帶、錄像帶或半導(dǎo)體器件之類的輕型或超輕量物體的小型自動化立體倉庫。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，自動化立體車庫將逐漸向完整、人工智能化控制系統(tǒng)發(fā)展。我國的自動化立體倉庫監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式,從20世紀(jì)80年代初期的集中控制式,發(fā)展到功能分布式,分層分布式,再發(fā)展到全開放的分層分布式,現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS,既提高了性價比,又提高了可靠性,實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品升級換代。今后,隨著中國企業(yè)規(guī)模的擴(kuò)大和數(shù)量的增加,以及重視與合理利用土地這一稀缺資源的意識不斷增強(qiáng),具有節(jié)約土地資源優(yōu)勢、提企業(yè)管理水平的自動化立體庫必將得到更廣泛使用。應(yīng)用領(lǐng)域的進(jìn)一步擴(kuò)大,將對相應(yīng)設(shè)備和技術(shù)提出新的、更高的要求,中國企業(yè)必須進(jìn)行全面技術(shù)創(chuàng)新和