基于單片機的自動化立體倉庫控制系統(tǒng)硬件和軟件設計案例分析目錄TOC\o"1-3"\h\u31811基于單片機的自動化立體倉庫控制系統(tǒng)硬件和軟件設計案例分析 126611第一章自動化立體倉庫控制系統(tǒng)硬件設計 1252261.1自動化立體倉庫控制系統(tǒng)的硬件選用 176131.1.1PLC硬件選型 1326231.1.2電機的選型 591951.1.3傳感器的選型 639551.1.4變頻器 8247941.1.5氣動裝置 950791.1.6輸送裝置 970941.2I/O分配表設計 107748小結(jié) 114621第二章自動化立體倉庫系統(tǒng)堆垛機軟件設計 1198642.1編程軟件 11130562.1.1GXWorks2編譯軟件介紹 1191022.1.2GXWords2軟件的安裝 12299432.1.3GXWords2軟件簡單操作介紹 14104192.2PLC程序設計 1687112.2.1PLC主程序梯形圖的設計 16第一章自動化立體倉庫控制系統(tǒng)硬件設計1.1自動化立體倉庫控制系統(tǒng)的硬件選用前面介紹完自動化立體倉庫的大致結(jié)構組成，設計好結(jié)構組成，本章開始設計立體倉庫的硬件部分，簡單介紹一下立體倉庫所需的硬件：電機、傳感器、PLC這三個主要硬件。立體倉庫這個大整體由各種元器件組成，一個系統(tǒng)設備的運行需要需要硬件跟軟件，二者缺一不可，設計本課題我們先選好設備的硬件，選擇合適的硬件，再根據(jù)硬件的選型來選擇軟件從而進行軟件的編譯。1.1.1PLC硬件選型PLC在系統(tǒng)中起控制作用，主要在巷道堆垛機中，控制電機的轉(zhuǎn)動及轉(zhuǎn)速，控制電機按PLC發(fā)出的指令進行轉(zhuǎn)動，使得堆垛機的各機械臂完成各種入庫出庫動作。即PLC控制電機控制堆垛機的貨叉的x軸方向、y軸方向和z軸的運動，總而實現(xiàn)精準入庫（出庫），使得自動化立體倉庫更加智能化。常見的PLC有西門子PLC和三菱PLC。兩者各有各的優(yōu)點，也有很大的不同，一是西門子是歐洲的品牌代表西方的操作觀念，而三菱系列PLC的是日本的一個品牌，代表的是亞洲人的思想和操作觀念，所以我們國人會更容易適應；二是兩者自帶的芯片不同，直觀的來說也就是兩者的運行速度不同；三是控制的強項不一樣，西門子PLC的優(yōu)勢是過程控制，而三菱PLC的優(yōu)勢在于運動控制，西門子PLC的程序更簡單，三菱的PLC程序更復雜。三菱的PLC學起來也相對容易，更容易讓人接受。所以我們要根據(jù)不同的設備不同的需求選擇合適的PLC。PLC的品牌有很多種類，其中比較有名的是西門子公司和三菱公司的兩家公司的PLC，他們分別代表了德國（西方歐洲）和日本的PLC，其中三菱的PLC相較于西門子公司的PLC的操作方式更能讓我們接受，學習起來更簡單更容易入門，因為都是亞洲人有者相似的思維，所以我們選擇三菱FX3U系列的PLC。三菱FX3U系列PLC如圖3-1所示。圖3-1三菱FX3U系列PLC三菱PLC跟西門子PLC，這兩個PLC的程序的編程的理念也不同，三菱PLC的最大好處就是它對離散控制和運動速度的控制比較精確，西門子PLC就不行，沒有專門的指令，精度不高，所以我們選擇三菱的PLC。電源規(guī)格如表3-2所示。表3-2三菱FX3U電源規(guī)格輸入規(guī)格如表3-3所示。表3-3三菱FX3U輸入規(guī)格輸入電路圖如圖3-4所示。圖3-4輸入電路圖輸出電路連接如圖3-5所示。圖3-5輸出電路連接圖1.1.2電機的選型電機即電動機，電機在立體倉庫這套整體設備中低為十分重要，起到的作用非常的大。在立體倉庫的核心設備堆垛機中電機的作用非常的大，它首先要帶動軌道輪進行水平移動，其次還要帶動鏈條使得載物臺垂直升降，以及貨叉的伸縮，完成堆垛機的入庫出庫指令動作，可見電機作用之大。電動機可以分為直流電機,交流電機;交流電機又可以分為同步電機和異步電機，直流電機可以通過改變輸入的電壓的大小來改變轉(zhuǎn)速，直流電機還要便宜。而異步電機的結(jié)構簡單、便宜，但是異步電機如果要大功率負載使用的話，需要配置一個功率補償裝置。相較于同步電機，同步電機通過勵磁裝置向電網(wǎng)提供功率，同步電機運行穩(wěn)定、過載能力強、運行效率高。我們選用的是伺服電機，主要用于控制系統(tǒng)中，是將輸入的電壓信號轉(zhuǎn)換為電軸機械能。電機用于驅(qū)動，即動力系統(tǒng)。因為前面我們選用的是三菱的FX3U系列的PLC，所以我們電機就選用三菱60系列伺服電機，一是他的性價比高，二是三菱的伺服電機可以通過我們選用的三菱系列的PLC控制，更容易上手，其接線也更為方便，伺服電機還可以精確控制電機轉(zhuǎn)動速度。三菱60系列伺服電機如圖3-6所示。圖3-6三菱60系列伺服電機伺服60系列電機基本參數(shù)如表3-6所示。表3-6三菱60系列伺服電機基本參數(shù)伺服電機連接線路如圖3-7所示。包括主電路和控制電路的界接線。主電路由R、S、T三相線，與電機的接線。PLC連接驅(qū)動器的CN1，編碼器與CN2連接。圖3-7三菱60系列伺服電機連接線路1.1.3傳感器的選型傳感器是一種檢測設備，可以將感受到的環(huán)境信息轉(zhuǎn)換為電信號，可以用于立體倉庫一些數(shù)據(jù)的收集，比如信息識別傳感器，識別貨物條碼信息，將信息輸送到中央控制器中。環(huán)境傳感器，用于倉庫中環(huán)境的檢測，比如溫度、濕度等是否利于貨物存儲。以及一些設備上的光電傳感器，用于反饋指令。傳感器使得立體倉庫更為智能化。本課題立體倉庫需要一些傳感器設備，用于收集數(shù)據(jù)，主要靠里面的光敏電阻通過光轉(zhuǎn)化為電信號，像一些光電傳感器，用于堆垛機上以及貨物的識別；這里我們選用SY671光電傳感器。SY671光電傳感器如圖3-3所示。圖3-8SY671光電傳感器傳感器的選擇要根據(jù)傳感器所要測量的物品以及測量的環(huán)境來確定該如何選型，還有傳感器的靈敏度，有些環(huán)境需要靈敏度高的，也可能需要靈敏度低的。以及頻率響應特性，同時還要根據(jù)傳感器的線性范圍以及傳感器的穩(wěn)定性和精度。通過價格和性能的分析，我們選用EE-該型號傳感器默認的輸出模式是受光輸出，一共有四個窗口，負極，out（輸出），L（輸入），正極。NPN輸出負載接在out和負極的之間，PNP輸出負載接在out和負極之間。技術參數(shù)如表3-9所示。表3-9SY671光電傳感器SY671光電傳感器的四種接線方式如圖3-10所示。圖3-10SY671光電傳感器四種接線方式1.1.4變頻器變頻器通過改變輸入的電源電壓的頻率來控制交流電機的轉(zhuǎn)速。變頻器可以根據(jù)交流電機的所需的電壓來對輸入的電壓進行升壓或者降壓，可以起到節(jié)能的作用，也可以進行電機的調(diào)速。變頻器由電子技術和變頻技術集合而成，用于改變輸入電壓的頻率和值。在工業(yè)越來越發(fā)達的現(xiàn)在，變頻器在工業(yè)中的作用越來越大。相較各個品牌的變頻器，考慮到性價比，我們選擇康沃G2變頻器如圖3-4所示。圖3-11康沃G2變頻器康沃變頻器是一家深圳公司的一款變頻器，該公司隸屬于一家德國品牌公司，康沃變頻器在機械領域等各個領域都有存在。變頻器一共有四個部分，整流器，中間電路，逆變器，控制電路四個部分。通俗來說變頻器的作用就是將電壓量不變的交流電變成可變的交流電。變頻器的接線方式如圖3-12所示。圖3-12康沃G2變頻器接線方式1.1.5氣動裝置氣動裝置主要作用是通過壓縮氣體讓機械臂完成伸縮動作，其氣體主要來源是大氣中的空氣進行壓縮儲存到容器中，最后用于帶動機械臂。但是有一個缺點是氣壓產(chǎn)生的壓力要比液壓小，但是安全環(huán)保，所以我們選擇氣動，選擇科茂AW氣動執(zhí)行器如圖3-13所示。圖3-13科茂AW氣動裝置氣缸的動作速度一般為50-500mm/s，但是它的穩(wěn)定性不太行。該氣缸的最大的優(yōu)點就是環(huán)保，不容易污染環(huán)境，但是用電量特別大。該氣缸的結(jié)構相較于比較簡單，安裝和后期的維護都比較方便，而且安全。1.1.6輸送裝置輸送裝置主要是傳送帶，用于貨物的輸送，輸送裝置主要是齒輪式的和鏈條式的,也可分為滾筒式輸送式和皮帶輸送式。輸送機對于立體倉庫的貨物的運輸起到了非常重要的作用,使得立體倉庫輸送貨物更省事省力，根據(jù)立體倉庫的需要，我們選擇皮帶式輸送帶如圖3-6所示:圖3-14皮帶式輸送帶輸送帶的設計，需要根據(jù)工作的環(huán)境條件，輸送線路以及貨物的材質(zhì)和運輸?shù)臄?shù)量。想立體倉庫這樣的室內(nèi)工作環(huán)境，對輸送機的皮帶沒有很大的要求；根據(jù)線路的布局，只需要直線型的輸送機就可以完成任務，輸送機的尺寸根據(jù)立體倉庫存儲貨物的類型來進行選擇；再根據(jù)貨物的材質(zhì)，像普通的中小型貨物就選擇皮帶式輸送機。選擇皮帶輸送機還要考慮輸送機皮帶的摩擦系數(shù)，安裝好輸送機之后要特別檢查是否安裝準確，防止卡帶。1.2I/O分配表設計I/O分配表如表3-15所示表3-15I/O分配表輸入（I）輸出（O）X0啟動Y2SHOM回原點X1停止Y3TRG內(nèi)部位置觸發(fā)X2復位Y12送料氣缸X3急停Y13卸料氣缸X4送料氣缸伸出Y15擺缸右擺X5送料氣缸回縮Y16氣手指X6貨叉伸出位Y17Z軸氣缸X7擺缸左位Y27燈塔黃燈X10擺缸右位X12Z軸氣缸回位X13氣手指夾緊位X14X軸原點X15Y軸原點X25工作臺有無物品X26X軸定位完成信號小結(jié)本章主要介紹了自動化立體倉庫的一些基本硬件，即電機、傳感器、PLC。分別介紹了這些硬件以及作用，根據(jù)我們所需要的條件進行選型，即PLC選用三菱的FX3U系列PLC，根據(jù)PLC電機選用三菱的伺服電機，最后光電傳感器選用EE-SY672光電傳感器。選完硬件之后后面的內(nèi)容就開始進行軟件的設計。第二章自動化立體倉庫系統(tǒng)堆垛機軟件設計2.1編程軟件三菱PLC有三個編程軟件，分別是GXWords2、GXWords3、GXDeveloper三種，經(jīng)過三菱公司產(chǎn)品的更新?lián)Q代，很多老的機型都淘汰了，現(xiàn)在很多的三菱PLC用的是GXWords2編程軟件，本課題立體倉庫選用的PLC硬件是三菱FX3U系列，所以我們應該選擇三菱系列的編譯軟件。三菱PLC的編譯軟件是一種計算機軟件，用于PLC程序的開發(fā)和維修，以傳統(tǒng)的梯形圖為基本的編程語言。本課題設計的自動化立體倉庫堆垛機的PLC程序編譯軟件我們選用GXWorks2程序編譯軟件。2.1.1GXWorks2編譯軟件介紹GXWorks2PLC編譯軟件是三菱公司出的一款新的三菱PLC程序編程軟件。GXWords2軟件界面如圖4-1所示。傳統(tǒng)的三菱PLC編譯軟件用的是GXDeveloper編程軟件，相比之下，GXWords2的操作更便捷，也多了很多的功能，操作也簡單，給用戶提供了更多的操作空間。圖4-1GXWorks2軟件界面2.1.2GXWords2軟件的安裝去網(wǎng)上查詢?nèi)夤倬W(wǎng)并下載安裝包，下載安裝包后雙擊點開，點擊setup.exe并以管理員身份打開，然后開始安裝。GXWords2安裝包界面如圖4-2所示。圖4-2GXWords2安裝包界面出現(xiàn)安裝的界面，點擊“下一步”，安裝導向界面如圖4-3所示。圖4-3安裝導向界面點擊“下一步”后，輸入個人信息以及安裝的產(chǎn)品ID，用戶信息界面如圖4-4所示。圖4-4用戶信息界面填寫信息，點擊下一步，點擊“更改”，然后選擇合適的安裝位置，安裝位置更改界面如圖4-5所示。圖4-5安裝位置更改界面出現(xiàn)信息反映界面后，直接點擊“下一步”，信息反映界面如圖4-6所示。圖4-6信息反映界面出現(xiàn)下面界面，等待一段時間即可，此程序正在安裝中，安裝過程中界面如圖4-7所示。圖4-7安裝過程中界面安裝后會彈出兩個驅(qū)動的安裝，我們點擊“安裝”，安裝驅(qū)動界面如圖4-8所示。圖4-8安裝驅(qū)動界面然后根據(jù)提示一步一步操作，彈出安裝成功的界面，最后單擊完成即可。安裝完成界面如圖4-9所示。圖4-9安裝完成界面2.1.3GXWords2軟件簡單操作介紹第一步，打開GXWord2軟件，初始界面如圖4-10所示。圖4-10初始界面第二步，先新建一個新的文件，點擊工程然后點擊下面新建，新建工程界面如圖4-11所示。圖4-11新建工程界面第三步，選擇新建的內(nèi)容，選擇新建內(nèi)容如圖4-12所示。圖4-12選擇新建內(nèi)容第四步，使用上面的工具欄就可以開始編輯PLC梯形圖了，界面工作欄如圖4-13所示。圖4-13GXWords2界面工具欄2.2PLC程序設計2.2.1PLC主程序梯形圖的設計程序大概設計要求：1.入庫作業(yè)物品貨物準備入庫時，由傳送帶（輸送系統(tǒng)）傳送到識別區(qū)，在識別區(qū)進行物品的識別掃描，在識別區(qū)進行貨物識別后貨物的信息會被傳輸?shù)街醒敕掌?，中央控制終端會根據(jù)此信息來此貨物是否入庫和入庫的坐標位置。當系統(tǒng)確認識別該物品能夠入庫后，系統(tǒng)將坐標程序輸送到堆垛機，堆垛機收到指令后開始工作，開始執(zhí)行程序，將該貨物送到指定的位置坐標，動作完成后，堆垛機回到初始位置等待下一個指令。2.出庫作業(yè)：當倉庫管理人員收到客戶的訂單貨物后，在電腦上查詢該信息，查到貨物信息后，工作人員按要求將信息輸進中央控制系統(tǒng)，系統(tǒng)會自動找到該貨物信息以及位置坐標，再將該位置坐標輸送到堆垛機，堆垛機收到指令后，開始執(zhí)行任務，將客戶需求的貨物帶到指定的位置至巷道出庫臺上，并反饋任務完成信息。根據(jù)設計需要以及控制系統(tǒng)電氣圖設計PLC程序，PLC程序主要是控制各輸出設備即電機之間的協(xié)調(diào)運行。PLC梯形圖設計如下：（x軸代替堆垛機的水平前后移動，y軸代替堆垛機的水平左右移動，z軸代替堆垛機載物