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1、 畢 業(yè) 設(shè) 計 專 業(yè)： 班級學(xué)號： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 二〇一三年五月 本科生畢業(yè)設(shè)計 基于西門子S7-200系列PLC的自動貨物分揀系統(tǒng) Based on Siemens S7-200 series PLC automatic cargo sorting system 2013年 5月 摘 要 隨著社會飛速發(fā)展，電子商務(wù)交易下，貨物的流通量日益增長，使得人工對貨物的分揀也顯得效率不高，勞動強度大；本文以Siemens

2、 S7-200系列PLC為控制器，結(jié)合Siemens上位機組態(tài)軟件Wincc，設(shè)計、模擬了自動倉庫貨物分揀系統(tǒng)，上位機與PLC的系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換采用OPC Scout協(xié)議技術(shù)；系統(tǒng)大概工作過程為：貨物經(jīng)檢錄入倉后，經(jīng)機器人取貨放入主傳送帶，主傳送帶一側(cè)的傳感器對貨物進行分析檢測，傳感器信號傳達至PLC，PLC輸出相應(yīng)命令驅(qū)動氣動執(zhí)行機構(gòu)，進行貨物的分揀，貨物被揀入緩存?zhèn)}后經(jīng)機器人取貨至出倉，或者分發(fā)到立體倉庫經(jīng)堆垛機進行貨物的儲存；系統(tǒng)體現(xiàn)了現(xiàn)代自動化技術(shù)，運行穩(wěn)定的同時更易于操作員的監(jiān)控。 關(guān)鍵詞：PLC Wincc OPC 傳感器 堆垛機

3、 ABSTRACT Along with the social rapid development，the electronic commerce trade，of goods in circulation，increasing makes manual sorting of goods also appears efficiency is not high,，the labor intensity；Based on Siemens S7-200 series PLC as controller，combining with Siemens upper unitconfiguratio

4、n software Wincc, design, simulation, automatic warehouse goods sorting system，PC and PLC in the system of data exchange by OPC technology Scout agreement；System work process is：probably after roll call warehousing of goods，the robot take cargo put into the conveyor belt，the conveyor belt，analyze th

5、e goods side of the sensor，the sensor signals to PLC，PLC output corresponding command driven actuator， the sorting of goods，after the goods be picked into slow inventory via robot take the goods to the warehouse，or distributed to warehouse by the stacker for storage of goods；System embodies the mode

6、rn automation technology，running stable and easier to operators monitoring． Keywords: PLC　 Wincc OPC　Sensor Piler 目 錄 摘 要 3 ABSTRACT 4 1 引言 1 1.1研究背景及內(nèi)容 1 1.2倉庫貨物分揀系統(tǒng)概述 1 1.2.1倉庫貨物分揀系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r 1 1.3堆垛機的概述 2 1.3.1堆垛機的發(fā)展 2 2 西門子S7-200PLC概述 3 2.1 產(chǎn)品概述 3 2.1.1 S7

7、-200 CPU 3 2.2 S7-200系列PLC的工作原理 4 3自動貨物分揀系統(tǒng)的硬件設(shè)計 6 3.1系統(tǒng)的控制要求 6 3.2方案設(shè)計 7 3.2.1 PLC控制系統(tǒng)的總體設(shè)計 7 3.2.2 PLC系統(tǒng)設(shè)計的基本原則 8 3.2.3 PLC系統(tǒng)設(shè)計的主要內(nèi)容 8 4自動貨物分揀系統(tǒng)的軟件設(shè)計 10 4.1系統(tǒng)流程圖 10 4.2系統(tǒng)涉及到的軟件 11 4.2.1 STEP 7 MicroWIN V4.0編程軟件 11 4.2.2 OPC服務(wù)器 12 4.2.3 OPC服務(wù)器的以太網(wǎng)通訊處理器的設(shè)置 13 4.2.4 STEP7與OPC硬件組態(tài) 17

8、4.3 組態(tài)畫面的設(shè)計 19 4.4 程序編寫的設(shè)計 21 結(jié) 論 29 參考文獻 30 致 謝 31 31 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)2013屆本科生畢業(yè)設(shè)計 1 引言 1.1研究背景及內(nèi)容 分揀作業(yè)是倉庫貨物輸送中的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它指的是依據(jù)貨物信息及貨物屬性，迅速、準(zhǔn)確地將商品從儲位或其他區(qū)域揀出，并按照一定方式進行分類、集中儲存，等待配裝送貨的作業(yè)過程。分揀是配送中心作業(yè)中最繁鎖，工作量最大的環(huán)節(jié)，也是配送中心作業(yè)系統(tǒng)的核心。如今，商品經(jīng)濟逐步深入，社會需求呈現(xiàn)出向小批量、多品種方向發(fā)展的趨勢，配送商品的種類和數(shù)量急劇增加，這使得分揀作業(yè)在配送中心作業(yè)的比重

9、越來越大。隨著電子技術(shù)的成熟，倉庫貨物的分揀也越來越依靠的電子設(shè)備及計算機的輔助控制，從而達到最優(yōu)效率；基于PLC的貨物自動分揀系統(tǒng)，具有穩(wěn)定性強，效率高，網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架豐富等特點，越發(fā)受到關(guān)注。 1.2倉庫貨物分揀系統(tǒng)概述 構(gòu)建分揀系統(tǒng)是一個復(fù)雜的過程。從規(guī)劃設(shè)計到實現(xiàn)，需要考慮很多因素。分揀系統(tǒng)與上游的倉儲系統(tǒng)以及下游的裝運送貨系統(tǒng)都有著緊密的聯(lián)系，所以還要考慮它們之間的銜接，解決好接口的問題。 建立分揀系統(tǒng)首先應(yīng)了解分揀作業(yè)的流程，明確系統(tǒng)需要完成的任務(wù)。就實際運作過程來看，分揀作業(yè)主要由生成揀選信息、行走或搬運、揀貨、分類和集中四個基本環(huán)節(jié)組成。其中: 揀選信息是分揀工作的指令，一般

10、由顧客訂單或送貨單經(jīng)加工處理而成，以揀貨單或電子信號等形式存在; 行走搬運是分揀作業(yè)人員或機器直接接觸并拿取和移動貨物的過程。 實現(xiàn)形式主要有三種，一是人員通過步行或搭乘運載工具到達貨物儲位; 二是貨物隨自動化貨架到達人員面前; 三是無人參與的自動分揀系統(tǒng)中完全由機械自動完成；貨物的分揀是按照揀選信息的指示抓取貨物并確認(rèn)的過程，是分揀作業(yè)的核心，根據(jù)貨物體積、重量、出貨頻率等的不同分為手工、機械輔助及自動化設(shè)備等實現(xiàn)形式; 分類集中是必要時（如批量揀選時）為了銜接出貨裝運作業(yè)而進行的再加工，在實際中也有人力分貨、機械輔助和自動分貨機等實現(xiàn)形式。 分揀作業(yè)流程是分揀系統(tǒng)的業(yè)務(wù)流程依據(jù)，合理利用

11、機械、自動化設(shè)備，采用新技術(shù)可以節(jié)約作業(yè)時間、降低分揀錯誤率，也是構(gòu)建分揀系統(tǒng)的目標(biāo)與關(guān)鍵。 1.2.1倉庫貨物分揀系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r 最初的分揀系統(tǒng)是完全基于人力的作業(yè)系統(tǒng)，通過人工搜索、搬運貨物來完成貨物的提取。在這種系統(tǒng)中，書面文件的制作和查找、人工搬運等浪費了巨大的人力物力，作業(yè)效率低下， 顯然無法滿足現(xiàn)代化物流配送對速度和準(zhǔn)確性的高要求。 隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，分揀系統(tǒng)中開始運用各種各樣的自動化機械設(shè)備，計算機控制技術(shù)和信息技術(shù)成為信息傳遞和處理的重要手段。雖然在多數(shù)的分揀系統(tǒng)中，某些作業(yè)環(huán)節(jié)還需要有人工的參與，但作業(yè)強度已越來越小，完全由機械完成分揀作業(yè)的自動分揀系統(tǒng)也應(yīng)運而生

12、。機械化、自動化、智能化成為現(xiàn)代分揀系統(tǒng)的主要特點與發(fā)展趨勢。 在現(xiàn)代的倉庫貨物分揀系統(tǒng)中，高科技的應(yīng)用為作業(yè)效率和質(zhì)量的提高提供了堅實的技術(shù)保證。現(xiàn)代化的分揀系統(tǒng)逐漸成為物流機械化系統(tǒng)、信息系統(tǒng)以及管理組織系統(tǒng)的有機組合。物流機械化系統(tǒng)主要是各種物流設(shè)備的有效組合和配置，信息系統(tǒng)是分揀信息和控制信息等流動的載體，管理組織系統(tǒng)負(fù)責(zé)設(shè)備、人員的調(diào)度，控制系統(tǒng)總體的運作模式。計算機控制技術(shù)、信息技術(shù)以及物流自動化機械成為現(xiàn)代分揀系統(tǒng)的重要組成部分。 1.3堆垛機的概述 堆垛機是倉庫貨物分揀系統(tǒng)的重要組成部分，它是整個系統(tǒng)的執(zhí)行部件，存貨時將貨物從出/入貨臺準(zhǔn)確的存放到貨位里，取貨時將貨物從貨

13、位中取回到出入貨臺。無論何種類型的堆垛機，一般都由水平行走機構(gòu)、起升機構(gòu)、載貨臺及貨叉機構(gòu)、機架和電氣設(shè)備等基本部分組成。它是在所謂高層、高速、高密度儲藏的概念下的產(chǎn)物。盡管各廠家各有獨創(chuàng)，結(jié)構(gòu)形式有些差異，但可以說大同小異，所有的堆垛機都不外乎由機架、載貨臺、伸縮貨叉、軌道和控制系統(tǒng)等部分組成。 1.3.1堆垛機的發(fā)展 初期的倉庫貨物使用的堆垛機以橋式起重機為基礎(chǔ)，這種堆垛機是從起重機的大梁上懸掛一個門架，利用門架的上下和旋轉(zhuǎn)來搬運貨物。1960年左右在美國出現(xiàn)了巷道式堆垛機，隨后巷道式堆垛機逐漸替代了受重量和跨度限制的橋式堆垛機。1967年日本安裝了高度10-15米的高層堆垛機，196

14、9年出現(xiàn)了聯(lián)機全自動化倉庫，我國是在上世紀(jì)70年代初期開始研究采用巷道式堆垛機的立體倉庫。目前的堆垛機技術(shù)取得了重大的發(fā)展，控制技術(shù)、定位精度、運行速度都得到了很大程度的提高。巷道式堆垛機的起升速度已經(jīng)可以達到90m/min，運行速度達到240m/min，在有的立體倉庫中采用上、下兩層分別用巷道堆垛機進行搬運作業(yè)的方法提高出入庫能力。 2 西門子S7-200PLC概述 2.1 產(chǎn)品概述 S7--200系列是一種可編程序邏輯控制器（Micro PLCs）。它能夠控制各種設(shè)備以滿足自動化控制需求。 S7--200的用戶程序中包括了位邏輯、計數(shù)器、定時器、復(fù)雜數(shù)學(xué)運算以及與其它智能模

15、塊通訊等指令內(nèi)容，從而使它能夠監(jiān)視輸入狀態(tài)，改變輸出狀態(tài)以達到控制目的。緊湊的結(jié)構(gòu)、靈活的配置和強大的指令集使S7--200成為各種控制應(yīng)用的理想解決方案。 2.1.1 S7-200 CPU S7--200 CPU將一個微處理器、一個集成電源和數(shù)字量I/O點集成在一個緊湊的封裝中，從而形成了一個功能強大的微型PLC，參見圖2-1。在下載了程序之后，S7--200將保留所需的邏輯，用于監(jiān)控應(yīng)用程序中的輸入輸出設(shè)備。 圖2-1 S7-200的中央處理單元 Siemens公司提供多種類型的CPU以適應(yīng)各種應(yīng)用，如表2-2中介紹了S7-2

16、00系列的對各種CPU特性。 表2-2 S7-200系列PLC的技術(shù)指標(biāo) 2.2 S7-200系列PLC的工作原理 PLC的工作過程一般可分為三個主要階段：輸入采樣階段，程序執(zhí)行階段和輸出刷新階段，如2-2圖所示。 現(xiàn)場輸入 輸入模板 輸入映像區(qū) 執(zhí)行用戶程序 輸出映像區(qū) 輸出模板 輸出裝置 輸入采樣階段 程序執(zhí)行階段 輸出刷新階段 圖2-2 PLC工作過程 1、輸入采樣階段 PLC以掃描工作方式，按順序?qū)⑺行盘?/p>

17、讀入到寄存輸入狀態(tài)的輸入映像區(qū)中存儲，這一過程稱為采樣。在整個工作周期內(nèi)，這個采樣結(jié)果的內(nèi)容不會改變，而且這個采樣結(jié)果將在PLC執(zhí)行程序時被使用。 2、程序執(zhí)行階段 PLC按順序進行掃描，即從上到下、從左到右地掃描每條指令，并分別從輸入映像區(qū)和輸出映像區(qū)中獲得所需的數(shù)據(jù)進行運算、處理，再將程序執(zhí)行的結(jié)果寫入寄存執(zhí)行結(jié)果的輸出映像區(qū)中保存。這個結(jié)果在程序執(zhí)行期間可能發(fā)生變化，但在整個程序未執(zhí)行完畢之前不會到輸出端口。 3、輸出刷新階段 在執(zhí)行完用戶所有程序后，PLC將輸出映像區(qū)中的內(nèi)容送到寄存輸出狀態(tài)的輸出鎖存器中，再去驅(qū)動用戶設(shè)備。 PLC重復(fù)執(zhí)行上述三個階段，每重復(fù)一次的時間稱為

18、一個掃描周期。PLC在一個工作周期中，輸入采樣和輸出刷新的時間一般為毫秒級，而程序執(zhí)行時間因程序的長度不同而不同。PLC一個掃描周期因CPU模塊的運算速度差別很大。 當(dāng)PLC投入運行后，重復(fù)完成以上三個階段的工作，即采用循環(huán)掃描工作過程。PLC工作的主要特點是輸入輸出采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新的“串行”工作坊式，這樣既可避免繼電器、接觸器控制系統(tǒng)中的觸電競爭和時序混亂，又可提高PLC的運算速度，這是PLC系統(tǒng)可靠性高、響應(yīng)快的原因。但是，也導(dǎo)致輸出對輸入在時間上的滯后。 3自動貨物分揀系統(tǒng)的硬件設(shè)計 3.1系統(tǒng)的控制要求 一

19、、主要技術(shù)指標(biāo)： 基于Siemens s7-226PLC進行編程控制，結(jié)合Siemens機組態(tài)軟件WinCC，進行系統(tǒng)的監(jiān)控、仿真模擬運行設(shè)計。 二、工作過程分析： 自動貨物分揀系統(tǒng)包括檢錄貨物、貨物分析、貨物輸送、貨物分揀、機械手臂取貨裝置、堆垛儲存和報警功能等組成。 （1）檢錄貨物：貨物經(jīng)倉庫傳送入庫的傳感器檢測到時，取貨機械手將執(zhí)行取貨命令，將貨物送往下級傳送帶。 （2）貨物分析：貨物經(jīng)傳送帶入口處信息檢錄，在傳送帶上，貨物的固有屬性，如體積，質(zhì)料等經(jīng)相關(guān)傳感器檢測后，將檢測信息傳達到控制單元。 （3）貨物輸送：上源端的貨物在主傳送帶經(jīng)檢測后將進行貨物的分揀，經(jīng)不同要求，執(zhí)行

20、貨物的存儲或出倉。 （4）貨物分揀：在主傳送帶一側(cè)設(shè)有若干個分揀格口，貨物經(jīng)過分析后，氣動回路通過電磁閥可控制分揀推桿的前推和后退，將貨物按其自身屬性，如材質(zhì)、體積等，進行分揀，送入不同的緩存儲位；為了儲存漏檢測的貨物與特殊貨物，在主傳送帶的末端還設(shè)有應(yīng)急儲位；儲存?zhèn)}庫分別設(shè)有接近開關(guān)檢測各儲位是否有貨物。 （5）機械手取貨裝置：為氣動控制，可在X、Y 2個方向運動，從不同的緩存儲位取得貨物后送往倉庫出口傳送帶。 （6）堆垛存儲：如果貨物需要存放，則通過堆垛機的上升與下降，使于不同的貨物存儲在立體倉庫，取貨出倉時也雷同；為了方便操作員控制，堆垛機設(shè)有手動與自動工作方式。 (7) 報警

21、功能 系統(tǒng)發(fā)生故障時，如傳送帶停止、貨物溢出等，傳感器將信號傳達控制單元后，系統(tǒng)立即響應(yīng)處理，上位機操作畫面中的故障指示閃爍。只要故障排除，并按下故障復(fù)位按鈕后，系統(tǒng)繼續(xù)運行。 自動貨物分揀系統(tǒng)的大致流程為：貨物進倉進行暫時堆放，當(dāng)下達存儲貨物命令后，貨物經(jīng)機械手抓取后到主傳送帶，住傳送帶設(shè)有相應(yīng)檢測傳感器件，進行貨物的檢測，信號傳達到PLC，PLC處理傳感器的信號并輸出對應(yīng)信號驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)，當(dāng)下達出倉指令或堆垛儲存指令后，由出倉機械手實現(xiàn)對貨物的調(diào)取、分發(fā)出倉或者通過傳送帶送往立體倉庫區(qū)進行堆垛儲存流程圖由3-1所示。 機械手 主傳送帶 堆垛機 立體倉庫 出傳送帶 機械手

22、進貨倉 進貨倉 進貨倉 圖3-1 自動貨物分揀系統(tǒng)的總體流程 三、編程規(guī)范： Siemens s7-200系列PLC使用STEP7 MicroWIN V4.0編程軟件，編寫梯形圖程序，實現(xiàn)自動貨物分揀系統(tǒng)的工作要求。 四、系統(tǒng)演示： 用Siemens組態(tài)軟件Wincc組態(tài)好畫面，通過PLC與上位機Wincc的數(shù)據(jù)交換，實現(xiàn)自動貨物分揀系統(tǒng)的工作過程的模擬運行、監(jiān)控、報警等功能。 3.2方案設(shè)計 自動倉庫貨物分揀系統(tǒng)的被控對象一般為機械加工設(shè)備、電器設(shè)備、傳送帶或傳送過程。控制方案設(shè)計主要包括硬件設(shè)計、軟件程序設(shè)計、施工設(shè)計及調(diào)試等幾部分內(nèi)容。

23、 3.2.1 PLC控制系統(tǒng)的總體設(shè)計 由于PLC應(yīng)用方便、可靠性高，在各個行業(yè)、各個領(lǐng)域大量地應(yīng)用著各種類型的PLC。隨著PLC本身的功能不斷的拓寬與增強，它已成為繼電器控制柜的替代物，逐漸進入到過程控制和閉環(huán)控制等各個領(lǐng)域，它所能控制的系統(tǒng)越來越復(fù)雜，控制規(guī)模越來越龐大。因此，如何用PLC完成實際控制系統(tǒng)的應(yīng)用設(shè)計，是每個從事電氣自動化控制技術(shù)人員所面臨的實際問題。 然而，隨著PLC應(yīng)用場合的不同，控制規(guī)模的不同，使用經(jīng)驗的不同等，目前還沒有一個固定的設(shè)計模式。盡管如此，還是可以根據(jù)PLC的工作特點和以往的經(jīng)驗，提出PLC控制系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)當(dāng)遵循的基本原則和一般的設(shè)計步驟，以及實際應(yīng)用時的

24、注意事項。 可編程控制器的一個重要特點就是一旦選擇好機型后，就可以同步進行系統(tǒng)設(shè)計和現(xiàn)場施工。因此，在了解了PLC的基本工作原理及掌握該機型的指令系統(tǒng)和編程原則后，就可以把PLC應(yīng)用在實際的工程項目中。當(dāng)采用PLC構(gòu)成一個實際的控制系統(tǒng)時，這種系統(tǒng)的設(shè)計就是PLC的應(yīng)用設(shè)計。 3.2.2 PLC系統(tǒng)設(shè)計的基本原則 1、最大限度的滿足被控對象提出的各項性能指標(biāo) 為明確控制任務(wù)和控制系統(tǒng)應(yīng)有的功能，設(shè)計人員在進行設(shè)計前，就應(yīng)深入現(xiàn)場進行調(diào)查研究，搜集資料，與機械部分的設(shè)計人員和實際操作人員密切配合，共同擬定電氣控制方案，以便協(xié)同解決在設(shè)計過程中出現(xiàn)的各種問題。 2、確?？刂葡到y(tǒng)的安全

25、可靠 電氣控制系統(tǒng)的可靠性就是生命線，不能安全可靠工作的電氣控制系統(tǒng)，是不可能長期投入生產(chǎn)運行的。尤其是在以提高產(chǎn)品數(shù)量和質(zhì)量，保證生產(chǎn)安全為目標(biāo)的應(yīng)用場合，必須將可靠性放在首位，甚至構(gòu)成冗余控制系統(tǒng)。 3、力求控制系統(tǒng)簡單 在能夠滿足控制要求和保證可靠工作的前提下，應(yīng)力求控制系統(tǒng)構(gòu)成簡單。只有構(gòu)成簡單的控制系統(tǒng)才具有經(jīng)濟性、實用性的特點，才能做到使用方便和維護容易。 4、留有適當(dāng)?shù)脑Ａ? 考慮到生產(chǎn)規(guī)模的擴大，生產(chǎn)工藝的改進，控制任務(wù)的增加，以及維護方便的需要，要充分利用可編程控制器易于擴充的特點，在選擇PLC的容量（包括存儲器的容量、機架插槽數(shù)、Ｉ／Ｏ點的數(shù)量等）時，應(yīng)留有時當(dāng)?shù)脑?/p>

26、量。 3.2.3 PLC系統(tǒng)設(shè)計的主要內(nèi)容 1．明確設(shè)計任務(wù)和技術(shù)條件 設(shè)計任務(wù)和技術(shù)條件一般以設(shè)計任務(wù)書的方式給出，在設(shè)計任務(wù)書中，應(yīng)明確各項設(shè)計要求、約束條件及控制方式。因此，設(shè)計任務(wù)書是整個系統(tǒng)設(shè)計的依據(jù)。 2．確定用戶輸入設(shè)備和輸出設(shè)備 用戶的輸入、輸出設(shè)備是構(gòu)成PLC控制系統(tǒng)中，除了作為控制器的PLC本身以外的硬件設(shè)備，是進行機型選擇和軟件設(shè)計的依據(jù)。因此，要明確輸入設(shè)備的類型（如控制按鈕、行程開關(guān)、操作開關(guān)、檢測元件、保護器件、傳感器等）和數(shù)量，輸出設(shè)備的類型（如信號燈、接觸器、繼電器等執(zhí)行元件）和數(shù)量，以及由輸出設(shè)備驅(qū)動的負(fù)載（如電動機、電磁閥等）。并進行分類、匯總。

27、 3．選擇可編程控制器的機型 可編程控制器是整個控制系統(tǒng)的核心部件，正確、合理的選擇機型對于保證整個系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟性能指標(biāo)起著重要的作用。 4．分配Ｉ／Ｏ地址，繪制Ｉ／Ｏ接線圖 通過對用戶輸入、輸出設(shè)備的分析、分類和整理，進行相應(yīng)的Ｉ/Ｏ地址分配，并據(jù)此繪制Ｉ／Ｏ接線圖。本設(shè)計的I/O分配表如表3-2所示； 輸入 輸出 地址 地址 對象 地址 地址 對象 I0.0 M10.0 手/自動切換 Q0.0 M14.0 1號機器人 I0.1 M10.1 急停 Q0.1 M14.1 1號傳送帶 I0.2 M10.2 信息檢錄確認(rèn)

28、 Q0.2 M14.2 執(zhí)行器1 I0.3 M10.3 1號機器人 Q0.3 M14.3 執(zhí)行器2 I0.4 M10.4 1號傳送帶 Q0.4 M14.4 執(zhí)行器3 I0.5 M10.5 執(zhí)行器1 Q0.5 M14.5 堆貨倉1 I0.6 M10.6 執(zhí)行器2 Q0.6 M14.6 堆貨倉2 I0.7 M10.7 執(zhí)行器3 Q0.7 M14.7 堆貨倉3 I1.0 M11.0 1號限位開關(guān) Q1.0 M15.0 2號機器人 I1.1 M11.1 2號機器人 Q1.1 M15.1 2號傳送帶 I1.2 M

29、11.2 2號傳送帶 Q1.2 M15.2 堆垛機1 I1.3 M11.3 出倉傳感器 Q1.3 M15.3 堆垛機2 I1.4 M11.4 報警解除 Q1.4 M15.4 堆垛機3 I1.5 M11.5 體積傳感器-大 Q1.5 M15.5 限位報警燈 I1.6 M11.6 體積傳感器-中 Q1.6 M15.6 傳送帶報警燈 I1.7 M11.7 體積傳感器-小 Q1.7 M15.7 急停指示燈 表3-2 自動貨物分揀系統(tǒng)的I/O分配表 5．設(shè)計控制程序 根據(jù)控制任務(wù)和所選擇的機型以及Ｉ／Ｏ接線圖，一般采用梯形圖語

30、言設(shè)計系統(tǒng)的控制程序。設(shè)計控制程序就是設(shè)計應(yīng)用軟件，這對于保證整個系統(tǒng)安全可靠的運行至關(guān)重要，必須經(jīng)過反復(fù)調(diào)試，使之滿足控制要求。 6．必要時設(shè)計非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備 在進行設(shè)備選型時，應(yīng)盡量選用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備。如無標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備可選，還可能需要設(shè)計操作臺、控制柜、模擬顯示屏等非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備。 7．編制控制系統(tǒng)的技術(shù)文件 在設(shè)計任務(wù)完成后，要編制系統(tǒng)的技術(shù)文件。技術(shù)文件一般應(yīng)包括設(shè)計說明書、使用說明書、Ｉ／Ｏ接線圖和控制程序（如梯形圖等）。 4自動貨物分揀系統(tǒng)的軟件設(shè)計 4.1系統(tǒng)流程圖 具體工作過程如圖4-1，4-2所示： 機械手 主傳送帶 堆垛機 立體倉庫 出傳送帶 機械手

31、 進貨倉 進貨倉 進貨倉 圖4-1 自動貨物分揀系統(tǒng)總體工作過程 圖4-2 自動貨物分揀系統(tǒng)工作流程 4.2系統(tǒng)涉及到的軟件 4.2.1 STEP 7 MicroWIN V4.0編程軟件 STEP7-Micro/WIN32是SIEMENS公司專為SIMATIC系列S7-200研制開發(fā)的編程軟件，它是基于Windows平臺的應(yīng)用軟件。STEP7-Micro/WIN32可以使用個人計算機作為圖形編輯器，用于聯(lián)機或脫機開發(fā)用戶程序，并可在線實時監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行狀態(tài)。 啟動STEP 7-Micro/WIN 32編程軟件，其主界面外觀如圖4-3所示

32、。主界面一般 可以分為以下幾個部分：主菜單、工具條、瀏覽條、指令樹、用戶窗口、輸出窗口和狀態(tài)條。除菜單條外，用戶可以根據(jù)需要通過檢視菜單和窗口菜單決定其它窗口的取舍和樣式的設(shè)置。 圖4-3 編程軟件主畫面 4.2.2 OPC服務(wù)器 一、產(chǎn)生背景 OPC誕生以前，硬件的驅(qū)動器和與其連接的應(yīng)用程序之間的接口并沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。例如，在FA(FactoryAutomation)——工廠自動化領(lǐng)域，連接PLC(ProgrammableLogicController)等控制設(shè)備和SCADA／HMI軟件，需要不同

33、的FA網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)構(gòu)成。根據(jù)某調(diào)查結(jié)果，在控制系統(tǒng)軟件開發(fā)的所需費用中，各種各樣機器的應(yīng)用程序設(shè)計占費用的7成，而開發(fā)機器設(shè)備間的連接接口則占了3成。此外，在PA(ProcessAutomation)——過程自動化領(lǐng)域，當(dāng)希望把分布式控制系統(tǒng)(DCS——DistributedControlSystem)中所有的過程數(shù)據(jù)傳送到生產(chǎn)管理系統(tǒng)時，必須按照各個供應(yīng)廠商的各個機種開發(fā)特定的接口，例如，利用C語言DLL(動態(tài)鏈路數(shù)據(jù)庫)連接的DDE(動態(tài)數(shù)據(jù)交換)服務(wù)器或者利用FTP(文件傳送協(xié)定)的文本等設(shè)計應(yīng)用程序。如由4種控制設(shè)備和與其連接的監(jiān)視、趨勢圖以及表報3種應(yīng)用程序所構(gòu)成的系統(tǒng)時，必須花費大量時

34、間去開發(fā)分別對應(yīng)設(shè)備A，B，C，D的監(jiān)視，趨勢圖以及表報應(yīng)用程序的接口軟件共計要用12種驅(qū)動器。同時由于系統(tǒng)中共存各種各樣的驅(qū)動器，也使維護運轉(zhuǎn)環(huán)境的穩(wěn)定性和信賴性更加困難。 而OPC是為了不同供應(yīng)廠商的設(shè)備和應(yīng)用程序之間的軟件接口標(biāo)準(zhǔn)化，使其間的數(shù)據(jù)交換更加簡單化的目的而提出的。作為結(jié)果，從而可以向用戶提供不依靠于特定開發(fā)語言和開發(fā)環(huán)境的可以自由組合使用的過程控制軟件組件產(chǎn)品。 利用OPC的系統(tǒng)，是由按照應(yīng)用程序(客戶程序)的要求提供數(shù)據(jù)采集服務(wù)的OPC服務(wù)器，使用OPC服務(wù)器所必需的OPC接口，以及接受服務(wù)的OPC應(yīng)用程序所構(gòu)成。OPC服務(wù)器是按照各個供應(yīng)廠商的硬件所開發(fā)的，使之可以吸

35、收各個供應(yīng)廠商硬件和系統(tǒng)的差異，從而實現(xiàn)不依存于硬件的系統(tǒng)構(gòu)成。同時利用一種叫做Variant的數(shù)據(jù)類型，可以不依存于硬件中固有數(shù)據(jù)類型，按照應(yīng)用程序的要求提供數(shù)據(jù)格式。 二、應(yīng)用領(lǐng)域 1、工控解決方案用戶 2、樓控解決方案用戶 3、工控解決方案廠商 4、樓控解決方案廠商 5、工控解決方案集成商 6、樓控解決方案集成商 7、AllAutomationFields 如圖4-4所示為OPC的現(xiàn)場總線應(yīng)用模式: ApplicattionX OPC Interface ApplicattionY OPC Interface 現(xiàn)場總線 A OPC Serve

36、r B OPC Server A 現(xiàn)場設(shè)備 現(xiàn)場總線 B 現(xiàn)場設(shè)備 圖4-4 現(xiàn)場總線應(yīng)用模式 4.2.3 OPC服務(wù)器的以太網(wǎng)通訊處理器的設(shè)置 一、配置PC站的硬件機架： 需要的軟件：(1)SIMATIC NCM PC V5.4 SP1； (2)MicroWINV4.0編程軟件。 完成安裝SIMATIC NET軟件（SIMATIC NCM PC V5.4 SP1）之后,單擊 左面類似于電腦圖標(biāo)的“Station Configuration”,彈出如圖4-5對話框，并選擇一號插槽，右擊鼠標(biāo)，選擇“Add”

37、。 依次為槽內(nèi)添加OP Sever和IE General，添加“IE General”完畢，彈出相應(yīng)對話欄，對話欄顯示MAC地址，和IP地址，此IP地址是PC的IP地址，如圖4-6所示，點擊OK并在“Station Name”處單擊鼠標(biāo)，為此工作站點修改名字為“LZ”，如圖4-7所示。 圖4-5 PC站點的工作畫面 圖4-6 PC站點的IE組件添加 圖4-7 PC站點的名字更改 二、以太網(wǎng)模塊向?qū)У脑O(shè)置： 雙擊桌面“STEP7 MicroWIN V4.0”，打開編程軟件，在編程窗口菜單欄中找到“工具”，在下拉菜單中找到并打開如4-8圖所示的“以太網(wǎng)向?qū)?/p>

38、”,選擇模塊位置后，要為此向?qū)гO(shè)置IP地址，如4-9圖示。 指定命令字節(jié)和模塊配置的連接數(shù)目，為此設(shè)置連接請求，可以選擇接受所有也可以為此建立唯一的一個IP連接請求并為遠程屬性設(shè)置TSAP，設(shè)置TSAP為“10.11”；需要為數(shù)據(jù)塊中的此配置生成CRC保護，最后為向?qū)Ыㄗh一個地址，這樣，我們就完成了此次向?qū)У脑O(shè)置，可以在編程窗口中找到并添加此向?qū)ё映绦颍?-10圖所示。 圖4-8 配置以太網(wǎng)向?qū)? 圖4-9 以太網(wǎng)向?qū)P的配置 4-10 添加以太網(wǎng)向?qū)ё映绦? 4.2.4 STEP7與OPC硬件組態(tài) Wincc與S7-200PLC通訊的手段是利用OPC服務(wù)，

39、而OPC站點的設(shè)置是建立在“STEP7”軟件的硬件設(shè)置里，或者說“STEP7”起到建立OPC服務(wù)，使得Wincc上位機與PLC通訊的“橋梁”。 雙擊桌面名為“STEP7”的編程軟件，新建立一個工程，為工程命名，在編程軟件左半欄空白處，右擊鼠標(biāo)，在彈出列表中單擊選擇“Insert New Object”，在擴展欄中選擇 “SIMATIC PC Station”，為此工程添加一個PC站點，如4-11圖所示。 圖4-11 添加PC站點 添加完畢后，在窗口右邊空白處，“MPI(1)”右邊會增加一個“PC Station”，右擊鼠標(biāo)，并更改名字

40、，名字為前面為PC站的硬件機架配置時設(shè)置名字“LZ”，雙擊進入已經(jīng)更改好名字的PC站，進入PC站的硬件組態(tài)畫面“HW Config”，接下來是為PC站的槽位插入“OPC Server”和“IE General”，其位置和先前PC站的硬件機架配置時候一致，當(dāng)插入“IE General”時候，會彈出“Properties”對話框，為此新建一個以太網(wǎng)連接，并設(shè)置IP地址（此IP地址跟網(wǎng)上鄰居的IP地址一致），如4-12圖所示。 硬件組態(tài)完畢后點擊“”圖標(biāo)，即可以進行編譯，編譯完成后點擊“”圖標(biāo)，即可下載此次的硬件組態(tài)。 下載完成后，單擊“Configure Network”按鈕。單擊“OPC S

41、erver ”在連接表第一行點擊鼠標(biāo)右鍵插入一個新的連接或通過“Insert >new connection” 插入新連接.此后，將彈出“Insert new connection”對話框，單擊“OK”后，即可完成一個連接。如4-13圖與4-14圖所示。 圖4-12 網(wǎng)絡(luò)硬件組態(tài) 圖4-13 添加鏈接 圖4-14 添加好的連接 4.3 組態(tài)畫面的設(shè)計 通過PC作為上位機顯示畫面，Wincc與PLC的數(shù)據(jù)交互，實現(xiàn)操作員對現(xiàn)場的控制。系

42、統(tǒng)組態(tài)圖如圖4-15、4-16、4-17所示： 圖4-15 上位機主畫面 圖4-16 上位機物流分揀過程畫面 圖4-17 立體倉庫畫面 4.4 程序編寫的設(shè)計 通過STEP7 Micro/Win v4.0進行程序的編寫，結(jié)合傳統(tǒng)的繼電器控制電路，編寫了梯形圖編程，使程序易于理解，采用結(jié)構(gòu)化編程，主要功能建立在自程序中，例如手動子程序，自動子程序，以太網(wǎng)子程序，總體輸出子程序等，最后由主程序調(diào)用子程序，這樣的結(jié)構(gòu)顯得清晰、有調(diào)理，方便調(diào)試。具體程序如下所示，由于程序過多，在此不一一列出。 圖 4-18 主程序調(diào)用子程序 SM0.0為特殊寄存器，其特點為在

43、PLC上電后，SM0.0常開/常閉觸點一直處于閉合/斷開的狀態(tài)，如圖4-18所示，調(diào)用輸出、手動子程序；輸出子程序指PLC的輸出端口，例如：Q0.0、0.1等，都集中在輸出子程序里，從而方便調(diào)試與監(jiān)控。為了避免誤輸出，在程序開始時調(diào)用了SM0.1為特殊寄存器，其特點為PLC上電后，周期只掃描一次的特殊寄存器，目的是每次上電后都將所有的位存儲區(qū)復(fù)位。 圖 4-19 手動子程序1 圖4-19是手動子程序開始部分，信息檢錄端口I0.2的使能將置位存儲區(qū)M0.0置位，從而T33進行時間延時，延時到達將置位M30.0，其目的是為了報警。代表了貨物進行檢錄完畢，從而開啟主傳送帶，主傳送帶若

44、沒開啟，則報警。 圖 4-20手動子程序2 4-20圖為手動子程序續(xù)接，傳送帶開啟端口I0.4開啟將使能M0.0位存儲區(qū)，將M0.0 位復(fù)位，時間延時關(guān)斷，不能觸發(fā)“主傳送帶未開啟”報警信息，主傳送帶開啟致使T34時間繼電器進行延時，作用為開啟1號調(diào)貨機器人使能準(zhǔn)備。 圖4-21手動子程序3 如圖4-21所示為手動子程序續(xù)接，當(dāng)主傳送帶觸發(fā)的T34時間繼電器延時結(jié)束后，將使能M0.2位存儲區(qū)，開啟1號取貨機器人，取貨的時間長短取決于T35時間繼電器的設(shè)定時間。 圖 4-22 手動子程序4 如圖4-22所示為手動子程序續(xù)接，2號到堆垛機的傳送帶端口

45、I0.2使能后，傳送帶開始運行并觸發(fā)2#取貨機器人的延時繼電器T37 ，T37定時作為機器人使能延時處理。 圖 4-23 手動子程序5 如圖4-23所示為手動子程序續(xù)接，當(dāng)主傳送帶開啟后，T37時間繼電器進行延時，延時結(jié)束后使能2#取貨機器人，同時使能T38時間繼電器，進行延時，T38時間繼電器延時時間結(jié)束后則關(guān)閉機器人。 圖 4-24 手動子程序6 如圖4-24所示為手動子程序續(xù)接，1#進貨主傳送帶上的傳感器對貨物進行檢測分析，根據(jù)貨物的體積、質(zhì)料，傳達信息至PLC，使PLC下

46、發(fā)命令驅(qū)動相應(yīng)執(zhí)行器動作，使貨物進入緩存?zhèn)}；為減少誤差，執(zhí)行器的動作時，將傳送帶暫停運行。 圖 4-25 手動子程序7 如圖4-25所示為手動子程序續(xù)接，貨物通過主傳送帶，在不同的傳感器檢測下，執(zhí)行相應(yīng)的動作，實現(xiàn)貨物的分揀。 圖 4-26 輸出子程序1 如圖4-26所示為輸出子程序開端，急停按鈕端口I0.1使能后，報警燈點亮，為防止誤動作，將所有位存儲區(qū)復(fù)位。限位開關(guān)是防止倉傳送帶上的貨物超出極限，當(dāng)貨物超出極限位置后，限位開關(guān)端口I1.0使能，復(fù)位傳送帶輸出及機器人輸出，使傳送帶及機器人停止運行。 圖 4

47、-27 輸出子程序2 如圖4-27所示為輸出子程序續(xù)接，前面提到的當(dāng)貨物檢錄后，主傳送帶若未開啟則觸發(fā)報警，其報警端口Q1.6使能，顯示傳送帶未開啟信息；報警解除端口I1.4使能后，所有的報警被恢復(fù)，系統(tǒng)重新進入待運行階段。 如圖4-28所示，通過執(zhí)行器的動作，使不同的緩存?zhèn)}的顯示燈點亮，則代表貨物存放緩存?zhèn)}的位置，類似功能的程序還有圖4-29、4-30、4-31所示。 圖 4-28 輸出子程序3 圖 4-29 輸出子程序4

48、 圖 4-30 輸出子程序5 圖 4-31 輸出子程序6 結(jié) 論 基于可編程控制器PLC的自動貨物分揀系統(tǒng)，不僅能實現(xiàn)精確分揀，還提高了系統(tǒng)的效率，從而達到大批量分揀貨物。此次模擬設(shè)計，結(jié)合Siemens S7-200系列PLC，進行網(wǎng)絡(luò)的組建，選擇精簡的控制的方式，結(jié)合傳感器信號，把自動貨物分揀系統(tǒng)的各個功能環(huán)節(jié)與時序邏輯控制的方面有機結(jié)合在一起；通過Siemens 組態(tài)軟件WinCC，構(gòu)建了簡明、易操作的過程畫面，結(jié)合組態(tài)

49、軟件的報警、報表等信息，為操作員及整個自動貨物分揀企業(yè)提供一個便捷的渠道。 與此同時完成了以下設(shè)計: (1)模擬實際生產(chǎn)當(dāng)中的貨物分揀系統(tǒng)，選擇可執(zhí)行的方案，與此同時選定控制軟件和需要的系統(tǒng)硬件設(shè)施，根據(jù)系統(tǒng)控制流程，確定系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)關(guān)系，最后確定系統(tǒng)的輸入輸出及中間變量并編程；明確確定控制手段；Siemens OPC服務(wù)器與Siemens CP243-1工業(yè)以太網(wǎng)通訊處理器的結(jié)合，實現(xiàn)了上位機WinCC在以太網(wǎng)通訊模式下對下位機Siemens S7-200PLC進行控制，實現(xiàn)變量與數(shù)據(jù)的傳輸。 (2)依據(jù)有關(guān)實際生產(chǎn)需求，在程序的設(shè)計時設(shè)計了手動與自動工作方式；程序的編寫采用Sie

50、mens Step7 MicroWIN V4.0編程軟件，對照傳統(tǒng)繼電器控制線路思想，采用梯形圖結(jié)構(gòu)化編程，使得程序清晰易懂，并且縮短了掃描周期，提高了系統(tǒng)的執(zhí)行效率。 硬件上，采用Siemens PLC與工業(yè)以太網(wǎng)通訊處理器，結(jié)合功能強大的上位機組態(tài)軟件，基本達到了此次設(shè)計的要求；盡管如此，本系統(tǒng)任然存在一些需要改進的方面，比如需要更完善、的監(jiān)控系統(tǒng)，上位機模擬的堆垛機運行的位置精度有待提高，等。 參考文獻 [1] SIEMENS公司.SIMATIC S7-200可編程控制器系統(tǒng)手冊 [2] 黃靜云.《自動化立體倉庫一本通》中國物資出版社，20

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