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1、 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(jí)：船電 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 目錄 一、設(shè)計(jì)任務(wù)于要求 1.1 設(shè)計(jì)任務(wù) 1.2 設(shè)計(jì)要求 1.3系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本步驟 二、實(shí)驗(yàn)器材 2.1 PLC要求 2.2 立體倉庫設(shè)備 2.3 可編程計(jì)算機(jī) 三、硬件原理 3.1 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的基本組成和工作原理及應(yīng)用 3.2反射式

2、傳感器的工作原理 3.3傳感器的工作原理和應(yīng)用 四、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4.1 傳感器的分布 4.2 行程開關(guān)的位置與編號(hào) 4.3 I/O分配表 4.4 系統(tǒng)流程： 4.5 設(shè)計(jì)梯形圖 4.6 MCGS組態(tài)王實(shí)現(xiàn)立體倉庫工程畫面 摘要 自動(dòng)化立體倉庫是現(xiàn)代物流系統(tǒng)中迅速發(fā)展的一個(gè)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(dòng)控制與管理系統(tǒng)、高位貨架、巷道堆垛機(jī)、自動(dòng)入庫、自動(dòng)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(dòng)強(qiáng)度、消除差錯(cuò)、提高倉儲(chǔ)自動(dòng)化水平及管理水平、提高管理和操作人員素質(zhì)、降低儲(chǔ)運(yùn)損耗、有效地減少流動(dòng)資金的積

3、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(dòng)化立體倉庫必然會(huì)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(dòng)器、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、直流電動(dòng)機(jī)等器件組成。本文首先對(duì)本課題進(jìn)行簡(jiǎn)要的介紹，包括背景，研究意義，現(xiàn)狀等；其次對(duì)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(duì)本系統(tǒng)用到的器件分別進(jìn)行介紹，重點(diǎn)對(duì)PLC程序進(jìn)行了編寫；最后對(duì)設(shè)計(jì)本課題所學(xué)到的知識(shí)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S7-200 組態(tài)軟件 一、 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 1.1 設(shè)計(jì)任務(wù) 該實(shí)驗(yàn)就是采用PLC 自動(dòng)化技

4、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(dòng)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(dòng)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S7-200 CPU224型可編程序控制器(PLC)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(duì)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(gè)機(jī)械設(shè)備實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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。 1.2 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

5、位和正確執(zhí)行指定任務(wù)，同時(shí)也要求盡可能以低成本完成整個(gè)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(gè)自由度，即：前進(jìn)、后退；上、下；左、右； （2）堆垛機(jī)的運(yùn)動(dòng)由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)； （3）堆垛機(jī)前進(jìn)（或后退）運(yùn)動(dòng)和上（或下）運(yùn)動(dòng)可同時(shí)進(jìn)行； （4）堆垛機(jī)前進(jìn)、后退和上、下運(yùn)動(dòng)時(shí)必須有超限位保護(hù)； （5）每個(gè)倉位必須有檢測(cè)裝置（微動(dòng)開關(guān)），當(dāng)操作有誤時(shí)發(fā)出錯(cuò)誤報(bào)警信號(hào)； （6）當(dāng)按完倉位號(hào)后，沒按入或取前，可以按取消鍵進(jìn)行取消該操作。 （7）整個(gè)電氣控制系統(tǒng)必須設(shè)置急停按鈕，以防發(fā)生意外。 1.3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

6、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(gè)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(cè)試，查找錯(cuò)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(chǎng)施工完成后，就可以進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)的聯(lián)機(jī)調(diào)試，調(diào)試中發(fā)現(xiàn)

7、的問題要逐一排除，直至調(diào)試成功。 二、實(shí)驗(yàn)器材 2.1 PLC要求： 西門子S7-200 CPU226 DC24V，外加一個(gè)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(hào)，其中外部輸入元件包括：檢測(cè)元件、按鈕、取、存、急停、限位開關(guān)等；輸出有三個(gè)電機(jī)的正反向、動(dòng)作指示等。 2.2 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(dòng)電機(jī)；4-手動(dòng)操作盤；5-直流電源；6-電機(jī)驅(qū)動(dòng)板；7-信號(hào)轉(zhuǎn)換板8-空氣開關(guān)

8、 立體式倉儲(chǔ)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。 2.3 可編程計(jì)算機(jī)： 應(yīng)選用安裝有STEP7-Micro/WIN 編程軟件的計(jì)算機(jī)，在個(gè)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(jiǎn)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

9、 3.1 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(dòng)機(jī)，當(dāng)系統(tǒng)將一個(gè)電脈沖信號(hào)加到步進(jìn)電機(jī)定子繞組時(shí)，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)一步，當(dāng)電脈沖按某一相序加到電動(dòng)機(jī)時(shí)，轉(zhuǎn)子沿某一方向轉(zhuǎn)動(dòng)的步數(shù)等于電脈沖個(gè)數(shù)。因此，改變輸入脈沖的數(shù)目就能控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子機(jī)械位移的大??；改變輸入脈沖的通電相序，就能控制步進(jìn)電動(dòng)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(jí)平滑控制。 為了驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，必須由一個(gè)決定電動(dòng)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(gè)使電動(dòng)機(jī)繞組電流按規(guī)定次序通斷的脈沖分配器、一個(gè)保證電動(dòng)機(jī)正

10、常運(yùn)行的功率放大器，以及一個(gè)直流功率電源等組成一個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器是把控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號(hào)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(gè)脈沖信號(hào)，通過驅(qū)動(dòng)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(hào)的頻率成正比。 3.2反射式傳感器的工作原理： 當(dāng)物體相對(duì)于傳感器移動(dòng)時(shí)，反射回來的信號(hào)與原先的信號(hào)相比較，產(chǎn)生頻移，集成電路再把微弱的頻移信號(hào)進(jìn)行放大，再經(jīng)多普勒檢測(cè)、放大、限幅等措施，最后取得和物體移動(dòng)信號(hào)相關(guān)的直流信號(hào)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(cè)裝置。 3.3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

11、對(duì)于傳感器移動(dòng)時(shí)，反射回來的信號(hào)與原先的信號(hào)相比較，產(chǎn)生頻 移，集成電路再把微弱的頻移信號(hào)進(jìn)行放大，再經(jīng)多普勒檢測(cè)、放大、限幅等措施，最后取得和物體移動(dòng)信號(hào)相關(guān)的直流信號(hào)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(cè)裝置。 （2）對(duì)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(shí)，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(shí)，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(gè)對(duì)射式傳感器作為限位控制。 3.3.1 PLC I/O

12、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(duì)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15%～20%的備用量，以便以后調(diào)整和擴(kuò)充。同時(shí)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S7-200 CPU224分為14輸入、10輸出，S7-200 CPU226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(shí)，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(hào)，其中外部輸入元件包括：檢測(cè)元件、按鈕、取、存、限位開關(guān)等；輸出有三

13、個(gè)電機(jī)的正反向、動(dòng)作指示等。具體I/O分布表，請(qǐng)看第四節(jié)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.3 四、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4.1 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） 4.2 行程開關(guān)的位置與編號(hào) 上 前 左：QS1 右：QS2 左 右 前：QS3 后：QS4 后 上：QS5 下：QS6 下 圖（4）

14、 4.3 I/O分配表 輸入 輸出 啟動(dòng) I0.0 入叉 Q0.0 過載 I0.1 出叉 Q0.2 下限位 I0.7 上升 Q0.1 后限位 I0.6 下降 Q0.4 左限位 I0.3 前進(jìn) Q0.6 前限位 I0.5 后退 Q0.3 下傳感器 I0.4 上傳感器 I0.2 還有中間繼電器M0.0, M0.1, M0.2, M0.3, 4.4 系統(tǒng)流程： 堆垛機(jī)入叉 開始運(yùn)行 行程開關(guān)QS3 堆垛機(jī)出叉 行程開關(guān)QS

15、4 堆垛機(jī)后退 傳感器 堆垛機(jī)上升 行程開關(guān)QS4 行程開關(guān)QS3 傳感器 傳感器 堆垛機(jī)下降 堆垛機(jī)前進(jìn) 堆垛機(jī)出叉 堆垛機(jī)入叉 圖（2） 4.6.2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(dòng)按鈕，系統(tǒng)開始工作。 存貨：按下啟動(dòng)按鈕I0.0,執(zhí)行存貨指令，然后選擇庫位號(hào){按貨倉號(hào)進(jìn)行存貨}， X、Y軸電機(jī)運(yùn)行至裝/卸貨臺(tái)，Z 軸電機(jī)正轉(zhuǎn)伸入裝貨臺(tái)內(nèi)，Y 軸電機(jī)上

16、升將物體抬起，Z 軸電機(jī)反轉(zhuǎn)伸出裝/卸貨臺(tái)并將物體帶出，X 軸、Y 軸電機(jī)運(yùn)行至所選庫位號(hào)，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(hào)和第二的二號(hào)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。 4.5 設(shè)計(jì)梯形圖 4.6 MCGS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(shí)數(shù)據(jù)庫窗口和運(yùn)行策略五

17、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: 4.7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(duì)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(duì)2*3模型的控制，用可編程控制器

18、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(dòng)畫連接、設(shè)備連接與設(shè)置變量、構(gòu)造實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫（設(shè)置變量與PLC的I/O分配一一對(duì)應(yīng)）等實(shí)現(xiàn)畫面模擬。 自動(dòng)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(gè)方向發(fā)展：一是開發(fā)存儲(chǔ)大型物體，如整臺(tái)汽車、大型模具之類的自動(dòng)化倉庫;另一個(gè)是開發(fā)對(duì)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(dòng)化立體倉庫。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)化立體車庫將逐漸向完整、人工

19、智能化控制系統(tǒng)發(fā)展。 我國的自動(dòng)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(chǎng)總線控制系統(tǒng)(FCS),既提高了性價(jià)比,又提高了可靠性,實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品升級(jí)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(shí)不斷增強(qiáng), 具有節(jié)約土地資源優(yōu)勢(shì)、提企業(yè)管理水平的自動(dòng)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(duì)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)新和產(chǎn)品升級(jí), 才能抓住時(shí)代的賦予。 對(duì)本人來說參加這個(gè)項(xiàng)目拓寬了本人的知識(shí)面，拓展了視野和思維。在學(xué)習(xí)做事方面也更加認(rèn)真、細(xì)心加大膽，也讓我明白了自己動(dòng)腦自己研究的樂趣。 總的來說，在這次PLC綜合實(shí)訓(xùn)中，我收獲到了許多，這其中不僅僅是對(duì)PLC系列軟件的熟悉，還更多的學(xué)到了PLC在各種方面的用途，也加強(qiáng)了自己的動(dòng)手能力，讓我對(duì)PLC有了更近一步的了解。同時(shí)也感謝白老師和王老師精彩的講課，沒有你們的辛勤付出，恐怕我是難以完成這份報(bào)告的。但是由于是第一次制作，也有許多不足之處，還請(qǐng)老師指出。