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1、本 科 毕 业 设 计立体仓库电气控制系统设计Design of Warehouse Electrical Control System学 院： 电子工程学院 专业班级： 电气工程及其自动化 学生姓名： 学 号： 指导教师： 2011年 6 月中文摘要摘 要：随着我国国民经济的发展，自动化立体仓库的应用越来越广泛。利用立体仓库设备可实现仓库高层合理化，存取自动化，操作简便化。自动化立体仓库的主体由货架、巷道式堆垛起重机、入(出)库工作台和自动运进(出)及操作控制系统组成。本课题的电气控制主要由西门子公司的PLC、步进电机驱动器、步进电动机、直流电动机等器件组成。本文首先对本课题进行简要的介绍，
2、包括背景，研究意义，现状等；其次对该系统的硬件组成、结构、原理进行了阐述和分析；再次对本系统用到的器件进行分别介绍，重点对PLC程序进行了编写；最后对设计本课题所学到的知识和结论进行归纳和总结。 关键词：立体仓库；电气控制；PLC 毕业设计外文摘要Design of Warehouse Electrical Control SystemAbstract: With the development of national economy of our country, The application of automated warehouse will become more widely.
3、The main body of the automated warehouse is made up of shelves, staking cranes roadway, worktable and operation control system. Electrical control of the subject mainly by Siemens PLC, stepper motor drive power modules and other devices. Firstly, Its a brief introduction of the system, including bac
4、kground, significance, status, etc. secondly, The hardware components of the system, structure, principle are described and analyzed. Thirdly, the devices of this system are introduced, focusing on the PLCthe software is written. Finally, summarize the knowledge about this paper.Keywords: Warehouse；
5、Electrical Control；PLC；目 录1.绪论11.1本课题研究背景与现状11.2本课题研究发展趋势21.3本课题设计内容21.4可编程控制器（PLC）简介22.系统控制方案42.1立体仓库系统的功能42.2采用PLC控制立体仓库的优点43.系统的硬件配置53.1立体仓库系统控制53.2电气原理图的设计53.3立体仓库电气硬件的介绍与选择63.4PLC输入输出分配124.系统的软件设计144.1系统流程图144.2系统程序的设计165.程序的仿真与调试325.1 程序的仿真325.2 程序的调试34总 结37致 谢38参考文献391. 绪论1.1 本课题研究背景与现状由于世界经济
6、、现代科技的快速发展，物流产业成为经济发展中的新兴的一个服务部门。在国际上，物流产业成为了国民经济发展的动脉，其发展的程度成为一个国家的现代化程度以及综合锅里的重要标志之一。在我们国家，由于市场经济的不断深入，单纯依赖商流而赚取利润的机会将会变少。因此，企业需要将目标转向物流。在20世纪六、七十年代，一些发达国家都开始重视仓储管理。立体仓库一般是指采用几层、十几、几十层的货架储存单元货物，用相应的物料搬运设备进行货物的出、入库操作。因为这类仓库能充分的利用空间存储货物，所以将它称为立体仓库。1我国立体仓库与物料搬运的研究也并不是很晚，1973年开始研究立体仓库，1980年就有立体仓库应用于实践
7、。自动化立体仓库有很高的空间利用率、很强的入出库能力、采用计算机进行控制管理而利于企业实施现代化管理等特点，已经成为了企业物流和生产管理不可缺少的仓储技术。自动化立体仓库的主要优点如下：(1)仓库作业实现机械化和自动化。(2)采用高层货架、立体储存，能有效地利用空间，减少占地面积，降低土地购置费用。(3)采用托盘或货箱储存货物，货物的破损率显著降低。(4)货位集中，便于控制与管理，特别是使用电子计算机，不但能够实现作业过程的自动控制，而且能够进行信息处理。本论文主要是基于PLC所设计的立体仓库电气控制系统。下面简单阐述PLC的发展背景。1968年美国最大的汽车制造商通用汽车公司为了适应汽车型号
8、不断更新，提出把计算机的完备功能、灵活性、通用性好等优点和继电器-接触器控制系统的简单易懂、操作方便、价格低等优点结合到一起，做成了一种能适应工业环境的通用控制装置，并把其编程方法及程序输入方法简化，使不熟悉计算机的人员也能够快速掌握其使用技术。根据这一设想，美国数字设备公司于1969年率先研制出第一台可编程控制器(简称PLC)，并在通用汽车公司的自动装配线上试用获得成功。由于PLC的可靠性高，操作简单，可以大大减少设备的维修和停产所造成的经济损失。当前PLC已经成为了电气自动化控制系统中应用最为广泛的核心控制装置。1985年国际电工委员会（IEC）对PLC的定义如下：“可编程控制器是一种进行
9、数字运算的电子系统，是专为在工业环境下的应用而设计的工业控制器，它采用了可以编程的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计算和算术运算等操作的指令，并通过数字或模拟式的输入和输出，控制各种类型机械的生产过程。”2因此，进行立体仓库的PLC控制系统的设计，可以推动机械手行业的发展，扩大PLC在自动控制领域的应用，具有一定的经济和理论研究的价值。1.2 本课题研究发展趋势由于自动化立体仓库的广泛应用、计算机技术和网络技术的发展，使得立体仓库的发展十分迅速，其发展的趋势主要有3点：1. 立体仓库向柔性化发展。随着柔性化的普及，自动化立体仓库的储运作业也将向柔性化发展。国外已经开始出现
10、一批可拆卸的和移动式的仓库结构。2. 立体仓库作业管理自动化水平逐步提高。具体来说，就是在要求的时间内、在准确的地点、按准确的顺序与方法、提供准确的品种及数量的货物。3. 立体仓库中智能技术将会取得应用。人工智能技术的发展，推动了自动化技术向其高级阶段-智能化方向发展。1.3 本课题设计内容自动化立体仓库的主体由货架、巷道式堆垛起重机、入(出)库工作台和自动运进(出)及操作控制系统组成。堆垛机是立体仓库的关键部件，负责全部货物的入库承运作业，可实现三个自由度的运动。该系统通过传感器采集信号，PLC控制程序，可以实现对步进电机和直流电机较复杂的速度与位置控制规模。在入库作业时，当检测传感器检测到
11、零位平台上有货物，那么起动机械手，将零位平台上的货物放到指定的库位上。在出库操作时，启动机械手，到达指定库位，将指定库位上的货物取出放到零位平台。机械手在执行每次的去放任务，都会自动回到零位，等待下一条指令。 论文中机械手可以进行三个维度的变化，就是可以进行前进、后退，上、下，左、右的变化。为了系统的安全，在各个限位处都装有超限位保护开关，每个库位都有检测装置，判断库位是否已有货物，禁止双重入库和空的取操作。1.4 可编程控制器（PLC）简介1.4.1 可编程控制器（PLC）的基本结构可编程控制器的基本结构由输入/输出模块、中央处理单元、电源部件和编程器等组成。PLC与计算机的基本组成一致，它
12、实际上就是一种工业控制计算器。（1） 输入/输出模块 在PLC中，CPU是通过输入/输出模块与外界连接的。输入模块用于将控制现场输入信号变换成CPU能接收的信号，并对其进行滤波、电平转换、隔离和放大等；输出模块用于将CPU的决策输出信号变换成驱动控制对象执行机构的控制信号，并对输出信号进行功率放大、隔离PLC内部和外部执行元件等。（2） 中央处理单元 中央处理器单元包括微处理器、系统程序存储器和用户程序存储器。微处理器CPU是PLC的核心部件。（3） 电源部件 电源部件是把交流电转换成直流电源的装置，它向PLC提供所需的高质量直流电源。2 基本结构如下图所示：图1.1 PLC的基本结构1.4.
13、2 可编程控制器（PLC）的特点(1)可靠性高，抗干扰强。（2）功能强大，性价比高。（3）编程简易，现场可修改。（4）配套齐全，使用方便。（5）寿命长，体积小，能耗低。（6）系统的设计、安装、调试、维修工作量少，维修方便。.22. 系统控制方案2.1 立体仓库系统的功能系统采用滚珠丝杠、滑杠以及普通丝杠作为主要传动机构、点击采用步进电机和直流电机，其关键部分是机械手，它由水平移动、垂直移动、货台机构三部分组成，其水平和垂直移动分别用两台步进电机驱动滚珠丝杠来完成，伸叉机构由一台直流电机来控制。当堆垛机平台移动到货架的指定位置时，直流电机驱动货台向前伸出可将货物取出或者送入，当取到货物货已送入，
14、则货台向后缩回。在此设计的立体仓库需要满足一下功能：1、机械手要有三个自由度，即：前进、后退；上、下；左、右；2、机械手的运动由步进电机驱动；3、机械手前进（或后退）运动和上（或下）运动可同时进行；4、机械手前进、后退和上、下运动时必须有超限位保护；5、每个库位必须有检测装置（微动开关）。6、当按完库位号后，没按入或没取前，可以按手动取消该操作。2.2 采用PLC控制立体仓库的优点PLC的应用非常广泛，例如：电梯控制、防盗系统的控制、交通分流信号灯控制、楼宇供水自动控制、喷水池自动控制、消防系统自动控、供电系统自动控制及各种生产流水线的自动控制等。按PLC编程功能可分为4大类：开关量顺序控制、
15、通信功能、模拟量控制、运动控制。PLC的应用大大提高了控制系统的稳定性、适用性、并且降低了系统成本。其控制系统简单，更改容易，施工周期短；系统维护容易。自动化立体仓库，少不了自动化仓库管理系统，只有使用强大的仓库管理系统才能使得仓库管理和业务流程上一个台阶，才能将先进的硬件设备发挥作用、产生效益，针对这一仓库管理系统，我选择了PLC。选择PLC是因为它的稳定性比单纯的使用单片机要稳定的多，所能实现的功能也强大的多。总的来看，基于PLC的自动化立体仓库可以总结为如下几点优点：低成本、范围广、高速、便捷、永远在线、结构灵活、数字化等。3. 系统的硬件配置3.1 立体仓库系统控制立体仓库系统的控制图
16、如下图3.1所示。构成PLC控制系统的主要电气硬件有控制立体仓库的Z轴的直流电动机，控制XY轴的步进电动机以及供给系统能源的直流开关电源，还有各种传感器，如系统中采用的反射式和对射式传感器以及微动开关（用来完成货物的检测以及限位保护）。图3.1 立体仓库系统控制框图3.2 电气原理图的设计根据以上的控制要求，得到如下电气原理图：图3.2 PLC外部接线图3.3 立体仓库电气硬件的介绍与选择3.3.1 可编程控制器（PLC）在PLC系统设计时，首先应确定控制方案，下一步工作就是PLC工程设计选型。工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。所以，权衡利弊、合理地选择机型才能达到经济实用的目的。
17、因此，工程设计选型和估算时，应当是要分析控制过程的特点、要求、范围。然后根据控制要求，估算输入输出点数、所需存储器容量、确定PLC的功能、外部设备特性等，选择有较高性价比的PLC、设计相应的控制系统。 1输入输出（I/O）点数的估算在我们设计时，我们先对I/O点数估算，并且考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，再增加10%20%的可扩展，以此来确定我们所需要的PLC输入输出点数。根据估算的方法故本课题的I/O点数为输入40点，输出21点。2存储器容量的估算存储器容量是指可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，程序容量是存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储器容
18、量。设计阶段，为了设计选型时能对程序容量有一定估算，通常采用存储器容量的估算来替代。存储器内存容量的估算，大体上都是按数字量I/O点数的1015倍，加上模拟量I/O点数的100倍，以此数为内存的总字数（16位为一个字），另外再按此数的25%考虑余量。因此本课题PLC内存容量选择应能存储5000条梯形图，这样才能在以后的改造过程中有足够的空间。33控制功能的选择该选择包括运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等特性的选择。根据本课题所设计的自动控制的需要，主要介绍以下几种功能的选择。（1）控制功能PLC主要用于顺序逻辑控制，大多数场合常采用单回路或多回路控制器解决模拟量的控制
19、，有时也采用专用的智能输入输出单元完成所需的控制功能，一方面要提高PLC的处理速度，另一方面节省存储器容量。（2）诊断功能PLC的诊断功能包括硬件和软件的诊断。硬件诊断通过硬件的逻辑判断确定硬件的故障位置，软件诊断分内诊断和外诊断。通过软件对PLC内部的性能和功能进行的诊断是内诊断，通过软件对PLC的CPU与外部输入输出等部件信息交换功能进行的诊断就是外诊断。PLC的诊断功能的强弱，直接影响对操作和维护人员技术能力的要求，并影响平均维修时间。（3）编程功能离线编程方式：PLC和编程器共用一个CPU，编程器在编程模式时，CPU只为编程器提供服务，不对现场设备进行控制。完成编程之后，编程器切换到运
20、行模式，CPU对现场设备进行控制，就不能进行编程。离线编程方式可降低系统成本，但使用和调试不方便。在本设计中选用的是此方式。在线编程方式：CPU和编程器有各自的CPU，主机CPU负责现场控制，并在一个扫描周期内与编程器进行数据交换，编程器把在线编制的程序或数据发送到主机，下一扫描周期，主机就根据新收到的程序运行。这种方式成本较高，但系统调试和操作方便，在大中型PLC中经常被采用。五种标准化编程语言：顺序功能图（SFC）、梯形图（LD）、功能模块图（FBD）三种图形化语言和语句表（IL）、结构文本（ST）两种文本语言。17（4）机型的选择S7-200系列在集散自动化系统中充分发挥着强大功能。使用
21、范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。S7-200 CPU 226 集成24输入/16输出共40个数字量I/O 点。可连接7个扩展模块，最大扩展至248路数字量I/O 点，35路模拟量I/O 点。13K字节程序和数据存储空间。6个独立的30kHz高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出，具有PID控制器。2个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。I/O端子排可以很容易地整体拆卸。用于较高要求的控制系统，具有更多的输入/输出点，更强的模块扩展能力，更快的运行速度和功能更强的内部集成特殊功能。可完全适应于一些复杂的中小型控制系统。本系统所
22、采用的PLC是西门子S7-200 CPU226 DC24V,继电器输出。3.3.2 步进电动机步进电机是一种由电脉冲控制的特殊同步电动机，它的作用是将脉冲电信号变换为相应的角位移或者线位移。因此，步进电动机又称为脉冲电动机。它可以实现信号变换，是自动控制系统和数字控制系统中广泛应用的执行元件。下面简单介绍步进电机的工作原理及其特点与选择。（1） 步进电机的工作原理步进电机是数字控制系统中的执行电动机。当系统将一个电脉冲信号加到步进电机定子绕组时，转子就会转动一步。当电脉冲按某一相序加到电动机时，转子沿某一方向转动的步数等于电脉冲个数。因此，改变输入脉冲的数目就能控制步进电机转子机械位移的大小；
23、改变输入脉冲的通电相序，就能控制步进电机电动机转子机械位移的方向，实现对位置的控制。（2） 步进电机的特点a) 位移与输入脉冲信号的信号数相对应，步距误差不长期积累，可以组成结构简单且具有一定精度的开环控制系统，也可以在需要更高精度时组成闭环控制系统。b) 速度可以在相当宽的范围内平滑调节。c) 易于起动、停止、正反转及变速，快速响应性能好。d) 具有自锁的能力。当控制脉冲停止输入且让最后一个脉冲控制的绕组继续通电时，电机可以保持在固定的位置上，即停在最后一个控制脉冲所控制的角位移的终点位置上。所以步进电机具有带电自锁能力。e) 步距角选择的范围大，可以在几十角分至180范围内进行选择。在小步
24、距情况下，通常可以在超低速下高转矩稳定运行，可以不经减速器直接驱动负载。f) 电动机本身没有电刷、转子上没有绕组，也不需要位置传感器，可靠性高。（3） 步进电动机驱动系统的基本组成介绍步进电动机是应用较早的一种机电一体化的产品，电机的本体与驱动器构成一个不可分割的有机整体，步进电动机的运行性能很大程度上取决于所使用的驱动控制器的类型。图3.3 步进电动机驱动控制器的构成（4） 步进电动机的选择在选择步进电动机时，首先要考虑的是步进电动机的类型，其次才是具体的品种。在该立体仓库控制系统中，要求步进电动机的电压低、电流小、有定位转矩和使用螺栓机构的定位装置，所以确定步进电动机采用二相八拍混合式步进
25、电动机。八拍混合式步进电动机的主要特点是体积小，具有较高的起动和运行频率，有定位转矩等优点。3.3.3 步进电动机驱动器（1） 步进电动机驱动器输入输出信号介绍步进电动机的运行需要有电子装置进行驱动，这种装置就是步进电动机驱动器。控制系统每发出一个脉冲信号，通过驱动器就使得步进电动机旋转一个步距角，也就是说，它把控制系统发出的脉冲信号转化为步进电动机的角位移。因此，步进电动机的转速与脉冲信号的频率成正比。所有型号驱动器的输入信号都相同，它们是步进脉冲信号CP、方向电平信号DIR、脱机信号FREE（此端为低电平有效时，电动机处于无转矩状态；此端为高电平或悬空不接时，此功能无效，电动机可以正常运行
26、）。它们在驱动器内部的接口电路都相同如图3.1所示。该立体仓库中，由于提供的电平为24V，而输入部分的电平为5V，所以需要外部另加1.8K的限流电阻R。图3.4 输入输出接口电路（2） 步进电动机驱动器选择我们这里采用SH系列的步进电机驱动器，它主要由电源输入部分、信号输入部分、信号输出部分组成。（3） 步进电动机驱动器细分数和电动机电流设定 SH系列驱动器是靠驱动器上的拨位开关来设定细分数的，只需根据面板上的提示进行设定即可。对于两相步进电动机，细分后电动机的步距角等于电动机整步步距角除以细分数。细分后完全消除了电动机的低频振荡，而且提高了电动机的输出转矩和电动机的分辨率。所以，采用细分驱动
27、器只要改变细分数，就能改变步距角。（4） 步进电动机驱动器电源接口对于超小型驱动器，采用一组DC 2440V供电。因为PLC需要采用开关式稳压电源供电，所以该立体仓库中应该选用开关式稳压电源。3.3.4 传感器（1） 反射式传感器工作原理：当物体相对于传感器移动时，反射回来的信号和原来的信号进行对比，产生频移，然后集成电路放大微弱的频移信号。经多普勒检测、放大、限幅等措施，最后得到的是和物品移动信号相关的直流信号输出电平。图3.5 变调光式传感器的结构在该立体仓库中采用反射式传感器作为货物检测装置，并采用能抗周围外来光干扰的变调光式。采用变调光式，与直流光式相比，不易受外来光干扰的影响，其电源
28、电压为DC524V的大量程电压输入型，带有容易调整的光轴标识，还带有动作确认的入光显示灯。下面是反射式传感器的输出电路图：图3.6 反射式传感器的输出电路（2） 对射式传感器对射式传感器的工作原理：对射式传感器的输出状态一般是NPN输出，输出晶体管的动作状态可以分为：入光时ON和遮光时ON两种。入光时ON的对射式传感器的电路如图3.7所示。当24V电压加到发光二级管VL时，它将光发射给光敏二级管VD，VD接收到光导通，于是晶体管导通，输出为ON。当发光二极管VL发射出的光被物体挡住，使得光敏二级管接收不到时，VD不导通，则晶体管不导通，输出为OFF。图3.7 对射式传感器的电路在该立体仓库控制
29、系统中，采用8个对射式传感器作限位控制。其中4个对射式光电传感器分别作为X轴Y轴的限位控制；2个对射式光电传感器分别作为X轴Y轴的到位检测；如果货架未到达正确位置，Z轴电动机将不能运行，以确保当PLC程序出错时也不会损坏设备；2个对射式光电传感器作为Z轴的限位控制，此时遮光时输出晶体管ON。163.3.5 微动开关该立体仓库控制系统中共有13个库位（四层十二个库位加0号库位）分别采用13个微动开关作为货物的检测装置，当有货物时相应开关动作；为了保险起见，在X轴的左限位和Y轴的下限位处还安装了1个微动开关作限位保护，以确保立体仓库的安全。3.3.6 直流电动机立体仓库采用直流电机作为Z轴的拖动元
30、件。直流电动机具有良好的起动性能，且能在宽广的范围内平滑、均匀地调速。在自动控制系统中，小功率直流电动机的应用也很广泛。本系统采用的直流电动机的输入电压为12-24V。输入信号由PLC提供，输入电源由电源模块提供，输出信号驱动直流电动机。3.3.7 并联型开关稳压电源并联式开关稳压电源的输出功率大、体积小、重量轻、可靠性高、适应变动宽范围的输入电压，具有完备的过电压过电流保护功能，内置输入EMI滤波器，具有较高的抗干扰能力。在该立体仓库控制系统中，考虑到PLC和步进电动机驱动器都要求DC24V电源，综合考虑系统的用电量、系统运行的可靠性和系统设计的规整性，我们选用并联式开关稳压电源。3.4 P
31、LC输入输出分配根据系统的要求，系统的I/O分配见下表所示。表3.1 系统的I/O分配输入接口输出接口PLC端单元板端口注释PLC端单元板接口注释I0.0D0矩阵扫描第1列Q0.0X轴-cp平移电动机脉冲信号I0.1D1矩阵扫描第2列Q0.1Y轴-cp升降电动机脉冲信号I0.2D2矩阵扫描第3列Q0.2X轴-DIR平移电动机方向信号I0.3D3矩阵扫描第4列Q0.3Y轴-DIR升降电动机方向信号I0.4D4矩阵扫描第5列Q0.4H0矩阵扫描第1行I0.5D5矩阵扫描第6列Q0.5H1矩阵扫描第2行I0.6D6矩阵扫描第7列Q0.6H2矩阵扫描第3行I0.7D7矩阵扫描第8列Q0.7H3矩阵扫描
32、第4行I1.0SQ5(ZLMT-)Z轴原点Q1.0I1.1SQ6(ZLMT+)Z轴限位Q1.1Z轴-F货物前伸I1.2SN检测货台上是否有货物Q1.2Z轴-R货物回缩 I1.3SW0手动控制开关Q1.3I1.4SQ2(XLMT+)X轴限位Q1.4B00数码显示区第0位I1.5SQ1(XLMT-)X轴原点Q1.5B01数码显示区第1位I1.6SQ4(YLMT+)Y轴限位Q1.6B02数码显示区第2位I1.7SQ3(YLMT-)Y轴原点Q1.7B03数码显示区第3位4. 系统的软件设计4.1 系统流程图系统的电气设计中，电动机主要采用步进电动机和直流电动机，分别控制水平移动、垂直移动及货台的动作（
33、即X轴Y轴Z轴）。传感器采用对射式和反射式传感器以及微动开关，用于完成货物的检测和限位保护等。系统在机构设计上采用滚珠丝杠、滑轨和普通丝杠作为传动机构。当堆垛机平台移动到货架的指定位置时，货台向前伸出可将货物取出或取入，当取到货物或货已经送入时，铲叉缩回。整个系统流程如图4.1所示其工作流程如下：1) 接通电源。2) 系统自检。3) 将功能开关置于自动位置。4) 执行送货指令。a) 选择欲送库位号，按动库位好对应按钮，控制面板上的数码管显示库位号。b) 按动送指令按钮，若被选择的库位已有货物，则该指令不被执行。c) 指令完成后，系统自动返回。d) 如果执行送入指令前，载货台上没有货物，则送指令
34、也不被执行。5) 执行取货指令。a) 选择欲取的库位，按动库位号对应的按钮，控制面板上的数码管显示库位号。b) 按动“取”按钮，执行取操作。如果载货台上有货物，则取指令不被执行。c) 指令完成后，系统自动返回。d) 如执行取出指令前，被选库位无货物，则取指令不被执行。因此，该立体仓库系统的运行情况可归纳为：当按下起动按钮后，允许进行立体仓库允许的控制。在正常的情况下，按下某一库位的按钮以及“取”或“送”按钮，系统将进行相应的动作，此时控制面板上的数码管显示相应的库位号。而在紧急情况下，按下紧急按钮，货物送回原来的位置，只有当故障排除之后，才能重新运行。图4.1 系统流程图4.2 系统程序的设计
35、1. 系统的控制要求：1) 当选择开关置于自动位置时，系统复位到初始位置，各个轴回到原点。2) 执行入库指令。 选择欲入库的库位号，按动库位号对应按钮，控制面板上的数码管显示库位号。 按动K8按钮，起动入库操作，当载货台有货物时，起重机自动将货物送到指定的库位。 若被选择库位内已有货物时，则该入库操作不被执行。 完成入库操作之后，机械自动返回初始位置。 载货台若无货物，则下一个入库操作将不被执行。3) 执行出库指令 选择要出库的库位号，按动库位号对应按钮，控制面板上的数码管显示库位号。 按动K8按钮，当载货台上有货物时，起重机不执行任何操作。 如果被选择的库位内无货物时，则该出库操作不被执行。
36、 当按下K8按钮时，载物台上没有货物，且该库位内有货物时，起重机自动将货物从指定的库位转移到载货台上。 完成出库操作后，机械手自动返回到初始位置。2. 程序设计如下：主程序如下：3. 各部分程序分析：（1） 初始化程序，让各个轴回到初始位置。子程序SBR-0如下： （2） 当系统运行过程中达到某个轴的限位时，应当停止当前轴的动作。子程序SBR-1如下：（3） 仓库的库位坐标定位计算程序设计。在仓库的管理中，各个库位坐标的一个基本参数。本程序采用子程序的方法进行编写。子程序的入口参数为指定的库位号（0-12），输出的参数为库位的X轴和Y轴的坐标。仓库的库位编号下图所示： 图4.1 仓库的库位编号
37、子程序SBR-2如下所示：程序中的第一段用来计算0号库位、1号库位、2号库位、3号库位的X轴坐标值。第二段是用于计算第1号库位、4号库位、7号库位、10号库位的Y轴坐标。程序中的第三段到第十段中分别计算各个库位的X、Y轴的坐标。其中各个库位的坐标值均可以用0、 1、 2、 3号库位的X轴坐标和1、 4、 7、10号库位的Y轴坐标来表示。最后一段是用于给其他的程序送出坐标值。（4） 立体仓库的出入库控制的程序设计。入库的操作顺序为：X轴电动机右行Z轴电动机前伸Y轴电动机上升Z轴电动机回缩X轴电动机右行、Y轴电动机上升Z轴电动机前伸Y轴电动机下降Z轴电动机回缩复位。出库的操作顺序为：X轴电动机右行
38、、Y轴电动机上升Z轴电动机前伸Y轴电动机上升Z轴电动机回缩X轴电动机左行、Y轴电动机下降Z轴电动机前伸Y轴电动机下降Z轴电动机回缩复位。程序设计时，可以安排入库操作和出库操作在一个程序中，通过完成顺序指令，完成上述的连续动作。程序中网络一是对程序的初始化以及传送Y轴行走的偏差值。程序中的网络2-8是X、Y轴的第一次位移，到达指定位置准备取货。网络9-14是控制货台前伸到位，准备提货。网络15-19是控制货台的回缩，完成货物从库位到货台的转移。网络24-28是控制起重机的第二次位移，到达指定的位置准备放下货物。网络29-33是控制货台前伸到位，准备放物。网络34-38是控制Y轴下降，放下货物到指
39、定的位置。网络39-43是送货回缩，完成从货台到库位的转移。网络44-50是控制起重机复位，使其回到待命的状态，准备下一动作。这里采用的是PLC中的顺序控制。子程序SBR-3如下所示：（5） 键盘装置扫描检测及显示系统的PLC程序设计。通过扫描H0、H1、H2、H3端口来判断当前的按钮的状态。当按下K5时H1触发，4号输入信号有效。子程序SBR-4如下所示： 程序网络一是用来初始化程序的，对寄存器进行清零。使用SM0.1，是指接通了从STOP到RUN的那个扫描周期。网络2中产生周期为0.8S的时序脉冲。网络三中用脉冲发生器扫描输出端口Q0.4,Q0.5,Q0.6,Q0.7，接通周期和扫描的周期
40、是一致的。网络四将状态信号传送至主程序。（6） 在仓库的控制中，机械手运行于各个库位之间，每个库位的坐标是定位，所以要求系统在绝对系统下工作。这样，通过输入不同的库位坐标值系统下实现系统的位置控制。步进电动机根据系统提供的脉冲做标准进行移动，当目标值大于当前值时，步进电动机正转；反之，电动机反转；当目标值与当前值相同，则不转。 子程序SBR-5控制脉冲发生器PT0的程序如下：子程序SBR-7控制脉冲发生器PT1的程序如下：以脉冲发生器1为例，网络2中，将步进电动机的当前脉冲存储于VD4200中，通过运算得出设定值与当前脉冲值的差值AC0，即为步进电动机的将要行走的路程距离。网络三将实际需要行走
41、的距离转换为脉冲数量。网络四中实现了步进电动机的正反转，Q0.2的值为正时，电动机向左运行，同时将它所行走的距离给AC2。反之，则向右运行。网络7、8、9是用于将数据传送给相应的存储区。网络10是为了避免距离过短而导致错误而设计的。当恒速区的脉冲值为负时，采用单段PTO输出方式，速度恒为1000HZ。网络11调用指令。（7） 控制脉冲发生器PT0和PT1停止输出脉冲。控制脉冲发生器PTO的子程序SBR-6和控制脉冲发生器PT1的子程序SBR-8分别如下：5. 程序的仿真与调试5.1 程序的仿真下面简单介绍一下西门子S7-200仿真软件。首先在西门子编程软件中将所编的程序导出，导出程序为.AWL
42、格式。图5.1 程序导出得到文件，存储于文件夹中。图5.2 程序导出后存储打开仿真软件，装载程序。根据I/O的分配选择CPU型号，同时按照I/O分配表，打开开关，点击运行按钮，对程序进行仿真。在仿真时各触点的接通与断开是用小灯的亮和灭来表示的。图5.3 程序仿真软件经过仿真实验证明，此程序是可行的，装载程序之后，点击运行按钮，可以得到正确的指示灯显示。5.2 程序的调试将其装载PLC中：图5.4 下载程序到PLC点击下载，使得程序装载到PLC中进行仿真实验，由于实验室里只有CPU224的PLC，因此，我只能将程序的初始化程序，装载到其中，并将输入接口I1.0-I1.7为I0.0-I0.7，点击
43、运行按钮，并且打开该程序的状态监控。得到如下图5.5当Z轴不在原位时，货台回缩到位。当Z轴回缩到原位时，当X轴Y轴不在原位时，则调用子程序5和子程序8。如下图5.5和图5.6。当Z轴回到原点，Y轴到原点的时候，则需要X轴动作，调用子程序5，Q0.2亮，在实验室，得到了证实。如图5.7所示。其他程序调试也是可行的，但是由于条件允许，并没有一一调试，希望在日后，能有机会进行实践。图5.5 初始化程序状态监控1图5.6 初始化程序状态监控2图5.7 X轴初始化总 结本次设计给我增加了许多的知识，不仅仅是PLC的知识，还有电机及传感器的知识。让我认识到了大学中学习的不足之处，也弥补了许多知识的空白区。
44、对于本次设计的自动化立体仓库，我国目前已建成自动化立体仓库400 多座、立体仓库2000 多座。在此，我仅仅将立体仓库的一个简单的构架描述了出来。基于PLC的自动化立体仓库，有着许多的优势，它通过高层货架存储，使得存储区大幅度向高空发展，提高了空间利用率，自动化立体仓库采用层级式存放。通过自动化存储系统，加快了运行和处理速度。提高了劳动生产率，减低操作人员的劳动强度，采用自动化技术后，还能较好地适应黑暗，低温，污染，有毒和易爆等特殊场合的物品存储需要。计算机控制能够始终确保无误的对各种信息经行存储和管理，减少了货物处理和信息处理过程中的差错，同时借助于计算机管理还能有效地利用仓库存储能力，便于
45、清点和盘库，合理减少库存，加快资金周转，节约资金，从而提高仓库的管理水平。总之，利用自动化立体仓库大大的减少了人力，提高了效率，减少了成本，带来了很大的收益。本次设计的核心是PLC控制器。PLC具有强大的控制功能。在自动化立体仓库中，如果需要增加仓库，增加机械手，我们不需要花费大量的人力物力财力，这里运用的是了PLC的接线简单、编程直观方便、扩展容易等特点。此时，我们只需要在硬件接线上增加开关输入的信号，然后在我们的程序中适当添加语句就可以了。所以基于PLC所设计出的立体仓库，方便实用，易于扩展与改造。自动化立体仓库的发展需要我们下更大的功夫去深入研究，可以结合计算机控制以及现场总线的连接，对仓库的控制进行实时监控，更加凸显我们的智能化发展。随着PLC技术的应用和发展，自动化立体仓库的实时性和可靠性会越来越高，控制也会越来越完善。通过本次的毕业设计，我不仅增加了专业知识，而且也在工作的细心程度上得到了锻炼，端正了我的工作态度，指导老师秦绪平讲师给了我很大的帮助与启发。致 谢本课程设计是在秦绪平老师的细心指导下完成的，在此我要向他表示衷心的感谢。在我写论文的过程中，有老师的耐心指导，无论从开始的论文开始的资料搜集，到论文的开题，到论文的构思各方面，我都得到了老师的教诲和帮助，特别是老师的广博的学识、深厚的学术素养和老师谦和的为人都让
