1、 遼寧科技大學畢業(yè)設計（論文） 第i頁 基于基于 plcplc 的小車定位系統(tǒng)設計的小車定位系統(tǒng)設計 摘要 企業(yè)現(xiàn)代化生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大和深化，使得倉庫成為生產(chǎn)物流系統(tǒng)中的一個重 要且不可缺少的環(huán)節(jié)。立體倉庫正以它最小的占地面積和最佳的空間利用率，逐步替 代面積利用率極低且陳舊落后的平面?zhèn)}庫，這種替代促使倉儲物流業(yè)的水平提高。為 滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)與流通的需要，就必須采用以計算機控制技術為主要手段組成的自動 化立體倉庫。 本設計通過對小車自動控制過程的分析，明確了小車自動控制過程中實現(xiàn)控制過 程的工藝要求。設計中以小車為控制對象，采用德國西門子公司的 s7-300 系列可編程 序控制器實現(xiàn)了對小車

2、的定位自動控制。 本文首先闡述了 plc 工作原理與 step7 編程語言，并對小車在倉庫中的工作過程 作以介紹，然后詳細描述小車定位自動控制系統(tǒng)的設計過程，包括小車工作時的 plc 程序設計，并附有 plc 程序梯形圖。 關鍵詞：s7-300 plc，小車定位，自動化立體倉庫 遼寧科技大學畢業(yè)設計（論文） 第ii頁 trolleys positioning automatic control system design abstract modernized production scale enterprises have constantly expanded and deepened,

3、 allowing warehouses to become an important production and logistics system indispensable link. it is three-dimensional warehouse to the smallest area and the best utilization of space, space utilization is very low and gradually replace the outdated one-dimensional warehouse, a storage alternative

4、to the logistics industry standards. to meet the needs of modern production and circulation, we must use a computer control technology as a primary means of automated three-dimensional warehouse. this text introduced the small car in brief in the work in the warehouse process, the plc weaves with st

5、ep7 the distance language, detailed described the plc procedure design for small car to work, and fish-eye plc procedure trapezoid diagram. trolleys automatic control of the design process through the analysis clearly trolleys automate the process of achieving control of processes. trolleys for the

6、control design to the target, the use of german siemens company s7-300 series programmable controller to achieve trolleys positioning automatic control. the first expounded on trolleys in the warehouse process and plc operating principles to do with step7 programming language introduced, and then de

7、scribed in detail trolleys positioning automatic control system design process, including the work of trolleys plc programming, together with plc procedures tixingtu. key words: s7-300 plc，trolleys positioning，automated three-dimensional warehouse 遼寧科技大學畢業(yè)設計（論文） 第iii頁 目 錄 摘要.i abstract.ii 目 錄.iii 1

8、緒論.1 1.1 選題背景及目的.1 1.2 國內(nèi)外的研究狀況.1 1.3 課題的研究方法和內(nèi)容.3 2 plc 編程軟件 step7.4 2.1 siemens 公司編程軟件 step7 的簡單介紹.4 2.2 使用 step7 軟件開發(fā)一個 plc 程序的步驟.4 2.3 siemens 公司的 s7-300 系列可編程控制器介紹.8 3 控制系統(tǒng)總體方案設計以及系統(tǒng)流程圖.11 3.1 控制系統(tǒng)總體方案.11 3.2 小車定位控制工藝流程圖.14 4 小車定位控制 plc 程序編制.15 4.1 plc 選型和資源配置.15 4.2 plc 程序設計.18 結論.25 致謝.26 參考文

9、獻.27 附錄 a（外文文獻).28 附錄 b（中文譯文）.35 遼寧科技大學畢業(yè)設計（論文） 第1頁 1 緒論 1.1 選題背景及目的 自動化立體倉庫的出現(xiàn)是物流技術的一個劃時代的革新。它不僅徹底改變了倉儲 行業(yè)勞動密集、效率低下的落后面貌，而且大大拓展了倉庫功能，使之從單純的保管 型向綜合的流通型方向發(fā)展。自動化立體倉庫是用高層貨架儲存貨物，以巷道堆垛起 重機存取貨物，并通過周圍的裝卸搬運設備，自動進行出入庫存取作業(yè)的倉庫。 自動化立體倉庫具有普通倉庫無可比擬的優(yōu)越性。首先是節(jié)約空間、節(jié)約勞力。 據(jù)國際倉庫自動化會議資料：以庫存 11000 托盤、月吞吐 10000 托盤的冷庫為例，自 動

10、化立體倉庫與普通倉庫比較情況為：用地面積為 13%、工作人員為 21.9%、吞吐成 本為 55.7%、總投資為 63.3%。立體倉庫的單位面積儲存量為普通倉庫的 4-7 倍。其次 是提高倉庫管理水平，減少貨損，優(yōu)化、降低庫存，縮短周轉期，節(jié)約資金。近年來， 特別在冷凍行業(yè)，自動化立體倉庫的發(fā)展極快。自動化立體倉庫主要由貨架、巷道堆 垛起重機、周邊出入庫配套機械設施和倉儲管理控制系統(tǒng)等幾部分組成。貨架長度大、 排列數(shù)多、巷道窄，故密度高；巷道機上裝有各種定位的檢測器和安全裝置，保證巷 道機和貨叉能高速、精確、安全地在貨架中取貨1。 1.2 國內(nèi)外的研究狀況 中國開始對立體倉庫的研制并不晚，196

11、3 年研制成第一臺橋式堆垛機，1973 年開 始研制第一座由計算機控制的自動化立體倉庫，1980 年該倉庫在北京汽車制造廠正式 投入運行。到去年年底，中國的立體倉庫數(shù)量已超過 300 座，而且這一數(shù)字還在快速 的增長中。 而傳統(tǒng)倉儲存在著一些漏洞和不合理之處，如：用偽造提貨單提貨、紙質 提貨單不易識別真?zhèn)危桓鞣N賬冊在保管員手中，容易產(chǎn)生問題，且不易查詢等。使用 計算機技術，通過密碼管理，可以有效杜絕這些漏洞和不合理之處。 另外，提高空間 利用率和提高生產(chǎn)效率，還只是自動化立體倉庫作為一個“獨立庫”所具有的優(yōu)勢， 它更大的作用是便于企業(yè)形成先進的物流系統(tǒng)，提高企業(yè)生產(chǎn)管理水平。 隨著我國經(jīng)濟和科

12、學技術的不斷發(fā)展，現(xiàn)代物流技術在我國也得到了很大的提高， 特別是作為現(xiàn)代物流技術典范的自動化倉庫技術尤其令人關注。無軌巷道堆垛機，由 遼寧科技大學畢業(yè)設計（論文） 第2頁 于其自動化程度高，勞動效率高，可進行計算機集成管理和控制，從而可以方便地納 入整個企業(yè)的物流系統(tǒng)中，因此，在一些自動化程度較高的流通企業(yè)和生產(chǎn)企業(yè)得到 了很好的應用。近幾年來，堆垛機在自動化倉庫中發(fā)展很快，不僅規(guī)模越來越大、數(shù) 量越來越多，而且自動化倉庫種類也越來越多，以適應不同場合的需求。有軌巷道堆 垛機可以完成左右兩排貨架的貨物存儲工作。這種堆垛機在固定的軌道上運動，控制 簡單，造價低廉2。 可編程序控制器簡稱 plc,

13、 是一種以微處理器為核心的用于工程自動控制的工業(yè) 控制機，其本質是一臺工業(yè)控制專用計算機。它的軟、硬件配置與計算機極為類似， 只不過它比一般計算機具有更強的與工業(yè)過程相連接的接口和更直接的適應于控制要 求的編程語言。硬件主要由中央處理單元 cpu、存貯器、輸入/輸出單元以及編程器、 電源和智能輸入/輸出單元等構成.plc 是一種專為在工業(yè)環(huán)境應用而設計的數(shù)字運算電 子系統(tǒng)，它是以微處理機為基礎，綜合了計算機技術、自動控制技術和通信技術等現(xiàn) 代科技而發(fā)展起來的一種新型工業(yè)自動控制裝置，是當今工業(yè)發(fā)達國家自動控制的標 準設備之一。自動化立體倉庫是一種功能多、規(guī)模大、利用率高的物資配運中心，廣 泛地

14、運用于大型倉庫，能按照編制的人庫單/出庫單自動地把物件從入口處搬運到目的 貨位或從指定貨位把物件搬運到出口處。完成這一搬運任務的堆垛機是該系統(tǒng)的最關 鍵部份，它在高層固定貨架巷道中運行。實現(xiàn)這一控制任務采用 plc 控制最為合適。 s7-300 是模塊化中小型 plc 系統(tǒng)，它能滿足中等性能要求的應用。模塊化，無排風 扇結構，易于實現(xiàn)分布，易于用戶掌握等特點使得 s7-300 成為各種從小規(guī)模到中等性 能要求控制任務的方便又經(jīng)濟的解決方案。simatic s7-300 的應用領域包括：專用機 床、紡織機械、包裝機械、通用機械工程應用、控制系統(tǒng)、機床、樓宇自動化、電器 制造工業(yè)及相關產(chǎn)業(yè)， 多種

15、的性能遞增的 cpu 和豐富的且?guī)в性S多方便功能的 i/o 擴 展模塊，使用戶可以完全根據(jù)實際應用選擇合適的模塊。當任務規(guī)模擴大并且愈加復 雜時，可隨時使用附加模塊對 plc 進行擴展。選擇 simatic s7-300 系列 plc 系統(tǒng)并 應用在立體倉庫體系中已取得了很大的成功，simatic s7-300 為模塊化無風扇的設計， 堅固耐用，容易擴展、具有廣泛的通訊能力，容易實現(xiàn)的分布式結構以及用戶友好的 操作使 simatic s7-300 成為中、高檔性能控制領域中首選的理想解決方案。結合堆垛 機的工作特性，simatic s7-300 是既經(jīng)濟又方便的選擇方案。近幾年來，堆垛機在自

16、動化倉庫中發(fā)展很快，不僅規(guī)模越來越大、數(shù)量越來越多，而且自動化倉庫種類也越 遼寧科技大學畢業(yè)設計（論文） 第3頁 來越多，以適應不同場合的需求。有軌巷道堆垛機可以完成左右兩排貨架的貨物存儲 工作。這種堆垛機在固定的軌道上運動，控制簡單，造價低。輸送機系統(tǒng)是自動化倉 庫中不可缺少的一部分。主要完成貨物的分配、收集和轉運等任務，經(jīng)常與堆垛機配 合使用3。 1.3 課題的研究方法和內(nèi)容 立體倉庫中堆垛機的主要工作是完成儲存環(huán)節(jié)的搬運，即：準確地依照上位機給 出的出入庫地址將貨物取出或放入有關貨位，并將工作過程的狀態(tài)信息反饋給監(jiān)控系 統(tǒng)。 這個方法使堆垛機的小車每通過一個位置就記錄一個數(shù)，一直移 動到

17、和預定位置號一致時停止移動。這個方法的特點是電路簡單。另外隨著電子技術 的發(fā)展，出現(xiàn)了眾多優(yōu)秀的 plc，用 plc 來控制堆垛機是相當靈活方便的，可以在 plc 的軟件中加保護，即堆垛機每走過一個貨格的時間超過或少于正常的時間范圍就 報警。這樣就可以有效地避免記數(shù)出錯，本設計即采用此方法。 智能立體倉庫能實現(xiàn)貨物的自動存取功能，這就要小車在作水平、升降臺做垂直 運動時，能準確記憶堆垛機的位置，即堆垛機的小車和升降臺所在的列和層數(shù)，以實 現(xiàn)貨物的定位存取，本系統(tǒng)采取了非接觸式反射型光電傳感器，自動檢測貨位的列和 層數(shù)。例如，隨小車移動，反射式光電傳感器每經(jīng)過一列貨架立柱時接收到一個反射 信號，

18、列值增加 1，升降臺每升高一層，層光電傳感器使層值增一。光電傳感器的有效 反射距離為 30cm。在自動存取貨物時，貨位的輸入方法有微機鍵盤和 bcd 碼撥盤開 關兩種形式輸入，plc 在收到外部輸入的貨位層和列數(shù)層后，將此值作為層列記數(shù)器 的預置值，用于實現(xiàn)貨位的自動搜索控制。 遼寧科技大學畢業(yè)設計（論文） 第4頁 2 plc 編程軟件 step7 2.1 siemens 公司編程軟件 step7 的簡單介紹 step7 是一個用于對siemens s7-200系列plc、s7-300系列plc、以及s7-400系 列plc建立、測試和維護程序的工具。它是一個支持plc設備和地址信息，siem

19、ens 的plc和這些plc支持的網(wǎng)絡設備進行通信的方便工具。 該軟件具有如下特點4： （1） 統(tǒng)一的windows開發(fā)易于操作: 使用windows環(huán)境下的各種工具可同時在不同程序之間剪切或粘貼程序語句或其 他數(shù)據(jù)。使用統(tǒng)一的windows工具能夠毫不費力的開始設計和開發(fā)工作。 （2）它能在以下工業(yè)領域實現(xiàn)多種多樣的自動化控制任務： 生產(chǎn)制造工程；汽車工業(yè)；通用機械制造；專業(yè)機械制造；塑料加工；包裝工業(yè)； 食品和煙草工業(yè)；過程控制工程； （3）它的特點是高效率的組態(tài)和編程，從而大幅度地降低工程成本。此外，集成的 高性能系統(tǒng)診斷功能可保證控制器的更高可用性，顯著提升生產(chǎn)率。為了減少停機時 間，

20、增加產(chǎn)量，提供可組態(tài)的過程診斷，以用于分析和排除過程故障。 （4）它為節(jié)省空間的模塊化設計，可以適配您現(xiàn)有的各種機械控制任務，不需要考 慮槽位規(guī)則。 （5）全集成自動化：通過單一、全集成和統(tǒng)一標準的系統(tǒng)就能完成用戶所有的自動 化任務。 （6）分布式預處理：這種機器和設備的新概念能給用戶帶來很多優(yōu)點，如可重復使 用的軟件，更快速的調試時間和更高的可用性。 2.2 使用 step7 軟件開發(fā)一個 plc 程序的步驟 1、啟動 simatic 管理器并創(chuàng)建一個項目 simatic 管理器是一個中央窗口，step7 啟動時激活。項目結構用來以一定的順 序保存和排列所有數(shù)據(jù)和程序。在一個項目中，數(shù)據(jù)在分

21、層結構中以對象的形式保存。 simatic 站和 cpu 包含組態(tài)和硬件的參數(shù)數(shù)據(jù)。s7 程序包含了所有的塊，這些塊中 有控制機器所需的程序。 遼寧科技大學畢業(yè)設計（論文） 第5頁 在 preview 中你可以將創(chuàng)建的項目結構的視圖在 on 和 off 之間切換。要轉到下一 個對話框，點擊 nest. 每個 cpu 有特定的特性；例如，關于它的存儲器組態(tài)或地址區(qū)域。這也是為什么 在你編程之前要選擇 cpu。需要 mpi 地址（多點接口）是為了你的 cpu 與編程設備 或 pc 通訊。對于入門樣板項目，選擇 cpu314。你可以按照示例創(chuàng)建的方式在任何時 候實際地選擇你所得到的 cpu。 遼寧科

22、技大學畢業(yè)設計（論文） 第6頁 ob1 代表最高的編程層次，并組織 s7 程序中的其它塊。以后還可以重新改變編程 語言。 當點擊 make 按鈕時，simatic 管理器連同已生成的“getting started”項目窗口 一起打開。每次程序啟動時 step7 助手將被激活。你可以在助手的第一個對話框中取 消這個缺省設置。但是，如果不使用 step7 助手，要創(chuàng)建項目則必須在項目中自己創(chuàng) 建每一個目錄。 遼寧科技大學畢業(yè)設計（論文） 第7頁 2、生成符號和地址 生成一個梯形圖程序的重要一步就是對程序要訪問的那些 plc 數(shù)據(jù)區(qū)進行定義。 為了便于訪問，可以分配符號名稱，而不是每次都訪問特定地

23、址。 3、編輯梯形圖或助記符程序 一個 plc 程序既可以使用梯形圖也可以使用助記符編程語言來生成。 4、通過編譯程序檢查程序的錯誤 無論是在線程序還是離線程序，在其生成和編輯過程中不斷被檢驗。在梯形圖中， 程序錯誤以紅線出現(xiàn)。如果梯級中出現(xiàn)一個錯誤，在梯形圖梯級的右邊將會出現(xiàn)一道 紅線。例如在圖表窗口已經(jīng)放置了一個元素，但是并沒有分配符號和地址的情況下， 這種情形就會出現(xiàn)。 5、使 plc 處于在線狀態(tài) 6、將沒有錯誤的程序下載到 plc 中 工程包含要裝載程序的 plc 類型和型號的細目。在開始下載程序之前，必須檢查 這些信息以確保這些信息是正確的，并且和實際中使用的 plc 類型相匹配。

24、還要為相 連接的 plc 選擇適當?shù)耐ㄐ蓬愋汀?7、使 plc 處于運行或監(jiān)視模式 8、在梯形圖上監(jiān)視程序的運行 9、在助記符程序編輯窗口監(jiān)視程序運行 10、建立觀察窗口監(jiān)視程序運行 遼寧科技大學畢業(yè)設計（論文） 第8頁 監(jiān)視窗口能夠同時監(jiān)視多個 plc 中指定 plc 地址的內(nèi)容。監(jiān)視窗口一般顯示在主 窗口下方。它顯示在程序執(zhí)行時 plc 存儲器內(nèi)容的值。 11、使用設置值功能改變定時器、計數(shù)器或數(shù)據(jù)區(qū)的數(shù)據(jù)，使調試工作更加容易 進行 可以很容易的改變 tim/cnt 指令的第一個操作數(shù)，同時也可以改變用作其狀態(tài) 位的地址。要做到這一點，使用“地址”作為查找對象，輸入要操作的地址狀態(tài)位（比

25、如 t0001） 。這也能夠操作計時器/計數(shù)器指令的第一個操作數(shù)。 （例如，如果查找 t0001，則 tim 指令中的“1”也會發(fā)生匹配） 。 2.3 siemens 公司的 s7-300 系列可編程控制器介紹 plc的種類繁多，本設計采用的是德國siemens公司的s7-300可編程控制器。它已 成功地用于范圍廣泛的自動化領域。s7-300 的重點在于為生產(chǎn)制造工程中的系統(tǒng)解決 方案提供一個通用的自動化平臺。 1、系統(tǒng)組成 （1）中央處理單元 (cpu) 各種 cpu 有各種不同的性能，例如，有的 cpu 上集成有輸入/輸出點，有的 cpu 上集成有 profibus-dp 通訊接口等。 （

26、2）信號模塊 (sm) 用于數(shù)字量和模擬量輸入/輸出。 （3）通訊處理器 (cp) 用于連接網(wǎng)絡和點對點連接。 （4）功能模塊 (fm) 用于高速計數(shù)，定位操作 (開環(huán)或閉環(huán)定位) 和閉環(huán)控制。 （5）負載電源模塊 (ps) 用于將 simatic s7-300 連接到 120/230 伏交流電源，或 24/48/60/110 伏直流 電源。 （6）接口模塊 (im) 用于多機架配置時連接主機架 (cr) 和擴展機架 (er)。s7-300 通過分布式的主 機架 (cr) 和 3 個擴展機架 (er)，可以操作多達 32 個模塊。運行時無需風扇。 遼寧科技大學畢業(yè)設計（論文） 第9頁 2、si

27、matic s7-300 適用于通用領域 高電磁兼容性和強抗振動，沖擊性，使其具有最高的工業(yè)環(huán)境適應性。 3、類型 （1）s7-300 有兩種類型： 標準型 溫度范圍從 0到 60 （2）環(huán)境條件擴展型 溫度范圍從 -25 到 +60 更強的耐受振動和污染特性。 4、功能 simatic s7-300 的大量功能支持和幫助用戶進行編程、啟動和維護。 （1）高速的指令處理 0.60.1s 的指令處理時間在中等到較低的性能要求范圍內(nèi)開辟了全新的應用領域。 （2）浮點數(shù)運算 用此功能可以有效地實現(xiàn)更為復雜的算術運算 （3）方便用戶的參數(shù)賦值 一個帶標準用戶接口的軟件工具給所有模塊進行參數(shù)賦值，這樣就

28、節(jié)省了入門和培 訓的費用。 （4）人機界面 (hmi) 方便的人機界面服務已經(jīng)集成在 s7-300 操作系統(tǒng)內(nèi)。因此人機對話的編程要求大 大減少。simatic 人機界面 (him) 從 s7-300 中取得數(shù)據(jù)，s7-300 按用戶指定的刷 新速度傳送這些數(shù)據(jù)。s7-300 操作系統(tǒng)自動地處理數(shù)據(jù)的傳送。 （5）診斷功能 cpu 的智能化的診斷系統(tǒng)連續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)的功能是否正常、記錄錯誤和特殊系統(tǒng)事 件 (例如 ：超時，模塊更換，等等)。 （6）口令保護 多級口令保護可以使用戶高度、有效地保護其技術機密，防止未經(jīng)允許的復制和修 改。 （7）操作方式選擇開關 操作方式選擇開關像鑰匙一樣可以拔出，當

29、鑰匙拔出時，就不能改變操作方式。這 樣就防止非法刪除或改寫用戶程序。 5、simatic s7-300 具有多種不同的通訊接口 遼寧科技大學畢業(yè)設計（論文） 第10頁 （1）多種通訊處理器用來連接 as-i 接口、和工業(yè)以太網(wǎng)總線系統(tǒng) （2）串行通訊處理器用來連接點到點的通訊系統(tǒng) （3）多點接口 (mpi) 集成在 cpu 中，用于同時連接編程器、pc 機、人機界面系 統(tǒng)及其他 simatic s7/m7/c7 等自動化控制系統(tǒng)。 6、cpu 支持下列通訊類型 （1）過程通訊 通過總線 (as-i 或 profibus ) 對 i/o 模塊周期尋址 (過程映象交換)。 （2）數(shù)據(jù)通訊 在自動控

30、制系統(tǒng)之間或人機界面 (hmi) 和幾個自動控制系統(tǒng)之間，數(shù)據(jù)通訊會 周期地進行或被用戶程序或功能塊調用。 7、結構 din 標準導軌安裝 只需簡單地將模塊鉤在 din 標準的安裝導軌上，轉動到位， 然后用螺栓鎖緊。 （1）集成的背板總線 背板總線集成在模塊上，模塊通過總線連接器相連，總線連接器插在機殼的背后。 （2）更換模塊簡單并且不會弄錯 更換模塊時，只需松開安裝螺釘。很簡單地拔下已經(jīng)接線的前連接器。在連接器上 的編碼防止將已接線的連接器插到其他的模塊上。 （3）可靠的接線端子 對于信號模塊可以使用螺釘型接線端子或彈簧型接線端子 （4）top 連接 采用一個帶螺釘或夾緊連接的 1 至 3

31、線系統(tǒng)進行預接線。或者直接在信號模塊上 進行接線。 （5）確定的安裝深度 所有的端子和連接器都在模塊上的凹槽內(nèi)，并有端蓋保護，因此所有的模塊都有相 同的安裝深度。 （6）沒有槽位的限制，信號模塊和通訊處理模塊可以不受限制地插到任何一個槽上， 系統(tǒng)自行組態(tài)。 遼寧科技大學畢業(yè)設計（論文） 第11頁 3 控制系統(tǒng)總體方案設計以及系統(tǒng)流程圖 3.1 控制系統(tǒng)總體方案 作為一個定位控制系統(tǒng)，必須實現(xiàn)的目標是能滿足一般控制系統(tǒng)要求的自動、手 動的控制功能；能根據(jù)使用者發(fā)出的指令做出相應的動作；能夠根據(jù)相應的情況進行 自動校正。智能立體倉庫由貨架、堆垛機、自動控制裝置等部分組成，有自動和手動 兩種操作方式

32、。立體倉庫之間為巷道，兩側為雙行貨架，堆垛機在巷道上、固定的天、 地導軌之間運行。 本系統(tǒng)僅設置 x 和 y 層的貨架一行，另一行貨架僅為虛擬行，以便安裝和參觀學 習。堆垛機由固定在小車的門式框架、沿門式框架上導軌提升運動的升降臺以及在升 降臺上做伸縮運動的貨叉（機械手）等 3 部分組成，堆垛機設計成一個 3 自由度系統(tǒng)， 貨物放在升降臺的貨叉上能實現(xiàn)上下、左右和前后的運動5。 在確定了控制方式、plc 品牌以后就先來了解一下小車自動控制主要的工作過程。 見圖 3.1 第三行 貨位 1 貨位 2 貨位 3 第二行 貨位 1 貨位 2 貨位 3 第一行 貨位 1 貨位 2 貨位 3 位置 1 位

33、置 2 位置 3 圖 3.1 小車工作過程圖 小車 遼寧科技大學畢業(yè)設計（論文） 第12頁 先來介紹一下小車工作過程，水平方向的前后運動，由小車電動機進行驅動，小 車電動機為 220w 的三相交流異步電動機。堆垛機垂直方向，由提升電機驅動升降臺 沿門式框架結構做升降運動，提升速度小于 5m/min，提升電動機功率為 220w 的錐型 轉子單相交流異步電動機，具有斷電抱閘制動的功能。固定在升降臺上的機械手可帶 動貨物一起做伸縮運動，伸縮量為左右各 300mm，用于貨物的存取操作。速度按機械 手 5m/min 的速度要求設定。 堆垛機的信息顯示、作業(yè)地址及指令的輸入方法有很多種。一種方法是采用發(fā)光

34、 二極管來顯示各種信息（如故障診斷代碼等） ，采用撥碼開關來輸入作業(yè)地址。此種方 法原理簡單，但是一旦原器件有損壞，如某個發(fā)光二極管損壞，顯示的信息就不準； 會直接影響撥碼開關的可靠性，造成撥碼開關撥的數(shù)值與plc輸入的數(shù)值不一致，堆 垛機無法運行到目的地址。此種方法直接影響了堆垛機的可靠性，增大了堆垛機的后 期保養(yǎng)、維修工作，因此目前此種方法已經(jīng)很少有人采用。 本系統(tǒng)是采用鍵盤來輸入作業(yè)地址、作業(yè)指令、用數(shù)字和符號來顯示各種信息， 輸入的數(shù)值及指令馬上可以顯示出來，校對容易，對錯一目了然。 plc 控制系統(tǒng)總體方案設計的硬件組成框圖： 圖 3.2 硬件組成框圖 編程器的顯示器有二行共 32

35、位 57 的液晶點陣，可以顯示數(shù)字、符號和字母； 鍵盤按鍵有 09、af 等鍵可以使用，可以向小車輸入作業(yè)地址（排、列和層） 、作 可 編 程 控 制 器 功率驅動器 電 機 計算機鍵盤作為 按鈕輸入 遼寧科技大學畢業(yè)設計（論文） 第13頁 業(yè)指令（存、取最多二個作業(yè)） 、操作方式（自動、手動） 。將鍵盤的 09 鍵定義為數(shù) 字鍵，af 定義為功能鍵，在輸入作業(yè)指令、作業(yè)地址時顯示器能馬上顯示出來，實 現(xiàn)了簡單的人機對話，保證了輸入的作業(yè)地址和作業(yè)指令的準確性，提高了堆垛機 運行的可靠性。 這個方法使堆垛機的小車每通過一個位置就記錄一個數(shù)，一直移動到和預定位置 號一致時停止移動。這個方法的特點

36、是電路簡單。另外隨著電子技術的發(fā)展，出現(xiàn)了 眾多優(yōu)秀的 plc，用 plc 來控制堆垛機是相當靈活方便的，可以在 plc 的軟件中加保 護，即堆垛機每走過一個貨格的時間超過或少于正常的時間范圍就報警。這樣就可以 有效地避免記數(shù)出錯，本例即采用此方法。 智能立體倉庫能實現(xiàn)貨物的自動存取功能，這就要小車在作水平、升降臺做垂直 運動時，能準確記憶堆垛機的位置，即堆垛機的小車和升降臺所在的列和層數(shù)，以實 現(xiàn)貨物的定位存取，使堆垛機先以較高的速度運行到接近目的地址的位置后將速度平 穩(wěn)降到較低的速度下工作，并在目的地址處準確制動停準，必要時可采取機械抱閘系 統(tǒng)來輔助快速定位；堆垛機在工作過程中實時采集水平

37、運行、貨物升降、貨叉伸縮三 個方向的數(shù)據(jù)，并不斷地與存放在軟件控制數(shù)據(jù)塊里的標準位置參數(shù)進行比較和控制 決策，從而達到準確定位、快速存儲貨物、提高作業(yè)效率的目的，并與監(jiān)控系統(tǒng)交換 工作信息和庫位狀態(tài)信息等以實現(xiàn)系統(tǒng)的全面動態(tài)管理。 根據(jù)設計要求將整個定位控制的全過程分成多個階段：小車前進到指定貨架列的 過程，將貨物抬升到指定貨架行的過程，機械手放置貨物或者取得貨物的過程，放置 或者取得貨物之后返回的過程。在各個階段，對象的特性相對穩(wěn)定，并且小車在前進 和抬升貨物的過程控制方面是基本一致的。 下面對各個階段進行簡單地介紹。 （1）前進的過程：在這個過程中，處于自動或者手動控制狀態(tài)的小車由起始點出

38、 發(fā)，經(jīng)過位置的校對，到達預先指定的貨架的列。 （2）抬升貨物的過程：在這個過程中，貨物被抬升到預先指定的貨架的行。 （3）存取貨物的過程：在這個過程中，通過控制機械手臂的運動，使機械手到達 預先指定的位置，然后根據(jù)實際的需要完成存放或者取得貨物的操作。 （4）返回過程：在完成指定的操作之后，小車應該返回起始位置。 遼寧科技大學畢業(yè)設計（論文） 第14頁 3.2 小車定位控制工藝流程圖 清楚了小車工作的邏輯關系后，可設計整體工藝流程圖： 否 是 否 是 圖 3.3 工藝流程圖 自動運動方式 初始化過程僅在啟動 時完成 啟動主程序 選擇運行方式 判斷定位程序 選擇運行方式 是否已經(jīng)到位 置運行到

39、位標志 結束主程序 遼寧科技大學畢業(yè)設計（論文） 第15頁 4 小車定位控制 plc 程序編制 在確定了控制方式并且掌握了小車控制系統(tǒng)流程圖和 step7 plc 編程軟件的編程 過程后，那么在本章里就可以很好的編制出小車定位控制系統(tǒng)各個部分流程的 plc 梯 形圖程序。 4.1 plc 選型和資源配置 1、plc 選型 s7-300 系列的 plc，由于其具有緊湊的設計、良好的擴展性、低廉的價格及強大 的命令，使得 s7-300 系列可以近乎完美地滿足小規(guī)模的控制要求。此外，豐富的 cpu 類型和電壓等級使其在解決工業(yè)自動化問題時，具有很強的適應性。 s7-300 cpu-312 系統(tǒng)分別對

40、小車電機用變頻器、機械手電機步進驅動模塊進行自動控 制，并對檢測信號及外部輸入數(shù)據(jù)和控制信號進行處理，實現(xiàn)了對小車、機械手驅動、 升降臺提升及保護等控制的基本要求。表 4.1 所示是 cpu-312 的技術參數(shù)。 表表 4.1 cpu-312 的技術參數(shù)的技術參數(shù) 技術參數(shù) 說明 主存儲器 16k 字節(jié)/5k 語句 裝載存儲器 通過 mmc 的 64k 字節(jié)到 8mbyte 字節(jié) 后備 通過 mmc 的所有模塊 處理時間 位操作 200ns 位存儲器/定時器/計數(shù)器 位存儲器 1k 字節(jié) s7 定時器/ s7 計數(shù)器 128/128 iec 定時器/ iec 計數(shù)器 有 模塊的數(shù)量 可裝載的塊

41、的數(shù)量(fc+fb+db 的總和) 1024 數(shù)量的范圍 512fc,512fb,511db 地址范圍 i/o 地址區(qū) 1024/1024 字節(jié) i/o 過程映象 128/128 字節(jié) 數(shù)字量通道(中央) 256 模擬量通道(中央) 64 2、i/o 資源配置 系統(tǒng)資源分配如表 4.2 所示。 遼寧科技大學畢業(yè)設計（論文） 第16頁 表表 4.2 plc i/o 地址分配表地址分配表 位號名數(shù)據(jù)類型說明 i0.0boolstart i0.1boolstop i0.2bool自動選擇輸入 i0.3bool手動選擇輸入 i0.4bool前后運動 i0.5bool向前運動 i0.6bool向后運動

42、i0.7bool升降運動 i1.0bool上升運動 i1.1bool下降運動 i1.2bool伸縮運動 i1.3bool前伸運動 i1.4bool后縮運動 i1.5bool抓取物品 i1.6bool放置物品 q0.0bool小車向前運行 q0.1bool小車停止向前運行 q0.2bool小車向后運行 q0.3bool小車停止向后運行 q0.4bool機械手上升 q0.5bool停止上升 q0.6bool機械手下降 q0.7bool停止下降 q1.0bool機械手前伸 q1.1bool停止前伸 q1.2bool機械手后縮 q1.3bool停止后縮 q1.4bool放置物品 q1.5bool抓取物

43、品 m0.0bool運動狀態(tài) m10.0bool手、自動狀態(tài) m20.0 m20.1 m20.2 bool bool bool 小車前后運動使能 列到位標志 升降運動使能 遼寧科技大學畢業(yè)設計（論文） 第17頁 續(xù)表續(xù)表 位號名 m20.3 數(shù)據(jù)類型 bool 說明 行到位標志 m20.4bool伸縮運動使能 m20.5bool物品到位標志 m20.6bool m20.7bool程序運行方向標志 m21.1bool向前運行標志 m21.2bool向后運行標志 m21.3bool上升運行標志 m21.4bool下降運行標志 m21.5bool前伸運行標志 m21.6bool后縮運行標志 m21.

44、7bool小車已經(jīng)完成預定動作，返回 m22.0bool機械手放下貨物標志 m22.1bool前后電機運行停止 m23.0bool機械手抓取貨物標志 3、其他資源配置 em253 位控模塊是 s7-300 的特殊功能模塊。能夠產(chǎn)生移動控制所需的脈沖串，其 組態(tài)信息存儲在 s7-300 的 v 存儲區(qū)中，用于步進電機和伺服電機的速度和位置的開環(huán) 控制。 位控模塊的特性如下： （1）位控模塊可提供單軸開環(huán)移動控制所需要的功能和性能； （2）提供高速控制從每秒 12 個脈沖至每秒 200 000 個脈沖； （3）支持急停 s 曲線或線形的加速減速功能； （4）提供可組態(tài)的測量系統(tǒng)，既可以使用工程單位

45、如英寸或厘米，也可以使用脈 沖數(shù)； （5）支持手動的位控方式； （6）提供連續(xù)操作； （7）提供 4 種不同的參考點尋找模式，每種模式都可對起始的尋找方向和最終的 接近方向進行選擇。 遼寧科技大學畢業(yè)設計（論文） 第18頁 4.2 plc 程序設計 1、程序初始化 在程序的第一個掃描周期（sm0.1=1）設置重要的參數(shù)，然后運行，按下設備的 “啟動” （start）按鈕開始運行，首先調用子程序檢測位置信號，取得當前位置記數(shù)， 然后將位置計數(shù)存放在變量 mw12（行記數(shù)） 、mw14（列記數(shù)）中，以便程序判斷是 否已經(jīng)到達指定的位置。 程序初始化由網(wǎng)絡 1 和網(wǎng)絡 2 完成。 （網(wǎng)絡是 plc

46、梯形圖的一個基本單位，通常 可以理解為一個程序行。 ）這是一段簡單的初始化過程程序，s7-300 在讀特殊內(nèi)存 sm0.1，只有在首次掃描循環(huán)時打開，所以這段初始化程序只在程序開始運行的時候執(zhí) 行一次。 這里執(zhí)行的兩條指令對變量 mw12 以及 mw14 進行初始化，這兩個變量分別為小 車運行中所經(jīng)過的行計數(shù)以及列計數(shù)。 由于要涉及到小車完成任務的過程以及完成任務以后返回的過程，所以程序在執(zhí) 行的過程中必須要明確其運動方式和目的，是前進或后退運動、升降運動或者是機械 手臂的伸縮運動等。因此，在以下的程序中，每一個運動過程都必須加上很明確的標 志和條件限制來確定。其運動的方式和運動的目的，這樣才

47、不至于因為目的不明確而 造成錯誤的判斷以及錯誤的動作，造成存取貨物的失敗。 網(wǎng)絡 1 的梯形圖如圖 4.1 所示 遼寧科技大學畢業(yè)設計（論文） 第19頁 圖 4.1 網(wǎng)絡 1 網(wǎng)絡 2 的梯形圖如圖 4.2 所示 圖 4.2 網(wǎng)絡 2 2、列向自動運行 下面是一段小車沿列向自動運行的程序。在這段程序中，首先要考慮的問題就是： 小車處于前進或者是存放貨物的過程，還是完成了預定任務返回的過程。但是由于 plc 程序的執(zhí)行特點是逐行掃描，所以僅僅判斷小車是處于前進過程還是返回過程是 不夠的，因為在返回過程中，還有機械手臂從貨架上縮回、機械手臂下降到初始位置 等幾個過程，所以說，必須要在程序中能夠將這

48、 3 種完全不同的運動區(qū)分開來。根據(jù) 這種要求，在編寫程序的時候加入了 3 個不同的 bool 類型的變量 m20.1、m20.3 以 及 m20.5，分別作為小車沿列向運行到位標志、機械手沿行向運行到位標志、機械手 貨架到位標志。當變量為 on 時，表示已經(jīng)完成了該項動作，為 off 時表明小車還沒 有完成對應的運動。 q0.0 是開關量輸出，表示啟動小車前進，小車開始向前運動。在這里，筆者認為 自動控制不需要控制小車的向后運動。 當小車還處于取放貨的動作未完成的階段時，需要判斷的是小車是否已經(jīng)完成了 列的定位，如果未完成列的定位（m20.1 為 off） ，那么啟動小車前進的電機使小車向

49、前運動。如果小車處于已經(jīng)完成了取放貨的動作時，那么判斷小車是否已經(jīng)完成了由 貨架上返回（伸縮機械手的運動） 、是否已經(jīng)完成了由指定行數(shù)退回初始行位置的運動 （如果完成，小車應該是第一行以下的位置） 。如果小車這兩個過程都已經(jīng)完成，那么 將開始進行后退運動，q0.2 表示啟動小車后退電機，使小車向后運行并返回初始位置。 m20.5 是伸縮運動到位標志。為 on 時，表示機械手已經(jīng)到達指定位置，為 off 遼寧科技大學畢業(yè)設計（論文） 第20頁 時表示還未到達指定位置。q1.0表示前伸運動的開關量輸出，q1.2 表示后縮運動開關 量輸出。 網(wǎng)絡 3 的梯形圖如圖 4.3 所示 圖 4.3 網(wǎng)絡 3

50、 3、手動控制 下面一段程序是手動情況下對小車進行控制的程序代碼。在開始按鈕已經(jīng)按下的 情況下（start 按鈕的狀態(tài)由變量 m0.0 來對應） ，m0.0 為 on 時表示已經(jīng)開始運行， 反之則為停滯狀態(tài)。 網(wǎng)絡 4 的梯形圖如圖 4.4 所示 遼寧科技大學畢業(yè)設計（論文） 第21頁 圖 4.4 網(wǎng)絡 4 4、自動控制 下面是自動控制部分，由網(wǎng)絡 5 實現(xiàn)。 q0.4 是開關量輸出，表示啟動小車機械手上升，機械手開始運動。在這里，我認 為自動控制不需要控制小車機械手的下降運動。 當小車還處于取放貨的動作未完成的階段時，需要判斷的是小車是否已經(jīng)完成了 列的定位，如果未完成列的定位（m20.3

51、為 off）,那么啟動小車機械手上升的電機， 使機械手做上升運動。如果小車處于已經(jīng)完成了取放貨的動作，那么判斷小車是否已 經(jīng)完成了由貨架上的返回（伸縮機械手的運動） ，如果小車這個過程已經(jīng)完成，那么將 開始進行后退運動。q0.6 表示啟動機械手下降電機，使機械手下降并返回初始位置。 網(wǎng)絡 5 的梯形圖如圖 4.5 所示 遼寧科技大學畢業(yè)設計（論文） 第22頁 圖 4.5 網(wǎng)絡 5 5、自動控制機械手臂伸縮運動 自動控制機械手臂伸縮部分由網(wǎng)絡 6 完成。 前后、升降運動都進行完畢以后，機械手已經(jīng)到達了指定的行數(shù)與列數(shù)，將進行 伸縮運動來完成貨物的存取。 網(wǎng)絡 6 的梯形圖如圖 4.6 所示 遼寧

52、科技大學畢業(yè)設計（論文） 第23頁 圖 4.6 網(wǎng)絡 6 由于基本原理與前面的前后、升降運動相似，就不詳細說明了，下面只對一些不 遼寧科技大學畢業(yè)設計（論文） 第24頁 同于前面兩種運動的情況進行說明。 m20.5 是伸縮運動到位標志。為 on 時，表示機械手已經(jīng)到達指定位置，為 off 時表示還未到達指定位置。q1.0表示前伸運動的開關量輸出，q1.2 表示后縮運動開關 量輸出。由于機械手是以 5m/min 的速度運動，伸縮距離為 30cm，定時器 c37 是以 100ms 為基本記時單位的，所以計算得到機械手可以到達預定位置的時間： 運動距離 l=30cm 速度 v=5m/min 運行時間

53、 t=l/v*0.01=0.06min=3.6s=3z600ms 因此選用 100ms 定時器 c37 進行計時，應該設置計時累加為 36。 6、自動控制存取物品 自動存取物品的程序由網(wǎng)絡 7 完成。 網(wǎng)絡 7 的梯形圖如圖 4.7 所示 遼寧科技大學畢業(yè)設計（論文） 第25頁 圖 4.7 網(wǎng)絡 7 遼寧科技大學畢業(yè)設計（論文） 第26頁 結論 這次畢業(yè)設計使用 plc 在自動控制系統(tǒng)中應用時，使用方便，適應性強，可以廣 泛應用于化工、熱工、冶金、煉油以及造紙、建材等各種生產(chǎn)部門。選擇 simatic s7-300 系列 plc 系統(tǒng)并應用在自動化立體倉庫中已取得了很大的成功，simatic

54、s7- 300 為模塊化無風扇的設計，堅固耐用，容易擴展、具有廣泛的通訊能力，容易實現(xiàn)的 分布式結構以及用戶友好的操作使 simatic s7-300 成為中、高檔性能控制領域中首選 的理想解決方案。結合堆垛機的工作特性，simatic s7-300 是既經(jīng)濟又方便的選擇方 案。 遼寧科技大學畢業(yè)設計（論文） 第27頁 致謝 這次設計是在李琦老師的精心指導下完成的，李琦老師知識淵博，經(jīng)驗豐富，他 經(jīng)常利用休息時間對我們進行輔導，李老師的淵博的知識和對工作認真負責的態(tài)度， 以及對我們孜孜不倦的照顧讓我十分感動。通過這次畢業(yè)設計，使我對自動控制理論 有了很大的提高，對 plc 也有了更深刻的認識，

55、在經(jīng)過大量的實驗后我把理論同實踐 結合起來，對我將來的工作有很大的幫助。 從李琦老師那里我不僅學到了豐富的文化知識，更重要的是學到了很多做人的道 理，導師和同學對我的支持和鼓勵，永遠是我不斷前進的動力。在我即將離開學校， 踏上社會的時刻，讓我真心的說一聲謝謝曾經(jīng)幫助過我的老師和同學們，祝老師今后 工作順利，身體健康，家庭幸福、美滿！ 遼寧科技大學畢業(yè)設計（論文） 第28頁 參考文獻 1 周奇才，自動化倉庫主要運行參數(shù)的優(yōu)化確定m.上海鐵道大學學報,1999 2 李友善，自動控制原理與應用m. 北京：國防工業(yè)出版社，1998 3 蔡尚峰，自動控制理論應用技術和設計實例m. 北京：機械工業(yè)出版社，

56、 2003 4 王兆義，西門子公司的 s7-300 系列 plc 開發(fā)導航 m. 北京：機械工業(yè)出版 社，2005 5 胡學林、宋宏等編，電氣控制與 plc 應用m. 北京：冶金工業(yè)出版社，2001 6 analog devices programmable logic controllersjversion 1.0jan 2003. 遼寧科技大學畢業(yè)設計（論文） 第29頁 附錄 a（外文文獻) introduction of programmable controllers programmable controllers systems have evolved to not only r

57、eplace electromechanical devices, but to solve an ever-increasing array of control problems in both process and non- process industries. by all indications, these microprocessor- powered giants will continue to break new ground in the automated factory into the 1990s. 1 history in the 1960s, electro

58、mechanical devices were the order of the day as far as control was concerned. these devices commonly known as relays, were being used by the thousands to control many sequential-type manufacturing processes and stand-alone machines. many of these relays were in use in the transportation industry, mo

59、re specifically, the automotive industry. these relays used hundreds of wires and their interconnections to effect a control solution. the performance of a relay was basically reliable-at least as a single device. but the common applications for relay panels called for 300 to 500 or more relays, and

60、 the reliability and maintenance issues associated with supporting these panels became a very great challenge. cost became another issue, for in spite of the low cost of the relay itself, the installed cost of the panel could be quite high. the total cost including purchased parts, wiring, and insta