自動化專業畢業設計任務書一一一一、、、、設計題目設計題目設計題目設計題目：：：：基于基于基于基于PLC的立體倉庫堆垛機控制系統設計的立體倉庫堆垛機控制系統設計的立體倉庫堆垛機控制系統設計的立體倉庫堆垛機控制系統設計二、畢業設計的目的畢業設計的目的畢業設計的目的畢業設計的目的1．設計一個立體倉庫堆垛機控制系統；2．水平移動、垂直移動及伸叉機機構分別由220W的三相交流異步電動機、200W的單相交流異步電動機和二相混合式步進電機驅動；3．上述電機由西門子S7-226型PLC控制，其中水平移動、垂直移動由PLC通過變頻器控制，步進電機由步進驅動模塊進行自動控制。三、主要設計內容主要設計內容主要設計內容主要設計內容1．變頻調速系統設計；2．貨叉伸縮控制；3．PLC控制程序編寫與調試；四、重點研究問題重點研究問題重點研究問題重點研究問題PLC控制，確定設計方案，完成各功能單元的結構設計，參數計算和元件選擇。五、主要技術指標或主要設計參數主要技術指標或主要設計參數主要技術指標或主要設計參數主要技術指標或主要設計參數堆垛機運行的速度范圍：水平方向：2m／min-360m／min；垂直方向：2m／min-80m／min；貨叉：2m／min-60m／min六、設計成果要求設計成果要求設計成果要求設計成果要求1．畢業設計論文要求字數為10000—15000字，論文格式參照華北水利水電學院關于本科畢業設計論文格式要求；2．系統電氣原理圖，要求用0#圖紙〔按國標要求繪制〕；3．各局部環節的工作原理及調試故障分析及排除方法；4．畢業設計論文內插圖必須用電腦制作；I華北水利水電學院畢業設計說明書I基于基于基于基于PLC的立體倉庫堆垛機控制系統設計的立體倉庫堆垛機控制系統設計的立體倉庫堆垛機控制系統設計的立體倉庫堆垛機控制系統設計摘摘摘摘要要要要在現代的物流倉儲系統中，自動化立體倉庫應用日益廣泛。而堆垛機是立體倉庫的關鍵組成局部，堆垛機性能的優劣對整個立體倉庫的運行起到至關重要的作用，所以設計與開發自動化程度較高的堆垛機控制系統成為當前立體倉庫的開展趨勢，開展與此有關的研究具有重要的理論和應用價值。本文基于現代物流技術的應用和開展要求，介紹自動化立體倉庫的應用及其功能和作用，結合現代科技的開展，著重研究自動化立體倉庫堆垛機控制系統的控制技術。本文詳細闡述了本控制系統的設計思想，以及整個系統的硬件實現和軟件設計。論文依據立體倉庫的有關設計參數，對堆垛機電氣控制的硬件系統進行了設計，為了提高堆垛機的性能，本文采用了轉速、位置反響的雙閉環控制，以滿足系統的調速要求。系統的水平認址采用激光測距傳感器定位，垂直認址采用光電開關和認址片組合定位。變頻調速系統由S7-226PLC及其擴展模塊EM235通過變頻器MM440控制交流電動機，采用光電編碼器反響轉速信號，實現轉速閉環控制。貨叉伸叉系統由S7-226PLC通過步進電動機驅動器SH-20403控制二相混合式步進電動機。根據系統的控制要求進行了PLC、變頻器、電機和電機驅動器的選型，并給出了系統的硬件接線圖，然后利用西門子的編程軟件step7設計了堆垛機控制程序。關鍵詞關鍵詞關鍵詞關鍵詞自動化立體倉庫，堆垛機，PLCII華北水利水電學院畢業設計說明書IIAbstractInmodernlogisticswarehousingsystems,automatedstorageisincreasinglywidespread.Haystackersarethekeyequipments,Performanceofthestackerplaysanimportantrole.DesignandDevelopmentofahigherdegreeofautomationStackerControlSystembecomeWarehousetrendofdevelopment,Thereforerelatedresearchhasimportanttheoryandapplicationvalue.ThispaperintroducesapplicationandperformanceofautomatedHigh-riseWarehousebasingonapplicationanddevelopmentrequirementofmodernlogisticstechniques.AndputsemphasisontheresearchingofcontroltechniquesinautomatedHigh-riseWarehousestackercombiningmodernscienceandtechniques.Thispaperelaboratedonthedesignofthesystemofcontrol,aswellastheimplementationofthesystem'shardwareandthedesignofthesoftware.Basedontheparameterrelatedtotheautomatedstorage,thispaperpresentedthehardwaresystemofstackerelectricalcontrol.Speedofthestackerwasthebasic.Inordertoimprovetheperformanceofthestacker,thesystemadoptsthespeed,position,doublefeedbackcontrol.Thehorizontalrecognizeaddressesofsystemusinglaserrangefindersensorpositioning,andverticalrecognitionusingphotoelectricswitchesandaddresspiececombinationaddressing.Speed-adjustedsystembyS7-226PLCanditsextensionmoduleEM235throughtransducerMM440controlacmotor.GoodsforksystemisbyS7-226PLCbinarysystemthroughsteppingmotordriverSH-20403controltwo-phasehybridsteppingmotor.Accordingtotherequirementsofthecontrolsystem,thispapercompletedtheselectionofPLC，frequencyconverter,themotoranditscontroller.Andpresentsthesystemhardwarehookup.ThenusethesoftwareofSiemensstep7designsthestackercontrolprocedures.KeyWords:AutomatedStorageandRetrievalSystem，Stacker，PLC1華北水利水電學院畢業設計說明書目目目目錄錄錄錄摘要................................................................................................................................................IAbstract..........................................................................................................................................II第一章緒論...................................................................................................................................11.1自動化立體倉庫的概述.......................................................................................................................11.1.1自動化立體倉庫的組成............................................................................................................11.1.2自動化立體倉庫的優點............................................................................................................21.1.3自動化立體倉庫的開展............................................................................................................21.2堆垛機概述...........................................................................................................................................31.2.1堆垛機的開展............................................................................................................................31.2.2堆垛機技術的研究現狀............................................................................................................31.3本文研究的主要內容...........................................................................................................................4第二章堆垛機控制系統的硬件設計...........................................................................................52.1控制技術要求和系統總體設計...........................................................................................................52.2堆垛機位置控制...................................................................................................................................72.2.1定位控制....................................................................................................................................72.2.2認址檢測方式............................................................................................................................82.2.3認址方式確認............................................................................................................................92.2.4堆垛機速度曲線分析..............................................................................................................102.3PLC及資源配置...................................................................................................................................112.3.1S7-200系列PLC概述..............................................................................................................112.3.2CPU型號選擇..........................................................................................................................122.3.3PLC模塊選型........................................................................................................................132.4堆垛機變頻調速系統設計.................................................................................................................142.4.1變頻器的選型..........................................................................................................................142.4.2水平方向變頻調速系統設計..................................................................................................152.4.3垂直方向變頻調速系統設計..................................................................................................172.5堆垛機貨叉控制系統設計.................................................................................................................192華北水利水電學院畢業設計說明書2.6平安檢測傳感器的應用.....................................................................................................................202.7元器件的選型.....................................................................................................................................212.8通信方案確實定.................................................................................................................................222.9輸入輸出點分配.................................................................................................................................232.10本章小節...........................................................................................................................................24第三章堆垛機控制程序設計...................................................................................................253.1堆垛機自檢和復位/歸位程序............................................................................................................273.1.1堆垛機自檢程序......................................................................................................................273.1.2堆垛機復位/歸位程序.............................................................................................................283.2自動方式下的堆垛機運行控制.........................................................................................................293.2.1列向運行PLC程序實現.........................................................................................................293.2.2行向運行PLC程序實現.........................................................................................................313.2.3貨叉伸縮控制PLC程序實現.................................................................................................323.3手動方式下的堆垛機運行控制.........................................................................................................343.4本章小節.............................................................................................................................................35總結...............................................................................................................................................36參考文獻.......................................................................................................................................37致謝.............................................................................................................................................38附錄一外文翻譯.......................................................................................................................39附錄二堆垛機入庫作業流程圖...............................................................................................481華北水利水電學院畢業設計說明書第1頁第一章第一章第一章第一章緒論緒論緒論緒論1.1自動化立體倉庫的概述自動化立體倉庫的概述自動化立體倉庫的概述自動化立體倉庫的概述在現代物流系統中，自動化立體倉庫是一個重要的組成局部，它是一種新型的倉儲技術。自動化立體倉庫又稱為自動存儲/檢索系統〔AutomatedStorage&RetrievalSystem，AS/RS〕。它是物料搬運和倉儲科學中的一門綜合科學技術工程。它以高層貨架為主要標志，配以成套的先進搬運設備，以先進的計算機控制技術為主要手段，由此組成高頻率、大容量的科學存儲，以適應現代化生產、物資交流和倉儲的需求。自動化立體倉庫的組成自動化立體倉庫的組成自動化立體倉庫的組成自動化立體倉庫的組成立體倉庫是指：采用高層貨架儲存貨物，用起重、裝卸、運輸機械設備進行貨物出庫和入庫作業的倉庫。這類倉庫主要通過高層貨架充分利用空間進行存取貨物，所以被成為立體倉庫。目前，立體倉庫最大高度能到達40多米，最大庫存數可達數萬個貨物單位，可以實現按方案入庫和出庫的全自動化控制，以及無人操作的計算機網絡化管理。其主要的組成局部有高層貨架、倉儲機械設備、控制及管理設施?！?〕貨架倉儲技術的開展由平面轉向高層立體化以后，高層貨架為倉庫的主體和標志，貨架越高，存儲量越大。貨架在物流及倉儲中占有非常重要的地位，目前的貨架具有多種功能，以滿足機械化和自動化的要求。主要的貨架類型有單元式貨架、貫穿式貨架與旋轉式貨架。為了提高貨物裝卸、存取效率，自動化立體倉庫一般使用貨箱或托盤盛放貨物。貨箱和托盤的根本功能是盛放小件物料，同時還應便于運輸車和堆垛機的插取和存放。〔2〕倉儲機械設備自動化立體倉庫的主要搬運設備是巷道式堆垛機，其主要用途是在高層貨架的巷道內來回穿梭運行，將位于巷道口的貨物存放入貨格中，或者將貨物取出運送到巷道口。輸送系統必須是具有高度的可靠性，在立體倉庫中一般只有一套輸送系統，所以應保證輸送系統各個環節上的設備可靠、耐用、維修方便，并且還應該對輸送系統設置手動控制做后備。自動化立體倉庫中的貨物輸送裝置主要有傳送帶、各種流動小車及AGV等，短距離的傳送還可以采用機器人。2華北水利水電學院畢業設計說明書第2頁〔3〕控制及管理設施控制管理系統采用分布式控制，即由管理計算機、中央控制計算機和直接控制堆垛機、入/出庫輸送機等現場設備的控制器組成控制系統。管理計算機是立體倉庫的管理中心，承當著入/出庫管理、盤庫管理、查詢、打印及顯示、經濟技術指標的計算分析等功能，包括在線管理和離線管理；中央控制計算機是立體倉庫的控制中心，他溝通并協調管理計算機、堆垛機、入/出輸送機等設備之間的聯系，控制和監視著整個立體倉庫系統的運行。自動化立體自動化立體自動化立體自動化立體倉庫的優點倉庫的優點倉庫的優點倉庫的優點事實證明采用自動化立體倉庫能夠產生巨大的經濟效益和社會效益，主要表現在以下幾個方面：〔1〕層貨架：立體倉庫由于使用了高層貨架存儲貨物，存儲區可以大幅度的向空間開展，充分利用了倉庫的空間，提高了空間利用率。〔2〕自動存?。鹤詣踊Ⅲw倉庫使用機械和自動化設備，運行和處理速度快，提高了作業效率?！?〕計算機控制與管理：計算機能夠準確無誤的對倉庫的各種信息進行存儲和管理，不僅降低了操作人員的勞動強度，還減少了貨單處理和信息處理過程中的過失，從而提高了倉庫的管理水平?！?〕節約本錢：作業效率的提高勢必會降低貨物儲存的本錢費用，由此也提高了企業的現代化物流意識。自動化立體倉庫的開展自動化立體倉庫的開展自動化立體倉庫的開展自動化立體倉庫的開展高層貨架倉庫的出現和開展是第二次世界大戰以后生產技術開展的結果。在生產發張的實際需要和科技水平開展的現實可能下，五十年代初開始出現了自動化立體倉庫。1950年美國首先產生手動控制的橋式堆垛機起重機，與此同時提出了高層貨架的概念，被認為是自動化倉庫的雛形。1960年以后巷道式堆垛機逐漸代替了橋式堆垛機，此后堆垛機的使用范圍和性能有了很大的開展，尤其是在日本，自動化立體倉庫開展迅速，目前日本的自動化倉庫技術和自動化倉庫的擁有量都位居世界前列。自動化技術在倉儲領域中的開展分為五個階段：人工倉儲階段、自動化倉儲階段、集成化倉儲階段和智能化階段。其中智能自動化倉儲在九十年代后期以及二十一世紀的假設干年內，是倉儲自動化技術的主要開展方向。3華北水利水電學院畢業設計說明書第3頁我國對自動化立體倉庫及其物料搬運設備的研制并不晚，1963年研制成第一臺橋式堆垛起重機(機械部北京起重運輸機械研究所)，1973年開始研制我國第一座由計算機控制的自動化立體倉庫(高巧米，機械部起重所負責)，該庫1980年投入運行。1.2堆垛機概述堆垛機概述堆垛機概述堆垛機概述堆垛機是自動化立體倉庫系統的重要組成局部，它是整個系統的執行部件，存貨時將貨物從出入貨臺準確的存放到貨位里，取貨時將貨物從貨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、起升機構、載貨臺及貨叉機構、機架和電氣設備等根本局部組成。它是在所謂高層、高速、高密度儲藏的概念下的產物。盡管各廠家各有獨創，結構形式有些差異，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、軌道和控制系統等局部組成。堆垛機的開展堆垛機的開展堆垛機的開展堆垛機的開展初期的立體倉庫使用的堆垛機以橋式起重機為根底，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來搬運貨物。1960年左右在美國出現了巷道式堆垛機，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，1969年出現了聯機全自動化倉庫，我國是在上世紀70年代初期開始研究采用巷道式堆垛機的立體倉庫。目前的堆垛機技術取得了重大的開展，控制技術、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可以達到90m/min，運行速度到達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的方法提高出入庫能力。堆垛機技術的研究現狀堆垛機技術的研究現狀堆垛機技術的研究現狀堆垛機技術的研究現狀按現行機械行業標準，有軌巷道式堆垛機分類方式很多，如按支承方式、用途、控制方式、結構、運行軌跡等分類。無論何種類型的堆垛機一般都由水平行走機構、起升機構、載貨臺及貨叉機構、機架和電氣設備等根本局部組成。表達堆垛機動態性能優劣的指標主要有：運行速度、提升速度、貨叉速度、平穩性、認址精度等。隨著科學技術的不斷進步，自動化立體倉庫的技術水平和倉儲機械設備的動態性能也在不斷提高。例如，堆垛機的運行驅動己由20世紀70年代的子母電動機改為變頻調速，速度由5~50m/min提升至4~160m/min，國外小載重量的堆垛機最高可達300m/min；4華北水利水電學院畢業設計說明書第4頁提升驅動己由20世紀70年代的雙速電動機改良為變頻調速，速度由4~16m/min提升至0~25m/min；貨叉運行也由單速電動機驅動改良為變頻調速，速度由8m/min提升至4~35m/min；在堆垛機自動控制方面還采用閉環控制變頻調速系統、Profibus總線控制等先進技術。盡管如此，目前國產堆垛機的運行速度最高仍保持在160m/min；提升速度在0~80m/min；貨叉速度一直保持在0~30m/min；認址采用光電探測，精度缺乏，認址過失率高。1.3本文研究的主要內容本文研究的主要內容本文研究的主要內容本文研究的主要內容課題的研究目標是設計平安可靠，具有經濟性能和操作性能良好的堆垛機控制系統。主要內容如下：(1)介紹自動化立體倉庫和堆垛機的一般概念和根本組，以及國內外立體倉庫和堆垛機的開展現狀，簡單介紹了立體倉庫的開展方向。(2)對堆垛機在水平方向和垂直方向運行進行速度控制，根據運行的目的地址和當前地址之間的比擬，選擇適宜的變頻器，對電機的運行速度進行控制。并在應用新的定位方式的根底上，對變頻調速系統進行位置速度雙閉環控制，并解決新方案中的硬件設置問題。由PLC輸出高速脈沖和貨叉方向改變信號控制步進電動機左伸和右伸，以及貨叉的伸縮速度。(3)設計了堆垛機運行系統的控制程序，包括堆垛機各種工作方式下的控制程序。5華北水利水電學院畢業設計說明書第5頁第二章第二章第二章第二章堆垛機控制系統的硬件設計堆垛機控制系統的硬件設計堆垛機控制系統的硬件設計堆垛機控制系統的硬件設計2.1控制技術要求和系統總體設計控制技術要求和系統總體設計控制技術要求和系統總體設計控制技術要求和系統總體設計〔1〕本系統中堆垛機運行機構由水平運行的行走機構，垂直運行的起升機構及取送貨的伸叉機構三局部組成。水平局部運動電機和垂直局部運動電機分別采用220W的三相交流異步電動機和200W的單相交流異步電動機，由西門子S7-200PLC通過變頻器進行控制。伸叉機構電機采用兩相混合式步進電機，由西門子S7-200通過步進電機驅動器進行控制。由堆垛機運行機構特點及工作要求可知，能否保證堆垛機的穩定工作，關鍵在堆垛機的三維位置移動定位的精確性。主要技術指標和和主要設計參數堆垛機運行的速度范圍：水平方向：2m/min~360m/min；垂直方向：2m/min~80/min；貨叉：2m/min~60/min〔2〕本文堆垛機的控制方式有自動和手動控制。①手動方式通過堆垛機的轉換開關及按鈕控制堆垛機水平和提升運動及貨叉伸縮。同時運動速度也可以手動選擇。手動操作時，系統應給予相應的警示信號。同時系統將解除大局部的保護控制。手動操作主要用于安裝、調試和排除故障。②單機自動用人機界面對堆垛機進行全自動的控制，控制系統根據用戶輸入的參數進行全自動的取送貨動作。界面操作時，應具備對貨物的單送、單取操作。人機界面應具備實時顯示設備運行工況，故障及歷史故障查詢等功能?！?〕在本文設計的堆垛機控制系統中上位機完成的只是數據輸入和傳送，主要的控制任務是由PLC來完成。①作業命令處理：確定作業狀態時自動還是手動；確定作業指令是存貨入庫還是取貨出庫；確定作業地址包括列地址和層地址。②位置技術及判斷：沿著堆垛機的行進方向和載貨臺的升降方向設置認址片，PLC通過檢測認址片來判斷堆垛機位置和載貨臺的位置，每經過一個認址片，PLC的高速計數器就自動計數一次，前進加一，后退減一，上升加一，下降減一。到達預定位置后，堆垛6華北水利水電學院畢業設計說明書第6頁機停車。③速度調整和準確停車：根據堆垛機和目標位置的距離，PLC輸出速度調整的控制信號給變頻器，通過變頻器控制電機的轉速，在停車之前先把堆垛機的運行速度降低到低速檔，使堆垛機以低速接近目標位置，保證堆垛機的穩定性。④作業任務的順序邏輯控制：按照入庫、出庫的作業順序，確定各輸出點的得電狀態，完成作業順序的邏輯控制。⑤平安保護：水平行走、載貨臺升降及貨叉的伸縮等都有限位保護。⑥PLC還有工作故障報警功能。本系統由上位監控級與直接控制級組成。監控級對通訊、流程進行控制，并進行實時圖像顯示，直接控制級是由PLC(可編程序控制器)組成的控制系統對各設備進行單機自動操作。采用組態王6.52建立監控界面，同時將運行系統的狀態反響到監控計算機。堆垛機采用西門子公司的S7-200型PLC控制，與變頻器結合對堆垛機進行變頻調速。系統結構拓撲圖如圖2.1所示。圖2.1系統結構拓撲圖監控計算機S7-200PLC堆垛機水平認址系統堆垛機縱向認址系統堆垛機縱向變頻系統堆垛機水平變頻系統堆垛機貨叉控制系統堆垛機縱向運行機構堆垛機水平運行機構堆垛機貨叉運行機構堆垛機貨物檢測系統堆垛機限位保護系統7華北水利水電學院畢業設計說明書第7頁2.2堆垛機位置控制堆垛機位置控制堆垛機位置控制堆垛機位置控制由堆垛機的作業流程分析，堆垛機是由水平運行機構、縱向起升機構和貨叉伸縮機構三局部組成的，水平運行機構和垂直起升機構使堆垛機到達目標位置，貨叉伸縮機構完成存取貨任務。要完成對堆垛機自動控制系統的設計，首先要保證堆垛機能夠準確到達目標位置，所以在設計堆垛機自動控制系統時，關鍵在于準確可靠的認址和定位保證堆垛機準確無誤的定位在目標貨位。另外為了提高存取效率和保證堆垛機的穩定性，必須對堆垛機三個機構的速度進行合理有效的控制，其中速度位置檢測是堆垛機自動控制系統的關鍵部分。堆垛機速度位置控制的實現方法如圖2.2所示，控制系統由PLC控制器、調速系統、編碼器、認址片和認址器組成，實現位置和速度的雙閉環控制。執行機構輸入編碼器速度檢測位置檢測圖2.2堆垛機位置速度控制框圖定位控制定位控制定位控制定位控制定位控制就是確定堆垛機停止在目標貨位的功能。自動倉庫的認址檢測系統有兩項任務：一是實現自動尋址，使堆垛機自動找到被指定到達的位置；二是自動準確停準，即堆垛機停準位置不超出規定的精度。為此，貨架上的每個貨位必須具有堆垛機能識別的編碼，所以將貨架兩側編成X1、X2，沿堆垛機運行方向將貨架編為0~Y列，垂直方向編為0~Z層。這樣每個貨位就有了獨立的三維坐標地址，堆垛機自動檢測目前的坐標地址，使其能到達目標位置。因為貨架兩側分為X1、X2，只有兩個方向，反響到堆垛機上只是貨叉左伸、右伸運動，此方向不用檢測，所以實際上堆垛機位置的檢測只是對Y、Z位置的檢測?？刂破髡{速系統M認址器8華北水利水電學院畢業設計說明書第8頁認址檢測方式認址檢測方式認址檢測方式認址檢測方式主要的認址檢測方式有以下幾種：〔1〕絕對認址：絕對認址是將每一個貨位賦予唯一的開關狀態，給每個貨位制作一個專用的認址片，堆垛機上相應安裝一個識別器，通常是二進制編碼板和一組光電開關的組合，通過讀取認址片的代碼來判斷堆垛機的當前位置?！?〕相對認址：相對認址：相對認址時每個貨位的認址片結構相同。每經過一個貨位，就對地址編碼進行加1或減1，一直移動到和預定位置號一致時停止運行?！?〕編碼器定位法：編碼器定位方式主要有兩種：從動輪與軌道旋轉計數測定方式、鏈輪與鏈條旋轉計數測定方式。從動輪與軌道旋轉計數測定方式。堆垛機的從動輪上配有同軸旋轉編碼器，從動輪與軌道近似純滾動，因此通過對旋轉編碼器的轉角的轉換，可以得到堆垛機的相對運行位置?！?〕激光測距定位：激光測距定位是近年來應用于堆垛機準確定位的新技術，用激光測距儀通過測量堆垛機到基準點的距離和事先存儲的位置數據比擬來確定堆垛機的當前位置。這種方法的精度很高，但是使用時堆垛機和激光發射器和反射板之間不允許有物體，否那么會遮擋住激光的傳輸路徑，使系統無法準確定位。以上是四種常見的認址檢測方式，四種方式各有優劣，下面的表格2-1是他們之間的比擬對照：表2-1認址方式比照表認址器光電開關旋轉編碼器激光測距傳感器認址方式相對認址絕對認址絕對認址絕對認址可靠性較低高較高最高認址精度格格mmmm系統本錢低高高較高數據接口無無多種多種定位方式反射式反射式接觸式反射式使用壽命短短較長長9華北水利水電學院畢業設計說明書第9頁認址方式確認認址方式確認認址方式確認認址方式確認為完成對堆垛機的位置控制，必須能檢測出堆垛機的運行位置，本文設計的堆垛機系統認址方式如下：〔1〕水平認址系統水平方向采用激光測距傳感器，當前數據為位移值，經過PLC計算后的數據為當前速度值。激光測距傳感器安裝在堆垛機上，目標放射板安裝在巷道末端。在立體倉庫巷道通道中的激光測距范圍(激光發射器與反射板之間)內不得有任何物體遮擋激光光線。激光測距的原理是通過發射出的激光光線長度來測定距離，其光線就好比一把光尺，如果物體遮擋激光光線，讓它脫離原標準原點的測定位置，將影響實際要求的測定距離，從而使道堆垛機走位偏離所設定的位置，產生貨叉取/存儲錯位或起始點撞擊巷道堆垛機端部緩沖制動器的情況。因此，在巷道堆垛機工作時不允許有任何物體遮擋激光光線，對于激光光線通道應采取隔離保護措施，保證激光測距的準確性和自動化系統的平安性。〔2〕縱向認址系統堆垛機縱向方向的層定位采用光電開關和認址片組合定位，即在堆垛機的上下安裝兩個光電開關，在每層的貨位上安裝認址片。低位為取貨開始伸叉或放貨完畢收叉的位置，高位為放貨開始伸叉或取貨完畢收叉的位置。為使貨叉能完成作業，堆垛機在垂直方向上必須要提供使貨叉能停在高位或低位的檢測裝置。所以在堆垛機的升降臺上安裝三個光電開關，與升降臺一起上升下降，中間的一個共用，其他兩個分別為上位置和下位置。存貨開始或取貨結束時，升降臺貨叉停在高位置，下面兩個光電開關處于認址片內；取貨開始或存貨結束時，貨叉停在低位置，此時上面兩個光電開關處于認址片內，如圖2.3所示。上對準光電下對準光電低位置中間計數光電上對準光電中間計數光電下對準光電高位置圖2.3堆垛機垂直方向認址傳感器分布圖10華北水利水電學院畢業設計說明書第10頁其認址狀態如表2-2所示：表2-2認址狀態表上升下降傳感器存貨高位取貨低位存貨高位取貨低位A1……計數、減速、定位……定位、停止A2計數、減速、定位定位、停止定位、停止計數、減速、定位A3……計數、減速、定位……堆垛機速度曲線分析堆垛機速度曲線分析堆垛機速度曲線分析堆垛機速度曲線分析常見的速度運行曲線有三種，分別為三角形與梯形速度曲線、拋物線與直線形速度曲線、正弦形速度曲線。本文采用最常用的梯形速度曲線。如圖2.4所示，梯形速度曲線堆垛機以加速度ma啟動加速，當勻加速到最大運行速度mv時，保持該速度運行一段時間，再以ma勻減速運行，直到零速?？?。VABCS1S2S3S圖2.4梯形速度曲線11華北水利水電學院畢業設計說明書第11頁2.3PLC及資源配置及資源配置及資源配置及資源配置根據實際的控制點數和系統需要實現的控制要求，在本設計中選用西門子的S7-200系列的PLC作為控制中心。2.3.1S7-200系列系列系列系列PLC概述概述概述概述S7-200系列PLC是德國西門子公司生產的一種超小型PLC,超小型是指其功能具有大、中型PLC的水平，而價格卻和小型PLC的價格一樣。可以單機運行，也可以輸入/輸出擴展。它結構小巧，可靠性高，運行速度快，繼承和發揮了它在大、中型PLC領域的技術優勢，又極豐富的指令集，具有強大的多種集成功能和實時特性，配有功能豐富的擴展模塊，性能價格比非常高。因此，它一經推出，即受到了廣泛的關注。特別是S7-200CPU22*系列PLC(它是21*系列的替代產品〕，由于它具有多種功能模塊和人機界面可供選擇，可以很容易的組成PLC網絡。同時具有功能齊全的編程和工業控制組態軟件，使得S7-22*系列PLC來完成控制系統的設計時更加簡單，系統的集成非常方便，幾乎可以完成任何功能的控制任務。S7-200硬件系統的配置方式采用整體式加積木式，即主機中包含一定數量的I/O輸入輸出，同時還可以擴展各種功能模塊?！?〕根本單元：根本單元有時又稱作CPU模塊，也有的稱之為主機或本機。特包括CPU、存儲器、根本輸入輸出點和電源等，使PLC的主要局部。它實際上就是一個完整的控制系統，可以單獨的完成一定的控制任務?！?〕擴展單元：主機I/O數量不能滿足控制系統的要求時，用戶可以根據需要擴展各種I/O模塊，所能連接的擴展單元的數量和實際所能使用的I/O點數是多種因素共同決定的?！?〕特殊功能模塊：當需要完成某些特殊功能的控制任務時，可與SIMATICS7-200主機相連，已完成某種特殊的控制任務而特制的一種裝置?！?〕相關設備：相關設備是為了充分和方便的利用SIMATICS7-200系統的硬件和軟件資源而開發和使用的一些設備，主要有編程設備、人際操作界面和網絡設備等。〔5〕工業軟件：工業軟件是為更好的管理和使用這些設備而開發的與之相配套的程序，它主要有標準工具、工程工具、運行軟件和人機接口等幾大類構成。12華北水利水電學院畢業設計說明書第12頁2.3.2CPU型號選擇型號選擇型號選擇型號選擇〔1〕西門子CPU的介紹SIMATICS7-200的CPU模塊包括一個中央處理單元、電源以及數字I/O點，這些都被集成在一個緊湊、獨立的設備中。CPU負責執行程序，以便對工業自動化控制任務或過程進行控制。輸入局部那么輸出控制信號，控制工業過程中的設備。西門子第二代產品的CPU模塊位CPU22*，是在本世紀初投放市場的。其速度快，具有極強的通訊能力。它具有四種不同結構配置的CPU單元。①CPU221：CPU221具有6輸入/4輸出，共計10個點的I/O，無擴展能力，有6KB程序和數據存儲空間。還具有4個獨立的30kHz高數計數器，2路獨立的20kHz高數脈沖輸出端，一個RS-485通訊/編程端口，具有PPI通訊協議、MPI通訊協議和自由通訊方式。非常適合小點數的控制系統。②CPU222：CPU222除了具有CPU221的功能外，其不同在于：它有8輸入/6輸出，共計14點I/O，可以擴展8路模擬量和最多64個I/O,因此使更廣泛的全功能控制器。③CPU224：它在CPU222的根底上使主機的輸入輸出點數增為24點，最大可擴展為168點數字量或者35點模擬量的輸入和輸出；存儲量也進一步增加，還增加了一些數學指令和高數計數器的數量，具有較強的控制能力。④CPU226：這種模塊在CPU224的根底上功能又進一步增強，主機輸入和輸出點增加到40點，最大可擴展為248點數字量和35點模擬量；增加了通訊口的數量，通訊能力大大增強；它可用于點數較多、要求較高的小型或中型控制系統。〔2〕CPU型號的選擇根據控制點數來計算，可以選用CPU-226這個型號的CPU，CPU226有24輸入/16輸出，最大可以擴展為248點數字量或35點模擬量。其特點如下：①集成的24V電源：可直接連接到傳感器和變送器、執行器，可用作負載電源。②高速脈沖輸出：具有2路高速脈沖輸出端，輸出脈沖頻率可達20KHZ，用于控制步進電機或伺服電機，實現定位任務。③通信口：CPU226具有2個RS-485通信口，支持PPI、MPI協議，有自由口通信能力。④模擬電位器：CPU226有兩個模擬電位器，用來改變特殊存放器中的數值，以改變程序運行的參數，如定時器、計數器的預設值，過程量的控制參數。⑤中斷輸入允許以極快的速度對過程信號的上升沿做出響應。⑥數字量輸入/輸出點：CPU226具有24輸入/16輸出，輸出點為24V直流雙向偶看13華北水利水電學院畢業設計說明書第13頁光電耦合輸入電路，輸出有繼電器和直流兩種類型，可擴展模塊為7個。⑦CPU226有6個30KHZ的高速計數器，用于捕捉比CPU掃描頻率更高的脈沖信號。2.3.3PLC模塊選型模塊選型模塊選型模塊選型由于S7-200-CPU226的集成24輸入/16輸出不能滿足設計的要求，所以又選用了EM221擴展模塊和EM235擴展模塊，正好滿足設計的需要。所選模塊型號如表2-3所示。表2-3擴展模塊選型表系列號類別描述選型型號數量EM221輸入擴展模塊DI166ES7221-1BH22-0XA01EM235輸入/輸出擴展模塊AI4/AO16ES7235-0KD22-0XA02由于CPU226的輸入點只有24個，不能滿足設計的輸入點的需要，所以參加一個EM221模塊，該模塊有16個數字輸入點，總體上可以滿足系統輸入的要求。另外參加兩個EM235模擬量輸入/輸出模塊是為控制水平和垂直運行的交流電機。系統總體結構圖如2.5所示：上位機CPU226EM221EM235EM235輸入區手動開關光電編碼器限位開關指示燈、繼電器步進電機驅動器MM440變頻器MM440變頻器二相混合式步進電機三相交流異步電動機單相交流異步電動機輸出區RS-485圖2.5系統總體結構圖14華北水利水電學院畢業設計說明書第14頁2.4堆垛機變頻調速系統設計堆垛機變頻調速系統設計堆垛機變頻調速系統設計堆垛機變頻調速系統設計為了實現堆垛機的準確定位，提高存取效率和保證堆垛機的穩定性，必須對堆垛機三個機構的速度進行合理有效的控制，由于水平和垂直運行電機分別采用三相交流異步電動機和單相交流異步電動機，所以對這兩個方向的速度控制采用閉環變頻調速控制。變頻器的選型變頻器的選型變頻器的選型變頻器的選型〔1〕變頻的概念變頻器的工作原理是通過改變交流電頻率方式實現交流電的控制。變頻器的電路一般由整流、中間直流環節、逆變和控制4個局部組成。整流局部為三相橋式不可控整流器，逆變局部為IGBT三相橋式逆變器，且輸出為PWM波形，中間直流環節為濾波、直流儲能和緩沖無功率。主要特點如下：①通過改變變頻器的輸出頻率實現對異步電動機的調速控制。②在利用變頻器進行調速控制時，只需改變變頻器內部逆變電路換流器件的開關順序即可到達對輸出進行換向的目的，不需要設置專門的切換裝置。③高速驅動是變頻器調速控制的一個顯著優點。④如果變頻器的容量允許的話，可以使用一臺變頻器同時驅動多臺電機。⑤采用變頻器對異步電動機進行啟動時，由于可以將輸出頻率降至一個很小的值起動，電動機起動電流很小，對電時機起到較好的保護作用?！?〕變頻器的分類按照主電路工作方式進行分類，變頻器可以分為電壓型變頻器和電流型變頻器。電壓型變頻器的特點是將直流電壓源轉換為交流電源，而電流型變頻器的特點那么是將直流電流源轉換為交流電源。①電壓型變頻器。在電壓型變頻器中，整流電路或者斬波電路產生逆變電路所需要的直流電壓，并通過中間電路的電容進行平滑后輸出。整流電路和直流中間電路起直流電壓源的作用，而電壓源輸出的直流電壓在逆變電路中被轉換為具有所需頻率的交流電壓。在電壓型變頻器中，由于能量回饋給直流中間電路的電容，并使直流電壓上升，還需要有專用的放電電路，以防止換流器件因電壓過高而被破壞。②電流型變頻器。在電流型變頻器中，整流電路給出直流電流，并通過中間電路的電抗將電流進行平滑后輸出。整流電路和直流中間電路起電流源的作用，而電流源輸出的15華北水利水電學院畢業設計說明書第15頁交流電流在逆變電路中被轉換為所需要的交流電流，并被分配給各輸出相后作為交流電流提供應電動機。在電流型變頻器中，電動機定子電壓的控制是通過檢測電壓后對電流進行控制的方式實現的。〔4〕變頻器的選型本文根據綜合考慮選擇西門子MM440變頻器，MM440型使用PID控制器，具PID微調等功能，MM440可用于矢量控制，可以實現高性能的應用，帶內置制動單元，可以快速制動。MM440變頻器各項參數指標如下：輸入電壓：3相380VAC，50Hz。輸入電流：2.8A。輸出功率：0.75KW。輸出電壓：3相(0-380)VAC可調。輸出頻率：(0-650)Hz可調。輸出電流：2.1A。輸出控制：變頻器由微機處理器控制絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)的脈沖寬度調制頻率，實現輸出電壓、頻率可調?？刂谱饔茫篤F，矢量—轉矩、光電編碼器反響的速度控制等。數字量輸入：6路帶隔離的數字量輸入。數字量輸出：8路繼電器輸出。模擬量輸入：2路(0~10)V模擬量輸入。模擬量輸出：2路(0~20)mA模擬量輸出。通訊接口：RS485通訊、USS協議。操作功能：AOP盤、BOP控制盤、電位器與外接端子操作。水平方向變頻調速系統設計水平方向變頻調速系統設計水平方向變頻調速系統設計水平方向變頻調速系統設計水平行走電機采用220W的三相交流異步電動機，運行速度要求為2m/min~360m/min，系統采用轉速閉環控制方式。S7-200PLC的模擬量輸出信號KU作為MM440變頻器的模擬量輸入，來控制變頻器輸出頻率和輸出電壓的變化，從而控制三相異步電動機的運行；電動機轉速由光電編碼器檢測并反響到PLC得高速計數口I1.4和I1.5，構成閉環變頻調速系統。系統方框圖如圖2.6所示，gn為速度給定量，KU為PLC輸出的控制量，u為變頻器16華北水利水電學院畢業設計說明書第16頁輸出電壓，n為被控量，控制算法為PID。擾動gneKUunfn圖2.6PLC變頻調速閉環系統結構圖〔1〕運用指令系統中的PID指令，偏差信號按照PID算法計算出控制量，用傳送指令輸出電壓控制量到變頻器的模擬量輸入AIN1口。〔2〕運用指令系統中的HDEF、HSC指令，進行高速計數中斷程序設計，高速計數器設為HSC0和模式9，增計數，實時采集并存儲光電編碼器反響的A、B兩相正交脈沖數。〔3〕在上位機監控系統中，實時測取系統各參數和輸出特性，并能在上/下位機進行系統控制?！?〕采用模塊化程序結構設計出控制程序，包括主程序、子程序和中斷程序。采用帶傳感器矢量控制閉環調速，能滿足像堆垛機這樣動態特性要求較高，并且在低頻時輸出高轉矩以及轉速精度要求較高的場合。由于堆垛機在工作過程中是頻繁啟動和停車的，在高速運行的狀態下還要求堆垛機能夠快速精準地停在目的地，因此在制動方面采用了動能制動，將電動機運行在發電狀態下所回饋的能量消耗在制動電阻中，從而到達快速停車的目的。根據控制系統的性能指標要求，三相異步電動機采用泰安伊萬福電機生產的2Y系列2Y-632-2型電機，額定功率300W，額定電流0.69A，額定電壓380V，額定頻率50Hz，轉速2720minr，功率因數0.81。PLC控制器〔PID算法〕變頻器主電路〔IGBT逆變器〕三相異步電動機〔負載系統〕光電編碼器反響17華北水利水電學院畢業設計說明書第17頁變頻器參數設定如表2-4所示。表2-4變頻器參數設定參數號設定值功能說明P00033專家模式，使能讀/寫所有參數P00040全參數P07002外部按鈕或上位機啟動/停止系統P10002上位機或PLC程序給定設定P13001帶磁通電流的V/f控制方式P20236通訊波特率設為9600P20230MM440變頻器通訊地址垂直方向變頻調速系統設計垂直方向變頻調速系統設計垂直方向變頻調速系統設計垂直方向變頻調速系統設計垂直運行電動機采用200W的單向交流異步電動機，運行速度要求為2m/min~80m/min。垂直方向變頻調速系統與水平方向變頻調速系統結構相似，但是由于單相異步電動機和三相異步電動機有所區別，所以垂直變頻調速系統和水平變頻調速系統也有不同的地方。從結構上看單相異步電動機與三相籠型異步電動機相似，其轉子也為籠型，只是釘子繞組為單相工作繞組，但通常為起動的需要，定子上除了工作繞組外，還設有起動繞組，它的作用是產生起動轉矩，一般只在起動時接入，當轉速到達70%~80%的同步轉速時，由離心開關將其從電源自動切除，所以正常工作時只有工作繞組在電源上運行。但也有一些電容或電阻電動機，在運行時將起動繞組接于電源上，這實質上相當于一臺兩相電機，但由于它接在單相電源上，故稱為單相異步電動機。圖2.7是電容分組式單相異步電動機原理圖。單相異步電動機的突出特點是沒有啟動轉矩和固定的轉向。為此要設置啟動裝置，以及電機中產生一個與主磁場在空間和時間上不同相得磁場，從而形成一定大小的旋轉磁場以產生啟動轉矩。單相異步電動機因有反轉轉矩，與相同容量的三相異步電機比擬，具有勵磁電流大、功率因數低、過載能力小、效率也比擬低等缺點。但因其結構簡單、使用方便，使數瓦至三百瓦左右的小功率電機得以廣泛采用。18華北水利水電學院畢業設計說明書第18頁圖2.7電容分組式單相異步電動機原理圖1—工作繞組；2—起動繞組K—離心式開關；C—電容器單相交流電動機的變頻調速與三相交流電動機的變頻調速不同，將單相220V輸入、三相輸出的變頻器的三個輸出端子〔U、V、W〕，接任意兩端。輸出單相變頻調速電源在輸出端上串上一個足夠電感量的電感，用于隔離電動機電容對變頻器的危害作用〔同時對變頻器的高載波率起到一定的濾波作用〕，并保護電動機電容，此電路只適用于小功率單相電容運轉式和罩極式電動機，不適用于帶離心開關的單相電動機。另外，變頻器的輸出電壓和電動機的輸出電壓相匹配，變頻器要留有足夠的容量〔應比電動機的使用功率大三倍〕。串聯的電感要有足夠的電感量和通過電流的流量，電感的磁性材料應與變頻器的載波率相匹配。根據控制系統的性能指標要求，單相異步電動機選用許昌萬通電機制造生產的YY7112型電機，額定功率250W，額定電流1.73A，效率67，功率因數0.92，額定轉速2800，堵轉電流10A，堵轉轉矩額定轉矩0.35，最大轉矩額定轉矩1.6。變頻器和單相電容式運轉電動機的接線如圖2.8所示。1CK2M19華北水利水電學院畢業設計說明書第19頁變頻調速器RSUVW單相電容式運轉電動機運行電容AC220圖2.8變頻器與單相電容式運轉電動機的接線圖2.5堆垛機貨叉控制系統設計堆垛機貨叉控制系統設計堆垛機貨叉控制系統設計堆垛機貨叉控制系統設計步進電動機是一種將電脈沖轉化為角位移的執行機構。步進電機定子的各相繞組按照一定的順序通電、斷電，從而帶動轉子按既定的方向一步一步轉動固定的角度，這個角度被稱為“步距角〞，通常用θ表示。步進電機的轉子上均勻的分布著許多小齒，相鄰的兩個小齒的中心線間的角度稱為齒距角?(360?=轉動齒數)。對于m相n拍的步進電機來說，那么轉子走過了n個步距角θ，所以步距角()360nnθ?==×轉子步數〔2-1〕本文選用的S7-226型PLC可以通過Q0.0和Q0.1兩個輸出端輸出脈沖串〔PTO〕和脈寬調制〔PWM〕。本文選用PTO控制方式，所以PLC的輸出端Q0.0用做高頻脈沖輸出端，電機選用森創兩相混合式電動機42BYG，步距角為()()1.80.9整步半步,該電機使用配套的SH-20403兩相混合式步進電動機細分驅動器。圖2.9是步進電動機和驅動器的接線圖。二相混合式步進電動機驅動器的特點是：恒流控制，極低的電源損耗，極高的開關頻率，驅動電流和細分數可由撥碼開關設定，并具有半流鎖定功能，脫機控制功能，所有輸入信號與功率放大局部光電隔離。20華北水利水電學院畢業設計說明書第20頁PLCMA+A-B+B-脈沖信號貨叉方向改變信號24VDC公共端1K1K42BYG步進電機SH-20403驅動器圖2.9步進電機和驅動器接線圖2.6平安檢測傳感器的應用平安檢測傳感器的應用平安檢測傳感器的應用平安檢測傳感器的應用〔1〕貨架占有情況檢測自動化倉庫需要知道貨物是否存放在貨架，或者貨物在貨架的位置信息。以免造成誤動作，損傷機械。入庫操作時，當堆垛機到達目標位置時，先檢測貨位是否有貨物，假設沒有貨物，那么進行伸叉作業，否那么發出信號使堆垛機動作停止；出庫時，假設檢測出相應貨位無貨物，那么發出信號致堆垛機動作停止。本文采用漫反射型的光電傳感器可以感知貨物在貨架的存在或者位置?！?〕貨物突出貨架檢測貨物存放在貨架上，可能由于異常的情況導致貨物突出貨架的情況。這些突出的貨物可能阻礙堆垛機垂直方向的運行，導致貨架或堆垛機的損害。在堆垛機垂直軌道上頂端安裝長距離光電傳感器可以監視貨物突出，一旦有突出，向上位機報警，控制系統發出信號致堆垛機停止運行。21華北水利水電學院畢業設計說明書第21頁2.7元器件的選型元器件的選型元器件的選型元器件的選型主要的元器件的選擇如下表2-5所示。表2-5元器件使用表名稱代號符號個數規格符號備注PLCPLC1S7-200CPU226，AC/DC繼電器輸出擴展模塊1EM22116路數字輸入擴展模塊2EM2354模擬量輸入、1模擬量輸出接觸器KM3CJ20-100線圈電壓220V電阻R22K限流保護器FR1JRS4-140365d整定電流80-104A熔斷器FU4RLS1-100額定電壓380V額定電流20-100A指示燈HL5AD16-22GLED顯示，220V行程開關SQ14LF-0124LB額定電壓10-30VDC按鈕開關SAKD2B-21帶自鎖，24V激光測距傳感器1ODSL8型檢測距離25-45米光電傳感器E3G-MR19光電編碼器755A增量式三相交流異步電動機M1Y2-632-2額定電壓380V，額定功率300W單相交流異步電動機M1YY7112額定電壓380V，額定功率250W步進電動機驅動器SH-2040324-70VDC二相混合式步進電動機M142BYG步距角0.9/1.822華北水利水電學院畢業設計說明書第22頁2.8通信方案確實定通信方案確實定通信方案確實定通信方案確實定為了控制無人運轉堆垛機，必須向堆垛機發送運轉和作業的信息。一個指令執行完了之后，必須從堆垛機向地面發送響應信號，即確認信號，之后才能執行下一個指令。堆垛機的信息傳遞順序是：堆垛機首先接受的作業信息是從什么地方取貨，之后把它存入什么貨位。堆垛機控制盤在收到作業信息之后向地面控制盤發出響應信息。堆垛機根據作業信息進行作業。作業完了之后，向地面發出“作業結束〞信息。這樣把一系列作業進行完了之后，成為等待下一個作業信息的待機狀態。串行通信中最常用的物理層協議為RS-232C和RS-485。本文采用RS-485標準。主要基于以下兩點考慮：〔1〕RS-232C接口標準只能用于點對點的通信，而RS-485能實現多點對多點的通信。RS-485允許平衡電纜上連接32個發送器/接收器。立體倉庫控制系統要求監控系統和3臺堆垛機控制系統連接，要求物理層的協議必須支持一點對多點的通信?！?〕RS-485采用差動發送/接收，所以共模抑制比高，抗干擾能力強。立體倉庫的工作環境較惡劣，熱、電、磁等干擾信號較多，要求通信網絡的抗干擾能力較強，才能保證數據的正確接收。RS-485標準除上述優點外，還具有傳輸速率高、傳輸距離遠等優點。由于PLC帶有串行通信接口，只需用RS-485總線分別連接到計算機即可，可見系統的構建十分簡單當需要增加新設備時，只需要將新設備也連接到計算機，系統的擴展也較容易。為了利用計算機帶有的RS-232接口與下層的各個模塊通信，在計算機上需要安裝232-485轉換器。在自動化立體倉庫控制系統中選用Modbus通訊協議作為其通信網絡數據鏈路層的協議。Modbus通訊協議是Modicon公司設計的一種適用于工業控制的主從結構式串口通訊協議，已經成為通用工業標準。Modbus串行鏈路協議是一個主-從協議，采用請求-響應方式，主站發出帶有從站地址的請求報文，具有該地址的從站收到后發出響應報文進行應答。采用該協議，不同廠商生產的控制設備可以互連成工業網絡，實現集中監控。許多工控產品，例如PLC、變頻器、人機界面、DCS和自動化儀表等，都在廣泛地使用Modbus協議。本系統中使用的變頻器和PLC都支持Modbus協議。而且Modbus協議編程簡單、容易實現。在筆者所研制的自動化立體倉庫控制系統中得到了很好的應用，數據傳輸準確、可靠。23華北水利水電學院畢業設計說明書第23頁2.9輸入輸出點分配輸入輸出點分配輸入輸出點分配輸入輸出點分配為方便系統施工時的硬件連接，方便上位機查詢、修改系統的輸入/輸出點狀態，在系統程序編寫前，需對系統的輸入輸出點進行合理的規劃分配。分配1/0點時，應注意系統公共點的帶載能力，以免燒毀設備。在進行1/0分配時，將相同設備、相似功能的輸入輸出點集中在一起，即便于線路連接、記憶，又便于上位機查詢系統的工作狀態及設備的位置。堆垛機控制系統采用的PLC是S7-200CPU226，總共使用了所有的24個輸入點和11個輸出點，具體I/O點分配如表2-6所示堆垛機控制系統使用擴展I/O模塊EM221，其I/O分配表如表2-7。擴展模塊EM235是模擬量4輸入/1輸出模塊，在本文所設計的控制系統中，只用到兩個擴展模塊EM235的輸出通道MO、VO，接變頻器MM440的端口3和4。表2-6PLC〔CPU226〕輸入輸出I/O點分配序號控制元件編程地址序號控制元件編程地址1啟動I0.019貨叉右伸按鈕I2.22停止I0.120貨叉左伸按鈕I2.33復位I0.221貨叉原位按鈕I2.44存貨I0.322貨叉電機脈沖輸出Q0.05取貨I0.423堆垛機上升Q0.16自動I0.524堆垛機下降Q0.27水平編碼器反響AI0.625貨叉方向改變Q0.38水平編碼器反響BI0.726堆垛機前進Q0.49手動I1.027堆垛機后退Q0.510貨叉右伸到位I1.128低貨位指示燈Q0.611貨叉到中位I1.229高貨位指示燈Q0.712貨叉左伸到位I1.330水平停準指示燈Q1.013垂直編碼器反響AI1.431垂直停準指示燈Q1.114垂直編碼器反響BI1.532警示燈Q1.215前進按鈕I1.633水平電動機停機Q1.316后退按鈕I1.724華北水利水電學院畢業設計說明書第24頁17上升按鈕I2.018下降按鈕I2.1表2-7EM221模塊I/O點分配水平左限位I3.09縱向認址下對準I4.0水平右限位I3.110左端歪斜傳感器I4.1垂直上限位I3.211右端歪斜傳感器I4.2垂直下限位I3.312左探有貨傳感器I4.3水平前對準I3.413右探有貨傳感器I4.4水平認址計數I3.514低速按鈕I4.57縱向認址上對準I3.615中速按鈕I4.68縱向認址計數I3.716高速按鈕I4.72.10本章小節本章小節本章小節本章小節本章依據設計立體倉庫的有關參數，對堆垛機電氣控制的硬件系統進行了設計。包括堆垛機作業流程圖、系統結構圖，堆垛機的控制方式、通訊方案及認址方式的選擇，并設置了相應的平安保護措施，對堆垛機PLC控制系統輸入瑜出點的分配進行了詳細論述。25華北水利水電學院畢業設計說明書第25頁第三章第三章第三章第三章堆垛機控制程序設計堆垛機控制程序設計堆垛機控制程序設計堆垛機控制程序設計S7-200可編程控制器主要使用STEP7-Micro/WIN32編程軟件進行編程和其它一些相關處理。STEP7-Micro/WIN32編程軟件是基于Windows的應用軟件，由西門子公司專為SIMATICS7-20