柔性制造教学实训系统自动化立体仓库设计与实现 毕业论文.doc

v 毕业设计(论文) 题目: 柔性制造教学实训系统自动化立体仓库设计与实现 专 业：电气工程系工业控制 姓 名： 学 号：201001340217 指 导 老 师： 目录 摘 要 i abstract.ii 第一章 绪论 1 1.1本课题的目的及意义 1 1.2自动化立体仓库的历史及国内外现状 1 1.3自动化立体仓库的优越性 1 1.4论文的主要内容 2 第二章自动化立体仓库系统概述 .3 2.1自动化立体仓库的硬件组成 3 2.2自动化立体仓库的工作原理 4 2.3自动化立体仓库的主要控制方式 5 第三章 plc 控制系统 .6 3.1系统组成 6 3.2plc可编程控制器的输入输出接口 .6 第四章 mcgs5.5 组态软件系统概述 .7 4.1组态软件的主要特点 7 4.2组态软件的主要功能 9 4.3组态软件的应用 9 第五章用组态软件模拟升降横移式自动化立体仓库 10 5.1组态软件中的主要组成部分 .10 5.2组态软件中模拟自动化立体仓库 .16 5.3组态软件的框架搭建 .18 5.4组态软件的程序（脚本） .19 5.5组态软件的运动说明 .20 第六章 组态软件与 plc的连接 .22 6.1设备连接 .22 6.3数据库设计 .26 小 结 .28 参考文献 29 致 谢 30 附 录 31 湖南铁道职业技术学院毕业设计( 论文) i 摘要 随着仓储业的发展，诸多问题随之而来，仓库占地面积太大、空间利用率不高、 存取货物的不便。在问题出现之后，人们发明了立体仓库，并逐渐形成演变为自动化 立体仓库。 随着仓储水平的提高，自动仓储在仓储业中应用越来越广泛。 自动仓储的发展，在仓储业中迅速得到广泛应用，自动仓储有着很广阔的前景。 本设计主要利用组态王组态软件来模拟和实现自动仓储的工作原理以及工作流程，介 绍西门子 s7-200可编程控制器在自动仓储当中的应用。实现 plc对自动化立体仓库 进、出货的手动、自动控制，利用组态王组态软件制作人机界面， 监控自动仓储控制 系统的运行情况，从而实现监视与控制一体化。 自动仓储是物料搬运、仓储科学的一门综合科学技术工程。它以高层立体货架为主 要标志，以先进的计算机控制技术为主要手段，实现搬运、存取机械化、自动化。它 具有占地面积小、储存量大、周转快的优点，是集信息、存储、管理于一体的高技术 密集型机电一体化产物。自动仓储系统是在不直接进行人工处理的情况下能自动存储 和取出物料的系统。这个定义覆盖了不同复杂程度及规格的极为广泛的多样的系统。 自动仓储系统是由 plc进行管理和控制，不需人工搬运作业而实现收发作业的仓库。 本设计利用配备西门子 s7-200 plc 的自动立体仓库模拟装置，它是一个模拟在 自动化生产过程中的仓储环节的微缩模型，使用 s7-200 可编程控制器、传感器、位置 控制和电气传动等技术，实现货物的存取功能；同时利用组态王组态软件进行上位机 监控。它以标准的工业计算机软、硬件平台构成的集成系统取代传统的封闭式系统。 它具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优点。通过对监控系统 要求及实现功能的分析，采用组态王对监控系统进行设计。组态软件也为仓库管理提 供了可视化监控画面，有利于仓库管理人员实时现场监控。它还具有丰富的设备驱动 程序和灵活的组态方式、数据链接功能。更好的完成系统的各项设计要求，为生产中 的仓储环节提供有力保障，进而促进生产. 湖南铁道职业技术学院毕业设计( 论文) ii abstract as the storage industrys development, many problems arise, the warehouse area is too large, the space utilization ratio is not high, access to goods inconvenience. after a problem occurs, people invented the warehouse, and gradually evolved for automatic stereoscopic warehouse. with the storage level, automatic storage in the storage industry more and more widely applied. the development of automatic warehouse, in the storage industry rapidly obtains the widespread application, automated storage has a very broad prospects. this design mainly using configuration software to simulate and realize the automatic storage of the working principle and working process, introduces siemens s7-200 programmable controller in automatic storage of the application. automatic warehousing material handling, warehousing science is an integrated science and technology project. it mainly marked by high-level three-dimensional shelf, with advanced computer control technology as the main means of transportation, realize the mechanization, automation, access. it has small area, large storage capacity, the advantages of the turnover is quick, is information storage, management, this definition covers of different complexity and variety of widely varied system. the design use with siemens s7-200 plc automatic stereoscopic warehouse simulation device, which is a simulated in the automation of the production process in the storage link miniature models, using the s7-200 programmable controller, sensor, position control and electrical drive technology, realize the access of goods function;. it has strong adaptability, good openness, easy to expand, economy, the advantages of short development cycle. 湖南铁道职业技术学院毕业设计 (论文) 1 第一章绪论 1.1本课题的目的及意义 随着仓储水平的提高，自动化立体仓库在仓储业中应用越来越广泛。随 着自动化立体仓库的出现，人们对仓储空间的利用率逐渐提高，改变了传统的 仓储模式。本次设计是用组态软件来模拟一个小型自动化立体仓库，来体现自 动化立体仓库的便捷性、控制性。它可以充分的利用原有空间；它具有节约用 地、减轻劳动强度、消除差错、提高仓储自动化水平及管理水平、提高管理和 操作人员素质、降低储运损耗、有效地减少流动资金的积压、提高物流效 率等 诸多优点. 1.2自动化立体仓库的历史及国内外现状 立体仓库产生和发展是第二次世界大战之后生产和技术发展的结果。20 世纪 50年代初美国出现了采用桥式堆垛起重机的立体仓库；50 年代末至 60年 代初，出现了司机操作的巷道式堆垛起重机立体仓库；1963 年美国率先在高架 仓库中采用计算机控制技术，建立了第一座由计算机控制的立体仓库。此后， 自动化立体仓库在美国和欧洲得到迅速发展，并形成了专门的科学。60 年代中 期，日本开始兴建立体仓库，并且发展速度越来越快，成为当今世界上拥有自 动化立体仓库最多的国家之一。据资料统计，日本目前已建成的自动化立体仓 库物流系统已超过 8000座. 我国自动化立体仓库起步较晚，1963 年研制成第一台桥式堆垛起重机， 1973年开始研制我国第一座由计算机控制的自动化立体仓库（高 15m，机械部 起重所负责，该库 1980年投入运行。随着社会生产水平的提高，成产规模的扩 大，现如今我国的自动化立体仓库犹如雨后春笋般的在各企业建立起来。2007 年，我国自动化立体仓库建设总量与 2006年基本持平。据不完全统计，全国共 建成自动化立体仓库 50余座，总产值在 7亿人民币左右。用户主要集中在医药 生产、医药配送、食品、烟草生产及烟草配送、制造业、服装加工等行业领域。 1.3自动化立体仓库的优越性 随着生活水平的提高，生产力的提高，现代物流业逐渐显现出快速增长 的趋势，传统的仓储模式已经不能满足巨大的货存，所以立体仓库就显示出它 湖南铁道职业技术学院毕业设计 (论文) 2 的功效。横移式自动化立体仓库是现代物流发展的重要组成部分，它可以充分 的利用原有空间；它具有节约用地、减轻劳动强度、消除差错、提高仓储自动 化水平及管理水平、提高管理和操作人员素质、降低储运损耗、有效地减少流 动资金的积压、提高物流效 率等诸多优点。可以更好的为人们所用。 1.4论文的主要内容 本次设计主要综合了大学三年所学的专业知识灵活运用在组态软件中， 来监控升降横移式自动化立体仓库的运动方式和工作原理。对自动化立体仓库 做一个全面的介绍。此次设计主要以组态软件仿真为主，并理论介绍自动化立 体仓库的工作原理和工作流程，用组态软件来监控升降横移式自动化立体仓库 的运动方式。 该立体仓库主体由底盘，四层十二仓库库体，运动机械及电气控制等四部 分组成。 机械部分采用滚珠丝杠，滑缸，普通丝杠等机械元件组成，采用步进电机 作为拖动元件。 该控制系统主要有西门子公司生产的 s7-200 型可编程序控制器（plc） ， 步进电动机驱动电源块，开关电源，位置传感器等器件组成。小型立体仓库的 电气控制系统由 plc来实现，控制系统分手动和自动两种方式。 此系统实现的功能主要有：取（由零位出发到指定仓位号取货并送到入货 台）在执行完任务后自动返回到零位等待下一指令。 立体仓库应具备的功能主要有几下几点： 1.开机时首先要回零位操作，这样的目的就是给堆垛机有个工作参考点； 2.堆垛机（机械手）要有三个自由度：前进，后退，上，下，左，右； 3.堆垛机的运动由步进电机驱动，伸缩由直流电机控制； 4.堆垛机前进（后退）运动和上（下）运动可同时进行； 5.仓位共有 12个，4 行 3列； 本设计的主要思路是: 1.查阅 plc以及步进电动机相关资料，对设计中所用的西门子 s7-200系列 plc和步进电动机进行熟悉和掌握； 2.从立体仓库的基本结构和所实现的功能入手，通过分析 i/o地址分配和 利用 plc进行较复杂的位置控制及时掌握时序逻辑控制要求，再根据实际应用 的情形进行 plc程序的编制和调试，以达到对自动化立体仓库所要求实现的功 能。 湖南铁道职业技术学院毕业设计 (论文) 3 3.通过组态王软件实现对仓库信息的实时监控。 第二章自动化立体仓库系统概述 2.1自动化立体仓库的硬件组成 自动化立体仓库由多部分组成 图 2-1自动化立体仓库 1）高层货架 它是自动化立体仓库系统实现货物立体存放的主要支撑结构，作为仓库不可 或缺的组成部分，其性能直接影响仓库及其设备的使用。目前高层货架主要有 焊接式和组合式两种形式。 2）堆垛机 它是用于自动搬运、存取货物的设备。有轨堆垛机通过安全滑触线供电，在 巷道内进行水平往复直线、垂直升降、货叉左右伸缩叉取等一系列协调动作， 实现存储单元货物指定货位间的出、入库作业。按结构形式它可分为支柱和双 立柱两种基本形式；按服务方式可分为直道、弯道和转移车 3种基本形式。 它是立体库的主要外围设备，负责将货物运送到巷道端口或从巷道端口将货物 移走。常见的有辊道输送机、链条输送机、升降台、分配车提升机、皮带机等。 湖南铁道职业技术学院毕业设计 (论文) 4 3）自动控制系统 驱动自动化立体仓库各个设备的自动控制系统。该系统作为完整的系统独立 运行外还预留和上级管理系统及仓库内部其他管理系统的接口。目前，立体仓 库自动控制系统方式有集中控制、分离式控制和分布式控制 3种。 2.2自动化立体仓库的工作原理 自动化立体仓库是一种比较典型的跨学科机电一体化产品，集机械、电 子、信息技术于一体。其中，电子技术、信息技术和传感技术的合理运用与组 合构成了仓库的控制系统。自动化立体仓库的控制系统是整个自动化仓库系统 的重要组成部分，也是仓库系统的核心。执行机构是“四肢” ，框架是“区体” ， 那么控制系统就是“大脑” 。它指挥着仓库的每个运作过程，并对整个系统的状 态过程进行监控。 控 制 系 统 仓库现 场 人 检 测 系 统 执行机构 界面 图 2-1 自动化仓库系统控制原理框图 自动化仓库的系统控制原理:操作者(人)要通过控制系统信息交流的平台 (界面)把操作信息传送给控制系统，经系统处理后，系统把可识别的控制信息 通过辅助设备驱动执行结构，来完成仓库现场的运作。其系统控制原理框图， 如图 2.2所示。接口在仓库的控制系统中是必不可少。接口是驱动单元与控制 核心单元以及执行部件与驱动单元间的连接点。接口电路大致有三种：开关量 接口电路、数字量接口电路和模拟量输入/输出接口电路。自动化仓库控制系统 应用的接口电路为开关量接口电路。 界面是操作人员与车库控制核心单元交流信心的平台。操作人员可以通过界面 向仓库系统发送动作意图，仓库系统可以向操作人员反馈系统运作状况。简单 的界面可以是一个操作盒，而复杂的界面可以为利用微机通过运用专用的应用 软件建立的人机界面。自动化仓库系统的具体组成，要根据具体的控制形式而 湖南铁道职业技术学院毕业设计 (论文) 5 定，其组成形式也很灵活多样。 2.3自动化立体仓库的主要控制方式 自动化立体仓库在控制方式上主要有联机自动控制（即上位机控制） 、自 动控制（即本机自动） 、半自动控制及手动控制四种。 本设计中自动化立体仓库主要采用手动控制方式，此方法是由控制按钮和限 位开关控制堆垛机、升降台、传送带运行至指定库位，执行预定任务,通过手动 控制按钮可以方便的查询库位是否已存货物,大大的节省了立体仓库的成本,手 动控制立体仓库适用于小型的自动化立体仓库 ,适于发展型地区广泛使. 湖南铁道职业技术学院毕业设计 (论文) 6 第三章 plc 控制系统 3.1系统组成 plc系统由 cpu板，i/o 板，显示面板，内存块，电源等，这些元素组合成一 个不可拆卸的整体。 1. cpu的模块：cpu 是 plc的核心，其神经中枢的作用，它按 plc的系统程 序赋予的功能接受并存贮用户程序和数据，诊断电源和 plc内部电路的工 作状态和编程过程中的语法错误，经分析后再按指令规定的任务产生相应 的控制信号，去指挥有关的控制电路。 2. i/0模块：plc 与电气回路的接口，是通过输入输出部分完成的。其输入 暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器的状态。输入模块将电 信号换成数字信号进入 plc系统，输出模块相反。 3. 电源模块：plc 电源用于为 plc各模块的集成电路提供工作电源。同时， 有的还为输入电路提供 24v的工作电源。电源输入类型有：交流电源 （220v 或 110v）,直流电源（常用的为 24v） 3.2plc可编程控制器的输入输出接口 本设计中主要包含 17个输入口，6 个输出口。输入口分别为上位机中的 按钮 a、b、c、d、1、2、3、限位开关 1、2、3、4、11、12、13，启动、停止、 复位。输出口为电动机 1、2、3。 湖南铁道职业技术学院毕业设计 (论文) 7 图 3-1plc的接线图 第四章 mcgs5.5 组态软件系统概述 4.1组态软件的主要特点 组态软件，又称组态监控软件系统软件。译自英文 scada,即 supervisory control and data acquisition(数据采集与监视控制)。它是指 一些数据采集与过程控制的专用软件。它们处在自动控制系统监控层一级的软 件平台和开发环境，使用灵活的组态方式，为用户提供快速构建工业自动控制 系统监控功能的、通用层次的软件工具。 组态（configuration）为模块化任意组合。组态软件主要特点： （1）延续性和可扩充性。用通用组态软件开发的应用程序，当现场 （包括硬件设备或系统结构）或用户需求发生改变时，不需作很多修改而方便 地完成软件的更新和升级； （2）封装性（易学易用） ，通用组态软件所能完成的功能都用一种方 便用户使用的方法包装起来，对于用户，不需掌握太多的编程语言技术（甚至 不需要编程技术） ，就能很好地完成一个复杂工程所要求的所有功能； （3）通用性，每个用户根据工程实际情况，利用通用组态软件提供的 底层设备（plc、智能仪表、智能模块、板卡、变频器等）的 i/o driver、开 湖南铁道职业技术学院毕业设计 (论文) 8 放式的数据库和画面制作工具，就能完成一个具有动画效果、实时数据处理、 历史数据和曲线并存、具有多媒体功能和网络功能的工程，不受行业限制。 mcgs系统包括组态环境和运行环境两个部分。 用户的所有组态配置过程都在组态环境中进行，组态环境相当于一套完整 的工具软件，它帮助用户设计和构造自己的应用系统。用户组态生成的结果是 一个数据库文件，称为组态结果数据库。 运行环境是一个独立的运行系统，它按照组态结果数据库中用户指定的方 式进行各种处理，完成用户组态设计的目标和功能。运行环境本身没有任何意 义，必须与组态结果数据库一起作为一个整体，才能构成用户应用系统。一旦 组态工作完成，运行环境和组态结果数据库就可以离开组态环境而独立运行在 监控计算机上。 组态结果数据库完成了 mcgs系统从组态环境向运行环境的过渡，它们之间 的关系如图所示： 图 4-1 mcgs组态环境与运行环境的关系 由 mcgs生成的用户应用系统，其结构由主控窗口、设备窗口、用户窗口、 实时数据库和运行策略五个部分构成，如图所示： 图 4-2 mcgs的构成 湖南铁道职业技术学院毕业设计 (论文) 9 窗口是屏幕中的一块空间，是一个“容器” ，直接提供给用户使用。在窗口 内，用户可以放置不同的构件，创建图形对象并调整画面的布局，组态配置不 同的参数以完成不同的功能。 在 mcgs的单机版中，每个应用系统只能有一个主控窗口和一个设备窗口， 但可以有多个用户窗口和多个运行策略，实时数据库中也可以有多个数据对象。 mcgs用主控窗口、设备窗口和用户窗口来构成一个应用系统的人机交互图形面， 组态配置各种不同类型和功能的对象或构件，同时可以对实时数据进行可视化 处理。 一个应用系统由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略 五个部分组成。组态工作开始时，系统只为用户搭建了一个能够独立运行的空 框架提供了丰富的动画部件与功能部件。如果要完成一个实际的应用系统，则 要完成以下工作: 首先，像搭积木一样，在组态环境中用系统提供的或用户扩展的构件构造应用 系统，配置各种参数，形成一个有丰富功能可实际应用的工程。其次，用户对 构件的系统进行脚本的设置，使其达到用户要求的功能。最后，把组态环境中 的组态结果提交给运行环境。运行环境和组态结果一起就构成了用户自己的应 用系统。 在工程控制中使用 mcgs组态软件的仿真使技术人员避开了复杂的计算机软、 硬件问题，集中精力去解决工程问题本身。另一方面，从管理的角度来看，用 组态软件开发的系统具有与 windows一致的图形化操作界面，非常便于生产的 组织与管理。 4.2组态软件的主要功能 组态软件主要用于显示静态图像，位图构建不仅可以显示标准的 windows位图文件，还增加了允许装载其他各种格式图片的功能。组态软件有 强大的数据处理功能，能够对工业现场产生的数据以各种方式进行统计处理， 是用户能够在第一时间获得有关现场情况的第一手数据。用户可以通过搭建组 态软件来和现场情况实现对接，从而通过计算机了解现场的一切情况，也可以 通过组态软件来模拟理想的现场状况，用户可以通过组态软件实现很多不能模 拟的变量。 湖南铁道职业技术学院毕业设计 (论文) 10 图 4-3组态静态图像 4.3组态软件的应用 随着工业自动化水平的迅速提高，计算机在工业领域的广泛应用，人们 对工业自动化的要求越来越高，种类繁多的控制设备和过程监控装置在工业领 域的应用.在开发传统的工业控制软件时，当工业被控对象有变动，就必须修改 其控制系统的源程序，导致开发周期长；已开发成功的工控软件又由于每个控 制项目的不同而使其重复使用率很低，导致它的价格非常昂贵；在修改工控软 件的源程序时，倘若原来的编程人员因工作变动而离去时，则必须同新手进行 源程序的修改相当困难。通用工业自动化组态软件的出现为解决上述实际工程 问题提供了一种崭新的方法，因为它能够很好地解决传统工业控制软件存在的 种种问题，使用户能根据自己的控制对象和控制目的的任意组态，完成最终的 自动化控制工程。 湖南铁道职业技术学院毕业设计 (论文) 11 湖南铁道职业技术学院毕业设计 (论文) 12 第五章用组态软件模拟升降横移式自动化立体仓库 5.1组态软件中的主要组成部分 本设计中,组态软件为重要组成部分,在本设计中主要通过组态软件来实现自 动化仓储单元的工作原理及作业流程,其中组态软件中的主要组成元件为 5.1.1 按钮 1)按钮a、b、c、d代表每个库位的行走路线,从而达到堆垛机的x轴位置控制。 2)按钮1、2、3代表层货架的层次数,来控制堆垛机上升降台上下行走位置,使之 可以准确地行驶到预定的货位前。 3)启动/停止按钮来控制整个系统的开启与关闭,当启动时,各个部件待命,准备 执行预定任务.当系统关闭时,堆垛机复位,系统停止运动。 4)按钮的动画连接（以按钮a为例） a.双击按钮 a，弹出“单元属性设置”窗口。 b.单击“动画连接”选项卡，进入该项，如图所示 图5-1按钮的动画连接 c.单击“组合图符”，出现“？”和“”按钮。 d.单击“”按钮，弹出“动画组态属性设置”窗口。单击“属性设置”选项卡， 进入该页，如图所示 湖南铁道职业技术学院毕业设计 (论文) 13 图5-2动态属性设置 e.选中“填充颜色”然后单击“填充颜色”，进入该页。 f.在“表达式”一栏，单击“？”按钮，弹出当前用户定义的所有数据对象列 表，双击“按钮a”最后单击“确认”按钮，退出“填充颜色”设置页。 g.选中“按钮动作”按钮，单击进入该页面，选中“数据对象操作”选择“取 反”单击“？”弹出当前用户定义的所有数据对象列表，双击“按钮a”如图所 示； 图5-3按钮基本属性设置 图5-4基本属性设置 h.单击“保存”按钮 5.1.2工作指示灯 当按下启动按钮，工作指示灯就会变成绿色，如图所示 湖南铁道职业技术学院毕业设计 (论文) 14 图5-5按下“启动按钮”前 图5-6 按下“启动按钮”后 1）工作指示灯的动画连接 a.双击“工作指示灯” ，弹出“单元属性设置”窗口。 b.单击“动画连接”选项卡，进入该项 图5-7工作指示灯的动画连接 湖南铁道职业技术学院毕业设计 (论文) 15 c.选择“填充颜色”和“可见度”在“表达式”一栏里输入“工作指示灯”最 后单击“确认”按钮。 图5-8 基本属性设置 图5-9基本属性设置 d.单击“保存”按钮，完成设置。 5.1.3 堆垛机，托盘，电动机 1）托盘：用来存放货物的工具，通过传送带将其移至指定的库位内。 2）堆垛机：由堆垛机、升降台、传送带、两个电动机组成，用来将货物放至 指定的货位内。 3）电动机：画面中有三个电动机，分别控制堆垛机、升降台、传送带的运行， 通过按钮控制三个电动机正反转使堆垛机、升降台、传动带运动达到指定的库 位。当水平移至货位时电动机正转使堆垛机达到指定库位，当复位时电动机反 转，通过堆垛机的丝杠使堆垛机反向移动至初始位置。 4）堆垛机的动画连接 a. 双击“堆垛机” ，弹出“单元属性设置”窗口。 b. 单击“动画连接”选项卡，进入该项如图所示： 湖南铁道职业技术学院毕业设计 (论文) 16 图5-10单元设置属性 c.单击“”按钮，弹出“动画组态属性设置”窗口。单击“属性设置”选项卡， 进入该页，选中“水平移动” d. 选择“水平移动”在“表达式”一栏里输入“水平移动量”最后单击“确认” 按钮。 图5-11 静态属性 图5-12水平移动量的设置 e. 单击“保存”按钮，完成设置。 5.1.4工件，装载工件，货架 1）工件：放在货架上一共12个，分别为a1,b1,c1,;a2,b2,c2,; a3，b3，c3，;a4,b4,c4, 2）货架：用来存放货物的平台，仓库货架为框架式，通过托盘将货物放入指 定库位。 3）装载工件：放在托盘上的工件，在堆垛机启动运行，托盘把物件送到货架， 充当于工件。 4）装载工件的动画连接 a. 双击“装载工件” ，弹出“单元属性设置”窗口。 b. 单击“动画连接”选项卡，进入该项如图所示： c.在“动画组态属性设置”中“属性设置”选中“可见度” “闪烁效果” d.在“可见度”中表达式中写上“装载工件”在表达式非零时，选择“对应 图符可见” e.在“闪烁效果”中表达式中写“装载工件”在“闪烁实现方式”中选择 “用图元可见度实现闪烁”如图所示； 湖南铁道职业技术学院毕业设计 (论文) 17 图5-13 静态属性设置 图5-14表达式的设置 图5-15动画组态属性设置 5.1.5定时器 定时器的使用 a.在策略中添加定时器构件。单击屏幕左上角的工作台图标，弹出“工作台” 湖南铁道职业技术学院毕业设计 (论文) 18 窗口。 b.单击“运行策略”选项卡，进入“运行策略”页 c.选中“循环策略”单击右侧“策略属性”按钮，弹出“策略属性设置”窗 口， 图5-16循环策略 图5-17计时器的设置 d.双击“定时器”打开定时器的基本属性设置窗口，设定值为204，当前值设 定为“时间到” ；计时条件为“定时器启动” ；复位条件“定时器复位” ；计时状 态为“时间到” 5.2组态软件中模拟自动化立体仓库 湖南铁道职业技术学院毕业设计 (论文) 19 对于工程画面的制作，是在用户窗口中完成，由用户组建。自动化立体仓 库画面的制作具体步骤为: (1) 在“用户窗口 ”中单击“新建窗口”按钮，建立“窗口 0“，如图所示。 图 5-18用户窗口属性设置 (2) 选中“窗口 0”，单击“窗口属性” ，进入“用户窗口属性设置” 。 （3）将窗口名称改为：“立体仓库” ；窗口位置选中“最大化显示” ，其它不变，单 击“确认” 。 图 5-19立体仓库的窗口 （4）在“用户窗口”中，选中“立体仓库监控系统” ，点击右键，选择下拉菜单中 湖南铁道职业技术学院毕业设计 (论文) 20 的“设置为启动窗口”选项，将该窗口设置为运行时自动加载的窗口。最后生成的 画面如图所示： 图 5-20组态的界面 5.3组态软件的框架搭建 在 mcgs组态软件中，数据对象有开关型、数值型、字符型、事件型、组对 象等五种类型。不同类型的数据对象，属性不同，用途也不同。 1） 开关型:记录开关信号(0 或非 0)的数据对象，通常与外部设备的数字量 输入输出通道连接，用来表示某一设备当前所处的状态，也用于表示 mcgs中某一对象的状态，如对应于一个图形对象的可见度状态。 2） 数值型:数值型数据对象除了存放数值及参与数值运算外，还提供报警 信息，与外部设备的模拟量输入输出通道连接。 开关型 初值 数值型 初值 按钮 a,b,c,d,1，2，3 ， 0 垂直移动量 0 定时器复位/启动 0 水平移动量 0 湖南铁道职业技术学院毕业设计 (论文) 21 复位按钮 0 计时时间 0 工件 0 工作指示灯 0 切换按钮 0 启动按钮 0 装载工件 0 表格 5-14数据分配表 5.4 组态软件的程序（脚本） 脚本程序编辑环境是用户书写脚本语句的地方。脚本程序编辑环境主要由脚 本程序编辑框、编辑功能按钮、mcgs 操作对象列表和函数列表、脚本语句和 表达式 4个部分构成，编辑脚本应该注意的几个方面: (1)脚本程序编辑框是用于书写脚本程序和脚本注释，在编辑的过程中必须 遵循 mcgs规定的语法结构，否则语法检查不能通过。 (2)用户可以使用编辑功能按钮提供的文本编辑来进行基本操作。表达式语 句和表达示符号除了直接手写编译外，还可以用鼠标单击要选的语句和表达式 符号，在脚本编辑处光标所在的位置填上语句或表达式的标准格式。 (3) mcgs对象和函数列表以树结构的形式，列出了工程中所有的窗口、策 略、设备、变量、系统支持的各种方法、属性、以及各种函数，以供用户快速 的查找和使用。脚本语言“新增策略行”弹出窗口，如图 5-15所示； 湖南铁道职业技术学院毕业设计 (论文) 22 图 5-21 脚本程序设置 图 5-22脚本程序 5.5组态软件的运动说明 本设计是把 12个工件按照顺序依次放到空货架上，步骤如下： 1）当按下启动按钮，堆垛机启动，运载着托盘里的工件向货架运行，如图所示 湖南铁道职业技术学院毕业设计 (论文) 23 图 5-23启动界面 2)如图，把工件放到 a1 图 5-23工件 a1运动 2）然后堆垛机后退，回到启动状态，开始准备运送下一个工件 图 5-24返回原点示意图 3）最后将 12个工件全部放到货架上，堆垛机返回起点。完成本设计的动作。 湖南铁道职业技术学院毕业设计 (论文) 24 图 5-25工件完成指示 湖南铁道职业技术学院毕业设计 (论文) 25 第六章 组态软件与 plc的连接 6.1设备连接 mcgs系统实现网络通信的原理是根据网络的层次结构的不同，采用父设 备 和子设备的形式实现网络数据连接和交换，父设备根据物理线路的连接负责发 送 和接收数据包，然后将收到的数据包交给子设备处理，子设备负责将父设备收 到 的数据包解码，完成数据的交换功能，原理如图 6.1所示。 图 6-1 mcgs网络通信原理图 实现两台计算机之间的通讯，要在设备窗口中放置同样类型的网络父设备 和子设备，运行时，计算机 1中 mcgs调用网络子设备，同时把所需的数据传入 子设备，子设备把需要通讯的数据打包后传送给网络父设备，父设备通过特定 的硬件设备向计算机 2发送数据;计算机 2上的网络父设备通过相同的硬件接收 到数据后，把数据传送给网络子设备，网络子设备对数据包进行解码，把数据 送给 mcgs，同时根据计算机 1中子设备的要求从 mcgs中读取数据，打包后再 传送给父设备，一直到数据再返回到计算机 1的子设备中，完成一次网络通讯 工作。 进入到组态环境中，单击进入主控窗口。主控窗口负责调度设备窗口的工 作、管理用户窗口的打开和关闭、驱动动画图形和调度用户策略的运行等。主 控窗口组态包括菜单的设计和系统属性的设置。主控窗口所建立的菜单命令可 以执行指定的运行策略，打开、关闭、隐藏和打印指定的用户窗口，退出运行 湖南铁道职业技术学院毕业设计 (论文) 26 系统，数据对象操作和执行指定的脚本程序等工作。 设备窗口是 mcgs系统的重要组成部分，负责建立系统与外部硬件设备的连接，使得 mcgs能从外部设备读取数据并控制外部设备的工作状态，实现对应工业过程的实时监控。 mcgs实现设备驱动的基本方法是：在设备窗口内配置不同类型的设备构件，并根据 外部设备的类型和特征，设置相关的属性，将设备的操作方法。系统运行过程中，设备 构件由设备窗口统一调度管理，通过通道连接，向实时数据库提供从外部设备采集到的 数据，从实时数据库查询控制参数，发送给系统其它部分，进行控制运算和流程调度， 实现对设备工作状态的实时检测和过程的自动控制。 图 6-2 mcgs 设备驱动分类方法 在本次设计中，要进行设备通信的步骤是：打开“设备窗口” ，双击“设备窗口” ， 选中设备工具箱，单击设备管理，选中本组态设计中需要的“通用串口父设备” 、 “西门 子 s7-200ppi”如图 6-3所示： 图 6-3 mcgs 中设备通信的选择 双击“通用串口父设备”对其设备属性进行编辑，其中“最小采集周期”为 200ms， “串口端口号”为“0-com1” ， “数据校验方式”为“2-偶校验” ，如图再点击确认： 湖南铁道职业技术学院毕业设计 (论文) 27 图 6-4 通用串口父设备的设置 双击“plc-西门子 s7-200ppi”，对 mcgs数据与 plc中的数据进行连接，由于本 次设计中需要的输入口、输出口较多，为满足通道要求，需要增加输入输出口，具体步 骤为：在 plc-西门子 s7-200ppi中选中“设置设备内部属性” ，选择“增加通道” ，根 据本次设计的需要，增加合适的通道值，点击确认。增加通道后如图 6.5所示： 图 6-5 plc 通道数的增加 单击“通道连接” ，将 mcgs中的按钮输入、显示输出与 plc设备中的输入输出口相 联接。如图 6.6所示： 湖南铁道职业技术学院毕业设计 (论文) 28 图 6-6 plc 与 mcgs 的通道连接 然后单击“设备调试 ”就可以在线调试了。若“通信状态标志”为 0则表示通讯正 常，否则 mcgs组态软件和西门子 s7-200plc设备通讯失败。如图所示： 图 6-7 plc 与 mcgs 设备调试 6.2系统运行 当上位机如预定流程作业时，plc 开始向现场发出指令，堆垛机、升降台、 传送带开始由相应电动机带动运行。组态软件开始监控，并将监控画面反馈给 上位机。 6.3数据库设计 使用 step7-micro/win 软件作出如下图所示的 plc 程序（此图片所示为 plc 程序的部 分程序） 。 湖南铁道职业技术学院毕业设计 (论文) 29 图 6-8plc 程序图 图 6-9 i/0分 配表 功能说明 plc 地址 mcgs 地址 按钮 1 i0.0 m0.0 按钮 2 i0.1 m0.1 按钮 3 i0.2 m0.2 按钮 4 i0.3 m0.3 启动按钮 i0.4 m0.4 停止按钮 i0.5 m0.5 取按钮 i0.6 m0.6 存按钮 i0.7 m0.7 库位 1 传感器 i1.1 m1.1 库位 2 传感器 i1.2 m1.2 库位 3 传感器 i1.3 m1.3 库位 4 传感器 i1.4 m1.4 变频器的启停 q0.0 q0.0 变频器的方向 q0.1 q0.1 湖南铁道职业技术学院毕业设计 (论文) 30 小结 本文进行了自动化仓库控制系统模拟设计与仿真的研究，做了以下工作： (1)收集和整理了国内外立体仓库设计方案及监控管理研究现状的资料，分 析了不同立体仓库类型的原理，得出“安全、快适、经济”的升降横移式立体 仓库适合我国现状。 (2)通过对升降横移式立体仓库运行原理的分析，探讨了用可编程控制器 plc实现车库控制系统的基本方法，实现了对 43立体车库模型的控制，对 plc在复杂控制系统中的灵活应用有一定的理论意义和较大的实际价值。 (3)讨论了基于 mcgs对控制系统虚拟仿真的实现，探讨了 mcgs实现仿真的 方法和制作过程，作为仿真技术的应用，该软件较直观、真实体现了仓库的控 制功能，并且为实际中的控制装置(包括软件、硬件)的开发与调试开辟一条经 济、可靠的途径。 湖南铁道职业技术学院毕业设计 (论文) 31 参考文献 1.贾贵礼 昊尚庆， 组态软件控制技术 ，北京理工大学出版社，2007.8 2