立体仓库控制系统的设计

PLC 课 程 设 计 说 明 书 设计题目 自动化立体仓储系统设计 班 级 机械 111 姓 名 XXX 学 号 XXX 指导教师 伟大的王凡老师万岁 学生姓名 陈姊韦 课题 自动化立体仓储系统设计 2 基于 PLC 的自动化立体仓储系统设计 摘要 摘要 随着国民经济的飞速发展 智能仓库必然会在各行各业中得到越来越广泛的 应用 智能仓库系统是现代物流系统的一个重要组成部分 广泛应用于各行各业中 目前 它已经成为企业生产和管理信息化的标志之一 该系统采用 PLC 控制 通过 PLC 输出的脉冲信号来控制步进电机的运行 两者 之间通过步进电机驱动器连接 此外还用到一些传感器 如微动开关和反射式传感 器 此次设计的效果可以改变参数输入 通过模拟生产情况及波动对系统造成的冲 击 从而避免了在理想化状态下系统设计所无法预料的各种因素 对系统的堵塞有 着形象和直观的解决方案 总之 智能仓库因其较小的占地面较佳空间利用率 应用正逐渐普及 为满足 现代化生产和流通的需要 就必须采取以计算机控制主要手段的智能仓库 关键词 关键词 智能仓库 PLC MCGS 江西理工大学应用科学学院 PLC 课程设计 III 目 录 前 言 1 第 1 章 智能仓库 2 1 1智能仓库的概述 2 1 2 智能仓库的的优点及分类 2 第 2 章 系统控制方案的确定 5 2 1 智能仓库系统设计的基本步骤 5 2 2 智能仓库的系统控制方案 6 2 3 智能仓库技术参数的确定 7 第 3 章 硬件设计 8 3 1 控制系统的结构设计 8 3 2 PLC 的选型 8 3 3 PLC 输入输出 I O 的分配 11 第 4 章 智能仓库系统控制软件设计 12 4 1 PLC 梯形图概述 12 4 2 系统流程图 13 4 3 梯形图的设计 13 第 5 章 系统调试 20 5 1 梯形图程序的下载 20 5 2 程序运行 20 第 6 章 MCGS 组态软件设计立体仓库监控 21 6 1 基于 MCGS 仿真实现的意义 21 6 2 MCGS 实现立体仓库工程画面 21 6 3 MCGS 实时数据库的读写实现 25 6 4 MCGS 与 PLC 设备的通信 23 6 5 监视画面的设定与动画的连接 25 6 6 编制控制流程 28 课设总结 30 参考文献 31 附 录 32 江西理工大学应用科学学院 PLC 课程设计 1 前 言 可编程控制器 简称 PLC 或 PC 是一种新型的具有极高可靠性的通用工业自 动化控制装置 它具有控制能力强 可靠性高 配置灵活 编程简单 使用方便 易于扩展等优点 目前 可编程控制器成为工业自动化领域中最重要 应用最多的 控制装置 居工业生产自动化三大支柱 可编程控制器 机器人 计算机辅助设计 与制造 的首位 其应用的深度和广度成为衡量一个国家工业自动化程度高低的标 志 应用 PLC 成为世界的潮流 PLC 将在我国得到更全面的推广应用 随着企业现代化生产规模的不断扩大和深化 使得仓库成为生产物流系统中的 一个重要且不可缺少的环节 智能仓库正以它最小的占地面积和最佳的空间利用率 逐步替代面积利用率极低且陈旧落后的平面仓库 这种替代促使仓储物流业的水平 提高 为满足现代化生产与流通的需要 就必须采用的计算机控制技术为主要手段 组成的智能仓库 智能仓库为现代物流系统的主要设备 是一种多层存放货物的高 层仓库系统 也是 CIMS 的集成环节之一 在 FMS 和 FAS 中占有非常重要的地位 学生姓名 陈姊韦 课题 自动化立体仓储系统设计 2 第 1 章 智能仓库 1 1 智能仓库的概述 智能仓库简称高架仓库 一般是指采用几层 十几层乃至几十层的货架来储存 单元货物 并用相同的搬运设备进行货物入 出库作业的仓库 由于这类仓库能充 分利用空间储存货物 故常形象地将其称为 智能仓库 根据国际自动化仓库会 议的定义 所谓智能仓库就是采用高层货架存放货物 以巷道堆垛起重机为主 结 合入库出库周边设备来进行作业的一种仓库 它把计算机与信息管理和设备控制集 成起来 按照控制指令自动完成货物的存取作业 并对库存货物进行管理 显而易 见它是物流系统的核心之一 并在自动化生产系统中占据了非常重要的地位 20 世 纪 80 年代到 90 年代 智能仓库产品的设计与制造有了很大的发展 全国有几十家 科研单位和生产单位在进行智能仓库的开发 设计 制造 近年来 仓储物流行业 的学术组织定期在国内交流学术经验 针对目前我国智能仓库的设计制造水平 参 照国外标准制定了一系列行业标准 规范 使智能仓库的设计制造进入了规范化发 展阶段 不同的智能仓库 高度 货架形式 通道宽度都和现代化仓库是不同的 仓库 内设备的配置应与仓库的类型相适应 1 2 智能仓库的的优点及分类 1 2 1 智能仓库的优点 智能仓库的优越性是多方面的 主要在以下几个方面 1 提高空间利用率 早期智能仓库构想的基本出发点是提高空间利用率 充分节约有限且昂贵的场 地 在西方有些发达国家提高空间利用率的观点已有更广泛 深刻的含义 节约土 地已与节约能源 保护环境等更多方面联系起来 有些甚至把空间利用率作为考核 仓库系统合理性和先进性的重要指标 仓库空间利用率与其规划紧密相连 一般来 说 智能仓库的空间利用率为普通仓库的 2 5 倍 2 先进的物流系统提高企业生产管理水平 传统的仓库只是货物的储存场所 保存货物是其唯一的功能 属于静态储存 智能仓库采用先进的自动化物料搬运设备 不仅能使货物在仓库内按需要自动存取 而且还可以与仓库以外的生产环节进行有机地连接 并通过计算机管理系统和自动 化物料搬运设备使仓库成为企业物流中的重要环节 企业外购件和自制件进入智能 仓库短时储存是整个生产的一个环节 是为了在指定的时间自动输出到下一道工序 江西理工大学应用科学学院 PLC 课程设计 3 进行生产 从而形成自动化的物流系统环节 属于动态储存 是当今智能仓库发展 的明显技术趋势 以上所述的物流系统又是整个企业生产管理系统 从订货 设计和 规划 计划编制和生产安排 制造 装配 试验以及发运等 的一个子系统 建立物 流系统与企业生产管理系统间的实时连接是目前智能仓库发展的另一个明显技术趋 势 3 加快货物存取 减轻劳动强度 提高生产效率 建立以智能仓库为中心的物流系统 其优越性还表现在智能仓库具有快速的入 出库能力 妥善地将货物存入智能仓库 及时自动地将生产所需零部件和原材料送 达生产线 同时 智能仓库系统减轻了工人综合劳动强度 4 减少库存资金积压 通过对一些大型企业的调查 我们了解到由于历史原因造成管理手段落后 物 资管理零散 使生产管理和生产环节的紧密联系难以到位 为了达到预期的生产能 力和满足生产要求 就必须准备充足的原材料和零部件 这样 库存积压就成为较 大的问题 如何降低库存资金积压和充分满足生产需要 已经成为大型企业面对的 大问题 智能仓库系统是解决这一问题的最有效手段之一 5 现代化企业的标志 现代化企业采用的是集约化大规模生产模式 这就要求生产过程中各环节紧密 相连 成为一个有机整体 要求生产管理科学实用 做到决策科学化 建立智能仓 库系统是其有力的措施之一 由于采用计算机管理和网络技术使企业领导宏观快速 地掌握各种物资信息 且使工程技术人员 生产管理人员和生产技术人员及时了解 库存信息 以便合理安排生产工艺 提高生产效率 国际互联网和企业内部网络更 为企业取得与外界在线连接 突破信息瓶颈 开阔视野及外引内联提供了广阔的空 间和坚实强大的技术支持 以上所述的物流系统又是整个企业生产管理大系统 从订货 必要的设计和规 划 计划编制和生产安排 制造 装配 试验 发运等 的一个子系统 建立物流 系统与企业大系统间的实时连接 是目前自动化高架仓库发展的另一个明显的技术 趋势 现代化企业对管理提出了更高的要求 管理出效益 的思维方式已成为大多数 的现代企业管理者的共识 1 2 2 智能仓库的分类 1 按照智能仓库的高度分类 学生姓名 陈姊韦 课题 自动化立体仓储系统设计 4 1 低层智能仓库 低层智能仓库高度在 5 米以下 主要是在原来老仓库的基 础上进行改建的 是提高原有仓库技术水平的手段 2 中层智能仓库 中层智能仓库的高度在 5 15 米之间 由于中层智能仓库对 建筑以及仓储机械设备的要求不高 造价合理 是目前应用最多的一种仓库 3 高层智能仓库 高层智能仓库的高度在 15 米以上 由于对建筑以及仓储机 械设备的要求太高 安装难度大 应用较少 2 按照货架结构进行分类 1 货格式智能仓库 货格式智能仓库是应用较普遍的智能仓库 它的特点是每 一层货架都由同一尺寸的货格组成 货格开口面向货架之间的通道 堆垛机械在货 架之间的通道内行驶 以完成货物的存取 2 贯通式智能仓库 它又称为流动式货架仓库 这种仓库的货架之间没有间隔 不设通道 货架组合成一个整体 货架纵向贯通 贯通的通道具有一定的坡度 在 每一层货架底部安装滑道 锟道等装置 使货物在自重的作用下 沿着滑道或锟道 从高处向低处运动 3 自动化柜式智能仓库 自动化柜式智能仓库是小型的可以移动的封闭智能仓 库 有柜外壳 控制装置 操作盘 储物箱和传动装置组成 主要特点是封闭性强 小型化和智能化 有很强的保密性 4 条形货架智能仓库 是专门用于存放条形和筒形货物的智能仓库 江西理工大学应用科学学院 PLC 课程设计 5 第 2 章 系统控制方案的确定 2 1 智能仓库系统设计的基本步骤 智能仓库系统设计与调试的主要步骤 如图 1 所示 图 1 智能仓库控制系统结设计步骤 在深入了解和分析智能仓库控制系统的设计过程中主要考虑到以下几点 1 深入了解和分析智能仓库的工艺条件和控制要求 确定课题 研究课题内容 确定方案 查找资料 查找资料 设计原理图根据控制要求确定硬件配置 根据控制要求编写程 序 系统结构的设计 调试程序 记录运行结果并分析 总 结 学生姓名 陈姊韦 课题 自动化立体仓储系统设计 6 2 确定 I O 设备 根据智能仓库控制系统的功能要求确定系统所需要的用户输 入 输出设备 3 根据 I O 口的点数选择合适的 PLC 类型 4 分配 I O 点以及 PLC 的输入输出点 编制输入输出分配表及输入输出端子 的接线图 5 设计智能仓库控制系统的梯形图程序 根据工作要求设计出完整的梯形图程 序 这是整个智能仓库系统设计的核心工作 6 将程序输入 PLC 进行软件测试 查找错误 是系统程序更加完善 7 智能仓库整体调试 在 PLC 软硬件设施和现场施工完成后 就可以进行整 个系统的练级调试 调试中发现的问题可以逐一排除 直到调试成功 2 2 智能仓库的系统控制方案 该智能仓库有九个仓库位 有物品出入口与输出口位 个仓位能自检 其结构 示意图如图 2 所示 图 2 智能仓库系统结构 江西理工大学应用科学学院 PLC 课程设计 7 本课题设计的智能仓库具有一下的功能 1 堆垛机要有三个自由度 即前进 后退 上 下 左 右 2 堆垛机的运动由步进电机驱动 3 堆垛机前进 后退 运动和上 下 运动可以同时进行 4 堆垛机前进 后退和上 下运动时必须有超限位保护 5 每个仓位必须有检测装置 微动开关 当操作有误时会发出错误报警信号 6 当按完仓位号后 没按入或取前 可以按取消键进行取消该操作 7 整个电气控制系统必须设置急停按钮 以防止发生意外情况 2 3 智能仓库技术参数的确定 智能仓库的具体参数如表 1 所示 表 1 智能仓库技术参数 出入货柜台最重物品20Kg 每个仓位的高度4 5CM 仓位的上下距离0 5CM 仓位的平行距0 5CM 仓位的体积4 PLC 电源24V DC 堆垛机电源220V AC 50Hz 学生姓名 陈姊韦 课题 自动化立体仓储系统设计 8 第 3 章 硬件设计 3 1 控制系统的结构设计 本设计是运用 PLC 控制系统来控制智能仓库的运动的方式 能快速的对输入信 号做出反应控制智能仓库 便于检修 3 2 PLC 的选型 3 2 1 PLC 概述 1 PLC 概述 PLC 是由摸仿原继电器控制原理发展起来的 它以存储执行逻辑运算 顺序控 制 定时 计数和运算等操作的指令 并通过数字输入和输出操作 来控制各类机 械或生产过程 用户编制的控制程序表达了生产过程的工艺要求 并事先存入 PLC 的用户程序存储器中 不同型号的 PLC 循环扫描周期在 1 微秒到几十微秒之间 PLC 用梯形图编程 在解算逻辑方面 表现出快速的优点 在微秒量级 解算 1K 逻 辑程序不到 1 毫秒 它把所有的输入都当成开关量来处理 16 位 也有 32 位的 为一个模拟量 大型 PLC 使用另外一个 CPU 来完成模拟量的运算 把计算结果送给 PLC 的控制器 通用 PLC 应用于专用设备时可以认为它就是一个嵌入式控制器 但 PLC 相对一 般嵌入式控制器而方具有更高的可靠性和更好的稳定性 实际工作中碰到的一些用 户原来采用嵌入式控制器 现在正逐步用通用 PLC 或定制 PLC 取代嵌入式控制器 2 PLC 的特点 1 可靠性高 适用于工业现场环境 原因 PLC 在软件和硬件上采取了提高可靠性的一些措施 硬件措施 屏蔽 滤波 电源调整与保护 联锁 模块化结构 环境检测与诊断电路 软件措施 自诊断程 序 故障检测 信息保护与恢复 2 编程简单 使用方便 3 控制程序可变 具有很好的柔性 4 直接带负载能力强 5 接口简单 维护方便 6 功能完善 便于实现机电一体化 7 通信 网络技术趋于标准化 便于实现计算机网络控制 3 2 2 PLC 的选型 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 江西理工大学应用科学学院 PLC 课程设计 9 型 工艺流程的特点和应用的要求是设计选型的主要依据 因此 工程设计选型和 估算时 应分析工艺过程的特点 控制要求 明确控制任务和范围确定所需要的操 作和动作 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 外部设备的特性等 最后选择有较高性价比的 PLC 和设计相应的控制系统 1 输入输出 I O 点数的估算 I O 点数估算适应考虑适当的余量 通常根据统计的输入输出点数 在增加 10 20 的扩展 最终换需要根据制造厂商 PLC 的产品特点 对输入输出点数进行 圆整 根据估算该智能仓库的 I O 口的点数为输入 40 点 输出 21 点 2 存储器容量的估算 存储器容量是 PLC 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容量 设计阶段 由于用 户应用程序还未编制 因此程序容量在设计阶段还是未知的 须在程序调试之后才 知道 为了设计选型时能对程序容量有一定的估算 通常采用存储器容量的估算来 替代 存储器的估算没有固定的公式 许多文献资料上给出了不同的公式 大体上都 是按数字量 I O 点数的 10 15 倍 加上模拟 I O 点数的 100 倍 以此数为内存的总 字数 16 位一个字 另外再按此数的 25 考虑余量 因此该课题的 PLC 内存容量 选择应为能存储 5000 条梯形图 这样才能在以后的改造过程中有足够的空间 3 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 根据该课题设计的需要 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 因此 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 有时也采用专用的智能输入输出单元完成所需要的控制功能 提高 PLC 的处理速度和节省存储器容量 2 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 完成编成后编程器切换到运行模式 CPU 对现场设备进行控制 不能进行编程 离线编程方式可以降低系统的成本 但 使用和调试不方便 在线编程方式 CPU 和编程器有各自的 CPU 主机 CPU 负责 学生姓名 陈姊韦 课题 自动化立体仓储系统设计 10 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 或数据发送到主机上 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 中常采用 3 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 软件诊断分为内诊断和外诊断 通过软件对 PLC 内部的性能和功能 进行诊断是内诊断 通过软件对 PLC 的 CPU 与外部输入输出等部件信息交换功能 进行诊断是外诊断 PLC 的诊断功能的强弱 直接影响对操作和维护人员的技术能力的要求 并影 响平均维修时间 4 PLC 机型的选择 1 PLC 的类型 FX2 系列可编程控制器主机分为 16 24 32 64 80 128 点六档 还有各种输 入和输出扩展单元 这样在增加 I O 点数时不必改变机型 可以通过扩展模块实现 降低了经济投入 该智能仓库的控制系统有输入信号 40 个 输出信号 21 个 其中 外部输入元件包括 检测元件 按钮 取 送 急停 限位开关 超限位保护等等 输出有三个步进电机的正反向 动作指示 错误显示等等 按照上述配置 所选 I O 点应不得低于 61 点 结合实际情况 所选 I O 点为 80 点 2 经济性考虑 选择 PLC 时 应考虑性价比 考虑经济性的同时应考虑其可扩展性 可操作性 投入产出比等因素 来进行比较和兼顾 最终选出比较满意的产品 输入输出点书对价格有直接的影响 当点数增加到某一数值后 相应的存储器 容量相应增加 因此点数的增加对 CPU 选用 存储器容量 控制功能范围等选择都 有影响 在估算和选用时应充分考虑 以便使整个控制系统有较合理的性价比 该 智能仓库属于小型控制系统 结合经济性的考虑选择整体型 PLC 3 3 PLC 输入输出 I O 的分配 根据该智能仓库 PLC 输入输出的控制要求 可以得出 PLC 输入输出 I O 的分配 如表 2 所示 表 2 I O 口分配表 输入输出 江西理工大学应用科学学院 PLC 课程设计 11 注 因 FX2N 没有 X30 所有程序中用 X22 代替 水平限位装置垂直限位装置 以一列为例 堆垛机水平行走电机控制 第一列X1位置 1X11左行Y1 第二列X2 第一层 位置 2X12右行Y2 第三列X3位置 1X13货叉驱动电机控制 原位限点X4 第二层 位置 2X14上升Y3 其他位置 1X15下降Y4 启动X0 第三层 位置 2X16伸出Y5 停止X10货叉限位缩回Y6 复位X20伸出X5 存 取货切换X30缩回X6 下降回原位X7 学生姓名 陈姊韦 课题 自动化立体仓储系统设计 12 第 4 章 智能仓库系统控制软件设计 4 1 PLC 梯形图概述 梯形图是使用的最多的图形编程语言 被称为 PLC 的第一编程语言 梯形图与 电气控制系统的电路图很相似 具有直观易懂的优点 很容易被工厂电气人员掌握 特别适用于开关逻辑控制 梯形图被称为电路或程序梯形图的设计称为编程 PLC 梯形图中的某些编程元件沿用了继电器这一名称 如输入继电器 输出继 电器 内部辅助继电器等 但是它们不是真实的物理继电器 而是一些存储单元 软继电器 每一软继电器与 PLC 存储器中映像寄存器的一个存储单元相对应 该存储单元如果为 1 状态 则表示梯形图中对应软继电器的线圈 通电 其常 开触点接通 常闭触电断开 称这种状态的软继电器的 1 或 ON 状态 如果 该存储单元为 0 状态 对应软继电器的线圈和触点的状态与上述的相反 称该软 继电器为 0 或 OFF 状态 使用中也常将这些 软继电器 成为编程元件 开关量 按电压水平分为 220VAC 110VAC 24VDC 按隔离方式分为 有继电器隔离和晶体管隔离 模拟量 按其精度可分为 12bit 14bit 16bit 等 按信号类型可以分为电流 型 4 20mA 0 20mA 电压型 0 10V 0 5V 10 10V 等 除了上述通用 I O 口外 还有特殊 I O 模块 如热电阻 热电偶 脉冲等模块 梯形图两侧的垂直公共线称为母线 在分析梯形图的逻辑关系时 为了借用继 电气电路图的分析方法 可以想象左右两侧之间有一个左正右负的直流电源电压 母线之间有 能流 从左向右流动 右母线可以不画出 根据梯形图中各个触点的状态和逻辑关系 求出与图中各线圈相对应的编程元 件的状态 称为梯形图的逻辑解算 梯形图中逻辑解算是按从左至右 从上到下的 顺序进行的 解算的结果马上可以被后面的逻辑解算所利用 逻辑解算是根据输入 映像寄存器中的值 而不是根据解算瞬时外部输入触电的状态来进行的 PLC 与电气回路的接口是通过输入输出部分 I O 完成的 I O 模块集成了 PLC 的 I O 电路 其输入暂存器反应输入信号的状态 输出点反应输出锁存器的状 态 输入模块将电信号转变为数字信号进入 PLC 系统 输出模块相反 I O 分为开 关量输入 DI 开关量输出 DO 模拟量输入 AI 模拟量输出 AO 等模块 江西理工大学应用科学学院 PLC 课程设计 13 4 2 系统流程图 根据系统工作过程分析可以得出 该控制系统的流程图如图 3 所示 图 3 系统流程图 4 3 梯形图的设计 PLC 硬件电路连接完毕后 控制功能的完成还要依靠软件程序的运行 两者缺 一不可 该智能仓库的梯形图程序分析如下 4 3 1 初始化主控指令 该段程序主要是用来选择存货取货 如下梯形图所示 学生姓名 陈姊韦 课题 自动化立体仓储系统设计 14 4 3 2 位置检测指令 当 M4 接通开始对各个动作进行检测判断 以便确定正确的位置来完成货物的 存取 如图所示 此时前面主控程序之间的输出开始起作用 其它的动作执行和其 相似 具体情况详见梯形图 江西理工大学应用科学学院 PLC 课程设计 15 学生姓名 陈姊韦 课题 自动化立体仓储系统设计 16 江西理工大学应用科学学院 PLC 课程设计 17 学生姓名 陈姊韦 课题 自动化立体仓储系统设计 18 江西理工大学应用科学学院 PLC 课程设计 19 学生姓名 陈姊韦 课题 自动化立体仓储系统设计 20 第 5 章 系统调试 5 1 梯形图程序的下载 1 要将 GX Developer8 0 中编制好的程序下载到 PLC 必须先进行网络传输设置 先将 PLC 与计算机的串口互连 然后可以进入 传输设置 对话框 进行 FX2n PLC 设备与网络传输参数设定 可以进行 PLC 和计算机的串口通信方式的设定 可 以进行其他网络电的设定 还可以实现通信测试 2 梯形图写入 PLC 单击 在线 PLC 写入 就可以打开 PLC 写入 对话框 进行相关设置 并执行 就可以将 GX Developer8 0 中已编制好的程序写入 PLC 如图 选中要下载到 PLC 的内容 单击 执行 就可以将写好的梯形图程序下载到 PLC 的 CPU 中 5 2 程序运行 带程序全部写入 PLC 之后 首先运用 PLC 的编程软件进行模拟调试 模拟调试 成功后 接上外部接线进行现场调试 在本课题的调试过程中 预先设计的功能和动作都能正常实现 具有较高的可 靠性 维修方便等特点 江西理工大学应用科学学院 PLC 课程设计 21 第 6 章 MCGS 组态软件设计立体仓库监控 6 1 基于 MCGS 仿真实现的意义 利用 MCGS 可视化仿真技术 可以实现满足要求的在仿真界面 能提供一个多角 度 多层次的观察仿真过程 计算机上实现工程的模拟测试和仿真 用户可以根据 需要直接修改各种仿真参数 从而大大降低了开发费和难度 同时可以通过组态仿 真使读者能够设计出更加实用的控制系统 从而可以在较短的时间内 以较少的代 价完成较好的效果 基于 MCGS 组态软件设计的基本步骤可以概括为以下几点 查看资料 组织材料 设计窗口 建立设备管理和构造实时数据库 制作工程动画和动画连接 编写脚本控制流程程序 整体运行 程序调试 6 2 MCGS 实现立体仓库工程画面 MCGS 组态软件所建立的工程由主控窗口 设备窗口 用户窗口 实时数据库窗 口和运行策略五部分构成 每一部分分别进行不同的组态设计 完成不同的工作 具有不同的特性 组成 MCGS 公车各要素间的关系 工程画面的制作是整个工程制作的主要步骤之一 其主要目的是以实际的控制 对象为模板通过绘制和动画功能的设置能够实时模拟系统的运行 它是在用户窗口 中完成 由新建窗口组建 立体仓库画面制作具体步骤如下 1 在 用户窗口 中单击 新建窗口 按钮 建立 窗口 0 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 如图 4 所示 学生姓名 陈姊韦 课题 自动化立体仓储系统设计 22 图 4 画面建立 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 6 3 MCGS 实时数据库的读写实现 6 3 1 MCGS 实时数据库简介 MCGS 用数据对象来表述系统中的实时数据 用对象变量代替传统意义的值变量 我们把用数据库技术管理的所有数据对象的集合称为实时数据库 实时数据库是 MCGS 的核心 是应用系统的数据处理中心 系统各部分均以实时数据库为数据公用 区 进行数据交换 数据处理和实现数据的可视化处理 设备窗口通过设备构件驱 动外部设备 将采集的数据送入实时数据库 由用户窗口组成的图形对象 与实时 数据库中的数据对象建立连接关系 以动画形式实现数据的可视化 运行策略通过 策略构件 对数据进行操作和处理 6 3 2 数据对象的类型 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 开关型 记录开关信号 0 或非 0 的数据对象称为开关型数据对象 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 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 江西理工大学应用科学学院 PLC 课程设计 23 外部设备的模拟量输入输出通道连接 数据对象的数值范围是 负数是从 3 E38 到 1 E 45 正数从 1 E 45 到 3 E38 字符型 字符型数据对象是存放文字信息的单元 用于描述外部对象的状态特 征 其值为多个字符组成的字符串 字符串长度最长可达 64KB 事件型 用来记录和标识某种事件产生或状态改变的时间信息 事件型数据对象 的值是 19 个字符组成的定长字符串 用来保留当前最近一次事件所产生的时刻 年 月 日 时 分 秒 组对象 数据组对象是 MCGS 引入的一种特殊类型的数据对象 类似于一般编程语 言中的数组和结构体 用于把相关的多个数据对象集合在一起 作为一个整体来定 义和处理 6 3 3 立体仓库控制系统数据库的构造 MCGS 中定义的数据对象的作用域是全局的 像通常意义的全局变量一样 数据 对象的各个属性在整个运行过程中都保持有效 系统中的其它部分都能对实时数据 库中的数据对象进行操作处理 而数据对象是实时数据库的基本单元 构造实时数 据库的过程 就是定义数据对象的过程 通过对 2 3 立体仓库工作要求的分析 要实现对仓库控制系统的仿真我们需要以下 实时数据库及数据对象 如下图 5 所示 图 5 立体仓库部分实时数据库 6 4 MCGS 与 PLC 设备的通信 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 学生姓名 陈姊韦 课题 自动化立体仓储系统设计 24 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 MCGS 设备驱动分类方法 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 PLC 与 MCGS 的通道连接 江西理工大学应用科学学院 PLC 课程设计 25 图 6 PLC 与 MCGS 设备调试 6 5 监视画面的设定与动画的连接 由图形对象搭制而成的图形画面是静止不动的 需要对这些图形对象进行动画 设计 真实地描述外界对象的状态变化 达到过程实时监控的目的 MCGS 实现图形动画设计的主要方法是将用户窗口中图形对象与实时数据库中的 数据对象建立相关性连接 并设置相应的动画属性 在系统运行过程中 图形对象 的外观和状态特征 由数据对象的实时采集值驱动 从而实现了图形的动画效果 本立体仓库的制作的动画效果部分包括 1 库位的库存情况 例如选择库位号并双击 出现属性设置 选择 颜色动画连接 中的 填充颜色 则出现如图所示 在其表达式的 中选择需要的实时数据库 作为表达式 并使其与库位号库位 1 传感器建立连接 并添加填充颜色连接 将 0 对应的颜色改为黄色 即指示灯没指示时的颜色 再次单击 增加 按钮 将 1 对 应的颜色改为红色 即指示灯有指示时的颜色 如图 7 所示 学生姓名 陈姊韦 课题 自动化立体仓储系统设计 26 图 7 数据对象填充颜色设置 2 按钮的开关的设置 添加数据对象 启动 停止 设置基本属性 并设置好操作 属性 本开关设置为 按 1 松 0 特别要注意的是连接已经建立好的所需要的数据 对象 如图 8 所示 图 8 构件的属性设置 江西理工大学应用科学学院 PLC 课程设计 27 3 指示灯的颜色变化 以堆垛机左移指示灯为例 双击组态画面中的堆垛机左移指 示灯 选中属性设置中的 可见度 使其与相应数据对象进行连接 在 表达式非 零时 框中选择对应图符可见 即表达式 1 时 指示灯可见 属性设置 可见度设置 学生姓名 陈姊韦 课题 自动化立体仓储系统设计 28 6 6 编制控制流程 6 6 1 脚本程序的简介 脚本程序是组态软件中的一种内置编程语言引擎 当某些控制和计算任务通过 常规组态方法难以实现时 通过使用脚本语言 能够增强整个系统的灵活性 解决 其常规组态方法难以解决的问题 MCGS 脚本程序为有效地编制各种特定的流程控制程序和操作处理程序提供了方便的 途径 它被封装在一个功能构件里 称为脚本程序功能构件 在后台由独立的线程 来运行和处理 能够避免由于单个脚本程序的错误而导致整个系统的瘫痪 在 MCGS 中 脚本语言是一种语法上类似 Basic 的编程语言 可以应用在运行策 略中 把整个脚本程序作为一个策略功能块执行 也可以在菜单组态中作为菜单的 一个辅助功能运行 更常见的用法是应用在动画界面的事件中 MCGS 引入的事件驱 动机制 与 VB 或 VC 中的事件驱动机制类似 比如 对用户窗口 有装载 卸载事 件 对窗口中的控件 有鼠标单击事件 键盘按键事件等等 这些事件发生时 就 会触发一个脚本程序 执行脚本程序中的操作 6 6 2 立体仓库脚本程序的编制 由于 MCGS 脚本程序是为了实现某些多分支流程的控制及操作处理 因此包括了 几种最简单的语句 赋值语句 条件语句 退出语句和注释语句 同时 为了提供 一些高级的循环和遍历功能 还提供了循环语句 所有的脚本程序都可由这五种语 句组成 当需要在一个程序行中包含多条语句时 各条语句之间须用 分开 程序行也可以是没有任何语句的空行 大多数情况下 一个程序行只包含一条语句 赋值程序行中根据需要可在一行上放置多条语句 用比较多的是条件语句 江西理工大学应用科学学院 PLC 课程设计 29 7 心得体会 通过这次两周的设计实践 我学会了 plc 的基本编程方法 对 plc 的工作原理 和使用方法也有了更深刻的理解 在对理论的运用中 提高了我们的工程素质 在 没有做实践设计以前 我们对知道的撑握都是理论上的 对一些细节不加重视 当 我们把自己想出来的程序用到 plc 中的时候 问题出现了 不是不能运行 就是运 行的结果和要求的结果不相符合 能过解决一个个在调试中出现的问题 我们对 plc 的理解得到加强 看到了实践与理论的差距 通过合作 我们的合作意识得到加强 合作能力得到提高 上大学后 很多同 学都没有过深入的交流 在设计的过程中 我们用了分工与合作的方式 每个人互 责一定的部分 同时在一定的阶段共同讨论 以解决分工中个人不能解决的问题 在交流中大家积极发言和提出意见 同时我们还向别的同学请教 在此过程中 每 个人都想自己的方案得到实现 积极向同学说明自己的想法 能过比较选出最好的 方案 在这过程也提高了我们的表达能力 虽然本次课程设计是要求自己独立完成 但是 彼此还是脱离不了集体的力量 遇到问题和同学互相讨论交流 多和同学讨论 我们在做课程设计的过程中要不停 的讨论问题 这样我们可以尽可能的统一思想 就不会使自己在做的过程中没有方 向 并且也是为了方便最后设计和在一起 讨论不仅是一些思想的问题 还可以深 入的讨论一些技术上的问题 这样可以使自己的处理问题要快一些 少走弯路 多 改变自己设计的方法 在设计的过程中最好要不停的改善自己解决问题的方法 这 样可以方便自己解决问题 最后 谢谢老师的指导 让我有更多的动力来学习专业课 学生姓名 陈姊韦 课题 自动化立体仓储系统设计 30 8 参考文献 1 1 郁汉琪 可编程控制器原理及应用 第二版 中国电力出版社出版社 2010 年 3 月第 2 版 2 2 王卫兵 宋欣 刘宏洋 谢怡宁 可编程序控制器原理及应用 北京 机械工 业出版社 2009 8 3 3 董锦凤 毕业设计指导 西安 西安电子科技大学出版社 2005 2 高职高 专系列规划教材 4 4 贾德胜 PLC 应用开发实用子程序 北京 人民邮电出版社 2006 1 5 5 郭艳萍 电气控制与 PLC 技术 北京 北京师范大学出版社 2007 2 2008 7 重印 6 6 孙政顺 曹京生 PLC 技术 北京 高等教育出版社 2005 7 7 严盈富 PLC 入门 北京 人民邮电出版社 2005 江西理工大学应用科学学院 PLC 课程设计 31 9 附 录 指令表 0 LD M4 1 ANDF X011 3 LD M5 4 ANDF X012 6 ORB 7 OR M12 8 OR M22 9 OR M32 10 ANI X022 11 ANI X000 12 ANI X010 13 MPS 14 ANI X002 15 ANI X003 16 OUT M12 17 MRD 18 AND M11 19 ANI X003 20 OUT M22 21 MPP 22 AND M13 23 OUT M32 24 LD M4 25 ANDF X013 27 LD M5 28 ANDF X014 30 ORB 31 OR M14 学生姓名 陈姊韦 课题 自动化立体仓储系统设计 32 32 OR M24 33 OR M34 34 ANI X022 35 ANI X000 36 ANI X010 37 MPS 38 ANI X002 39 ANI X003 40 OUT M14 41 MRD 42 AND M11 43 ANI X003 44 OUT M24 45 MPP 46 AND M13 47 OUT M34 48 LD M4 49 ANDF X015 51 LD M5 52 ANDF X016 54 ORB 55 OR M16 56 OR M26 57 OR M36 58 ANI X022 59 ANI X000 60 MPS 61 ANI X002 62 ANI X003 63 OUT M16 64 MRD 江西理工大学应用科学学院 PLC 课程设计 33 65 AND M11 66 ANI X003 67 OUT M26 68 MPP 69 AND M13 70 OUT M36 71 LDF X015 73 OR M1 74 ANI X022 75 ANI X000 76 OUT M1 77 LD X002 78 ANDF X016 80 OR M2 81 ANI X022 82 ANI X000 83 OUT M2 84 LD Y003 85 OR M3 86 ANI X005 87 ANI X000 88 ANI X022 89 OUT M3 90 LD X022 91 OR M4 92 ANI X010 93 OUT M4 94 LD X000 95 OR M5 96 ANI X022 97 OUT M5 学生姓名 陈姊韦 课题 自动化立体仓储系统设计 34 98 LD X005 99 LD M6 100 LDI X011 101 OR M12 102 OR M22 103 OR M32 104 ANB 105 LDI X013 106 OR M14 107 OR M24 108 OR M34 109 ANB 110 LDI X015 111 OR M16 112 OR M26 113 OR M36 114 ANB 115 ORB 116 ANI X022 117 ANI X000 118 ANI X004 119 AND M4 120 OUT M6 121 LD X012 122 OR M7 123 ANI X004 124 OUT M7 12