立体仓库的PLC控制系统

毕业设计规范论文题目：立体仓库的可编程控制器控制系统作者姓名：班级编号：系：机电工程系专业：机电一体化教员：张俊霞2011年4月8日目录摘要2导言31.1设计背景和研究意义.32.2本课题的设计内容.2.系统控制方案的确定42.1自动存储和检索系统控制器的介绍.42.2利用可编程控制器控制立体仓库的优势2.3系统控制要求方案2.4系统设计的基本步骤53.系统硬件设计53.1系统硬件组成53.2可编程逻辑控制器的选择73.3可编程逻辑控制器输入和输出分配表83.4控制结构示意图94.系统软件设计104.1编程语言介绍104.2编程软件介绍步骤7 104，3系统软件流程图114.4梯形图12的设计5.系统的调试和结束125.1梯形图程序12的下载5.2程序运行和调试结果.145.3结论14谢谢.15参考文献16附录A 17摘要随着国民经济的快速发展，自动化仓库已经广泛应用于各行各业。本设计是以西门子S7-200系列可编程控制器为核心控制元件的小型自动化仓库。该设计采用专用键盘作为人机界面组件，有手动和自动两种操作模式。它可以根据用户的要求在人和机器之间交换信息。通过控制步进电机等部件，可以实现3*4仓库的“取货”或“盘点”功能。关键词：立体仓库，可编程控制器，西门子S7-2001.介绍1.1本课题的设计背景立体仓库的出现和发展是第二次世界大战后生产和技术发展的结果。20世纪50年代初，美国出现了一个带有桥式堆垛起重机的三维仓库。20世纪50年代末60年代初，出现了一个由司机操作的立体立体仓库。1963年，美国率先在高架仓库中采用计算机控制技术，并建立了第一个计算机控制的三维仓库。此后，自动化立体仓库在美国和欧洲发展迅速，并形成了专门的学科。1973年，中国开始开发第一个计算机控制的自动化立体仓库，并于1980年投入使用。目前，国外自动化立体仓库采用扫描技术来提高信息的传输速度和准确性：利用射频数据通信技术，可以在装卸工具和中央计算机之间快速进行数据采集、处理和交换，使货物能够快速、实时、可靠、准确地存取和发送信息。随着社会的发展，自动化仓库的应用范围越来越广。目前，在我国，自动化仓库主要用于机械、冶金、化工、航空航天、电子、医药、食品加工、烟草、印刷、配送中心、机场、港口等。1.2本研究的意义自动化仓库已经广泛应用于各行各业。PLC仓库设计在节约土地资源和劳动力方面发挥着不可替代的作用。作为工业自动化三大支柱的重要组成部分，PLC因其可靠性高、抗干扰能力强、设计安装方便等优点，被广泛应用于自动化控制的各个领域。PLC控制系统能很好地完成立体仓库的控制，有利于自动化。因此，立体仓库PLC控制系统的设计可以促进机械手行业的发展，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价值。1.3本课题的设计内容本设计以西门子S7_200系列控制器为控制核心，实现12仓立体仓库的入库和出库功能。立体仓库的主体由四部分组成，即底盘、四层十二仓仓仓体、运动机械和电气控制。电气控制部分由西门子公司生产的S7_200可编程控制器、步进电机驱动器、各种位置电磁传感器和一些低压电气元件组成。控制核心采用S7_200型可编程控制器。采集输入端口信号后，完成各种逻辑控制和数据计算。然后它通过输出端口完成电机运动和各种信号的现实。系统应能实现手动和自动工作模式，设备可通过键盘控制。2.控制系统方案的确定2.1自动存储和检索的介绍自动化仓库是一种集机电控制、强电流控制和弱电控制于一体的产品。它主要由三大系统组成：货物储存系统、货物储存和交付系统以及控制和管理系统。货物存储系统由三维货架(托盘或集装箱)组成。货架按照行、列和层组合成一个散装仓库存储系统。货物储运系统承担货物储运功能，由轨道式或无轨式堆垛机、储运输送机、装卸机械等组成。自动化立体仓库根据不同情况采用不同的控制方法：有些仓库只采用单一的可编程控制器控制存取堆垛机和出入库输送机，机器之间没有连接；一些仓库对每台机器进行联网控制。更先进的自动化立体仓库的控制系统采用集中控制、分散控制和分散控制，即控制系统由管理计算机、中央控制计算机、堆垛机、可编程控制器等组成，由仓储和配送直接控制。2.2系统控制需求方案立体仓库有12个位置和一个入口(0号位置)，可以手动和自动控制。在手动条件下，st1.打开电源，将选择开关置于手动位置，分别按、，然后观察各个方向的运动。小车在高强度丝杠上平稳运行，接近极限位置时进行极限保护。2.将选择开关置于自动位置。当开关通电时，所有机构将复位，即回到零。立体仓库的坐标定位从零开始。3.发货时，选择要发货的货位号，按下货位号对应的按钮，控制面板数码管显示货位号。按下交货按钮后，货物将自动交付至指定货位编号对应的仓库货位。如果有货物在指定的位置编号，交货单将不被执行。交货后，汽车将自动回到原来的位置。4.提货时，选择要提货的货位号后，会显示在控制面板的数码管中。按下取货按钮后，货物可以自动取出。如果车内有货物，将不会执行取走货物的命令。安装联锁开关是为了拾取和运送货物，以防止故障。5.提货和发货订单完成后，组织将自动返回其原始位置。6.整个电气控制系统必须配备紧急停止按钮，以防止事故。2.4系统设计的基本步骤立体仓库控制系统的设计过程中应考虑以下几点：1.透彻理解和分析立体仓库的技术条件和控制要求。2.识别输入/输出设备。根据立体仓库控制系统的功能需求，确定系统所需的用户输入输出设备。3.根据输入输出点选择合适的可编程逻辑控制器类型。4.分配输入输出点，分配可编程逻辑控制器的输入输出点，编制输入输出分配表或输入输出端子接线图。5.设计立体仓库系统的梯形图程序，并根据工作需要设计一个完整的梯形图程序，是整个立体仓库系统设计的核心工作。6.将程序输入到可编程控制器进行软件测试，以发现错误并改进系统程序。7.在完成PLC软硬件设计和现场施工后，可以对整个系统进行在线调试。调试中发现的问题应逐一排除，直至调试成功。3.系统硬件设计3.1系统硬件组成立体仓库的主体由四部分组成：底盘、四层十二仓仓仓体、运动机械和电气控制。机械部分由滚珠丝杠、滑杆、普通丝杠等机械部件组成。关键部分是堆垛机，它由三部分组成：水平运动，垂直运动和叉延伸机构。水平和垂直运动分别由两个步进电机驱动滚珠丝杠完成，滚珠丝杠的两端各有一个限位开关保护。当堆垛机遇到相应的限位开关时，它会自动停止移动。叉延伸机构由DC马达控制。它分为上层和下层。上层是一个托盘，可以前后伸缩。下层装有螺杆等传动机构。当堆垛机平台移动到货架的指定位置时，叉延伸机构电机驱动托盘向前延伸以取出或进给货物，当拾取的货物或货物已经进给时，叉延伸机构电机向后缩回。电气控制由西门子公司生产的S7_200系列可编程控制器、步进电机驱动电源模块、开关电源、位置传感器等设备组成。职位安排如下：123410 11 12789650系统控制面板如下：3.2输入输出设备介绍1.步进电机及其驱动简介步进电机是一种特殊的执行电机，它将电脉冲信号转换成相应的角位移或线位移。每次输入电脉冲信号，电机就会旋转一个角度。它的运动方式是步进，所以被称为步进电机。常用的步进电机包括反应式步进电机、永磁步进电机、混合式步进电机和单相步进电机。其时序为正脉冲序列中的AABBBCCCA，反脉冲序列中的CACBCBABA。根据定时周期输入可以通过软件控制来实现。当以与正向旋转定时相反的顺序输入定时输入时，可以实现步进电机的反向旋转。步进电机需要特殊的驱动装置(驱动器)来供电。驱动器和步进电机是一个有机的整体。步进电机的运行性能是电机及其驱动器共同作用的综合效果。步进电机驱动器的功能是从控制器(PLC)接收一定数量和频率的脉冲信号和电机旋转方向的信号，并为步进电机输出三相功率脉冲信号。在实际应用中，通过可编程控制器控制输入步进电机驱动器的脉冲数，可以精确控制电机的旋转角度，从而实现精确定位。电机的旋转方向由特殊的旋转方向信号控制。2.数字显示部分由于可编程控制器的输入输出点直接决定其价格，在实现更多功能的基础上，为了降低成本，编程的基本原则是尽量减少输入输出点。数码管的显示部分可以由可编程控制器直接驱动，而SEG可以将数字转换成七段代码后输出。在本设计中，BCD码显示管可以节省8个输出端口。I_BCD转换指令用于将整数转换为BCD码，然后从QB1输出，以达到显示效果。3.其他输入和输出设备其他输入设备主要是各种开关、按钮和各种检测设备等。输出设备除了电机和数字显示部分之外，还包括状态显示部分。3.2可编程逻辑控制器的选择在PLC系统的设计中，首先要确定控制方案，其次是PLC工程设计的选择。可编程逻辑控制器的选择需要注意：1.输入电源电压：24伏直流电或220伏交流电。根据电源系统电压选择。一般来说，不建议直接从电源上取电。最好用隔离变压器将电源与控制电源隔离，并采取滤波等抗干扰措施。这种设计使用24V DC。2.输入输出点：所谓输入输出点是指整个控制系统所需的可编程控制器的输入点和输出点的数量。当然，一般来说，整个系统计划是预先设计好的，然后计算出所有输入输出点的数量。如果计划是第一次设计，建议保留积分。据估计，该设计需要36个输入端口和18个输出端口。3.输出接触型：继电器输出型或晶体管输出型。输出触点类型根据电源电压和受控致动器的功率来确定。如果需要高速脉冲输出来控制系统中的步进电机或伺服系统，必须选择晶体管输出类型。由于步进电机控制，本设计选择晶体管输出类型。西门子S7系列可编程控制器体积小、速度快、标准化、可网络通信、功能强、可靠性高。S7系列可编程控制器产品可分为微型可编程控制器(如S7-200)、具有小规模性能要求的可编程控制器(如S7-300)和具有中高性能要求的可编程控制器(如S7-400)等。S7系列可编程控制器有一个特殊的高速脉冲输出端，可以方便地控制步进电机。根据控制功能的要求，选择微型可编程控制器。S7_200系列可编程控制器的主机分为10、14、24、40点四档，并有各种输入输出扩展单元。因此，当输入输出点增加时，机器类型不需要改变，而是可以通过扩展模块来实现，从而降低了经济投资。本课题设计的立体仓库控制系统有40个输入信号和18个输出信号。所选输入输出点不得少于58点。考虑到实际情况，中央处理器226有40个点3.