基于PLC的立体仓库堆垛机监控系统设计论文

84/94摘要在现代的物流仓储系统中，自动化立体仓库应用日益广泛。而堆垛机性能的优劣，对整个立体库的正常运行起着重要的作用。在自动化立体仓库中设计出造价低廉、工作可靠的堆垛机替代原有仓库的操纵和治理，能更加适应某些中小企业要求投资少见效快的目标。本论文就实现这一目标的堆垛机操纵系统进行了设计。本文详细阐述了本操纵系统的设计思想，以及整个系统的硬件实现和软件设计。本文所述系统采纳先进的PLC操纵器操纵，变频器驱动的闭环交流伺服系统。采纳光电传感器检测堆垛机位置，分析了堆垛机的工作过程，并研究了堆垛机运动制、认址检测方式，实现了堆垛机的定位方案。采纳S7-200PLC对堆垛机系统进行操纵，并给出关键部分的程序。为了监控和治理立体仓库的运行状态，利用组态王软件对立体仓库的运行情况设计了一个实时监控系统。该系统能对现场数据进行采集处理，治理人员只要通过运行监控系统就能够实时监控立体仓库的工作状态，保证了正常运作，对出现的问题作出及时的推断和处理。关键字：自动化立体仓库；堆垛机；PLC；组态

AbstractInmodemlogisticswarehousingsystems，automatedstorageisincreasinglywidespread．Performanceofthestackerplaysanimportantrole．Newstackerwhichislowcostandreliablereplacetheoriginalcontrolandmanagementoftheautomatedstorage．Thenewstackercanbebetteradaptedtotherequirementsoflowinvestmentandsomesmallormedium-sizedquickgoals．Thispaperelaboratedonthedesignofthesystemofcontrol,aswellastheimplementationofthesystem,shardwareandthedesignofthesoftware.Inthispaperitisusedthatthemodemclosed-loopACservo-systemcontrolledbyPLCandtransducer.Light-electricitysensorsareusedtomeasuredisplacementofthehaystacker．Theyareanalyzed，whichincludeworkprocess，thewayofrecognizingthesiteandtherunningcontrolinthehaystackersystem.theS7-200PLCisusedtothemicro-controllerintheautomatedstorage,andgivesakeypartoftheprogram.Inordertomonitorandmanagetheoperationoftridimensionalwarehousestatus，withtheinputofconfigurationsoftwarefortheoperationoftridimensionalwarehousehasareal．timemonitoringsystem．Thesystemiscapableofon-sitedatacollectionandprocessing，theoperatorcouldlaunchthemonitoringsystemtogetareal-timeupdatesoftheworkingstatusofthewarehouse，toensureasafeoperationandimmediateerrorshootingandcorrectiontreatment．KeyWords:theautomationstereoscopicwarehouse;stacker;PLC;Kingview目录TOC\o"1-3"\h\u30404摘要 I24367第1章绪论 15081.1研究背景 19891.2国内外研究现状和进展趋势 210361.2.1自动化立体仓库的进展 2255881.2.2堆垛机的进展 233431.3课题研究的意义 2145211.4研究的要紧内容 331867第2章自动化立体仓库总体方案 4271122.1立体仓库的概况 442762.1.1电控系统设计依据 6172872.1.2立体仓库的电控系统结构图 661642.2系统结构形式的选择 7274692.2.1PLC的选择 7305142.2.2S7-200系列PLC概述 867242.2.3CPU型号选择 857512.2.4PLC模块选型 911762.2.5通信方案的确立 1164612.3堆垛机的位置操纵 11267912.3.1定位操纵 1248792.3.2认址检测方式 12183862.3.3认址方式确认 13214462.3.4堆垛机速度曲线分析 1578442.3.5安全传感器的选用 15270202.3.6安全爱护 16243822.4堆垛机闭环操纵系统 17123112.5堆垛机变频调速系统 17184842.5.1变频器的概述 18160202.5.2变频调速技术的优点 18172122.5.3变频器的差不多结构 18210222.6元器件的选型 2046962.7本章小结 21181第3章仓库操纵系统的软件设计 2219013.1可编程操纵器PLC 2284573.1.1PLC的定义 2285393.1.2PLC的进展 22301113.1.3PLC的编程语言 227923.2PLC操纵系统总体设计 23240843.3PLC输入输出点分配 2372563.4堆垛机操纵程序设计 23101283.4.1堆垛机运行操纵 26227323.4本章小结 337583第4章立体仓库组态监控系统设计 3446054.1组态王软件的设概述 34181914.1.1组态和组态软件 3485194.1.2组态王6.53软件 34221484.1.3组态王的要紧功能与实现 3567984.2组态监控系统的设计 35217254.2.1定义设备 36157674.2.2建立工程 36316554.2.3画面设计 38233414.2.4构建数据库变量 40102814.2.5建立动画连接 4152474.3监控系统的完善 42214554.4本章小结 4320056结论 449475致谢 4516156要紧参考文献 46第1章绪论1.1研究背景随着经济和现代科技的不断进展，物流已由最初概念的形成，进展和不断完善；在全球迅速成长为具有无限潜力和进展的新型服务行业。现代物流业进展水平是衡量一个国家综合国力的重要标志，正日益受到各国的重视。因此，加快进展现代物流业，对拓展新的经济增长空间，提高都市经济国际化、信息化、市场水平具有十分重要的意义[1]。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重要且不可缺少的环节。自动化立体仓库因为它的六大优点：（1）储存量大，占地面积小；（2）可迅速方便的进行物资的入、出库作业；（3）便于实现仓库的机械化、自动化，已而能够节约劳动力，减轻劳动强度，提高入、出库的作业效率和仓库周转能力；（4）提高了仓库治理的准确性和快速性，从而相对减少了物资库存量，减少了库存占有资金；（5）缩短了交货时刻，增加了操作的安全性，减少了物资的损坏率，提高了服务质量；（6）提高了整个工厂治理和生产效率，正在逐步替代面积利用率极低且陈旧落后的平面仓库，这种替代促使仓库物流业的水平提高[2]。自动化立体仓库不管在运转，依旧在治理上都显示出高效性、打算性和便利性，库容库貌也得到改善，因此，自动化立体仓库目前正被越来越多的企业所重视。自动化立体仓库自从五十年代首次出现以来，由于它所具有的无比优越性，因此得到了迅速的推广、应用与进展，现在自动化立体仓库差不多成为现代物资存取技术与自动化技术相结合的高新技术产物，是物流自动化的显著标志之一；是现代化生产的必定产物。自动化技术与计算机技术的迅速进展为仓库的自动化提供了可能和有利条件。目前，美国、日本、德国和英国是世界上拥有自动仓库最多的国家。我国自动化仓库起步比较晚，于七十年代后期开始建立自动化仓库；但在当时的进展却相当缓慢。自八十年代我国进行改革开放过渡为市场经济以来，国民经济迅速增长，科学技术也得到了突飞猛进的进展。与工业增长相应的自动化仓库的应用也取得了长足的进展，但在数量和技术上同发达国家相比仍然有较大的差距。因此大力进展我国的自动化仓库是提高企业生产能力，进展国民经济的一个重要方面。为满足现代生产与物流的需要，就必须采纳计算机操纵技术为要紧手段组成的自动化立体仓库。自动化立体仓库制造业在国外差不多进展成为一个新兴的高科技产业；取得了可观的经济效益。而我国对该课题的研究起步比较晚，尤其缺少对物流信息论和仓库堆垛机监控系统的设计理论研究；使目前的自动化仓库不能实现物流信息化，大大降低了操作效率，产品高投入、低运行速度和低效率的状态。1.2国内外研究现状和进展趋势1.2.1自动化立体仓库的进展自上世纪六十年代以来，美日欧等国家和地区设计和投入使用的立体仓库越来越多，立体仓储技术已成为一门新兴的学科。据不完全统计，美国有各种类型的自动化立体仓库20000多座；日本有38000多座；德国有10000多座；英国有4000多座；前苏联有1500多座。堆垛机是自动化立体仓库的要紧作业机械，担负着出库、进库、盘库等任务是自动化立体仓库的核心部件，自动化立体仓库的进展确实是以堆垛机的进展为要紧标志的。目前巷道式堆垛机为要紧进展方向[3]。我国对自动化立体仓库及其物资搬运设备的研制开始并不晚，1963年研制成第一台桥式堆垛机起重机。1973年开始研制我国第一座有计算机操纵的自动化立体仓库（高15米，机械部起重所负责），该库1980年投入运行，由北京机械工业自动化研究所等单位研制成我国第一座自动化立体仓库，并在北京汽车制造厂投产[4]。从此以后，立体仓库在我国得到了迅速的进展。拒不完全统计，目前我国已建成的立体仓库近300个，其中全自动化的立体仓库有30多个。目前我国建设的自动化立体仓库规模越来越大，平均货位数在一万个左右，高度均在20米以上,系统更加复杂，设备数量越来越多应用领域越来越广。近些年我国自动化立体仓库技术进展专门快，已实现了与其它信息决策系统的集成，并正在做智能操纵和模糊操纵的研究所工作。尽管如此，我国自动化立体仓库的仓储系统还需要进一步进展，我国的自动化立体仓库与国外发达国家相比，不管是从数量依旧从建设水平上都有着比较大的差距。1.2.2堆垛机的进展初期的立体仓库使用的堆垛机以桥式起重机为基础，这种堆垛机是从起重机的大梁上悬挂一个门架，利用门架的上下和旋转来搬运物资。1960年左右在美国出现了巷道式堆垛机，随后巷道式堆垛机逐渐替代了受重量和跨度限制的桥式堆垛机。1967年日本安装了高度20～25米的高层堆垛机，1969年出现了联机全自动化仓库，1973年建成了世界上第一座40℃的极低温用于贮藏生鲜食品的自动化冷藏库，解决了低温条件下堆垛机的可靠性和技术方面的问题，巷道式堆垛机随之逐渐的取代了桥式起重机[5,6]。我国是在上世纪70年代初期开始研究采纳巷道式堆垛机的立体仓库。目前的堆垛机技术取得了重大的进展，操纵技术、定位精度、运行速度都得到了专门大程度的提高。巷道式堆垛机的起升速度差不多能够达到90m/min，运行速度达到240m/min，在有的立体仓库中采纳上、下两层分不用巷道堆垛机进行搬运作业的方法提高出入库能力。1.3课题研究的意义随着我国加入WTO，加快了经济全球化的进程，近一步促进了物资流通；物资储运发送量越来越大。能够预测，今后市场对仓储物流设备的需求量将有更大幅度的增长，而且将在存取率、自动化程度、信息化程度等方面提出更高的要求[7]。在立体仓库中，堆垛机是自动化立体仓库中最要紧的作业机械设备，是输送系统的核心设备，决定着整个出入库是否能流畅运行的关键，它的合理的速度操纵、精确的定位设计以及优良的故障诊断系统是实现堆垛机高效率、高准确度、高安全性运行的重要因素。在减小输送系统的“瓶颈”效应提高自动化立体仓库的整体运行效率有重要的意义[8]。依照市场预测，传统技术制造的20世纪70年代水平的堆垛机逐步将被淘汰，而高速度、高科技含量的新型堆垛机将迅速占据市场。我国堆垛机综合性能亟待改善。依照物流设备进展趋势，针对近几年用户的反映，结合国内外现状及进展情况等有关情报资料分析，找出我们存在的要紧差距要紧体现在运行速度、提升速度、叉货速速、平稳性及认址精度。国内堆垛机的运行速速要求达160～200m/min以上，运行平稳可靠、认址准确、起动制动灵敏等综合性能的提高，需要多项技术的创新和改进，更需要新技术的支持[9]。相信通过我们的不懈努力，在使用堆垛机具有更高定位精度的同时，提高运行速度，以获得专门短的操作和更大的生产能力。更加高速、安全、可靠的堆垛机将不断从国外引进消化到国内，使有轨巷道堆垛机进展到一个新时期。基于上述情况，对堆垛机的操纵方式研究具有一定的实际意义。1.4研究的要紧内容将基于以后立体仓库进展的要求，立足于工作循环周期短、换速平稳、停准精确，结合现代计算机技术、通信技术、自动操纵等技术，着重研究立体仓库堆垛机行走系统的自动寻址、精确定位、速度调节及操纵。基于组态软件的监控系统开发，包括以下要紧内容：配合使用较为成熟的中低档型PLC－S7200，使整个堆垛机的操纵即在性能上满足设计要求，又符合企业低造价的要求：⑴依照立体自动仓库的操纵要求与相关参数，从可靠性、停准精度、系统成本等方面动身，得出适应立体仓库的电控系统的结构。⑵对堆垛机在水平与垂直方向上运行时进行速度操纵，改善了堆垛机的动态性能。并在应用新定位方式的基础上，采纳闭环速度操纵方案，并解决新方案中的硬件配置问题。⑶编制PLC程序并调试。⑷在监控系统中，研究的内容包括：组态软件监控界面的建立；实时反映执行机构的运行情况及货位的储存情况；对执行机构实时操纵。第2章自动化立体仓库总体方案整个立体仓库的设计方案包括监控层现场操纵层部分。本章要紧阐述的系统的整体结构及相应的硬件设计方案。2.1立体仓库的概况本设计系统为立体仓库取送货系统。该系统有3个巷道，每巷道分左右两排架，每架30列，10层。叉车与堆垛机的区不：叉车能够满地跑，进行垂直和水平运输作业，一般人工操作。堆垛机只能固定在巷道里运行，进行水平和垂直运输作业，一般自动操纵。而本次设计的自动化立体仓库使用高层货架存储物资，物资被分成若干排，每排货架为一组，其间留有一条巷道供堆垛机或其他存取物资装备作业。每排货架又分若干列，若干层，形成大量货格，用以存储物资。在操纵上由计算机系统集中操纵，具有方便存储，任意取货的优点，起关键技术确实是堆垛机自动行走的定位技术。因此对一个自动化立体仓库进行取货送货作业，小车在固定巷道里运行进行垂直和水平作业，因此仓库内选用堆垛机。图2-1为堆垛机的要紧结构图，展现了仓库的情况。图2-1仓库实物图堆垛机是自动化立体仓库系统的重要组成部分，它是整个系统的执行部件，存货时将物资从出入货台准确的存放到货位里，取货时将物资从货位中取回到出入货台。不管何种类型的堆垛机，一般都由水平行走机构、起升机构、载货台及货叉机构、机架和电气设备等差不多部分组成。它是在所谓高层、高速、高密度储藏的概念下的产物。尽管各厂家各有独创，结构形式有些差异，但能够讲大同小异，所有的堆垛机都不外乎由机架、载货台、伸缩货叉、轨道和操纵系统等部分组成。按现行机械行业标准，有轨巷道式堆垛机分类方式专门多，如按支承方式、用途、操纵方式、结构、运行轨迹等分类。不管何种类型的堆垛机一般都由水平行走机构、起升机构、载货台及货叉机构、机架和电气设备等差不多部分组成，如图2-2堆垛机的要紧结构图所示。图2-2堆垛机的要紧结构图体现堆垛机动态性能优劣的指标要紧有：运行速度、提升速度、货叉速度、平稳性、认址精度等。随着科学技术的不断进步，自动化立体仓库的技术水平和仓储机械设备的动态性能也在不断提高。例如，堆垛机的运行驱动己由20世纪70年代的子母电动机改为变频调速，速度由5～50m/min提升至4～160m/min，国外小载重量的堆垛机最高可达300m/min；提升驱动己由20世纪70年代的双速电动机改进为变频调速，速度由4～16m/min提升至0～25m/min；货叉运行也由单速电动机驱动改进为变频调速，速度由8m/min提升至4～35m/min；在堆垛机自动操纵方面还采纳闭环操纵变频调速系统、Profibus总线操纵等先进技术。尽管如此，目前国产堆垛机的运行速度最高仍保持在160m/min；提升速度在0～80m/min；货叉速度一直保持在0～30m/min；认址采纳光电探测，精度不足，认址差错率高。2.1.1电控系统设计依据操纵方式要求本文中的堆垛机采纳手动货自动操纵方式。（1）手动方式：通过堆垛机的转换开关及按钮操纵堆垛机水平和提升运动及货叉伸缩。同时运动速度也能够手动选择。手动操作要紧用于安装、调试和排除故障。（2）自动方式：用人机界面堆垛机进行全自动的操纵，操纵系统依照用户输入的参数进行全自动的取送货动作。界面操作时，应具备对物资的单送、单取操作。人机界面应具备实时显示设备运送工况、故障及历史故障查询等功能。自动化立体仓库操纵系统设计要求自动化立体仓库中的计算机通过网络数据传输命令，使堆垛机自动运行，必须具备以下功能。（1）定位操纵:为了存取物资，堆垛机必须准确地停止在指定货位处，定位偏差操纵在同意的误差范围内。（2）速度操纵:为了提高工作效率，防止物资倾倒和堆垛机的冲击，确保停止精度，必须进行速度操纵。按照自动化立体仓库的实际形式、行走方向的地址数和高度方向的货位数，选择恰当的行走速度和升降速度极其重要的。（3）货叉操纵:使货叉能准确无误地从货位中取出物资以及把物资放入货位中。货叉速度有高速和低速两档。当物资较轻且不易倾倒是采纳高速。（4）操纵信息的接收:计算机对堆垛机和输送机等搬运机械发送出入库指令的同时，操纵和监视出入库作业是否正确进行。因为堆垛机是高速移动，在搬运物品是必须监控物资和机械的状态。检测这种状态的传感器和堆垛机上的信息接收系统，必须具备高的可靠性，否则计算机不能充分发作用。（5）故障报警系统:巷道堆垛机是自动化立体仓库中最重要的设备，是系统进行作业的要紧设备。对堆垛机的故障分析和诊断十分重要。堆垛机操纵系统要紧技术参数要紧设计要求及参数如下：（1）操纵方式PLC操纵（2）操作方式手动、上位监控软件自动（3）电机功率及速度①行走：5.5kw25～200m/min；②提升：11kw6.3～80m/min；③货叉：0.5kw5～40m/min。（4）堆垛机的定位精度①行走：3mm；②起升：3mm；③货叉：2mm。2.1.2立体仓库的电控系统结构图自动化立体仓库要紧有由货架、巷道堆垛机、周边出入库配套机械设施和仓储治理操纵系统等几部分组成。货架长度大、排列数多、巷道窄，因此仓库密度高。巷道堆垛机上装有各种定位的检测器和安全装置，保证巷道堆垛机和货叉能高速、精确、安全地在货架中取放物资。本系统有上位监控级直接操纵级组成。监控级对通讯流程进行操纵，并进行实时图像显示，直接操纵级是由PLC（可编程序逻辑操纵器）组成的操纵系统对各设备进行单机自动操作。采纳组态王6.53建立监控界面，同时将运行系统的状态反馈到监控计算机。堆垛机采纳西门子公司的S7-200型PLC操纵，与变频器结合对堆垛机进行变频调速。系统结构拓扑图如图2-3所示。图2-3系统拓扑结构图2.2系统结构形式的选择2.2.1PLC的选择PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。长期以来，可编程操纵器PLC始终是工业自动化操纵领域的核心操纵系统，为工业自动化生产提供了特不可靠的应用操纵，广泛应用于冶金、轻工业、机械制造等各个领域，极大的推进机电一体化的进程，提高了生产效率。PLC在工业自动化操纵特不是顺序操纵中的地位是无法取代的。SIMATICS7-200系列PLC适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及操纵的自动化。S7-200系列PLC的强大功能使其不管在独立运行中，或是相连成网路皆能实现复杂操纵功能。因此，S7-200系列具有极高的性价比。S7-200系列出色表现在以下几个方面：极高的可靠性；极丰富的指令集；易于掌握；便捷的操作；丰富的内置集成功能；实时特性；强劲的通讯能力；丰富的拓展模块[10]。2.2.2S7-200系列PLC概述S7-200系列PLC是德国西门子公司生产的一种超小型PLC,超小型是指其功能具有大、中型PLC的水平，而价格却和小型PLC的价格一样。能够单机运行，也能够输入/输出扩展。它结构小巧，可靠性高，运行速度快，继承和发挥了它在大、中型PLC领域的技术优势，又极丰富的指令集，具有强大的多种集成功能和实时特性，配有功能丰富的扩展模块，性能价格比特不高。因此，它一经推出，即受到了广泛的关注。特不是S7-200CPU22*系列PLC(它是21*系列的替代产品），由于它具有多种功能模块和人机界面可供选择，能够专门容易的组成PLC网络。同时具有功能齐全的编程和工业操纵组态软件，使得S7-200系列PLC来完成操纵系统的设计时更加简单，系统的集成特不方便，几乎能够完成任何功能的操纵任务。S7-200硬件系统的配置方式采纳整体式加积木式，即主机中包含一定数量的I/O输入输出，同时还能够扩展各种功能模块。⑴差不多单元：差不多单元有时又称作CPU模块，也有的称之为主机或本机。特包括CPU、存储器、差不多输入输出点和电源等，是PLC的要紧部分。它实际上确实是一个完整的操纵系统，能够单独的完成一定的操纵任务。⑵扩展单元：主机I/O数量不能满足操纵系统的要求时，用户能够依照需要扩展各种I/O模块，所能连接的扩展单元的数量和实际所能使用的I/O点数是多种因素共同决定的。⑶专门功能模块：当需要完成某些专门功能的操纵任务时，可与SIMATICS7-200主机相连，已完成某种专门的操纵任务而特制的一种装置。⑷相关设备：相关设备是为了充分和方便的利用SIMATICS7-200系统的硬件和软件资源而开发和使用的一些设备，要紧有编程设备、人际操作界面和网络设备等。⑸工业软件：工业软件是为更好的治理和使用这些设备而开发的与之相配套的程序，它要紧有标准工具、工程工具、运行软件和人机接口等几大类构成。2.2.3CPU型号选择西门子CPU的介绍SIMATICS7-200的CPU模块包括一个中央处理单元、电源以及数字I/O点，这些都被集成在一个紧凑、独立的设备中。CPU负责执行程序，以便对工业自动化操纵任务或过程进行操纵。输入部分则输出操纵信号，操纵工业过程中的设备。西门子第二代产品的CPU模块位CPU22*，是在本世纪初投放市场的。其速度快，具有极强的通讯能力。它具有四种不同结构配置的CPU单元。（1）CPU221：CPU221具有6输入/4输出，共计10个点的I/O，无扩展能力，有6KB程序和数据存储空间。还具有4个独立的30kHz高数计数器，2路独立的20kHz高数脉冲输出端，一个RS-485通讯/编程端口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由通讯方式。特不适合小点数的操纵系统。（2）CPU222：CPU222除了具有CPU221的功能外，其不同在于：它有8输入/6输出，共计14点I/O，能够扩展8路模拟量和最多64个I/O,因此使更广泛的全功能操纵器。（3）CPU224：它在CPU222的基础上使主机的输入输出点数增为24点，最大可扩展为168点数字量或者35点模拟量的输入和输出；存储量也进一步增加，还增加了一些数学指令和高数计数器的数量，具有较强的操纵能力。（4）CPU226：这种模块在CPU224的基础上功能又进一步增强，主机输入和输出点增加到40点，最大可扩展为248点数字量和35点模拟量；增加了通讯口的数量，通讯能力大大增强；它可用于点数较多、要求较高的小型或中型操纵系统。CPU型号的选择依照操纵点数来计算，能够选用CPU-226那个型号的CPU，CPU226有24输入/16输出，最大能够扩展为248点数字量或35点模拟量。其特点如下：（1）集成的24V电源：可直接连接到传感器和变送器、执行器，可用作负载电源。（2）高速脉冲输出：具有2路高速脉冲输出端，输出脉冲频率可达20KHZ，用于操纵步进电机或伺服电机，实现定位任务。（3）通信口：CPU226具有2个RS-485通信口，支持PPI、MPI协议，有自由口通信能力。（4）模拟电位器：CPU226有两个模拟电位器，用来改变专门寄存器中的数值，以改变程序运行的参数，如定时器、计数器的预设值，过程量的操纵参数。（5）中断输入同意以极快的速度对过程信号的上升沿做出响应。（6）数字量输入/输出点：CPU226具有24输入/16输出，输出点为24V直流双向偶看光电耦合输入电路，输出有继电器和直流两种类型，可扩展模块为7个。（7）CPU226有6个30KHZ的高速计数器，用于捕捉比CPU扫描频率更高的脉冲信号。2.2.4PLC模块选型本设计选用的可编程操纵器是西门子公司的S7-200系列小型PLC-CPU226.本机集成24输入/16输出，40个数字量I/O点。可连接7个扩展模块，最大扩展模块至248路数字量I/O点或35路模拟量I/O点。13K字节程序和数据存储空间。6个独立的30KHZ高速计数器，2路独立的30KHZ高速脉冲输出，具有PID操纵器。2个RS-485通讯/编程口、具有即PID通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。I/O端子排课专门容易地整体拆卸。用于较高要求的操纵系统，具有更多的输出/输入点，更强的模块扩展能力，更快的运行速度和更强的内部集成专门功能。完全适应于一些复杂的中小型操纵系统。由于S7-200-CPU226的集成24输入/16输出不能满足设计的要求，因此又选用了EM221扩展模块和EM235扩展模块，正好满足设计的需要。所选模块型号如表2-1所示。表2-1扩展模块选型表系列号类不描述数量EM221输入扩展模块DI161EM235输入/输出扩展模块AI4/AO12图2-4系统总体结构图由于CPU226的输入点只有24个，不能满足设计的输入点的需要，因此加入一个EM221模块，该模块有16个数字输入点，总体上能够满足系统输入的要求。另外加入两个EM235模拟量输入/输出模块是为操纵水平和垂直运行的交流电机。系统总体结构图如图2-4所示。2.2.5通信方案的确立为了操纵无人运转堆垛机，必须向堆垛机发送运转和作业的信息。一个指令执行完了之后，必须从堆垛机向地面发送响应信号，即确认信号，之后才能执行下一个指令。堆垛机的信息传递顺序是：堆垛机首先同意的作业信息是从什么地点取货，之后把它存入什么货位。堆垛机操纵盘在收到作业信息之后向地面操纵盘发出响应信息。堆垛机依照作业信息进行作业。作业完了之后，向地面发出“作业结束”信息。如此把一系列作业进行完了之后，成为等待下一个作业信息的待机状态。串行通信中最常用的物理层协议为RS-232C和RS-485。本文采纳RS-485标准。要紧基于以下两点考虑：（1）RS-232C接口标准只能用于点对点的通信，而RS-485能实现多点对多点的通信。RS-485同意平衡电缆上连接32个发送器/接收器。立体仓库操纵系统要求监控系统和3台堆垛机操纵系统连接，要求物理层的协议必须支持一点对多点的通信。（2）RS-485采纳差动发送/接收，因此共模抑制比高，抗干扰能力强。立体仓库的工作环境较恶劣，热、电、磁等干扰信号较多，要求通信网络的抗干扰能力较强，才能保证数据的正确接收。RS-485标准除上述优点外，还具有传输速率高、传输距离远等优点。由于PLC带有串行通信接口，只需用RS-485总线分不连接到计算机即可，可见系统的构建十分简单当需要增加新设备时，只需要将新设备也连接到计算机，系统的扩展也较容易。为了利用计算机带有的RS-232接口与下层的各个模块通信，在计算机上需要安装232-485转换器。在自动化立体仓库操纵系统中选用Modbus通讯协议作为其通信网络数据链路层的协议。Modbus通讯协议是Modicon公司设计的一种适用于工业操纵的主从结构式串口通讯协议，差不多成为通用工业标准[11]。Modbus串行链路协议是一个主-从协议，采纳请求-响应方式，主站发出带有从站地址的请求报文，具有该地址的从站收到后发出响应报文进行应答。采纳该协议，不同厂商生产的操纵设备能够互连成工业网络，实现集中监控。许多工控产品，例如PLC、变频器、人机界面、DCS和自动化仪表等，都在广泛地使用Modbus协议。本系统中使用的变频器和PLC都支持Modbus协议。而且Modbus协议编程简单、容易实现。在本文研究的自动化立体仓库操纵系统中得到了专门好的应用，数据传输准确、可靠。2.3堆垛机的位置操纵由堆垛机的作业流程分析，堆垛机是由水平运行机构、纵向起升机构和货叉伸缩机构三部分组成的，水平运行机构和垂直起升机构使堆垛机到达目标位置，货叉伸缩机构完成存取货任务。要完成对堆垛机自动操纵系统的设计，首先要保证堆垛机能够准确到达目标位置，因此在设计堆垛机自动操纵系统时，关键在于准确可靠的认址和定位保证堆垛机准确无误的定位在目标货位。另外为了提高存取效率和保证堆垛机的稳定性，必须对堆垛机三个机构的速度进行合理有效的操纵，其中速度位置检测是堆垛机自动操纵系统的关键部分。堆垛机速度位置操纵的实现方法如图2-5所示，操纵系统由PLC操纵器、调速系统、编码器、认址片和认址器组成，实现位置和速度的双闭环操纵。图2-5堆垛机位置速度操纵框架2.3.1定位操纵定位操纵确实是确定堆垛机停止在目标货位的功能。自动仓库的认址检测系统有两项任务：一是实现自动寻址，使堆垛机自动找到被指定到达的位置；二是自动准确停准，即堆垛机停准位置不超出规定的精度。为此，货架上的每个货位必须具有堆垛机能识不的编码，因此将货架两侧编成X1、X2，沿堆垛机运行方向将货架编为0～Y列，垂直方向编为0～Z层。如此每个货位就有了独立的三维坐标地址，堆垛机自动检测目前的坐标地址，使其能到达目标位置。因为货架两侧分为X1、X2，只有两个方向，反应到堆垛机上只是货叉左伸、右伸运动，此方向不用检测，因此实际上堆垛机位置的检测只是对Y、Z位置的检测。2.3.2认址检测方式要紧的认址检测方式有以下几种：（1）绝对认址：绝对认址是将每一个货位给予唯一的开关状态，给每个货位制作一个专用的认址片，堆垛机上相应安装一个识不器，通常是二进制编码板和一组光电开关的组合，通过读取认址片的代码来推断堆垛机的当前位置。（2）相对认址：相对认址：相对认址时每个货位的认址片结构相同。每通过一个货位，就对地址编码进行加1或减1，一直移动到和预定位置号一致时停止运行。（3）编码器定位法：编码器定位方式要紧有两种：从动轮与轨道旋转计数测定方式、链轮与链条旋转计数测定方式。从动轮与轨道旋转计数测定方式。堆垛机的从动轮上配有同轴旋转编码器，从动轮与轨道近似纯滚动，因此通过对旋转编码器的转角的转换，能够得到堆垛机的相对运行位置。（4）激光测距定位：激光测距定位是近年来应用于堆垛机准确定位的新技术，用激光测距仪通过测量堆垛机到基准点的距离和事先存储的位置数据比较来确定堆垛机的当前位置。这种方法的精度专门高，然而使用时堆垛机和激光发射器和反射板之间不同意有物体，否则会遮挡住激光的传输路径，使系统无法准确定位。以上是四种常见的认址检测方式，四种方式各有优劣，下面的表2-2是它们之间的比较对比：表2-2认址方式对比表认址器光电开关旋转编码激光测距传感器认址方式相对认址绝对认址绝对认址绝对认址可靠性较低高较高最高认址精度格格mmmm系统成本低高高较高数据接口无无多种多种定位方式反射式反射式接触式反射式使用寿命短短较长长2.3.3认址方式确认图2-6激光测距原理图为完成对堆垛机的位置操纵，必须能检测出堆垛机的运行位置，本文设计的堆垛机系统认址方式如下：（1）水平认址系统水平方向采纳激光测距传感器，当前数据为位移值，通过PLC计算后的数据为当前速度值。激光测距传感器安装在堆垛机上，目标放射板安装在巷道末端。在立体仓库巷道通道中的激光测距范围(激光发射器与反射板之间)内不得有任何物体遮挡激光光线，如图2-6激光测距原理图所示。激光测距的原理是通过发射出的激光光线长度来测定距离，其光线就好比一把光尺，假如物体遮挡激光光线，让它脱离原标准原点的测定位置，将阻碍实际要求的测定距离，从而使道堆垛机走位偏离所设定的位置，产生货叉取/存储错位或起始点撞击巷道堆垛机端部缓冲制动器的情况。因此，在巷道堆垛机工作时不同意有任何物体遮挡激光光线，关于激光光线通道应采取隔离爱护措施，保证激光测距的准确性和自动化系统的安全性[12,13]。（2）纵向认址系统堆垛机纵向方向的层定位采纳光电开关和认址片组合定位，即在堆垛机的上下安装两个光电开关，在每层的货位上安装认址片。低位为取货开始伸叉或放货完毕收叉的位置，高位为放货开始伸叉或取货完毕收叉的位置。为使货叉能完成作业，堆垛机在垂直方向上必须要提供使货叉能停在高位或低位的检测装置。因此在堆垛机的升降台上安装三个光电开关，与升降台一起上升下降，中间的一个共用，其他两个分不为上位置和下位置。存货开始或取货结束时，升降台货叉停在高位置，下面两个光电开关处于认址片内；取货开始或存货结束时，货叉停在低位置，现在上面两个光电开关处于认址片内，如图2-7所示。其认址状态如表2-3所示。图2-7堆垛机垂直方向认址传感器分布图表2-3三个开关进行垂直认址的状态表上升下降传感器存货高位取货地位存货高位取货地位A1……计数、减速、定位……定位、停止A2计数、减速、定位定位、停止定位、停止计数、减速、定位A3定位、停止……计数、减速、定位……2.3.4堆垛机速度曲线分析常见的速度运行曲线有三种，分不为三角形与梯形速度曲线、抛物线与直线形速度曲线、正弦形速度曲线。本文采纳最常用的梯形速度曲线。如图2-8所示，梯形速度曲线堆垛机以加速度启动加速，当匀加速到最大运行速度时，保持该速度运行一段时刻，再以匀减速运行，直到零速停靠。图2-8堆垛机速度曲线2.3.5安全传感器的选用货架占用情况检测自动化仓库需要明白物资是否存放在货架，或者物资在货架位置的信息。以免造成错误动作，损失机械。入库操作时，当堆垛机到达目标位置时，先检查货位是否有物资，若没有物资，则进行伸叉作业，否则发出信号使堆垛机动作停止；出库时，若检测出相应货位无物资，则发出信号致堆垛机动作停止，采纳漫反射型的光电传感器能够感知物资在货架的存在或者位置。传感器安装示意图如图2-9所示。图2-9货位检测传感器物资突出货架监视物资存放在货架上，可能由于异常的情况导致物资突出货架的情况。由此突出的物资就成为堆垛机垂直方向运行的障碍，可能导致堆垛机或者货架损坏。为了幸免此类情况的，在堆垛机垂直轨道顶端安装长距离光电传感器能够监视物资突出，一旦有突出，向上位机报警，操纵系统发出信号致堆垛机停止运行，幸免造成机械损害，传感器安装示意图如图2-10所示。图2-10物资突出检查传感器2.3.6安全爱护联锁爱护⑴如下情况时，水平及升降运动将被锁定：货叉没在中位；货叉正在运行；物资尺寸，重量超差。⑵如下情况时，货叉运动将被锁定：堆垛机水平及升降运动；堆垛机定位不准时；堆垛机安全保险系统被启动；存货时相应的货位有物资，取货时相应的货位无物资。断绳爱护堆垛机提升钢绳断裂时，切断电机和电机制动器的电源，使电机停止转动，防止载货台下降。限位爱护堆垛机装有运行终端限位器，当堆垛机接近两端极限位置或载货台接近上下极限位置时，该装置能自动切断行走电机或提升电机的电源。2.4堆垛机闭环操纵系统如图2-11所示的操纵系统中，为了有效的提升巷道堆垛机的作业效率和停准精度，采纳“激光测距传感器+变频器”的闭环操纵方式。包括两部分的闭环操纵：第一，是对堆垛机运行速度的闭环操纵。要求堆垛机以某一以速度运行时，依照激光测图2-11闭环操纵系统图距传感器反馈回来的堆垛机当前速度信号，实时调整变频器的频率值，使堆垛机迅速达到某一稳定速度平稳的运行。第二，是对堆垛机位移的闭环操纵。当要求堆垛机到达某一目的地址时，依照激光测距传感器反馈回来的堆垛机距的离信号与速度信号，调整变频器的频率值，使堆垛机先以较高的速度运行到接近目的地址的位置，然后平稳的减速到较低的速度运行，在到达目的地址的时候制动停准。采纳这种闭环操纵方式能较好的满足自动化仓库中巷道堆垛的高速运行、换速平稳、低速停准的调速操纵要求。2.5堆垛机变频调速系统在一般立体仓库中，交流异步电动机是堆垛机系统中的驱动部件。一般情况下，器调速方式分为：电机减速器调速，变极调速、串阻调速、串极调速、滑差电机调速、变频调速等。用减速器进行调速，调速设备不仅体积大，调速效率低，而且容易发生机械故障。其它几种调速方法和变频调速方法相比，使用起来又特不不便。随着关于电动机调速性能的要求逐渐提高，变频调速技术得到了长足的进展[14,15]。2.5.1变频器的概述目前，交流调速传动差不多上升为电气调速传动的主流。中、小容量范围内，采纳自动关断器件的全数字操纵PWM变频器差不多实现了通用化。全数字操纵方式的软件功能不但考虑到通用变频器自身的内在性能，而且还融入了大量的有用经验和技术、技巧、使得通用变频器的RAS三性（可靠性、可使用性、可维修性）功能得以充实。由于通用变频器具有调速范围宽、调速精度高、动态效率高、功率因数高、操作方便且便于同其它设备接口连接等一系列优点，因此应用越来越广泛，社会经济效益十分显著。变频器与异步电动机相结合，能够实现对生产机械的调速传动操纵，简称为变频器传动。变频器传动具有固有的优势，应用在不同生产机械设备上体现不同的功能，总体来讲，变频器传动具有以下几个效能。（1）节能应用要紧体现在提高运行可靠性，台数操纵和调速操纵并用。（2）提高效率①保证加工工艺中的最佳运行；②适应负载不同工作情况下的最佳转速；③使原有设备的增速运转。（3）设备的合理性（4）改善和适应环境2.5.2变频调速技术的优点变频调速技术是一门综合性的技术，它建立在操纵技术、电子电力技术、微电子技术和计算机技术的基础上[16]。与传统的交流拖动系统相比，利用变频器对交流电动机进行调速操纵，有许多优点，如：调速范围广、输出平滑性好、机械特性较硬、能专门好地实现异步电动机的无级调速、可实现有效的节能、可方便地进行恒转矩调速和恒功率调速等尤其当电机带动较大负载启动时，会有较大的冲击电流，若采纳变频器操纵，能够实现电动机的软启动，减小冲击电流，从而解决了大负载的启动问题。另外，变频器还具有专门强的爱护功能，在电机运行过程中能随时检测到各种故障，并显示故障类不(如电网瞬时电压降低，电网缺相，直流过电压，功率模块过热，电机短路等)，并立即封锁输出电压。这种自我爱护的功能，不仅爱护了变频器，还爱护了电机[17]。综上所述，变频调速技术不仅在性能上大大优于以往的交流电机调速方式，同时将会逐步取代直流电机的调速方式，用交流异步电机取代直流电机，将会使调速系统变得更加简单。2.5.3变频器的差不多结构变频器是把工频电流(50Hz或60HZ)变换成各种频率的交流电流，以实现电机变速运行的设备。变频器一般由主电路和操纵电路和构成。操纵电路包括主操纵电路、信号检测电路、门极驱动电路、外部接口电路以及爱护电路等几个部分，是变频器的核心部分。操纵电路的优劣决定了变频器性能的优劣。操纵电路的要紧作用是完成对逆变器的开关操纵，对整流器的电压操纵以及完成各种爱护功能，从而实现对主电路的操纵。图2-12所示为通用变频器的结构原理[18]。变频器的主电路，包括整流电路和逆变电路两部分。其中，整流电路是把输入到变频器的工频交流电变换成直流电，且对直流电进行平滑滤波，然后逆变电路再将此直流电变换成实际需要的各种频率的交流电，从而驱动电动机的运转。图2-12变频器的构成2.5.4变频器的选型1变频器的分类按照主电路工作方式进行分类，变频器能够分为电压型变频器和电流型变频器。电压型变频器的特点是将直流电压源转换为交流电源，而电流型变频器的特点则是将直流电流源转换为交流电源。（1）电压型变频器：在电压型变频器中，整流电路或者斩波电路产生逆变电路所需要的直流电压，并通过中间电路的电容进行平滑后输出。整流电路和直流中间电路起直流电压源的作用，而电压源输出的直流电压在逆变电路中被转换为具有所需频率的交流电压。在电压型变频器中，由于能量回馈给直流中间电路的电容，并使直流电压上升，还需要有专用的放电电路，以防止换流器件因电压过高而被破坏。（2）电流型变频器：在电流型变频器中，整流电路给出直流电流，并通过中间电路的电抗将电流进行平滑后输出。整流电路和直流中间电路起电流源的作用，而电流源输出的交流电流在逆变电路中被转换为所需要的交流电流，并被分配给各输出相后作为交流电流提供给电动机。在电流型变频器中，电动机定子电压的操纵是通过检测电压后对电流进行操纵的方式实现的。2变频器的选型本文依照综合考虑选择西门子MM440变频器，MM440型使用PID操纵器，具PID微调等功能，MM440可用于矢量操纵，能够实现高性能的应用，带内置制动单元，能够快速制动。MM440变频器各项参数指标如下：（1）输入电压：3相380VAC，50Hz。（2）输入电流：2.8A。（3）输出功率：0.75KW。（4）输出电压：3相0-380VAC可调。（5）输出频率：0-650Hz可调。（6）输出电流：2.1A。（9）输出操纵：变频器由微机处理器操纵绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的脉冲宽度调制频率，实现输出电压、频率可调。（8）操纵作用：V/F，矢量—转矩、光电编码器反馈的速度操纵等。（9）数字量输入：6路带隔离的数字量输入。（10）数字量输出：8路继电器输出。（11）模拟量输入：2路(0～10)V模拟量输入。（12）模拟量输出：2路(0～20)mA模拟量输出。（13）通讯接口：RS485通讯、USS协议。（14）操作功能：AOP盘、BOP操纵盘、电位器与外接端子操作。2.6元器件的选型要紧元器件的选择如表2-4所示表2-4元器件使用表名称代号符号个数规格符号备注PLCPLC1S7-200CPU226，AC/DC继电器输出扩展模块11EM22116路数字输出扩展模块22EM2354模拟量输入，1模拟量输出激光测距传感器1ODSLB型检测距离25-45米光电传感器2E3G-MR19光电编码器2755A增量式三相交流异步电动机M1额定电压380V，额定功率300W单相交流异步电动机M1额定电压380V，额定功率280W步进式电动机驱动器1SH-2040324-70VDC二相混合式步进式电动机142BYG2.7本章小结本章依据设计立体仓库的有关参数，对堆垛机电气操纵的硬件系统进行了设计。包括系统结构图，堆垛机的操纵方式、通讯方案、认址方式及变频器的选择，并设置了相应的安全爱护措施。

第3章仓库操纵系统的软件设计3.1可编程操纵器PLC3.1.1PLC的定义可编程操纵器[19](ProgrammableLogicController)简称PLC或PC，在现代工业操纵中占有重要地位。它是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置，专为在工业现场应用而设计，它采纳可编程序的存储器，用以在其内部存储执行逻辑运算、顺序操纵、定时/计数和接触操纵系统中的机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用了微处理器的优点，又照顾到现场电气操作维修人员的技能与适应，特不是PLC的程序编制，不需要专门的计算机编程语言知识，而是采纳了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式，使用户程序编制形象、直观、方便易学，调试与查错也都专门方便。用户只需按讲明书的提示，做少量的接线和简易的用户程序编制工作，就可灵活方便地将PLC应用于生产实践。3.1.2PLC的进展PLC是从早期的继电器逻辑操纵系统进展而来的[20]。自1836年继电器问世，人们就开始用导线将它同开关器件巧妙地连接，构成用途各异的逻辑操纵或顺序操纵。上世纪60年代末，它不断汲取微计算机技术使之功能不断增强，逐渐适合复杂的操纵任务。随着微电子技术、计算机技术和数据通信技术的飞速进展、微处理器的出现，以及流程加工行业(如汽车制造业)对生产流程迅速、频繁变更的需求，PLC技术出现并快速进展。目前，PLC在小型化、大型化、大容量、强功能等方面有了质的飞跃，使早期的PLC从最初的逻辑操纵、顺序操纵，进展成为具有逻辑推断、定时、计数、经历和算术运算、数据处理、联网通信及PID回路调节等功能的现代PLC。然而，仍然沿用着顺序扫描、程序操纵等差不多模式及CPU+通信+I/O的差不多结构。PLC之因此有生命力，在于它更加适合工业现场和市场的要求：高可靠性、强抗各种干扰的能力、编程安装使用简便、低价格长寿命。它的输入输出端更接近现场设备，不需添加太多的中间部件或需要更多的接口，如此节约了用户时刻和成本。PLC的下端(输入端)为继电器、晶体管和晶闸管等操纵部件，而上端一般是面向用户的微型计算机。人们在应用它时，能够不必进行计算机方面的专门培训，就能对可编程操纵器进行操作及编程。3.1.3PLC的编程语言S7-200PLC有两种指令集：IEC1131-3指令集合SIMATIC指令集。SIMATIC指令集是西门子公司为S7-200PLC设计的编程语言。使用SIMATIC指令集，能够用梯形图（LAD）、功能块图（FBD)和语句表（STL)编程语言编程。通常SIMATIC指令集的指令执行时刻短。梯形图（LAD）和功能块图（FBD）是一种图形语言。语句表（STL）是一种类似于汇编语言的文本型语言。（1）梯形逻辑(LAD)梯形逻辑(LAD)是STEP7编程语言的图形表达方式。它的指令语法与一个继电器梯形逻辑图相似，当电信号通过各个触点、复合元件以及输出线圈时，梯形图能够让你追踪电信号在电源示意线之间的流淌。（2）语句表(STL)语句表(STL)是STEP7编程语言的文本表达方式。与机器码相似，假如一个程序是用语句表编写的，CPU执行程序时则按每一条指令一步一步地执行。（3）功能块图(FBD)功能块图(FBD)是STEP7编程语言的图形表达方式，使用与布尔代数相类似的逻辑框来表达逻辑。复合功能(如数学功能)可用逻辑框相连直接表达。3.2PLC操纵系统总体设计本系统中，堆垛机操纵功能的差不多要求如下：（1）动作操纵：水平、垂直、左右方向的运行；（2）位置操纵：以适合的速度运行并精确地定位在货格或入出库口处；（3）通讯功能：与上位机的通讯；（4）爱护功能：提供各种机械和电气爱护；（5）人机界面：通过I/O设备，提供本机状态信息或遥控操作。由于系统的硬件差不多选定，因此此步工作重点是操纵系统程序的编写及编译调试。3.3PLC输入输出点分配由于需要采集外部检测信号（所经的列、行），操纵电机的起停，选择自动或是手动操纵状态，前后列向运动、升降行向运动、机械手的伸缩运动、物资的抓取、存放等。系统I/0分配如表3-1所示。3.4堆垛机操纵程序设计S7-200可编程操纵器要紧使用STEP7-Micro/WIN32编程软件进行编程和其它一些相关处理。STEP7-Micro/WIN32编程软件是基于Windows的应用软件，由西门子公司专为SIMATICS7-200系列可编程操纵器设计开发，功能强大，要紧由用户用来开发操纵程序，同时也能够实时监控用户程序执行状态[21]。程序采纳模块化的方式进行编写，最后再将程序的各个部分集成为能完成完整功能的完整的程序。系统采纳中间信号来实现对具体运行动作的操纵，从而更准确更安全的完成作业;并采纳指示灯在现场指示系统具体的工作状态，并将工作信息写入到内存中，方便上位机对堆跺机系统的运行进行实时的监视。图3-1是系统主程序流程图。表3-2I/O分配输入部分输出部分I0.0启动Q0.0货叉操纵脉冲I0.1出入库选择Q0.1货叉方向改变I0.2手动/自动Q0.2载货台上升I0.3停止Q0.3载货台下降I0.4小车向前运行开关Q0.4行到位指示灯I0.5小车向后运行开关Q0.5列到位指示灯I0.6货叉到位限位Q0.6小车向前运行I0.7货叉回位限位Q0.7小车向后运行I1.0小车向前运动限位Q1.0货叉前伸I1.1小车向后运动限位Q1.1货叉后缩I1.2货叉前伸Q1.2存货指示灯I1.3货叉后缩Q1.3取货指示灯I1.4载货台上升Q1.4货叉低位置指示灯I1.5载货台下降Q1.5货叉高位置指示灯I1.6货位虚实检测Q1.6停止向前运行I1.7载货台是否有物Q1.7停止向后运行I2.0行寻址1Q2.0载货台停止上升I2.1行寻址2Q2.1载货台停止下降I2.2行寻址3Q2.2警示灯I2.3列寻址Q2.3电动机停机I2.4载货台上限Q2.4货叉停止前伸I2.5载货台下限Q2.5货叉停止后缩开始开始系统上电系统上电执行送货子程序是否否是自动方式手动方式执行手动操作子程序执行取货子程序取货任务送货任务堆垛机运行方式选择堆垛机自检程序执行送货子程序是否否是自动方式手动方式执行手动操作子程序执行取货子程序取货任务送货任务堆垛机运行方式选择堆垛机自检程序向上位机上传堆垛机状态向上位机上传堆垛机状态图3-1主程序流程图3.4.1堆垛机运行操纵堆垛机自检程序堆垛机自检程序是在开机时运行的程序，用于检测上次是否安全关机，以及各种机械是否处于初始位置，假如没有不安全状况，才能够运行机械。假如存在不安全状态，则需首先处理不安全状况。堆垛机自检流程图如图3-2所示。图3-2堆垛机自检程序流程图堆垛机复位程序当堆跺机在运行过程中出现错误时(如认址认数器计数错误等)，若不及时纠正，就会使仓库治理出现混乱，因此就需要系统能通过操纵按钮方便的恢复系统的部分数据或设置，及时恢复系统的正常运行。依照不同错误的严峻情况，设立系统归位和系统复位两种方式。堆跺机复位程序流程图如图3-3所示。当按下归位按钮超过3s堆跺机开始在水平与垂直两个方向同时以中速返回原位。当堆跺机通过强制限速点时，强制为低速，直到运动到原位停止。到达原位后，复位计数器；当水平与垂直两个方向均到达原位后，归位动作完成。若重新启动被按下超过3s，系统会执行初始化程序，对系统的各个内存区及自由端口进行重新定义，同时，系统会启动返回原位程序，以重新设定计数器的当前值；若不需要堆跺机归位，则能够再松开重新启动按钮后，再短按一次重新启动按钮(小于3s)，就可停止系统回归原位。图3-3复位程序流程图堆垛机运行操纵原理堆垛机执行自动入库作业的初始条件为堆垛机位于入库口，升降台位于最下位置，入库台车在堆垛机前进方向的右边，车内有物资，堆垛机货叉上无物资。操作开始先在上位机的监控界面上输入待入库目标货位的列、层数，选择入库动作，然后按下运行键，系统开始执行入库作业。因此堆垛机向入库口的货位伸叉,伸叉到位后货叉向上托起，托到物资后堆垛机收叉，然后货叉托着物资回到货叉中位，货叉停止，载着物资的堆垛机向目的货位移动，到达目的货位之后检测目标货位是否有货，如无货堆垛机向入库目标货位伸叉，伸叉到位后货叉下降，将物资放到货位上后堆垛机收叉，然后货叉回到货叉中位，货叉停止，堆垛机返回到入库口位置待命，预备下一次作业。出库的作业顺序与入库的作业顺序类似。软件设计堆垛机入库操纵流程图如图3-4所示，此处只给出了入库流程图，出库与入库同理，此处不再重复。下文给出了依照此流程各个方向的具体程序。若出现报警情况，应停止运行。否是结束向地面操纵台发送任务完成信息货叉到位定时到？放货否是否是下位置定时到物资是否倒塌或歪斜物资歪斜报警否是结束向地面操纵台发送任务完成信息货叉到位定时到？放货否是否是下位置定时到物资是否倒塌或歪斜物资歪斜报警图3-4堆垛机入库操纵流程图（1）程序初始化程序初始化由网络1、网络2和网络3完成。（网络是PLC梯形图的一个差不多单位，通常能够理解为一个程序行。）这是一段简单的初始化程序只在程序开始运行的时候执行一次。网络1和2是对两个计数器进行复位，其中计数器C2是对输入的仓库号的列数进行计数，C1是对输入仓库号的行数进行计数。梯形图如图3-5和图3-6所示。网络3中VW102,VW132分不放置输入的列数和层数。梯形图如图3-7所示。图3-5网络1梯形图图3-6网络2梯形图图3-7网络3梯形图（2）列向运行PLC程序实现小车列向自动运行的程序，由网络6和网络7完成。在这段程序中，首先考虑的问题是：小车处于前进或者是存放物资的过程，依旧完成了预定任务返回在的过程。然而由于PLC程序的执行特点是逐行扫描，因此仅仅推断小车是处于前进过程依旧返回过程是不够的，因为在返回过程中，还有货叉从货架上缩回、升降台下降到初始位置等过程，因此，必须要在程序中能够将这3种不同的运动区分开来。依照这种要求，在编写程序的时候加入了3个不同的BOOL类型的变量M20.1、M20.3、M20.5，分不作为小车沿列向运行到位标志、升降台行向运行标志、货叉到位标志。当变量为ON时，表示已完成该项动作，为OFF时表明小车还没有完成动作。Q0.6是开关量输出，表示启动小车前进，小车开始向前运动。梯形图如图3-8所示。当小车还处于取放货的动作未完成的时期时，需要推断的是小车是否差不多完成了列的定位，假如未完成列的定位(M20.1为OFF)，那么启动小车前进的电机，使小车向前运动。假如小车处于差不多完成了取放货的动作时，那么推断小车是否差不多完成了由货架上返回的动作。假如小车完成了这些过程，那么将开始进行后退运动，Q0.7表示启动小车后退电机，使小车向后运行并返回初始位置。梯形图如图3-9所示。图3-8网络6梯形图图3-9网络7梯形图（3）行向运行PLC程序实现行向运动是出三个光电开关定位，相关内容已在第二章讲过，此处不再重复。行向定位原理与列向定位原理相似，区不在于，存货开始或是取货结束时，升降台货叉停在高位置，下面两个光电开关处于认址片内；取货开始或存货结束时，货叉停在低位置，现在上面两个光电开关处于起升认址片内，在定位停准后，存在货叉的上浮和下移动作。梯形图如图3-10所示。（4）货叉伸缩操纵PLC程序实现由于差不多原理与前面的运动相似，此处不详细讲明，下面对一些不同于前面两种运动的情况进行讲明。M20.5是伸缩到位标志。为ON时，表示货叉到达指定位置，为OFF时表示未达到指定位置。假如货叉是以30m/min的速度运动，伸缩距离为60cm，定时器T37以100ms为差不多记时单位，因此计算得到货叉能够到达预定位置的时刻为18ms，因此选用100ms定时器T37进行定时，应该设置计时累加为18。如图3-11所示。图3-10网络10梯形图图3-11网络15梯形图假如定时器标志T37为ON，表示定时器差不多达到了预定的时刻，讲明货叉差不多前伸到了指定的深度因此停止前伸的运动。此部分梯形图程序如图3-12所示。图3-12网络16梯形图

3.4本章小结用STEP7-Micro/WIN32软件设计了PLC某些功能块的程序，实现在西门子S7-200PLC对堆垛机运行系统的操纵。达到了提高操纵精度与提高运行速度的要求。

第4章立体仓库组态监控系统设计4.1组态王软件的设概述4.1.1组态和组态软件“组态”[22]的概念是伴随着集散型操纵系统（DistributedControlSystem，简称DCS）的出现才开始被宽敞的生产过程自动化技术人员所熟知的。在工业操纵技术的不断进展和应用过程中，PLC(包括工控机)相比往常的专用系统具有的优势日趋明显。这些优势要紧体现在：PLC技术保持了较快的进展速度，各种相关技术已专门成熟；由PLC构建的工业操纵系统具有相对较低的拥有成本；PLC的软件资源和硬件资丰富，软件之间的互操作性强；基于PLC的操纵系统易于学习和使用，能够容易地得到技术方面的支持。在PLC技术向工业操纵领域的渗透中，组态软件占据着特不专门而且重要的地位。组态软件[23]是指一些数据采集与过程操纵的专用软件，它们是在自动操纵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操纵系统监控功能的、通用层次的软件工具。4.1.2组态王6.53软件组态王（KingView）是目前国内比较流行的一种国产工业自动化通用组态软件，适用于中小规模工业监控机，价格低廉。组态王配有加密锁，支持工程加密；驱动程序较为丰富，如支持DDE、板卡、OPC服务器、PLC、智能仪表、智能模块等；支持ActiveX控件、配方治理、数据库访问、网络功能、冗余功能，其扩展性强，可与治理计算机或操纵计算机联网通信[24]。组态王要紧用来组成监控和数据采集系统，使现场的信息实时地传送到操纵室，保证现场操作人员和工厂治理人员都能够看到各种数据。治理人员不需要深入生产现场，就能够获得实时和历史数据。优化操纵现场作业，提高生产率和产品质量。组态王拥有丰富的工具箱、图库和操作向导，简单易学，在工业操纵中应用广泛。