【《基于PLC的仓库系统设计》6200字（论文）】

基于PLC的仓库系统设计目录摘要 1前言 21自动化仓库的设计动机 22自动化仓库的系统设计 32.1设计目标 32.2自动化仓库的结构及工作流程 83硬件系统设计 73.1PLC选型 73.2I/O口地址分配 94基于PLC的自动化仓库系统软件设计 94.1主程序设计 134.2自动化仓库系统子程序设计 155基于MCGS组态软件的仿真验证 205.1MCGS与自动化仓库系统的连接 225.2实时数据库创建 235.3系统画面设计与动画连接 245.4运行策略设计 255.5设备窗口组态 255.6系统运行 26总结 27参考文献 28[摘要]自动化仓库是当前新经济形势下提升企业效益的关键。自动化仓库又可称为高层货架仓库或者自动存储系统，其主要特点是可在无人工直接干预的情况下自动的完成货品的出入库工作。相较于传统仓库在效率方面自动化仓库具有显著优势。而由于其维护成本过高等问题，自动化仓库至今仍未在我国中小型企业大规模使用。而本论文的目的就旨在设计一种适合于中小型企业使用的小型立体仓库。论文内容包括选择PLC作为仓库核心控制器的原因，基于PLC的仓库系统设计的运行流程，自动化仓库系统软件及硬件设计的展示，对于西门子S7-200可编程控制和组态软件MCGS特点的分析。并依据自动化仓库系统的工作流程设计一个组态监控仿真界面，仿真结果显示系统设计正确。[关键词]立体仓库；PLC；组态软件MCGS前言我国工业随着全球化经济有了快速的发展，工业生产的效率也得到极大提升。传统的仓库系统难以满足现有经济发展需求，所以从传统仓库到自动化仓库系统的转变势在必行。自动化仓库一般是指利用成套搬运设备，结合集自动控制技术、通信技术、机电技术等相关技术辅助，实现无人工干预的自动存储系统。而PLC是一种工业控制领域普遍使用的计算机系统，这种计算机控制系统处理速度高，数据处理能力较为精确，同时通过模块化配置，具有使用灵活的特点，是目前广泛应用的控制装置之一。所以利用PLC可以完全满足自动化仓库系统研究及设计的需求。1自动化仓库系统的设计动机自动化立体仓库能够发展成为了一个庞大的产业是因为自身显著的优势。自动化立体仓库的主要优点为：（1）极大的提高了工作效率（2）降低了货物储存的损耗率（3）极大节省了人力资源（4）十分充分利用仓库的垂直补分空间（5）强力出库入库能力建设立体仓库系统前期部分投入较大，维护和调试的专业性强，其建设运维的成本成为限制其发展的主要原因之一，降低其建设运维成本是行业领域需要面临的关键问题。基于此，本次设计利用PLC功能强大和可靠性高、抗干扰能力强，易于实现机电一体化等一系列的优点，设计一个针对中小型企业的低成本立体仓库控制系统，以高可靠，低成本的设计需求。2自动化仓库的系统设计本节将阐述自动化立体仓库的设计目标、组成结构及工作流程。2.1设计目标（1）系统具备能够检测加料组件的位置及状态的功能；（2）系统运行过程中，要求实现：①对物品的称重及重量显示功能；②根据物品状态（重量和存储位置），可自主决定物品的放置位置。其中放置的规则由物品重量和仓位顺序依次存放；③物品可以自动送至传送装置，且可以根据需求调整传送的速度；④物品可自动的从传送装置下载到相应装置，自动入库；（3）系统可根据货仓状态，自动停止入库，并具备紧急情况报警装置，整体控制过程要求不间断，无冲突，并且具备历史记录的缓存记忆功能。2.2自动化仓库的结构及工作流程图1立体仓库系统俯视图图2立体仓库正视图本系统共由称重区、货品传送带、托盘传送带、机器手装置、材料装载车和一个立体仓库组成，（如图1所示）系统工作流程如下：（1）系统模式划分为手动、自动两种模式：当选用手动模式，仿真界面会弹出手动调试界面，选择调试按钮，分别可对货物传送带、材料装载车水平移动电机（伺服电机）、材料装载车垂直移动电机（步进电机）进行调试，接连碰触开关SB1可以使货物传送带在高、中、低三档进行速度切换，当碰触停止按钮SB2,系统停止调试，指示灯熄灭。（2）系统一开始，材料装载车是在1楼的区域C（SQ11检测信号），材料装载车内部没有货品。（3）自动模式：①货品入库前，首先经过重量检测，重物的重量在自动控制接口上以货品当前的重量显示。（重量自动通过模拟页面设定）②码货品要求：依据货品重量和仓库现实的堆栈情况，系统依据A0-A1-A2-B0-B1-B2-C0-C1-C2的码货规则自动将货品运送至仓库的特定区域。其中仓库区的正视图如图2所示。由图2可知，立体仓库包含9个仓位，可划分为A、B、C三个区域，分别对应材料装载车水平运行轨道的行程开关SQ3、SQ2、SQ1。（货品重量和仓位承重量最多不超过100KG）例如，第一批货品为50kg时，将其码放至A0后，如果第二批货品不满50kg，它也会放在位置A0。货品体重在50kg以上的话，放在位置A1等处，接下来照此规律。③测重完的货品置于货品运输带上，之后SQ1被压低。当SQ1接收信号时，M1马达开始正方向旋转，M1的速度依据货品重量自动调节转速，即60kg-100kg的货物被M1马达低速输送，20-60kg之间的货品被M1马达中速输送，20kg以下的货品，被M1马达高速搬运。当货品运输到指定点，SQ2被压低触发M1马达结束旋转。④M1马达启动后，若SQ3检测到该位置有托盘则会驱动M2马达托动托盘传送带，输送托盘到SQ4位置。当到达指定位置后压下SQ4，触发M2马达旋转停止。3S后，由机器手将货品拿到托盘上放置。⑤货品被捕捉放置到托盘后，入库作业正式开始：首先，材料装载车从C区域向右驱动一段距离，5s过后（此过程中装载车的材料自动捡货）挑选货品后材料装载车会自动根据前端堆叠要求向对应的仓位发送货品。例如，材料装载车需要将货品运送至B2仓位，则拣货结束后，马达M3、M4作以下动作：M3往左旋转，移动到点SQ12停止；M4正转上升托动材料装载车至B2仓位，2s过后（此过程中材料装载车内部气缸将货品连同托盘推送至仓位中），同时仿真界面对应仓位的重量示数变化；货品卸载结束，马达M4反方向旋转，材料装载车下降至SQ12位置，之后在马达M3的托动下向右移动到点SQ11，即材料装载车返回初始位置。截止一个完整的入库工作结束，开始下一次入库工作。⑥若全部仓位都被装满，系统运行结束，此时满库指示灯HL5闪烁。（3）停止操作系统运行中，碰触停止开关SB2，系统结束本次入库工作后停止运行。之后系统重启，接上上次的工作流程。（4）特殊情况：当马达M1旋转时，若托盘检测处感应不到托盘存在（SQ3接收不到信号），则仿真界面会弹出报警画面“托盘用完、请放入托盘”，直至放入托盘，报警画面消失。3硬件系统设计本节将针对硬件主控模块PLC的选型和IO口设计进行阐述。3.1PLC选型在PLC系统设计时，确定好控制方案后，需根据工艺流程的特点和应用要求进行PLC选型结合本系统设计时需求选择西门子PLC，型号为S7-200CPU226。主要根据是：第一，程序编写简单。西门子S7-200CPU226PLC编程利用梯形图进行编程，其与电气图相似，逻辑结构直观。第二，基于PLC的设计简单、维护成本低。可编程逻辑控器代替传统继电器系统的电气接线，控制线路明晰，占用空间小，且具有强大的自检能力，后期运行维护简易。第三，该型号PLC控制器能够提供适当的I/O点的余量，可便于后续添加扩展功能，或者再损坏时可提供紧急修复通道。首先根据计算加起来为所需点的120%来确定总体的输入输出，然后再根据机器的输入输出点，计算出存储器的近似容量，最后结合控制需求，立体仓库系统需要控制两组脉冲轴控制。综合以上四点，选择西门子PLC，型号为S7-200CPU226。如图3所示实物图。图3S7-200CPU226实物图3.2I/O口地址分配PLC型号为S7-200CPU226所以输入点数为24点、输出点数为16点。立体仓库IO表输入输出地址注释地址注释I0.0启动按钮SB1Q0.0P0I0.1停止按钮SB2Q0.1D0I0.2调试完进入自动按钮SB3Q0.2P1I0.3货物传送带起始传感器SQ1Q0.3D1I0.4货物传送带到位传感器SQ2Q0.4M1调试指示灯HL1I0.5托盘传送带起始传感器SQ3Q0.5M2调试指示灯HL2I0.6托盘传送带到位传感器SQ4Q0.6M3调试指示灯HL3I0.7左右C仓位到位传感器SQ11Q0.7M4调试指示灯HL4I1.0左右B仓位到位传感器SQ12Q1.0报警指示灯HL5I1.1左右A仓位到位传感器SQ13Q1.1放料气缸动作I1.2Q1.2M1低速正转I1.3Q1.3M1中速正转I1.4Q1.4M1高速正转I1.5Q1.5M2正转I1.6Q1.6I1.7Q1.7I2.0I2.1I2.2I2.3I2.4I2.5I2.6I2.74基于PLC的自动化仓库系统软件设计论文以设计实现一个自动化立体仓库为目标，本节将详细阐述基于PLC的自动化仓库系统软件设计，本设计的梯形图编程是运用西门子公司的STEP7-MicroWin编程软件完成的。国际电工委员会制定的工业控制编程语言标准(1EC1131-3)，PLC有五种标准编程语言:分别为梯形图语言(LD)、指令表语言(IL)、功能模块语言(FBD)、顺序功能流程图语言(SFC)和结构文化本语言(ST)。西门子S7-200CPU226PLC编程可以使用梯形图作为编程语言，逻辑结构与电气图相似，效果表现直观，故本设计采用的是梯形图语言。下面先简单介绍如何使用STEP7-MicroWin编程软件完成程序编写。（1）双击打开STEP7-MicroWin编程软件，如下图4所示。图4STEP7-MicroWin编程软件（2）新建一个工程，如下图5所示。新建工程新建工程图5新建工程（3）保存为“立体仓库”，如下图6所示。图6保存工程（4）依据立体仓库的I/O表建立一个符号表，如图7所示。点击进入地址必须在英文输入法下输入点击进入地址必须在英文输入法下输入图7符号表（5）编译并调试程序，记得编写完程序一定要编译并保存，如下图8所示。图8编译程序4.1主程序设计主程序主要分为以下几个部分，见图9图9主程序组成主程序为OB1，主要为执行几个子程序的循环，主要的程序架构为主程序OB1下不断循环自动运行子程序、手动调试子程序、报警子程序、步进电机子程序和伺服电机子程序，如下图10、图11所示。图10主程序梯形图图11主程序梯形图4.2自动化仓库系统子程序设计由于立体仓库PLC控制系统的全部程序较为复杂，本节以手动调试子程序、自动调试子程序和报警子程序为例，说明程序的设计思路。其余部分不作一一说明，完整的PLC程序请详见附录。（1）手动调试子程序手动调试程序涉及M1调试，论文以调试M2为例。如下图12所示，通过启动按钮SB1触发M2调试保持状态自锁，停止按钮SB2结束M2调试保持状态自锁状态。通过TON40与TON41组成的交替定时器来不停触发M2正转来打成控制要求。图12M2调试梯形图（2）自动调试子程序由于该部分子程序较为繁多，无法一一表述，特举部分典型案例分析来解释该部分程序的设计思路。首先整个自动程序是整个立体仓库程序的核心，该部分主要采取的逻辑架构为控制步序写法，这样的好处是可以使整个流程的逻辑清晰，不会混乱。如下图13所示，通过判断条件和进入自动按钮SB3使M1.5自动运行中保持自锁，同时触发上升沿信号，使得自动步序寄存器VB23的值为1，自动步序寄存器VB23的值可以清晰的判断当前自动运行状态的执行情况。图13进入自动状态梯形图其次是自动程序的核心部分，该部分程序主要是完成自动运行程序中对放料位置的判断。立体仓库包含9个仓位。每个仓位最大承受重量为100KG。在存储货物时，按照A0-A1-A2-B0-B1-B2-C0-C1-C2的规则进行码放。这里将已经放料的货物重量记为累计货物重量VW23，通过对VW23进行DIV指令，将商寄存在VW36中，判断商的值可以知道，此时当前货物应当放在哪个位置。将余数VW34寄存在HMI显示地址VW40中，来展示当前仓位的货物重量。图14放料位置的判断梯形图A2仓自动放料程序按照材料装载车从C1位置向右行驶一段距离，5s过后（此过程中材料装载车自动完成拣货工作）；拣货结束后，材料装载车传输货品至A2仓位，取货结束后，马达M3、M4作以下动作：M3左方向旋转，材料装载车移动到SQ13点停止；M4正转上升托动材料装载车到达A2仓位，2s过后（此过程中材料装载车内部气缸将货物连同托盘推送至仓位中），此时仿真界面中仓位重量发生变化；货品卸载结束后，马达M4反转，码料小车下降至SQ13位置，之后M3向右运行至行程开关SQ11，即材料装载车回到初始位置。截止一个完整的入库工作结束，开始下一次入库工作。梯形图如下图15所示这里只是举了A2仓的完整放料流程，其实其他仓位的放料流程和A2仓流程基本一致，唯一变换的就是电机运行位置和放料仓位的变化。图15A3仓放料梯形图（3）报警子程序特殊情况：当马达M1开始运行时，若托盘检测处感应不到托盘存在（SQ3接收不到信号），则仿真界面中出现报警画面“托盘用完、请放入托盘”，直至放入托盘，报警画面消失。所以报警子程序分为两步，第一步是报警灯的输出，第二步是HMI上报警弹出界面的显示。其梯形图如下图16所示。图16报警子程序梯形图5基于MCGS组态软件的仿真验证本系统采用MCGSTPC7062Ti型触摸屏，功能如下：TPC7062Ti是一款高性能嵌入式集成触摸屏，以Cortex-A8CPU作为关键部件（600MHz），该产品采用7英寸高亮度TFTLCD（分辨率800*480），四线电阻式触摸屏（分辨率4096）*4096），还预装了MCGS嵌入式配置软件，功能强大。其装置如下图17所示：图17MCGSTPC7062Ti触摸屏组态软件通常是指一些做数据采集和过程控制的专用软件，它们是在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境上面进行开发的，它解决了控制系统通用性问题。本立体仓库系统选用了MCGS嵌入式软件进行仿真，验证其功能的正确性。MCGS嵌入式组态软件通常有强大的界面显示组态功能。其运行于Windows环境下，也可以运用于其实物触摸屏载体，拥有可视化的风格界面、丰富的工具栏和丰富的图形控件和图库，让仿真效果更加生动、直观。MCGS嵌入式组态软件还包含丰富的数据存储。能够存储多种数据，例如模拟量、离散量、字符型等等，方便便捷的实现与外部设备的数据交换。本论文将使用MCGS软件实现自动化立体仓库控制系统的仿真，验证其功能的正确性。如下图18所示，先双击打开MCGS嵌入式组态软件图18MCGS嵌入式软件再新建工程文件，保存为“立体仓库”，如下图19所示。新建工程新建工程图19新建工程5.1MCGS与自动化仓库系统的连接点击设备组态，如下图20所示。点击点击图20设备组态右击设弹出设备工具箱，如下图21所示，在左侧设备管理中选择西门子_S7200，也就是立体仓库编程控制的PLC。图21设备组态5.2实时数据库创建MCGS嵌入式组态软件可以存储各种类型的数据，方便便捷的实现与外部设备的数据交换。如下图22所示，建立立体仓库系统组态时需要用到的数据。批量新建数据新建数据批量新建数据新建数据图22实时数据库创建如下图23所示，对数据对象属性进行详细设置。图23数据对象属性设置5.3系统画面设计与动画连接如下图24所示，对单元属性进行设置，会有动画链接，根据具体需求选择不同的元件然后设置自己需求的动画样式。图24动画连接设置5.4运行策略设计点击运行策略，如下图25所示。图25运行策略新建完需要运行的策略，双击打开策略，如下图26所示。以双击打开循环策略为例，可为策略添加脚本。图25策略设置5.5设备窗口组态设备窗口组态，可为不同的要求建立对应的窗口，立体仓库系统根据其PLC程序分布，要建立两个窗口，分别为图26的手动窗口和图27的自动窗口，其窗口的界面如下图26、图27所示。图26手动调试窗