基于PLC的立体仓库控制系统设计【三菱PLC】 基于PLC的立体仓库设计

喜欢这套资料就充值下载吧。资源目录里展示的都可在线预览哦。下载后都有，请放心下载，文件全都包含在内，有疑问咨询QQ:414951605 或 1304139763 江苏工程职业技术学院毕业设计（论文） 基于PLC的立体仓库控制系统的设计 毕 业 设 计（论 文） 设计题目： 基于PLC的立体仓库的设计 专 业： 班 级： 学 号： 姓 名： 指导老师： 起讫日期 年 月 日 ～ 年 月 日 摘 要 窗体顶端 PLC作为一种工业控制计算机,具有模块化结构、配置灵活、高速的处理速度、精确的数据处理能力、多种控制功能、网络技术和优越的性价比等性能,是目前广泛应用的控制装置之一。自动化立体仓库的出现,实现了仓库功能从单纯保管型向综合流通型的转变，而且自动化立体仓库是现代物流与仓储系统的重要组成部分，具有货物存取效率高和自动化程度高、很强的入出库能力等优点。而PLC功能强大，可靠性高，抗干扰能力强，维修方便，易于实现机电一体化。完全满足立体仓库工作环境和控制系统的要求。但是由于立体仓库前期投入大，需要专业人才从事维护，维持费用高， 只有资本雄厚的企业才会重视立体仓库，成本成为立体仓库发展的限制因素，因此如何降低立体仓库的成本或者设计中小型立体仓库自然成为重中之重更利于推广与普及。 本文采用三菱PLC控制系统设计立体仓库的控制系统，因为采用PLC控制系统对立体仓库的操控很简单，抗干扰能力强，输入和输出接口，运行速度快，稳定可靠，维护和维修方便，此外，该立体仓库控制系统具有高可靠性，低功耗，长寿命，良好的环境适应性，适用于立体仓库的开发，以及立体仓库利润也很高，从而使PLC的机可以得到更好的发展，因此，本次的基于PLC的立体仓库控制系统的设计在某种程度上面来说具有重大的经济和社会意义。 关键词：立体仓库 资源 PLC 意义 Abstract With development of all kind of science technology and global economy, Pneumatic manipulator is a automated devices that can mimic the human hand and arm movements to do something，aslo can according to a fixed procedure to moving objects or control tools. It can replace the heavy labor in order to achieve the production mechanization and automation, and can work in dangerous working environments to protect the personal safety.Therefore widely used in machine building, metallurgy, electronics, light industry and atomic energy sectors.The pneumatic part of the design is primarily to reasonablepneumatiatcompressedneceengththdirectionprocedurework.The inverted pendulum is a typical high order system, with multi variable, non-linear,  strong-coupling, fleet and absolutely instable. It is representative as an ideal model to prove new control theory and techniques. During the control process, pendulum can effectively reflect many key problems such as equanimity, robust, follow-up and track, therefore. This paper use Plc control method of double inverted pendulum .This several test matrix value the results are not satisfactory response, then we optimize matrix by using Genetic Algorithm. Simulation results show: The system response can meet the design requirements effectively after Genetic Algorithm optimization. Small twisted paper broken machine for ordinarhome. Keywords：sewingmachine, assembly,Plc,meaning I 目 录 摘 要 I 目 录 II 1 绪 论 1 1.1自动化立体仓库的发展趋势 1 1.2应用PLC控制系统的优点 2 1.3本课题的研究内容 5 1.4本课题的研究意义及研究目的 7 2 PLC控制系统简介 9 2.1 PLC简介 12 2.2 PLC的分类 14 2.3 PLC的控制过程 15 3 基于PLC的立体仓库控制系统硬件的设计 16 3.1 步进电机的选择 18 3.1.1 步进电机的原理 19 3.1.2 步进电机的选择 21 3.2步进电机驱动器的选择 22 3.3传感器的选择 23 3.4 PLC 输入输出分配表 24 3.5电气原理图的设计 24 4 基于PLC的立体仓库控制系统软件的设计 25 4.1梯形图程序的设计 26 4.2系统工作流程图的设计 27 结 论 28 致 谢 29 参考文献 30 1 绪 论 窗体顶端 随着现代工业生产的发展，柔性制造系统(FlexibleManufacturing System)、计算机集成制造系统(Computer Integrated Manufacturing System)和工厂自动化(Factory Automation)对自动化仓库提出更高的要求。射频数据通信、条形码技术、扫描技术和数据采集越来越多地应用于仓库堆垛机、自动导引车和传送带等运输设备上，移动式机器人也作为柔性物流工具在柔性生产、仓储和产品发送中日益发挥重要的作用。实现系统的柔性化，灵活的传输设备是实现物流和仓储自动化的趋势。 美国学者J．A．White将自动化立体仓库的发展分为五个阶段：人工仓储阶段、机械化仓储阶段、自动化仓储阶段、集成化仓储阶段和智能自动化仓储阶段。目前，智能自动化仓储技术虽然还处于初级发展阶段，但它将是主要的发展方向。 立体仓库的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。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，并形成了专门的学科。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。 我国对立体仓库及其物料搬运设备的研制开始并不晚，1963研制成第一台桥式堆垛起重机（机械部北京起重运输机械研究所），1973开始研制我国第一座由计算机控制的自动化立体仓库（高15米，机械部起重所负责），该库1980年投入运行。到2003年为止，我国自动化立体仓库数量已超过200座。现在，自动化物流技术和成套设备的研发已经发展成了一个庞大的产业。目前，国外自动化立体仓库采用扫描技术， 提高信息的传输速度和准确性：采用射频数据通信技术，数据的采集、处理和交换能够在搬运工具与中央计算机之间快速进行，使物品的存取和发送信息做到快速、实时、可靠和准确。另外，近年来迅猛发展的多媒体技术也在自动化立体仓库中得到越来越广泛的应用，普遍应用于人员培训、操作指导、远程现场监视、异地故障分析和诊断及防火防盗等方面。 但是国内的自动化立体仓库系统具有一定的局限性，主要以单机为主，系统整体的集成能力和集成水平低；因为资金不足，许多外围设备如AGV系统、码垛和拆垛等无法应用于物流系统，从根本上限制了这些设备的研制和发展；仓储作业的计算机管理水平较低。因此不论从自动化物流系统的设备品种及技术水平，还是在应用的广度和深度上与国际水平都还存在着相当大的差距。 窗体底端 窗体顶端 1.1 自动化立体仓库的发展趋势 随着自动化技术和信息技术在自动化立体仓库广泛运用，自动化立体仓库的发展将呈现以下趋势： (1)仓储作业管理自动化水平将会逐步提高。 (2)智能技术将会获得应用。 (3)仓库作业向柔性化方向发展。 (4)建设自动化立体仓库方面更加注重实用性和安全性 1.2 应用PLC控制系统的优点 自动化立体仓库又叫做高架仓库或者高架库，一般所指定都是几层，十几甚至几十层高度的货架储存货物单元，用相对应的货物搬运设备进行货物的出入库作业的仓库。自动化仓库的出现是对原有的传统仓储方式的一种颠覆，它是由高层货架，堆垛机，输送机构，下位控制系统以及计算机管理系统等部件组成，可以在上位机控制系统和下位机的控制下完成货物的自动存取作业。自动化立体仓库最早出现在50年代的美国，而现在对它应用最广的是日本。我国在70年代开始研究由计算机控制的自动化仓库系统， 该系统是子啊80年代投入使用的。经过大致的统计，到2010年底，我国的自动化立体仓库已超过1000座。自动化仓库在我国应用很广，几乎所有的行业都会用到自动化立体仓库的身影。主要应用行业有机械，化工，航天医药，食品加工，机场，港口等。自动化立体仓库的研究和应用在我国经过了4个主要阶段：（1) 20世纪70年代，我过立体仓库的研究处于初级阶段，系统的研究和使用已经完成，但是受迫于当时的经济条件，所以应用十分有限。 (2) 20世纪80-90年代，属于中级应用阶段，通过对国外技术的吸收以及和国内技术的融合，完成了第二代的技术研发，主要是基于PLC控制的立体仓库的系统。 （3）20世纪末至21世纪前5年，我国处于高速发展阶段，以联想公司为代表的自动化物流系统为起点，基于第三代检测技术得到全面的应用。使这一时期的立体仓库得到了更加广泛的应用，使其发展速度有了质飞跃，每年有40左右的增长。 （4）21世纪初页，立体仓库进过了成熟应用阶段，每年有90套左右，到10年底，市场保有量1000套。我国的自动化仓储技术已经基本成熟了，已经进入应用阶段。与国外的先进技术的差距主要是速率，工艺和可靠性等方面。与传统的立体仓库控制系统相比，PLC立体仓库控制系统有以下几个方面： （1）可靠性高，抗干扰能力强，抗干扰能力强的PLC由于采用现代大规模集成电路技术，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。 （2）配套齐全的功能，强大的PLC发展到今天的应用，已经形成了大，中，小规模的系列产品。可在各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能，最现代的PLC的具有完美的数据计算功能，可以在各种数字控制区域使用。 （3）易学易用，深受工程技术人员欢迎PLC作为通用工业控制计算机，是工业控制设备的工矿企业。这是很容易的界面，编程语言，很容易为工程技术人员接受。 1.3 本课题的研究内容 本课题主要研究中小型自动化立体仓库的自动控制系统，具有专用的人机信息交流界面控制面板，可以实现手动和自动货物存取功能。存取货物还可以实现全自动，为节省PLC成本，采用三菱的矩阵输入指令等高级宏指令，扩展了PLC的输入和输出点数。而且利用PLC软件实现货架上有无货物的检测，节省了货物检测传感器的成本投入，步进电机也是通过PLC软件进行控制其正转、翻转和加减速。 根据自动化立体仓库运行的基本原理，通过大学阶段所学的知识设计一套基于PLC的自动化立体仓库运动的控制系统，具有根据用户的输入，三个坐标方向电机能够准确移动、定位以实现物品的正确存放功能。具体完成的任务如下： （1） 命令键盘的设计。 （2） 熟练掌握PLC程序设计方法。 （3） 应用PLC完成硬件电路的设计。 （4） 设计出相应的程序，并且通过调试。 （5） 在立体仓库模型上进行物品装卸试验。 通过对仓库模型控制系统的设计研究，能够对自动化立体仓库设计的基本工作原理有一定的认识，并且对大学阶段所学知识能够进一步的深化，对理论知识和实际应用之间的相互转化有更具体的理解，特别是对PLC技术、数字电路、机电一体化技术有了更进一步的认识。以及PLC的程序设计有了更认真地学习和运用。 1.4本课题的研究意义及研究目的 自动化立体仓库又称立库、自动存取AS/RS(Automatic Storage& Retrieval System)，是一种用高层立体货架(托盘系统)储存物资，用电子计算机控制管理和用自动控制堆垛运输车进行存取作业的仓库。 使用自动化立体仓库可以产生巨大的社会效益和经济效益。它通过高层货架存储，使存储区大幅度地向高空发展，提高了空间利用率；自动化立体仓库采用层积式存放，结合计算机管理，可以很容易实现先入先出，防止货物的自然老化、变质和损坏；通过自动存取系统(AS/RS),加快了运行和处理速度，提高了劳动生产率，降低操作人员的劳动强度；采用自动化技术后，还能较好地适应黑暗、低温、污染、有毒和易爆等特殊场合的物品存储需要；计算机控制能够始终准确无误地对各种信息进行存储和管理，减少了货物处理和信息处理过程中的差错；同时借助于计算机管理还能有效地利用仓库存储能力，便于清点和盘库，合理减少库存，加快资金周转，节约流动资金，从而提高仓库的管理水平。自动化仓库的信息系统可以与企业的生产信息系统集成，实现企业信息管理的自动化。同时，由于使用自动化仓库，促进企业的科学管理，减少了浪费，保证均衡生产，也提高了操作人员素质和管理人员水平。 自动化物流控制系统具有信息处理、系统控制、系统监视、系统管理等多种功能，集信息流和物流于一体，是现代化企业物流和信息流管理的重要组成部分。 自动化控制系统在现代物流系统中起着承上启下的重要作用，根据上位调度管理计算机下达作业任务，控制系统自动完成对设备的运行、停机、故障、报警等各项过程的控制。同时将作业完成情况和设备状况实时上报上位调度管理层，使上位系统实现对设备运行状况、物流位置和物流数据的管理与监控。自动化控制系统作为自动化物流系统中的一个重要组成部分，对于提高物流系统的物流控制功能和作业效率，具有关键的作用。 自动化立体仓库是一个复杂的综合自动化系统是现代物流技术领域中出现的一种新型仓储方式。自动化立体仓库自诞生以来就受到了极大关注，对其相关技术和管理的研究从未停止过。在现代社会，随着生产方式和技术革命性的变革，自动化立体仓库已经成长为支持企业和社会经济活动的重要因素，其经济和社会效益逐渐被人接受，自动化立体仓库也成为企业和社会投资的重点。而且自动化立体仓库其优越性是多方面的，对于企业来说,可从以下几个方面得到体现： 1 提高空间利用率 ，早期立体仓库的构想，其基本出发点是提高空间利用率，充分节约有限且宝贵的土地。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、环境保护等更多的方面联系起来。有些甚至把空间的利用率作为系统合理性和先进性考核的重要指标来对待。 立体库的空间利用率与其规划紧密相连。一般来说，自动化高架仓库其空间利用率为普通平库的2-5倍。这是相当可观的。 2 便于形成先进的物流系统，提高企业生产管理水平 传统仓库只是货物储存的场所，保存货物是其唯一的功能，是一种“静态储存”。自动化立体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，而且可以与仓库以外的生产环节进行有机的连接，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生产物流中的一个重要环节。企业外购件和自制生产件进入自动化仓库储存是整个生产的一个环节，短时储存是为了在指定的时间自动输出到下一道工序进行生产，从而形成一个自动化的物流系统，这是一种“动态储存”，也是当今自动化仓库发展的一个明显的技术趋势。 本课题研究的目的在于，随着自动化立体仓库系统控制技术的蓬勃发展，探索自动化立体仓库新的控制技术，结合现代科技的发展水平，用技术创新的思想，在实现自动化立体仓库的Integrated(集成化)、Intelligent(智能化)、Information(信息化)方面进行研究。为提高自动化立体仓库先进性、可靠性，提高其经济效益和社会效益，提高我国的物流技术水平做出我们应有的贡献。堆垛机控制系统和货位的优化分配研究已经取得了较大的进展，但随着现代物流的发展，问题的复杂程度和求解精度要求的不断提高，现有的研究方法还不能满足现代物流的控制要求，需要发展更为高效的优化方案。 2 PLC控制系统简介 2.1 PLC简介 窗体顶端 PLC指以计算机技术为新的工业控制设备的基础。这是PLC可编程序控制器（可编程序控制器）在1987年，国际电工委员会颁布的可编程控制器PLC的标准草案作了如下定义的; PLC英文名称可编程逻辑控制器，中国人的名字是一个可编程逻辑控制器，定义是：电子系统，在工业环境设计的数字运算操作应设计。它使用了一种可编程存储器，用于其内部存储的程序，逻辑操作的实现，顺序控制，定时，计数和诸如面向用户的指令的算术运算，并通过数字或模拟输入/输出控制各种类型的机械或生产过程的。PLC是一个可编程逻辑控制电路，而且硬件和硬件语言的组合，在半导体有非常重要的应用，它可以说是有半导体PLC上的地方。PLC在工业生产过程中的发展，大量的开关顺序控制，它是按照逻辑 的动作序列，并根据该链保护动作控制之间的逻辑关系，并有大量离散变量 根据集合。在传统上，这些功能是由气动或电气控制系统来实现的。PLC的最基本 最广泛使用的，在逻辑控制开关的，它取代了传统的继电器电路，实现了逻辑控制，顺序控制，它可以用于单个设备的控制，也可用于机器控制和自动化生产线。如注塑机，印刷机，装订器，智能窗帘，粉碎，包装等。目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁，石油，化工，电力，建材，机械制造，汽车，纺织，交通，环保，文化娱乐等行业广泛使用。随着该领域的应用越来越普遍，PLC技术及其产品的持续开发，主要表现在以下几个方面。现今，随着大规模集成电路技术的发展,PLC由简单的一位机发展到现在的16位和32位机的专用化PC，实现了多CUP多通道处理数据。PLC技术发展到现在已经非常的成熟了，不但控制能力强，功耗底，体积小，成本低，可靠强，且编程方便。使其在工业控制方面得到了广泛的应用，并成为了控制技术中的大支柱行业。 目前，世界上有200多家PLC厂商，400多种各类型的PLC。其中，主要分为三大类，分别是美系，日系，欧系。他们占到了PLC市场份额的8成左右。而我国PLC产业经过多年的发展，也有了30多家的生产厂家。PLC的未来的发展趋势； (1)体积大小在产品的研发中有着两极分化的趋势。一方面是向更小，性价比更高的方面发展；另一方面是向大型机，高速化，多CPU处理，大容量发展。 (2)向通讯网络化发展,分布式的协同合作。PLC网络化控制是现在通讯网络化发展的主流。PLC与PLC之间的网络通讯，PLC与上位机的联网通信已经得到了广泛的应用。各PLC制造商之间也在协商指定通用的通信标准，以构成更大的网络系统。PLC已成为集散控制系统不可缺少的组成部分。编程语言和工具的多样化及其标准化，多种编程语言的并存、互补与发展是PLC软件进步的一种趋势。 2.2 PLC的分类 自动化立体仓库通常有以下几种分类方式，按建筑形式可以分为整体式和分离式；按自动化仓库与生产连接的紧密程度可分为独立型(也称离线型)、半紧密型和紧密型仓库(在线型)；按货物存取形式可以分为单元货架式、拣选货架式；按照在生产流通中的作用可以分为生产性仓库和流通性仓库；按货架的结构形式可以分为单元货格式、贯通式、水平循环式和垂直循环式，其中以单元货格式仓库使用最广。按容量和功能分为小型机、中型机、大型机。 小型PLC一般以开关量控制为主，它的输入/输出点数适合于接触器、继电器控制的场合，还能直接驱动电磁阀等执行元件。这类PLC价格低廉、体积小巧，适合于控制单台设备，开发机电一体化产品。 中型PLC不仅有开关量和模拟量的控制功能，还具有数值计算能力。为了将温度、压力、流量等模拟量转化为数字量，一般都带有A/D转化器，中型机指令也比小型机丰富。还有微分、积分、比例、整数、浮点运算等模块功能。适用于有温度控制和开关动作复杂的机械及连续生产过程。 大型机已经于工业控制计算机相近，它具有计算、控制和调节的功能，还具有网络结构和通讯联网能力。这类机型点数都在100点以上，内存容量64K以上。大型机适用于设备自动化控制，过程自动化控制和过程监控系统中。 可编程序控制器，英文称ProgrammableController，简称PC。但由于PC容易和个人计算机（Personal Computer）混淆，故人们仍习惯地用PLC作为可编程序控制器的缩写。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，它采用可编程序的存储器，用以在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时/计数和算术运算等操作指令，并通过数字式或模拟式的输入、输出接口，控制各种类型的机械或生产过程。PLC是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电接触控制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习惯，特别是PLC的程序编制，不需要专门的计算机编程语言知识，而是采用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；调试与查错也都很方便。用户在购到所需的PLC后，只需按说明书的提示，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。 可编程序控制器一直在发展中，所以至今尚未对其下最后的定义。国际电工学会（IEC）曾先后于1982.11；1985.1和1987.2发布了可编程序控制器标准草案的第一，二，三稿。 在第三稿中，对PLC作了如下定义：可编程序控制器是一种数字运算操作电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的，模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关的外围设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。 PC的用户存储器通常以字（16位/字）为单位来表示存储容量。 注意：系统程序直接关系到PC的性能，不能由用户直接存取，所以，通常PC产品资料中所指的存储器形式或存储方式及容量，是指用户程序存储器而言。 3.接口 输入输出接口是PLC与工业现场控制或检测元件和执行元件连接的接口电路。PLC的输入接口有直流输入、交流输入、交直流输入等类型；输出接口有晶体管输出、晶闸管输出和继电器输出等类型。晶体管和晶闸管输出为无触点输出型电路，晶体管输出型用于高频小功率负载、晶闸管输出型用于高频大功率负载；继电器输出为有触点输出型电路，用于低频负载。 现场控制或检测元件输入给PLC各种控制信号，如限位开关、操作按钮、选择开关以及其他一些传感器输出的开关量或模拟量等，通过输入接口电路将这些信号转换成CPU能够接收和处理的信号。输出接口电路将CPU送出的弱电控制信号转换成现场需要的强电信号输出，以驱动电磁阀、接触器等被控设备的执行元件。 1)输入接口 输入接口用于接收和采集两种类型的输入信号，一类是由按钮、转换开关、行程开关、继电器触头等开关量输入信号；另一类是由电位器、测速发电机和各种变换器提供的连续变化的模拟量输入信号。 以图2所示的直流输入接口电路为例，R1是限流与分压电阻，R2与C构成滤波电路，滤波后的输入信号经光耦合器T与内部电路耦合。当输入端的按钮SB接通时，光耦合器T导通，直流输入信号被转换成PLC能处理的5V标准信号电平(简称TTL)，同时LED输入指示灯亮，表示信号接通。微电脑输入接口电路一般由寄存器、选通电路和中断请求逻辑电路组成，这些电路集成在一个芯片上。交流输入与交直流输入接口电路与直流输入接口电路类似。 图2直流输入接口电路 滤波电路用以消除输入触头的抖动，光电耦合电路可防止现场的强电干扰进入PLC。由于输入电信号与PLC内部电路之间采用光信号耦合，所以两者在电气上完全隔离，使输入接口具有抗干扰能力。现场的输入信号通过光电耦合后转换为5V的TTL送入输入数据寄存器，再经数据总线传送给CPU。 2)输出接口 输出接口电路向被控对象的各种执行元件输出控制信号。常用执行元件有接触器、电磁阀、调节阀(模拟量)、调速装置(模拟量)、指示灯、数字显示装置和报警装置等。输出接口电路一般由微电脑输出接口电路和功率放大电路组成，与输入接口电路类似，内部电路与输出接口电路之间采用光电耦合器进行抗干扰电隔离。 微电脑输出接口电路一般由输出数据寄存器、选通电路和中断请求逻辑电路集成在芯片上，CPU通过数据总线将输出信号送到输出数据寄存器中，功率放大电路是为了适应工业控制要求，将微电脑的输出信号放大。 3)其它接口 若主机单元的I/O数量不够用，可通过I/O扩展接口电缆与I/O扩展单元(不带CPU)相接进行扩充。PLC还常配置连接各种外围设备的接口，可通过电缆实现串行通信、EPROM写入等功能。 4.编程器 编程器作用是将用户编写的程序下载至PLC的用户程序存储器，并利用编程器检查、修改和调试用户程序，监视用户程序的执行过程，显示PLC状态、内部器件及系统的参数等。 编程器有简易编程器和图形编程器两种。简易编程器体积小，携带方便，但只能用语句形式进行联机编程，适合小型PLC的编程及现场调试。图形编程器既可用语句形式编程，又可用梯形图编程，同时还能进行脱机编程。 目前PLC制造厂家大都开发了计算机辅助PLC编程支持软件，当个人计算机安装了PLC编程支持软件后，可用作图形编程器，进行用户程序的编辑、修改，并通过个人计算机和PLC之间的通信接口实现用户程序的双向传送、监控PLC运行状态等。 5.电源 PLC的电源将外部供给的交流电转换成供CPU、存储器等所需的直流电，是整个PLC的能源供给中心。PLC大都采用高质量的工作稳定性好、抗干扰能力强的开关稳压电源，许多PLC电源还可向外部提供直流24V稳压电源，用于向输入接口上的接入电气元件供电，从而简化外围配置。 2.4 三菱FX系列PLC简介及型号说明 三菱公司的FX系列PLC是比较具有代表性的微型PLC，除具有基本指令表编程以外，还可以采用梯形图编程及对应机械动作流程进行顺序设计的SFC（Sequential Function Chart）顺序功能图编程，而且这些程序可以相互转换。在FX系列PLC中还设置了高速计数器、各种应用指令及模块，大大的扩大 展了本系列PLC的功能和应用领域。 2.3 PLC的控制过程 可编程控制器执行程序的过程有三个阶段。 (1) 输入采样阶段 PLC通过扫描把输入端口的输入状态按顺序保存在输入映像寄存器中，然后控制器对采集的信息进行处理，因为输入信号存在输入映像寄存器中，即使程序在执行过程中输入状态发生了变化，对程序的执行和处理也无任何影响。当一次扫描结束，映像寄存器被刷新，输入端信号才再次被采集进入输入映像寄存器中，进行程序执行。再次扫面刷新，再次执行处理。 (2) 程序执行阶段 PLC梯形图程序扫描遵循从左到右，从上到下的步骤顺序执行。所谓用户程序的执行，并非是系统将CPU的工作交由用户程序管理，CPU仍执行系统程序中的指令。输入端每次采集数据都会寄存在输入端映像数据存储区内，CPU执行时将存储区内的信号数据进行处理。当用户程序管理程序后，程序执行一次扫描周期后进行刷新，所有的输出映像都被依次刷新，系统进入下一输出刷新阶段。 (3) 输出刷新阶段 当所有的指令执行完毕后，元件映像寄存器中所有输出继电器的状态在输出刷新阶段存到输出锁存器中，通过输出端子和外部电源，驱动外部设备。其中输出锁存器一直将状态保持到下一个循环扫描周期的开始，所以输出映像寄存器的状态在程序执行阶段是动态的。1 接通电源，将选择开关置于手动位置，分别按下↑、↓、←、→后观察各方向运动情况，小车在高强度丝杠上运行平稳，在接近极限位置时，执行限位保护。 2 将选择开关置于自动位置，通电状态下，各机构复位，即返回零位。立体仓库坐标定位以零位开始。 3 当送货的时候，选择欲送货物的仓位号，按动仓位号对应的按钮，控制面板数码管显示仓位号。按送货按钮后，货物自动送入指定的仓位号对应的仓库位里。若被指定的仓位号里有货物，则送货命令不被执行。送货完成后，小车自动返回原来的位置。 4 当取货的时候，选择欲取货物的仓位号后，在控制面板的数码管里显示出来，按动取货按钮后，可以自动将货物取出。如果小车里有货物，则取货命令不被执行。取货与送货装有互锁开关，防止发生故障。 5 取货和送货指令完成后，机构自动返回原来位置。 6 当小车内有货物时，若无外部操作，就绪指示灯亮，十秒后程序把最大仓位号里的货物转运至没有放货物的比它小的仓位号所对应的仓位里。上述自动优化放货只对1～6号仓库适用。 7 需用手动取货时，必须在断电状态下进行。 8 通过控制面板可以控制步进电机，正反转和加减速。可提高送货效率。 了保护人身、设备和货物的安全，堆垛机必须具有完 善的安全保护措施： 1 ) 堆垛机在行走、载货台升降和货又伸缩终端处都设有 机械和电气限位装置。 2 ) 货物检测载货台上设有货物超高、超长和超宽检测装 置。在货物进入载货台时，当检测到货物超过设定高度、长 度或宽度时， 堆垛机便停止运行并报警。 一般允许误差为3 0 ～ 4 0 m m，检测元件采用对射或反射式光电传感器。 3 ) 载货台上还设有检测货又是否回位、货叉上有无货物 和货位中有无货物的装置。如货叉没有回位，堆垛机不能水 平运行；如货叉上已有货物，则不能再取货；入库时，必须 检测货位中有无货物，以避免发生事故。 4 ) 断电保护 如载货台升降过程中忽然断电， 则通过提升 电动机制动使载货台停在当前位置，不会掉下来。 该立体仓库结构示意图如下图所示： 3 基于PLC的立体仓库控制系统硬件的设计 3.1步进电机的选择3.1.1 步进电机的原理 步进电机是数字控制系统中的执行电动机，当系统将一个电脉冲信号加到步进电机定子绕组时，转子就转一步，当电脉冲按某一相序加到电动机时，转子沿某一方向转动的步数等于电脉冲个数。因此，改变输入脉冲的数目就能控制步进电动机转子机械位移的大小；改变输入脉冲的通电相序，就能控制步进电动机转子机械位移的方向，实现位置的控制。当电脉冲按某一相序连续加到步进电动机时，转子以正比于电脉冲频率的转速沿某一方向旋转。因此，改变电脉冲的频率大小和通电相序，就能控制步进电动机的转速和转向，实现宽广范围内速度的无级平滑控制。步进电动机的这种控制功能，是其它电动机无法替代的。步进电动机可分为磁阻式、永磁式和混合式，步进电动机的相数可分为：单相、二相、三相、四相、五相、六相和八相等多种。增加相数能提高步进电动机的性能，但动机的结构和驱动电源就会复杂，成本就会增加，应按需要合理选用。不管是那一种类型的步进电机，其运动控制系统都是相似的。均属于开环控制系统，一般主要由步进电机运动控制器（本设计中步进电机运动控制器为PLC）、步进电机驱动器和步进电机三部分组成。  本设计步进电机驱动器主要包括环形分配器和功率放大器两部分。其中环形分配器又称脉冲分配器，它根据运行指令按一定的逻辑关系分配脉冲，通过功率放大器加到步进电机的各相绕组，使步进电机按一定的方式运行；并实现正、反转控制和定位控制。由于输出的功率极小，所以脉冲分配器不能直接驱动步进电机工作，必须通过功率放大器进行放大，才能给步进电机各相绕组提供足够的电流。 步进电机运动控制器则是控制系统的核心部分，它根据控制要求提供给步进电机驱动控制信号，该控制信号包括脉冲信号、脉冲方向信号、控制方式信号。运动控制器提供给步进电机的驱动信号是标准的信号，不论哪种驱动器都接受这样的标准信号，从而为开放式的控制提供了标准接口。这样为步进电机设计的运动控制器就可根据不同的需要与不同的驱动器连接使用[21]。 为了控制的方便，步进电机一般可以有两种不同的控制模式可供选择。控制模式就是由控制方式信号来设置的。一种是方向/脉冲模式，在这种控制模式下，脉冲信号控制的是步进电机的运动，脉冲方向信号控制的是步进电机的运动方向(即正、反转)；另一种是脉冲模式，此时这两路信号分别控制步进电机的正转和反转运动，这样对于某些只需要一个方向运动的应用场合，可以省去一路信号，简化设计。本系统通过最终调试表明本控制系统能够较为准确地完成对货物的存取功能，而且运行比较灵敏、可靠、。但同时也暴露出了一系列问题，在具体应用中可以采用半闭环控制，传感器采用旋转编码器，旋转编码器安装在传动丝杠轴端，既能判定速度，又能确定位置，比较精确可靠。驱动采用步进电机驱动，转速可以提高，力矩也较大，灵敏度也高，更接近与实用。 另外在工作台上安装机械自锁，以提高安全。在智能化上可以提高，在工作台上安装接近传感器，防止工作台与仓库、存放货物等相撞。增加记忆、逻辑判定、自动存放、自动提取、采用条形码识别自动执行等方式。利用上位机编程组态软件，来提高控制方式增加数据分析等工作能力。 3.1.2 步进电机的选择 （1） 、步进电动机的特点 ①、步进电动机是一种作为控制用的特种电机，它的旋转是以固定的角度(称为“步距角”)一步一步运行的，其特点是没有积累误差(精度为100％)，所以广泛应用于各种开环控制。 ②、步进电机的转速与脉冲信号的频率成正比 ③、步距值不容易因为电气、负载、环境条件的变化而改变,使用开环控制(或半闭环控制)就能进行良好的定位控制。 ④、起制动、正反转、变速等控制方便。 ⑤、价格便宜,可靠性高。 ⑥、步进电动机的主要缺点是效率较低,并且需要配上适当的驱动电源。 ⑦、步进电动机带负载惯性的能力不强,在使用时既要注意负载转矩的大小,又要注意负载转动惯量的大小,只有当两者选取在合适的范围时,电机才能获的满 意的运行性能。 ⑧、由于存在失步和共振，因此步进电机的加减速的方法根据利用状态的不同而复杂多变。 （2） 、步进电机驱动系统的基本组成 与交直流电动机不同，仅仅接上供电电源，步进电机不会运行的。为了驱动步进电动机，必须由一个决定电动机速度和旋转角度的脉冲发生器（在该立体仓库控制系统中采用PLC作脉冲发生器进行位置控制）、一个使电动机绕组电流按规定次序通断的脉冲分配器、一个保证电动机正常运行的功率放大器，以及一个直流功率电源等组成一个驱动系统，如图3-2所示。 （3）、步进电动机的选择计算 在选择步进电动机时首先考虑的是步进电动机的类型选择，其次才是具体的品种选择，在该立体仓库控制系统中要求步进电动机电压低、电流小、有定位转矩和使用螺栓机构的定位装置，确定步进电动机采用2相8拍混合式步进电机；在进行步进电动机的品种选择时，要综合考虑速比i、轴向力F、负载转矩lT 、额定转矩NT和运行频率yf，以确定步进电机的具体规格和控制装置。 由于我们使用螺栓机构的定位装置，已知条件和要求条件为：移动部分总重M=25kg外力Fa=4kg.cm 磨擦系数=0.04 螺栓机构的效率=O.9 螺栓轴径BD=1.2cm 螺栓长BL=42cm 螺距P=3mm 分辨率L=0.01mm 移动距离=0.0075mm/步速度V=2m／min 计算：设拟选用2相、1.8°步距角的HB型电动机速比(设使用直接驱动方式) i=m×b/(360×L)=2×1.8／(360×O.01)=1 轴向力F=Fa+M=4+0.04×25=5kg.cm 负载转矩lT=F×P／(2)+(0×0F×P)/2 =5×0.3／(2 ×3.14×0.9)+ (0.3×1.67× 0.3)/(2 ×3.14) =0.289kg.cm 螺栓的惯量BJ=（×BL×4BD）/32 =（3.14×7.9×310×42×42.1）/32 =0.0675kg.2Cm 移动体的惯量tJ=M×2)2/(P=25×2)28.6/3.0(=0.0571 kg.2Cm 负载惯量为LJ=BJ+tJ=0.0675+0.00571 =0.1246kg.2cm 根据以上计算可以初步选定步进电动机，其惯量为MJ=0.03 kg.2cm，空载起动频率sf=3000H。 由要求的速度可求出运行的频率： f=V／L=2000／(60×0.01)=3333HZ 可知需要加减速的驱动方式。 齿轮比：G=360°/bL=0.0075 ×360°/ (1.8°×0.01)=150 换算到电机轴的负载转矩为T=G×L(lT+F)/ 2 =150×0.01×(0.289+5)/(6.28×0.9) =1.40 kg.cm 对首次设计的装置来讲，所选用的电动机通常留有2～3倍的余量，所以电机转矩NT=3T=3×1.40=4.2 kg.cm =0.41N. 3.2步进电机驱动器的选择 步进电机驱动器的选择步进电机的运行要有一电子装置进行驱动，这种装置就是步进电机驱动器，它是把控制系统发出的脉冲信号转化为步进电机的角位移，或者说：控制系统每发一个脉冲信号，通过驱动器就使步进电机旋转一步距角。所以步进电机的转速与脉冲信号的频率成正比。所有型号驱动器的输入信号都相同，共有三路信号，它们是：步进脉冲信号CP、方向电平信号DIR、脱机信号FREE(此端为低电平有效，这时电机处于无力矩状态；此端为高电平或悬空不接时，此功能无效，电机可正常运行)。它们在驱动器内部的接口电路都相同，见下图。OPTO端为三路信号的公共端，三路输入信号在驱动器内部接成共阳方式，所OPTO端须接外部系统的VCC，如果VCC是+5V则可直接接入；如果VCC不是+5V则须外部另加限流电阻R，保证给驱动器内部光耦提供8-1 5mA的驱动电流，参见图3-4和图3-5。在该立体仓库中由于FP0提供的电平为24V，而输入部分的电平为5V，所以须外部另加1.8K的限流电阻R。 3.3传感器的选择 在该立体仓库中采用欧姆龙EE-SPY402凹槽型、反射型接插件式传感器作货物检测，它是日本欧姆龙公司的产品，采用能抗周围外来光干扰的变调光式；采用变调光式，与直流光式比，不易受外来光干扰的影响；电源电压为DC5-24V的大量程电压输出型；带有容易调整的光轴标识；带有便于调整，动作确认的入光显示灯；反射式传感器的时间图和输出回路图如图3-9所示。 它有三根连接线(红、蓝、黑)，红色接电源的正极、黑色接电源的负极、蓝色为输出信号，当与挡块接近时输出电平为低电平，否则为高电平。需要注意检测距离不要离传感器太近，否则传感器不能动作；连接是采用接插件方式，千万不要对端子(读出头)进行焊接。它有三根连接线(红、蓝、黑)，红色接电源的正极、黑色接电源的负极、蓝色为输出信号，当与挡块接近时输出电平为低电平，否则为高电平。需要注意检测距离不要离传感器太近，否则传感器不能动作；连接是采用接插件方式，千万不要对端子(读出头)进行焊接。 3.4 PLC输入输出分配表 根据本课题PLC输入输出的控制要求，得出PLC输入输出I/O分配，如表3-4所示。 3.5 电气原理图的设计 根据立体仓库的课题设计要求，得出如下图3-11电气原理图。 4 基于PLC的中央空调控制系统软件的设计 4.1 梯形图程序的设计 本系统运用SWOPC-FXGP/WIN-C编程软件进行梯形图顺控程序编写，在编写梯形图的过程中遵循以下编程规则： 1．每个继电器的线圈和它的触点均用同一编号，每个元件的触点使用时没有数量限制。 2．梯形图每一行都是从左边开始，线圈接在最右边（线圈右边不允许再有触点）。 3．线圈不能直接接在左边母线上。 4．在一个程序中，同一编号的线圈如果使用两次，称为双线圈输出，它很容易引起误操作，应避免。 5．在梯形图中没有真实的电流流动，为了便于分析PLC的周期扫描原理和逻辑上的因果关系，假定在梯形图中有“电流”流动，这个“电流”只能在梯形图中单方向流动——即从左向右流动，层次的改变只能从上向下。 4.2系统工作流程图的设计 根据以上分析，得出系统工作流程图如下图所示： 结 论 本次毕业设计的题目是多功能切菜机的设计，直到今天，毕业设计总算接近尾声了，通过这次对于基于PLC的立体仓库控制系统的设计，使我们充分把握的设计方法和步骤，不仅复习所学的知识，而且还获得新的经验与启示，在各种软件的使用找到的资料或图纸设计，会遇到不清楚的作业，老师和学生都能给予及时的指导，确保设计进度，本文所设计的是基于PLC的立体仓库控制系统的设计，通过初期的方案的制定，查资料和开始正式做毕设，让我系统地了解到了所学知识的重要性，从而让我更加深刻地体会到做一门学问不易，需要不断钻研，不断进取才可要做的好，总之，本设计完成了老师和同学的帮助下，在大学研究的最感谢帮助过我的老师和同学，是大家的帮助才使我的论文得以通过。 至此，感觉自己受益良深，在以后的工作中，我将继续努力，以期做到更好。 致 谢 在此论文完成之际，我的心里感到特别高兴和激动，在这里，我打心里向我的导师和同学们表示衷心的感谢！因为有了老师的谆谆教导，才让我学到了很多知识和做人的道理，由衷地感谢我亲爱的老师，您不仅在学术上对我精心指导，在生活上面也给予我无微不至的关怀支持和理解，在我的生命中给予的灵感，所以我才能顺利地完成大学阶段的学业，也学到了很多有用的知识，同时我的生活中的也有了一个明确的目标。知道想要什么，不再是过去的那个爱玩的我了。导师严谨的治学态度，创新的学术风格，认真负责，无私奉献，宽容豁达的教学态度都是我们应该学习和提倡的。通过近半年的设计计算，查找各类基于PLC的立体仓库控制系统的相关资料，论文终于完成了，我感到非常兴奋和高兴。虽然它是不完美的，是不是最好的，但在我心中，它是我最珍惜的，因为我是怎么想的，这是我付出的汗水获得的成果，是我在大学四年的知识和反映。四年的学习和生活，不仅丰富了我的知识，而且锻炼了我的个人能力，更重要的是来自老师和同学的潜移默化让我学到很多有用的知识，在这里，谢谢老师以及所有关心我和帮助我的人，谢谢大家。 在这里，祝愿我的导师和同学们身体健康，万事如意！ 参考文献 [1] 徐灏等.PLC控制原理[M](第二版）.北京：机械工业出版社，2003   [2] 程悦荪.立体仓库控制系统的设计[M].北京：中国农业出版社，1981   [3] 周纪良.立体仓库PLC控制系统的设计[M].北京：机械工业出版社，1991   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