毕业设计（论文）小型立体仓库PLC控制设计与组态模拟

1、摘要 随着仓储水平的提高，自动化立体仓库在仓储业中应用越来越广泛。随着自动化 立体仓库的出现，人们对仓储空间的利用率逐渐提高，改变了传统的仓储模式。因此， 本课题提出设计开发基于 plc 的小型立体设计，用组态王实现仿真模拟，来体现自动 化立体仓库的便捷性、控制性。 立体仓库的组成部分可分为三个：车仓库结构部分、输送系统部分和控制系统部 分。本文在对国内外立体仓库现状及发展趋势做了一定调研的基础上，选择 3 巷道 3 层的仓库结构为研究模型。本文分析了自动化立体仓库控制系统的工作原理和工作流 程，根据小型立体仓库的运行原理，设计了简单的立体仓库的控制系统。采用了 plc 控制，运用三菱公司的编

2、程软件 gx developer，选择 fx 系列的 plc 进行设计，编写了 立体仓库自动控制系统的程序。设计中使用了组态王进行模拟仿真，监控小型立体仓 库的运动方式和工作原理，经过调试运行，证明了系统的可靠性与实用性。 关键词：关键词：立体仓库 自动控制系统 可编程序控制器 组态王 abstract with the storage level, the automation stereoscopic warehouse in the storage industry more and more widely applied. with the emergence of automated

3、 warehouse, the warehouse space utilization rate increased gradually, has changed the traditional mode of storage. therefore, this paper proposes the design and development of small plc based three- dimensional design, with kingview to achieve simulation, to reflect the automation stereoscopic wareh

4、ouse convenience, control. stereoscopic warehouse components can be divided into three parts: vehicle storage structure, transmission system and control system. in this paper the status quo and development trend of stereoscopic warehouse to do some research on the basis of3roadway,3 layer structure

5、model for the study of warehouse. this paper analyzes the automated three- dimensional warehouse control system working principle and working process, according to the small warehouse operation principle, design a simple three-dimensional warehouse control system. using the plc control, the use of m

6、itsubishis programming software gx developer, select the fx series of plc design, preparation of three-dimensional warehouse automatic program control system. the use of the design on simulation, monitoring small warehouse movement mode and the principle of work, after debugging and running, proves

7、the reliability and practicability of the system. key words: stereo warehouse, automatic control system, plc, kingview 目目 录录 1.绪论绪论.1 1.1 本课题的目的及意义.1 1.2 自动化立体仓库的历史及国内外现状.2 1.3 自动化立体仓库的优越性.3 1.4 论文的主要目标和工作内容.3 2.可编程序控制器技术可编程序控制器技术.5 2.1 plc 的功能特点与应用.5 2.2 plc 的基本组成及工作原理 .6 2.2.1 plc 的基本组成.6 2.2.2 pl

8、c 的基本工作过程.7 2.3 三菱 fx 系列 plc 简介 .8 3.电气控制系统设计电气控制系统设计.9 3.1 电气控制系统的方案设计.9 3.1.1 系统的 i/o 端口分配.9 3.1.2 系统的端口接线图.10 3.2 plc 控制程序的设计.10 3.2.1 控制流程图.10 3.2.2 plc 功能程序设计.11 4.组态软件系统组态软件系统.14 4.1 组态软件的主要特点.14 4.2 组态软件的主要功能.15 4.3 组态软件的应用.16 5.用组态王模拟自动化立体仓库用组态王模拟自动化立体仓库.17 5.1 仓库中的主要组成部分.17 5.2 用组态王监控自动化立体仓

9、库.19 5.2.1 组态王的框架搭建.19 5.2.2 组态王的使用.19 5.2.3 事件命令语言.23 5.3 组态王调试和运行.26 6.结论结论.28 致致 谢谢.29 参考文献参考文献.30 附附录录.31 1.绪论 1.1 本课题的目的及意义 随着人类社会的不断进步，我国国民经济飞速的发展和企业现代化生产规模不断 的扩大，现代物流系统从六十年代刚刚起步到现在蓬勃发展，其中立体仓库控制系统 是不可缺少的重要部分。立体仓库控制系统是以 plc 作为控制核心，集自动控制技术、 计算机技术、通讯技术和机电一体化技术于一体的高科技控制设备。 作为现代物流技术的典型代表，自动化立体仓库 as

10、/rs（automated storage and retrieval system)是当代仓储技术、通讯技术、自动化技术与计算机技术高度集成化 的产物，具有存储容量大、占地面积小、自动化程度高、能与 erp 系统信息集成等多 方面的优点，在产品管理和制造系统中占有非常重要的地位，也是计算机集成制造系 统的集成环节之一。自动化仓库是生产物流的重要组成部分，担负着物资的接受、分 类、计量、包装、分拣配送、存档等多种功能。是实现高效率物流和大容量储藏，适 应现代化生产和商品流通的有效手段。 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

11、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

12、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

13、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。 本课题研究的目的在于，随着仓储水平的提高，自动化立体仓库在仓储业中应用 越来越广泛。随着自动化立体仓库的出现，人们对仓储空间的利用率逐渐提高，改变 了传统的仓储模式。因此，本课题提出设计开发基于 pl

14、c 的小型立体设计，用组态王 实现仿真模拟，来体现自动化立体仓库的便捷性、控制性。为学生今后的工作打下一 个较好的基础，同时本课题具有实用性，对解决工矿企业的自动化物流技术问题具有 重要的意义。 1.2 自动化立体仓库的历史及国内外现状 立体仓库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。20 世纪 50 年 代初美国出现了采用桥式堆垛起重机的立体仓库；50 年代末至 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，建立了第一座由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，并形成了专门的科学。60

15、 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。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主要作业机械，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，自动化立体仓库的发展就是以堆跺机的发展为主要标志 的，目前巷道式堆跺机为主要发展方向。 我国对立体仓库及其物料搬运设备的研制起步较晚，1963 年研制成第一台桥式堆 垛起重机，1973 年开始研制我国第一座由计算机控制的自动

16、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 建成我国第一座自动化立体仓库，并在北京汽车制造厂投产。从此以后，立体仓库在 我国得到了迅速的发展。据不完全统计，目前我国己建成的立体仓库近 300 个，其中 全自动化的立体仓库有 30 多个。1995 年建成的仪征化纤工业联合公司涤纶长丝自动化 立体仓库，是目前我国独立设计和制造的综合自动化程度最高的立体仓库。近些年我 国自动化仓库技术发展很快，己实现了与其它信息决策系统的集成，并正在做智能控 制和模糊控制的研究工作。尽管如此，至今在我国已建成的集成化仓储系统还不多， 我国的自动化

17、立体仓库与国外发达国家相比，无论是从数量上还是从建设水平上都有 着比较大的差距。 1.3 自动化立体仓库的优越性 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.

18、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。 1.4 论文的主要目标和工作内容 本次设计主

19、要综合了大学四年所学的专业知识,运用三菱的 gx developer 软件， 使用 fx 系列的 plc 进行设计，实现小型立体仓库的控制，并使用组态王来仿真，监控 小型立体仓库的运动方式和工作原理。此次设计以 plc 控制及组态软件仿真为主，并 介绍自动化立体仓库的工作原理和工作流程，用组态软件来监控小型立体仓库的运行 方式。 本设计的工作内容为： 1.查阅相关的书籍及资料初步了解小型立体仓库； 2.草拟立体仓库的控制方案，然后设计出流程框图，再根据流程框图编写最后总 程序； 3.使用组态王进行仿真； 4.综合调试。 2.可编程序控制器技术 2.1 plc 的功能特点与应用 plc，可编程序

20、控制器，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 在近年来发展极为迅速、应用极为广泛。它将传统的继电器控制技术、自动化 技术、计算机控制技术和通信技术融为一体专门为工业控制而设计，具有可靠性高、 功能强、编程简单、使用方便、环境适应性好以及体积小、功耗低等特点；具有基本 控制功能、步进控制功能、模拟控制功能、定位控制功能、网络通信功能、自诊断功 能、显示监控功能等，可以满足对工业

21、生产进行监视和控制的绝大多数场合的需要。 plc 最常用的语言是面向控制的梯形图语言，它采用了与实际电器原理图非常接近的图 形编程方式，易学易用。 plc 是综合了继电器接触器控制的优点及计算机灵活、方便的优点而设计制造和发 展的，这就使 plc 具有很多控制器所无法相比的特点： 1. 可靠性高，抗干扰能力强。一般 plc 的平均无故障时间可达几万小时以上。 2. 通用性强，使用方便。 3. 采用模块化结构，使系统组合灵活方便。 4. 编程语言简单、易学，便于掌握。 5. 系统设计周期短。 6. 对生产工艺改变适应性强。 7. 安装简单、调试方便、维护工作量小。 根据 plc 的特点可以将它的

22、应用形式可归纳为：开关量逻辑控制、模拟量控制、 过程控制、定时和计数控制、顺序控制、数据处理、通信和联网。 2.2 plc 的基本组成及工作原理 2.2.1 plc 的基本组成 plc 的主机由微处理器（cpu） 、存储器（eprom、ram） 、输入/输出模块、外 设 i/o 接口、通信接口及电源组成。 1.中央处理单元（cpu）是 plc 的控制中枢。 cpu 的具体作用为： 1）接收、存储用户程序 2）以扫描方式接收来自输入单元的数据和状态信息，并存入相应的数据存储区。 3）执行监控程序和用户程序。完成数据和信息的逻辑处理，产生相应的内部控制 信号，完成用户指令规定的各种操作。 4）响应

23、外部设备（如编程器、打印机）的请求。 plc 在 cpu 的控制下有条不紊地协调工作，从而实现对现场的各个设备进行控制。 plc 常采用的 cpu 通常有三种：通用微处理器（如 8086、80286、80386 等） 、单片机、 位片式微处理器。 2.存储器。 可编程控制器配有两种存储器，即系统存储器（eprom）和用户存储器（ram） 。 系统存储器用来存放系统管理程序，用户不能访问和修改这部分存储器的内容。用户 存储器用来存放编制的应用程序和工作数据状态。存放工作数据状态的用户存储器部 分也称为数据存储区。它包括输入、输出数据映像区，定时器/计数器预置数和当前值 的数据区，存放中间结果的缓

24、冲区。 3.输入/输出模块。 对于各种型号的输入输出模块，我们可以按照信号的种类归类，有直流信号输入、 输出，交流信号的输入、输出；按照信号的输入、输出形式分有数字量输入/输出，开 关量输入/输出，模拟量输入/输出。 4.编程器。 编程器是 plc 的重要外部设备，利用编程器可将用户程序送入 plc 的用户程序存 储器，调试程序、监控程序的执行过程。编程器类型从结构上可分为三种：简易编程 器 ，图形编程器和通用计算机编程。 2.2.2 plc 的基本工作过程 plc 执行程序的方式称为扫描工作方式。plc 从 0000 号存储地址缩存放的第一条 用户程序开始，在无中断或跳转的情况下，按存储地址

25、号递增的方向顺序逐条执行用 户程序，直到 end 指令结束。然后再从头开始执行，并周而复始地重复，直到停机或 从运行（run）切换到停止（stop）工作状态。另外，plc 对输入、输出信号是集中 批处理，而不是微型计算机的实时处理。 plc 扫描工作方式主要分为三个阶段：输入采样、程序执行、输出刷新。 1.输入采样 plc 在开始执行程序前，首先扫描输入端子，按顺序将所有输入信号，读入到寄 存输入状态的输入映像寄存器中，该过程称为输入采样。plc 在运行程序时，所需的输 入信号不是现时取输入端子上的信息，而是取输入映像寄存器中的信息。在本工作周 期内这个采样结果的内容不会改变，只有到下一个扫描

26、周期输入采样才被刷新。 2.程序执行 在用户程序执行阶段，plc 总是由上而下的顺序依次地扫描用户程序（梯形图）。 在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按 照先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑 运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统 ram 存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线 圈在 i/o 映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指 令。 3.输出刷新 在执行到 end 指令，即执行完用户所有程序后，plc 将输出映像寄存器中的内容 送到输出锁存器中进行输出，驱动用户设备。plc 扫描过程示意图如图

27、 plc 工作过程除了包括上述三个主要阶段外，还要完成内部处理、通信处理等工 作。在内部处理阶段，plc 检查 cpu 模块内部的硬件是否正常，将监控定时器复位， 以及完成一些别的内部工作。在通信服务阶段，plc 与其他的带微处理器的智能装置 实现通信。 2.3 三菱 fx 系列 plc 简介 三菱公司的 fx 系列 plc 是比较具有代表性的微型 plc，有以下特点： 1. 先进美观的外部结构。fx 系列 plc 的基本单元、扩展单元和扩展模块的高度 和宽度相同。他们的相互连接不用基板，仅用扁平电缆连接，紧密拼装后组成一个整 齐的长方体。其体积小，很适于在机电一体化产品中使用。 2. 提供多

28、种系列机型供用户选用。不同的 fx 系列 plc 可供不同的用户系统使用， 避免了浪费，使用户能用最少的投资来满足系统的要求。 3. fx 系列 plc 的系统配置灵活，用户除了可以选用不同型号的 fx 系列 plc 之 外，还可以选用各种扩展单元和扩展模块，组成不同 i/o 点和不同功能的控制系统。 本设计中主要采用三菱 fx2n 系列 plc 可编程控制器，通过 plc 可编程控制器接入 堆垛机、升降台、传送带、电动机，使系统按操作员的指令正常运行。 3.电气控制系统设计 3.1 电气控制系统的方案设计 3.1.1 系统的 i/o 端口分配 系统的输入输出点如下列两表： 表 3-1 plc

29、 输入分配表 输入说明输入说明 x001停止按钮x012a 巷道存 x002手动开关x013b 巷道存 x011自动开关x014c 巷道存 x003向左x020a 巷道取 x004向右x021b 巷道取 x005向上x022c 巷道取 x006向下x0151 层存取 x007向前x0162 层存取 x008向后x0173 层存取 x023货物放好检测x030b2 有货检测 x024a1 有货检测x031b3 有货检测 x025a2 有货检测x032c1 有货检测 x026a3 有货检测x033c2 有货检测 x027b1 有货检测x034c3 有货检测 表 3-2 plc 输出分配表 输出说明

30、输出说明 y000左右移动电机正转y003上下移动电机反转 y001左右移动电机反转y004前后移动电机正转 y002上下移动电机正转y005前后移动电机反转 3.1.2 系统的端口接线图 根据系统的控制要求和 i/o 分配表，系统的端口接线图如下： 停止按钮 手动开关 自动开关 向左 向右 向上 向下 向前 向后 a巷道存 b巷道存 c巷道存 a巷道取 b巷道取 c巷道取 1层存取 2层存取 3层存取 货物放好检测 左右移动电机正转 区域有货检测 上下移动电机正转 前后移动电机正转 左右移动电机反转 上下移动电机反转 前后移动电机反转 y000 y001 y002 y003 y004 y00

31、5 x 图 3-1 系统端口接线图 3.2 plc 控制程序的设计 3.2.1 控制流程图 plc 自动控制主程序的控制流程图如下： 开始 存货 货物放好？ 选择位置 运行存放子程 序 结束 选择位置 位置上有 货？ 取货 n y n y y n 自动？ y n 控制升降台运动 图 3-2 plc 主程序控制流程图 3.2.2 plc 功能程序设计 1.存货子程序 以 a1 存货为例，程序如下： 图 3-3 a1 存货子程序梯形图 设置左右平移从初始位置到 a、b、c 巷道的时间分别为 3、6、9 秒，上下平移从 底到 1、2、3 层的时间分别为 3、6、9 秒，前后平移的时间为 2 秒，存取

32、货物留的裕 量为 1 秒。则上面这段程序的意思如下： 按下 a 存和 1，如果 x023 通，即货物放好，则执行 m6 段程序。升降台和货物右 移 3 秒，然后上移 3 秒，前移 2 秒，下移 1 秒，货物自然落在 a1 货架上，升降台后移 2 秒，下移 2 秒，最后左移 3 秒回到初始位置，存货动作完成。 2.取货子程序 以 a1 取货为例，程序如下： 图 3-4 a1 取货子程序梯形图 设置同存货一样，按下 a 取和 1，如果 x24 通，即 a1 有货，则执行 m16 段程序。 升降台右移 3 秒，然后上移 2 秒，前移 2 秒，上移 1 秒，货物随升降台上升，升降台 带着货物后移 2

33、秒，下移 3 秒，最后左移 3 秒回到初始位置，取货动作完成。 4.组态软件系统 4.1 组态软件的主要特点 组态软件，又称组态监控软件系统软件。译自英文 scada,即 supervisory control and data acquisition(数据采集与监视控制)。它是指一些数据采集与过程 控制的专用软件。它们处在自动控制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控制系统监控功能的、通用层次的软件 工具。组态软件的应用领域很广，可以应用于电力系统、给水系统、石油、化工等领 域的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域。在电力系统以及电气化铁道

34、上又 称远动系统(rtu system,remote terminal unit)。 “组态(configure)”的含义是“配置”、“设定”、“设置”等意思，是指 用户通过类似 “搭积木”的简单方式来完成自己所需要的软件功能，而不需要编写 计算机程序，也就是所谓的 “组态”。“监控（supervisory control）”，即 “监视和控制”，是指通过计算机信号对自动化设备或过程进行监视、控制和管理。 组态（configuration）为模块化任意组合。组态软 件主要特点： 1.延续性和可扩充性。用通用组态软件开发的应用程序，当现场（包括硬件设 备或系统结构）或用户需求发生改变时，不需作很

35、多修改而方便地完成软件的更新 和升级； 2.封装性（易学易用），通用组态软件所能完成的功能都用一种方便用户使用 的方法包装起来，对于用户，不需掌握太多的编程语言技术（甚至不需要编程技术） ，就能很好地完成一个复杂工程所要求的所有功能； 3.通用性，每个用户根据工程实际情况，利用通用组态软件提供的底层设备 （plc、智能仪表、智能模块、板卡、变频器等）的i/o driver、开放式的数据 库和画面制作工具，就能完成一个具有动画效果、实时数据处理、历史数据和曲线 并存、具有多媒体功能和网络功能的工程，不受行业限制。 4.2 组态软件的主要功能 组态软件指一些数据采集与过程控制的专用软件，它们是在自

36、动控制系统监控层 一级的软件平台和开发环境，能以灵活多样的组态方式（而不是编程方式）提供良好 的用户开发界面和简捷的使用方法，它解决了控制系统通用性问题。其预设置的各种 软件模块可以非常容易地实现和完成监控层的各项功能，并能同时支持各种硬件厂家 的计算机和 i/o 产品，与高可靠的工控计算机和网络系统结合，可向控制层和管理层 提供软硬件的全部接口，进行系统集成。 组态软件通常有以下几方面的功能： 1.强大的界面显示组态功能。目前，工控组态软件大都运行于 windows 环境下， 充分利用 windows 的图形功能完善界面美观的特点，可视化的风格界面、丰富的工具 栏，操作人员可以直接进人开发状

37、态，节省时间。丰富的图形控件和工况图库，既提 供所需的组件，又是界面制作向导。提供给用户丰富的作图工具，可随心所欲地绘制 出各种工业界面，并可任意编辑，丰富的动画连接方式，如隐含、闪烁、移动等等， 使界面生动、直观。 2.良好的开放性。开放性是指组态软件能与多种通信协议互联，支持多种硬件设 备。开放性是衡量一个组态软件好坏的重要指标。 组态软件向下应能与低层的数据采 集设备通信，向上能与管理层通信，实现上位机与下位机的双向通信。 3.丰富的功能模块。提供丰富的功能库，满足用户的测控要求和现场需求。利用 各种功能模块，完成实时监控，产生功能报表，显示历史曲线、实时曲线，提供报警 等功能，使系统具

38、有良好的人机界面，易于操作，系统既适用于单机集中式控制、dcs 分布式控制，也可以是带远程遇信能力的远程测控系统 4.强大的数据库。配有实时数据库，可存储各种数据，如模拟量、离散量、字符 型等，实现与外部设备的数据交换。 5.可编程的命令语言。有可编程的命令语言，使用户可根据自己的需要编撰程序， 增强图形界面 6.周密的系统安全防范，对不同的操作者，赋予不同的操作权限，保证整个系统 的安全可靠运行。 7仿真功能提供强大的仿真功能使系统并行设计，从而缩短开发周期。 4.3 组态软件的应用 随着工业自动化水平的迅速提高，计算机在工业领域的广泛应用，人们对工业 自动化的要求越来越高，种类繁多的控制设

39、备和过程监控装置在工业领域的应用， 使得传统的工业控制软件已无法满足用户的各种需求。在开发传统的工业控制软件 时，当工业被控对象一旦有变动，就必须修改其控制系统的源程序，导致其开发周 期长；已开发成功的工控软件又由于每个控制项目的不同而使其重复使用率很低， 导致它的价格非常昂贵；在修改工控软件的源程序时，倘若原来的编程人员因工作 变动而离去时，则必须同其他人员或新手进行源程序的修改，因而更是相当困难。 通用工业自动化组态软件的出现为解决上述实际工程问题提供了一种崭新的方法， 因为它能够很好地解决传统工业控制软件存在的种种问题，使用户能根据自己的控 制对象和控制目的的任意组态，完成最终的自动化控

40、制工程。 5.用组态王模拟自动化立体仓库 5.1 仓库中的主要组成部分 本设计中,组态软件组态王为重要组成部分。使用组态王软件开发具有以下几 个特点:(1)实验全部用软件来实现,只需利用现有的计算机就可完成自动控制系统课程 的实验,从而大大减少购置仪器的经费。(2)该系统是中文界面,具有人机界面友好、结 果可视化的优点。对用户而言,操作简单易学且编程简单,参数输入与修改灵活,具有多 次或重复仿真运行的控制能力,可以实时地显示参数变化前后系统的特性曲线,能很直 观地显示控制系统的实时趋势曲线,这些很强的交互能力使其在自动控制系统的实验中 可以发挥理想的效果。 在本设计中主要通过组态王来实现自动化

41、立体仓库的工作原理及作业流程。其中 组态软件中的主要组成元件为 1.按钮 a、b、c 按钮 a、b、c 代表各个巷道的位置,来确定堆垛机的行走路线,从而达到堆垛机的 位置控制。 2.按钮 1、2、3 代表层货架的层次数,来控制堆垛机上升降台上下位置,使之可以准确地行驶到预 定的货位前。 3.启动、关闭按钮 来控制整个系统的开启与关闭,当启动时,各个部件待命,准备执行预定任务.当系 统关闭时,堆垛机复位,系统停止运动 ，按钮区如图所示。 图 5-1 按钮区 4.电动机 画面中有三个电动机，分别控制堆垛机、升降台、传送带的运行。在实际中通过 按钮控制三个电动机正反转使堆垛机、升降台、传动带运动达到

42、指定的库位。 5.托盘 用来存放货物的工具，通过传送带将其移至指定的库位内。 6.货架 它是自动化立体仓库系统实现货物立体存放的主要支撑结构，作为仓库不可或缺 的组成部分，其性能直接影响货到立体仓库面积和空间的利用率。货架的形式有很多， 而用在自动化立体仓库的货架一般有：横梁式货架、牛腿式货架、流动式货架等。可 根据货物单元的外形尺寸、重量及其它相关因素来合理选取。 在本设计中仓库货架为框架式，通过托盘将货物放入指定库位。 7.指定货物 用一个货物来模拟入库作业流程。 8.堆垛机 堆垛机是整个自动化立体仓库的核心设备，通过手动操作、半自动操作或全自动 操作实现把货物从一处搬运到另一处。它由机架

43、（上横梁、下横梁、立柱） 、水平行走 机构、提升机构、载货台、货叉及电气控制系统构成。 1）堆垛机形式的确定：堆垛机形式多种多样，包括单轨巷道式堆垛机、双轨巷道 式堆垛机、转巷道式堆株机、单立柱型堆垛机、双立柱型堆垛机等等。 2）堆垛机速度的确定：根据仓库的流量要求，计算出堆垛机的水平速度、提升速 度及货叉速度。 3）其它参数及配置：据仓库现场情况及用户的要求选定堆垛机的定位方式、通讯 方式等。堆垛机的配置可高可低，视具体情况而定。 在本设计中由堆垛机、升降台、传送带、两个电动机组成，用来将货物放至指定 的货位内。 9.传送装置 输送系统是立体库的主要外围设备，负责将货物运送到巷道端口或从巷道

44、端口将 货物移走。常见的类型有辊道输送机、链条输送机、升降台、分配车、提升机、皮带 机等。根据物流图，合理选择输送机的类型。同时，还要根据仓库的瞬时流量合理确 定输送系统的速度。 在本设计中使用传送带带动升降台水平位移，升降台带动货物垂直位移，实现输 送的模拟。 5.2 用组态王监控自动化立体仓库 5.2.1 组态王的框架搭建 自动化立体仓库在组态界面中分 2 个部分，一个是库位按钮，另一个就是立体仓 库界面。在设计的组态界面中上面是立体仓库主体部分，下方为库位按钮界面。 仓库分 a、b、c 和 1、2、3 共 9 个仓库位，而库位按钮中的按键有：a、b、c 的存 取 6 个按钮，1、2、3

45、的存取 6 个按钮加上启动与停止 2 个按钮。除了按钮以外，控制 面板上还应该有各种指示灯，如：系统运行指示灯、空闲指示灯、报警指示灯。但出 于简便考虑，简单的仓库设计中没有加入这些指示灯。 本设计主要由两个动作完成，例如：按下按钮 a 以及 2 堆垛机运行至 a 巷道停止， 升降台上升至 a2 货位放置货物，动作完毕后，堆垛机回到初始位置；按下按钮 b 堆垛 机运行至 b 巷道，再按下按钮 1，升降台上升至 b1 货位取出货物，动作完成，堆垛机 带着货物回到初始位置完成取货的作业。 在实际运用中，动作应有上下左右前后 6 种动作，但是出于组态模拟考虑，在本 设计中前后进出货架的动作省略。 5

46、.2.2 组态王的使用 在使用组态王时，先新建一个工程：小型仓库，并将该工程设为当前工程。然后 进入组态王的工程设计界面，新建画面。点击建立的画面进入开发系统，使用图库以 及工具箱中的自定义图形完成小型自动化仓库的组态框架图，如下 图 5-2 小型仓库组态框架图 完成框架图后，点击数据库，进入数据词典，点击新建，进行各变量的编辑。本 设计中使用的变量共 36 个，具体如下： 图 5-3 存取按钮变量编辑 图 5-4 其余变量编辑 变量的编辑要根据设计中需要进行，内存实数初始值根据物体具体坐标进行设定， 如 a2 货水平，即为 a2 区货物水平移动的初始坐标，在图中找到坐标 360，则设为 36

47、0： 图 5-5 变量初始值设定 在建立变量之后进行动画连接。进入画面开发系统，双击需要连接的图案，与需 要的变量进行链接。举例如下图： 图 5-6 动画连接 双击货物，出现动画连接的对话框，点选“水平移动”出现水平移动对话框，点 击表达式框右侧的问号进入动画与变量连接的对话框，选择想要连接的变量，点击确 定，完成动画连接。同时移动连接中“移动距离”和“对应值”要对照画面中的坐标 设定。 要实现组态的模拟，事件的命令语言编辑是极为关键的一步。点开命令语言中的 事件命令语言，双击新建来建立一个事件。如下图： 图 5-7 新建事件 由于小型仓库的设计要求，在按下 a 存以及 2 存时，自动将货物送

48、入 a2 区。故 在 “存在时”输入具体事件。出于模拟速度考虑，时间设为 100 毫秒。在事件编写中， 需要使用到的变量可以通过点击“变量.域”来连接所需要的变量。 5.2.3 事件命令语言 在本设计中组态模拟要达到的效果是取货时按下库位按钮中相应的库位地点按钮 （如取 a2 区的货物，就按下 a 取和 2 取）和启动按钮后堆垛机工作，即传送带以及升 降台向右平移到达相应的地点，接着升降台向上到达货物所在仓位，再向上抬起，完 成取货的动作。完成后，升降台带着货物回到传送带。到达位置后传送带、升降台以 及货物回到初始位置。存货时动作相似，按下存货按钮和启动按钮。传送带和升降台 右移，达到位置后升

49、降台上升，到达指定位置连同货物一起上升一段距离。传送带和 货物一起下移回到传送带上。最后传送带、升降台和货物三者一起回到初始位置。 完整的存取货物的事件命令语言见附录。 现以 a2 仓位货物的存取为例简单介绍设计中的命令语言。 a2 货物的存放事件命令语言如下： if(本站点a 存=1 本站点传送带=本站点传送带+5; 本站点升降台横=本站点升降台横+5; if(本站点a2 货水平470) 本站点a2 货水平=470; 本站点升降台横=450; 本站点传送带=440; if(本站点升降台横=450) 本站点升降台上=本站点升降台上-5; 本站点a2 货垂直=本站点a2 货垂直-5; if(本站

50、点升降台上390) 本站点升降台上=390; 本站点升降台横=本站点升降台横-5; 本站点传送带=本站点传送带-5; if(本站点升降台横470，停止向右移，升降台和货物开始向上移动。在 a2 货物到达 2 区存放点 稍微偏上的地点时，升降台和货物向下动，货物到达指定的 a2 点。这时存货的动作完 成，a 存按钮以及 2 存按钮清零，开始复位动作。升降台继续向下移动到传送带，然后 传送带与升降台向左移动回到初始位置，动作全部完成，a2 货物存放结束。 a2 取货的事件命令语言如下： if(本站点a 取=1 本站点升降台横=本站点升降台横+5; if(本站点升降台横450) 本站点升降台横=45

51、0; 本站点传送带=440; if(本站点升降台横=450) 本站点升降台上=本站点升降台上-5; if(本站点升降台上390) 本站点升降台上=390; 本站点a2 货垂直=340; 本站点a2 货水平=本站点a2 货水平-5; 本站点升降台横=本站点升降台横-5; 本站点传送带=本站点传送带-5; if(本站点升降台横200)条件相当于没有加设，系统直接执 行了到达 a2 货位的步骤，导致出错，将200 改为470) 本站点a2 货水平=470; 本站点升降台横=450; 本站点传送带=440; if(本站点升降台横=450) 本站点升降台上=本站点升降台上-5; 本站点a2 货垂直=本站

52、点a2 货垂直-5; if(本站点升降台上390) 本站点升降台上=390; 本站点升降台横=本站点升降台横-5; 本站点传送带=本站点传送带-5; if(本站点升降台横450) 本站点升降台横=450; 本站点传送带=440; if(本站点升降台横=450) 本站点升降台上=本站点升降台上-5; if(本站点升降台上390) 本站点升降台上=390; 本站点a2 货垂直=340; 本站点a2 货水平=本站点a2 货水平-5; 本站点升降台横=本站点升降台横-5; 本站点传送带=本站点传送带-5; if(本站点升降台横470) 本站点a1 货水平=470; 本站点升降台横=450; 本站点传送

53、带=440; if(本站点升降台横=450) 本站点升降台上=本站点升降台上-5; 本站点a1 货垂直=本站点a1 货垂直-5; if(本站点升降台上390) 本站点升降台上=390; 本站点升降台横=本站点升降台横-5; 本站点传送带=本站点传送带-5; if(本站点升降台横450) 本站点升降台横=450; 本站点传送带=440; if(本站点升降台横=450) 本站点升降台上=本站点升降台上-5; if(本站点升降台上390) 本站点升降台上=390; 本站点a1 货垂直=340; 本站点a1 货水平=本站点a1 货水平-5; 本站点升降台横=本站点升降台横-5; 本站点传送带=本站点传

54、送带-5; if(本站点升降台横470) 本站点a3 货水平=470; 本站点升降台横=450; 本站点传送带=440; if(本站点升降台横=450) 本站点升降台上=本站点升降台上-5; 本站点a3 货垂直=本站点a3 货垂直-5; if(本站点升降台上390) 本站点升降台上=390; 本站点升降台横=本站点升降台横-5; 本站点传送带=本站点传送带-5; if(本站点升降台横450) 本站点升降台横=450; 本站点传送带=440; if(本站点升降台横=450) 本站点升降台上=本站点升降台上-5; if(本站点升降台上390) 本站点升降台上=390; 本站点a3 货垂直=340;

55、 本站点a3 货水平=本站点a3 货水平-5; 本站点升降台横=本站点升降台横-5; 本站点传送带=本站点传送带-5; if(本站点升降台横570) 本站点b1 货水平=570; 本站点升降台横=550; 本站点传送带=540; if(本站点升降台横=550) 本站点升降台上=本站点升降台上-5; 本站点b1 货垂直=本站点b1 货垂直-5; if(本站点升降台上390) 本站点升降台上=390; 本站点升降台横=本站点升降台横-5; 本站点传送带=本站点传送带-5; if(本站点升降台横550) 本站点升降台横=550; 本站点传送带=540; if(本站点升降台横=550) 本站点升降台上=本站点升降台上-5; if(本站点升降台上390) 本站点升降台上=390; 本站点b1 货垂直=340; 本站点b1 货水平=本站点b1 货水平-5; 本站点升降台横=本站点升降台横-5; 本站点传送带=