EDA仓库智能控制系统设计与研究

1、上海工程技术大学（论文） EDA仓库智能控制系统设计与研究目 录摘要 1Abstract 2 0 引言 41 EDA的介绍 51.1 EDA的定义 51.2 EDA的发展 51.3 EDA技术的优势 61.4 EDA的应用 72 PLC的介绍 72.1 PLC基础结构 72.2 PLC的工作原理及功能 92.3 PLC的特点 112.4 PLC的发展 113 Altium Designer的介绍 124 电机的选 144.1 直流电机 144.1.1 直流电机的介绍 144.1.2 直流电机的接线原理图 144.2 步进电机 154.2.1 步进电机的介绍 154.2.2 步进电机驱动器的原理

2、 154.2.3 步进电机的原理接线图 165 槽型光电开关 166 仓位检测 176.1 光敏电阻 186.2 LM393电压比较器 187 PLC程序的设计 197.1 三菱PLC的介绍 197.2 程序流程图 217.3 程序的设计 237.3.1 GX-Developer介绍 237.3.2 程序的创建 237.4 通讯模式 257.5 程序的编写 278 结论 39参考文献 41附录 42译文 76原文说明 97103EDA仓库智能控制系统设计与研究摘 要随着社会的发展，仓库的运作模式现在不断的进步，老的仓库运作模式已经不能够满足如今社会的节奏了。仓库智能控制系统是现代物流系统的一个

3、重要组成部分广泛应用与各行各业中。在现代社会中，仓库的进出货速度也要求快速，准确，方便。仓库智能控制能够直观的了解仓库内的仓位的空满情况，快速并准确的进出货物，能够很好的为企业节省管理上的时间和金钱。在科技日新月异的今天，仓库智能控制系统的发展是必然的趋势。EDA技术是在电子CAD技术基础上发展起来的计算机软件系统，是指以计算机为工作平台，融合了应用电子技术、计算机技术、信息处理及智能化技术的最新成果，进行电子产品的自动设计。PLC是采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程

4、。本次毕业设计的系统的原理图是用EDA软件来设计的，再结合PLC来编写控制程序来实现对系统中的机械手的灵活操控。关键词：EDA，PLC，仓库智能控制系统EDA warehouse intelligence control system design and researchAbstractWith the development of society, warehouse operation mode now and constantly progress, warehouse of the old mode of operation has not able to meet society&

5、#39;s rhythm. Intelligent warehouse control system is an important part of modern logistics system is widely used and in all industries. In modern society, in and out of the warehouse the goods also require fast, accurate and convenient. Intelligent warehouse control positions within the intuitive u

6、nderstanding of warehouse space full, fast and accurate access to the goods, are good for companies to save time and money management. In today's technological advances, warehouse is the inevitable trend of the development of an intelligent control system. EDA technology in electronic computer s

7、oftware system developed on the basis of CAD technology, refers to the use of computers for work platform, combination of applied electronics technology, computer technology, information processing and intelligent technology of the latest achievements, automatic design of electronic products. PLC is

8、 a programmable memory for its internal stored procedures, performing logical operations, order control, timer, counting and arithmetic operations, such as user-oriented instruction, through digital or analogue input/output control of various types of machinery or production processes. The Schematic

9、 diagram of the system of the graduation project EDA software is used to design, coupled with PLC to write a program to implement a system of flexible manipulator control.Key words：EDA，PLC，warehouse intelligence control systemEDA仓库智能系统设计与研究杨 杰 0213081210 引言现代社会中，在社会的快速进步下，所有事物都在不断的更新着，当然旧时候的仓库管理模式已经

10、过时了，现在出现了一种新的仓库控制系统，仓库智能化控制系统。随着制造环境的改变，产品周期越来越短，多样少量的生产方式，对库存限制的要求越来越高，因而必须建立及执行供应链管理系统，借助电脑化、信息化将供应商、制造商、客户三者紧密联合，共担库存风险。库存的最优控制部分是确定仓库的商业模式的，即要（根据上一层设计的要求）确定本仓库的管理目标和管理模式，如果是供应链上的一个执行环节，是成本中心，多以服务质量、运营成本为控制目标，追求合理库存甚至零库存。因此精确了解仓库的物品信息对系统来说至关重要，所以我们提出要解决精确的仓储管理的控制系统。而仓库智能控制系统正是我们所需要的，仓库智能控制系统在如今的管

11、理中起着至关重要的作用，如果不能保证及时准确的进货、库存控制和发货，将会给企业带来巨大损失，这不仅表现为企业各项管理费用的增加，而且会导致客户服务质量难以得到保证，最终影响企业的市场竞争力。所以我准备以仓库智能化控制系统的设计与研究为题来做本学期的毕业设计。1 EDA的介绍1.1 EDA的定义EDA 是英文“ Electronics Design Automation （电子设计自动化）”的缩写， EDA 技术是现代电子设计的最新技术潮流，是综合现代电子技术和计算机技术的最新研究成果，是从事电子线路设计与分析的一门技术，包括电子线路的设计、计算机模拟仿真和电路分析、印制电路板的自动化设计三个方

12、面的内容。由于它是一门刚刚发展起来的新技术，涉及面广，内容丰富，理解各异，所以目前尚无一个确切的定义。但从EDA技术的几个主要方面的内容来看，可以理解为：EDA技术是以大规模可编程逻辑器件为设计载体，以硬件描述语言为系统逻辑描述的主要表达方式，以计算机、大规模可编程逻辑器件的开发软件及实验开发系统为设计工具，通过有关的开发软件，自动完成用软件的方式设计电子系统到硬件系统的一门新技术。可以实现逻辑编译、逻辑化简、逻辑分割、逻辑综合及优化，逻辑布局布线、逻辑仿真。完成对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射、编程下载等工作，最终形成集成电子系统或专用集成芯片。1.2 EDA的发展EDA技术是伴随着计算

13、机、集成电路、电子系统的设计发展起来的，至今已有30多年的历程。大致可以分为三个发展阶段。20世纪70年代的CAD(计算机辅助设计)阶段：这一阶段的主要特征是利用计算机辅助进行电路原理图编辑，PCB布局布线，使得设计师从传统高度重复繁杂的绘图劳动中解脱出来。20世纪80年代的CAE(计算机辅助工程设计)阶段：这一阶段的主要特征是以逻辑摸拟、定时分析、故障仿真、自动布局布线为核心，重点解决电路设计的功能检测等问题，使设计而能在产品制作之前预知产品的功能与性能。20世纪90年代是EDA(电子设计自动化)阶段：这一阶段的主要特征是以高级描述语言，系统级仿真和综合技术为特点，采用“自顶向下”的设计理念

14、，将设计前期的许多高层次设计由EDA工具来完成。1.3 EDA技术的优势由于 EDA 把计算机的快速、高精度、存储容量大、严格的逻辑判断和优良的数据处理能力与人的创造性思维能力充分结合起来，因而，比传统的电路设计方法优越得多。具体体现在下述几方面：EDA 的自动化、智能化程度更高，功能更丰富完善，且界面友好。在电子设计自动化技术中，人为操作技术占的比重越来越少，计算机包办的事情越来越多，代替人的重复性劳动，节约人力资源。人类则可以有充足的精力、时间，发挥直觉、综合、创造等方面的优势，在最关键的地方拍板决策。EDA 的开放性和数据交换性好。电子设计自动化技术更注意贯彻整个产品设计过程中各个设计环

15、节间的有机连接和设计资源的充分利用，允许不同厂家的自动化工具配合使用。EDA 技术更实用。当今的 EDA 技术更面向设计对象，更贴近实践。 EDA 技术一方面是软件技术，另一方面则是软件设计师们对整个设计过程和相关的生产实践活动潜心研究和透彻理解的结晶。因此用 EDA 技术进行设计，不仅能大幅度缩短产品开发周期、降低成本，而且能最大限度地将设计资源应用到产品设计的各个过程和生产、管理的各个阶段中，保证设计出来的产品在性能、可靠性和适合工业化生产方面达到满意结果。EDA 技术的应用节约原材料和减少仪器仪表等，从而降低了成本，且可以模拟各种极限情况，如超低频、大功率、高温、低温等。EDA 技术的应

16、用使电子产品质量和产品合格率大大提高。1.4 EDA的应用EDA在教学、科研、产品设计与制造等各方面都发挥着巨大的作用。在教学方面，几乎所有理工科（特别是电子信息）类的高校都开设了EDA课程。主要是让学生了解EDA的基本概念和基本原理、掌握用HDL语言编写规范、掌握逻辑综合的理论和算法、使用EDA工具进行电子电路课程的实验并从事简单系统的设计。一般学习电路仿真工具(如EWB、PSPICE)和PLD开发工具(如Altera/Xilinx的器件结构及开发系统)，为今后工作打下基础。在科研方面主要利用电路仿真工具(EWB或PSPICE)进行电路设计与仿真；利用虚拟仪器进行产品测试；将CPLD/FPG

17、A器件实际应用到仪器设备中；从事PCB设计和ASIC设计等。在产品设计与制造方面，包括前期的计算机仿真，产品开发中的EDA工具应用、系统级模拟及测试环境的仿真，生产流水线的EDA技术应用、产品测试等各个环节。如PCB的制作、电子设备的研制与生产、电路板的焊接、ASIC的流片过程等。从应用领域来看，EDA技术已经渗透到各行各业，如上文所说，包括在机械、电子、通信、航空航天、化工、矿产、生物、医学、军事等各个领域。另外，EDA软件的功能日益强大，原来功能比较单一的软件，现在增加了很多新用途。如AutoCAD软件可用于机械及建筑设计，也扩展到建筑装潢及各类效果图，汽车和飞机的模型、电影特级等领域。2

18、 PLC的介绍2.1 PLC基础结构可编程逻辑控制器PLC（Programmable Logic Controller），它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程逻辑控制器实质是一种专用于工业控制的计算机，可编程逻辑控制器其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为：电源 可编程逻辑控制器的电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此，可编程逻辑控制器的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在+10%(

19、+15%)范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去。中央处理单元(CPU) 中央处理单元(CPU)是可编程逻辑控制器的控制中枢。它按照可编程逻辑控制器系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当可编程逻辑控制器投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器

20、内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。为了进一步提高可编程逻辑控制器的可靠性，近年来对大型可编程逻辑控制器还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。存储器 存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。输入输出接口电路 现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是可编程逻辑控制器与现场控制的接口界面的输入通道。 现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用可编程逻辑控制器通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。功能模块 如计数

21、、定位等功能模块。 通信模块通讯模块有很多类型，常见的有串口模块（RS232、RS485、RS422）和以太网通讯模块。2.2 PLC的工作原理及功能当可编程逻辑控制器投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段， 即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，可编程逻辑控制器的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。 输入采样阶段 在输入采样阶段，可编程逻辑控制器以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应的单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区

22、中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。 用户程序执行阶段 在用户程序执行阶段，可编程逻辑控制器总是按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。即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区

23、内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。 在程序执行的过程中如果使用立即I/O指令则可以直接存取I/O点。即使用I/O指令的话，输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直接从I/O模块取值，输出过程影像寄存器会被立即更新，这跟立即输入有些区别。 输出刷新阶段 当扫描用户程序结束后，可编程逻辑控制器就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照

24、I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是可编程逻辑控制器的真正输出。2.3 PLC的特点可编程逻辑控制器具有以下鲜明的特点： 系统构成灵活，扩展容易，以开关量控制为其特长；也能进行连续过程的PID回路控制；并能与上位机构成复杂的控制系统，如DDC和DCS等，实现生产过程的综合自动化。 使用方便，编程简单，采用简明的梯形图、逻辑图或语句表等编程语言，而无需计算机知识，因此系统开发周期短，现场调试容易。另外，可在线修改程序，改变控制方案而不拆动硬件。 能适应各种恶劣的运行环境，抗干扰能力强，可靠性强，远高于其他各种机型。2.4 PLC的发展20世

25、纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程逻辑控制器，使可编程逻辑控制器增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。此时的可编程逻辑控制器为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。个人计算机发展起来后，为了方便和反映可编程控制器的功能特点，可编程逻辑控制器定名为Programmable Logic Controller（PLC）。20世纪70年代中末期，可编程逻辑控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地

26、位。 20世纪80年代初，可编程逻辑控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。20世纪80年代至90年代中期，是可编程逻辑控制器发展最快的时期，年增长率一直保持为3040%。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，可编程逻辑控制器逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。 20世纪末期，可编程逻辑控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。这个时期发展了大型机和超小型机、诞生了各种各样的特殊功能单元、生产了各种人机界面单元、通信

27、单元，使应用可编程逻辑控制器的工业控制设备的配套更加容易。3 Altium Designer的介绍Altium Designer是一种单一的设计软件，却能提供上百万种的实现方法 不要把你的设计能力局限在某一个水平。让自己从旧有的设计包中脱身，进入到全方位设计这种方法中。利用所有可用的的技术和工具来实现你的想法，让这些想法变成日后被广泛使用的产品并相互关联的产品。 Altium Designer要做的事情就是这样：帮你冲破旧有设计思维的局限，打破限制，把你从原来的孤立而困难的方法中解放出来。Altium能帮助你不断探索，用更多而且崭新的方法做设计，并帮助你设计出前所未有的新玩意。 构思和设计时不

28、用理会设备之间的界限。为你的客户设计整个产品的历程开启了。探索出你在产品的软硬件两方面特性加入了什么功能，并了解这个产品与更大的产品系统之间的关系。 新一代的电子设计工具，就是 Altium Designer.图3.1是Altium Designer设计电路原理图的流程图：图3.1 设计电路原理图的流程图4电机的选取4.1 直流电机4.1.1 直流电机的介绍定义输出或输入为直流电能的旋转电机，称为直流电机，它是能实现直流电能和机械能互相转换的电机。当它作电动机运行时是直流电动机，将电能转换为机械能；作发电机运行时是直流发电机，将机械能转换为电能。4.1.2直流电机的接线原理图图4.1为直流电机

29、原理接线图图4.1 直流电机原理接线图4.2 步进电机4.2.1 步进电机的介绍步进电机是一种感应电机，它的工作原理是利用电子电路，将直流电变成分时供电的，多相时序控制电流，用这种电流为步进电机供电，步进电机才能正常工作，驱动器就是为步进电机分时供电的，多相时序控制器。步进电机相对普通电机来说，他可以实现开环控制，即通过驱动器信号输入端输入的脉冲数量和频率实现步进电机的角度和速度控制，无需反馈信号。但是步进电机不适合使用在长时间同方向运转的情况，容易烧坏产品，即使用时通常都是短距离频繁动作较佳。步进电机配合驱动器使用，很多驱动器都支持细分功能，即实现很小的步进角，控制更精确。4.2.2 步进电

30、机驱动器的原理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。所以，控制步进脉冲信号的频率，可以对电机精确调速；控制步进脉冲的个数，可以对电机精确定位目的。输入步进电机的信号是经过步进驱动器处理过的数字脉冲信号，0为低电平，1为高电平。所有型号的步进电机驱动器的输入信号都是相同，共3种，分别是脉冲信号CP，方向电平信号DIR和脱机信号FREE（低电平有效）。步进电机驱动器接口电路如图4.2所示：图4.2

31、步进电机驱动器接口电路4.2.3 步进电机的原理接线图图4.3为步进电机原理接线图图4.3 步进电机的原理接线图5 槽型光电开关槽型光电开关其实对射式光电开关的一种又被叫做U型光电开关，是一款红外线感应光电产品，由红外线发射管和红外线接收管组合而成，而槽宽则就决定了感应接收型号的强弱与接收信号的距离，以光为媒体，由发光体与受光体间的红外光进行接收与转换，检测物体的位置。槽型光电开关于接近开关同样是无接触式的，受检测体的制约少，且检测距离长，可进行长距离的检测（几十米）检测精度高能检测小物体。应用非常的广泛。在本次毕业设计的系统中多出用到槽型光电开关，起作用是用来确定货物位置以及机械手的定位的。

32、槽型开关原理接线图如图5.1和图5.2：图5.1 用来控制货物位置的槽型光电开关图5.2 用来控制机械手的槽型光电开关6 仓位检测只有当系统中有空闲仓位的时候机械手才会按照PLC的指令来工作，所以让PLC知道哪里的仓位是空的才能让PLC知道货物该放到哪里，才会给机械手发出指令让机械手存取货物。所以，空仓位的检测是相当重要的。图6.1是仓位检测的原理接线图：图6.1 仓库检测原理接线图检测仓位的空闲与否我们用到的是光敏电阻和LM393电压比较器。6.1 光敏电阻光敏电阻又称光导管，常用的制作材料为硫化镉，另外还有硒、硫化铝、硫化铅和硫化铋等材料。这些制作材料具有在特定波长的光照射下，其阻值迅速减

33、小的特性。这是由于光照产生的载流子都参与导电，在外加电场的作用下作漂移运动，电子奔向电源的正极，空穴奔向电源的负极，从而使光敏电阻器的阻值迅速下降。6.2 LM393电压比较器LM393 是双电压比较器集成电路。LM393的特点：工作电源电压范围宽，单电源、双电源均可工作，单电源：236V，双电源:±1±18V；消耗电流小，Icc=0.8mA；输入失调电压小，VIO=±2mV；共模输入电压范围宽，Vic=0Vcc-1.5V；输出与TTL，DTL，MOS，CMOS 等兼容；输出可以用开路集电极连接“或”门。 图6.2是LM393引脚接线图：图6.2 LM393引脚接

34、线LM393电压比较器在系统中的原理接线图如图6.3：图6.3 LM393原理接线图7 PLC程序的设计7.1 三菱PLC的介绍本套系统的PLC使用了三菱的PLC，系统分为主站和从站，采用主从结合的方式来控制系统。PLC主要选择的是FX3U,扩展的PLC则选择了FX2N，下面对两种PLC进行简要的介绍。FX3U:是三菱电机公司新近推出的新型第三代三菱PLC,可能称得上是小型至尊产品。基本性能大幅提升，晶体管输出型的基本单元内置了3轴独立最高100kHz的定位功能，并且增加了新的定位指令，从而使得定位控制功能更加强大，使用更为方便。图7.1为FX3U实物图。图7.1 FX3UFX2N系列:是三菱

35、PLC是FX家族中最先进的系列。具有高速处理及可扩展大量满足单个需要的特殊功能模块等特点，为工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。图7.2为FX2N实物图。 图7.2 FX2N7.2 程序流程图根据系统设计原理所画出的系统流程图如图7.3：传送带A、B停止，并将货物推送至扫描仪将相应的条码信号传送到传送带B上的推杆，启动传送带B，启动计数器是否检测到货物所有程序初始化推动推动Bn将对应的信号传送给从站主站是否收到信号主站停止工作，机械手动作主站是否再次收到信号主站继续工作，机械手复位结束返回计数器是否计满图7.3 系统流程图7.3 程序的设计7.3.1 GX-Developer介绍本次程序

36、的设计软件使用的是三菱的GX-Developer8.86，GX- Developer是三菱PLC的编程软件。适用于Q、QnU、QS、QnA、AnS、AnA、FX等全系列可编程控制器。支持梯形图、指令表、SFC、 ST及FB、Label语言程序设计，网络参数设定，可进行程序的线上更改、监控及调试，具有异地读写PLC程序功能。7.3.2 程序的创建打开程序，点击新建工程，出现图7.4的PLC系列选择界面，以及图7.5PLC类型选择。图7.4 PLC系列选择图7.5 PLC类型选择图7.6工程名字以及路径的设置图7.6 工程名及路径的设置开始编写程序图7.7为程序编写界面图7.7 程序编写界面最后程

37、序编写完成保存并进行测试7.4 通讯模式程序是由主站和从站组成的，主站主要控制分拣系统，而从站则主要控制机械手的存取货物的过程。主站和从站之间的通讯是使用RS-485进行的，而主站和分拣系统的通讯是使用RS-232的。下面介绍下RS-485和RS-232。RS-232:个人计算机上的通讯接口之一，由电子工业协会(Electronic Industries Association，EIA) 所制定的异步传输标准接口。通常 RS-232 接口以9个引脚 (DB-9) 或是25个引脚 (DB-25) 的型态出现，一般个人计算机上会有两组 RS-232 接口，分别称为 COM1 和 COM2。RS-4

38、85: 针对RS-232-C的不足，于是就不断出现了一些新的接口标准，RS-485就是其中之 一，它具有以下特点：RS-485的电气特性：逻辑“1”以两线间的电压差为+（26） V表示；逻辑“0”以两线间的电压差为-（26）V表示。接口信号电平比RS-232-C降低了，就不易损坏接口电路的芯片， 且该电平与TTL电平兼容，可方便与TTL 电路连接。 RS-485的数据最高传输速率为10Mbps RS-485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗共模干能力增强，即抗噪声干扰性好。 RS-485接口的最大传输距离标准值为4000英尺，实际上可达 3000米，另外RS-232-C接口在总线上只允

39、许连接1个收发器， 即单站能力。而RS-485接口在总线上是允许连接多达128个收发器。即具有多站能力,这样用户可以利用单一 的RS-485接口方便地建立起设备网络。因RS-485接口具有良好的抗噪声干扰性，长的传输距离和多站能力等上述优点就使其成为首选的串行接口。 因为RS-485接口组成的半双工网络，一般只需二根连线，所以RS-485接口均采用屏蔽双绞线传输。 RS-485接口连接器采用DB-9的9芯插头座，与智能终端RS-485接口采用DB-9（孔），与键盘连接的键盘接口RS-485采用DB-9（针）图7.8是通讯模块的原理接线图：图7.8 通讯模块原理接线图7.5 程序的编写整个系统的

40、控制要求：首先通过FX3U-232-BD实现条码扫描仪的条码读取，其次通过FX3U485-BD和FX3U-485-ADP两个模块实现PLC主从站的通讯，物品分拣、待检控制单元为PLC的主站，而机械手抓放仓库存储控制单元为PLC的从站。主站将传送带B推出的条码货物，通过通讯网络传送给从站，使从站通过机械手存货物（货物的储存是按从低到高，从左到右的原则），而从站又通过触摸屏来取对应仓库中的货物（仓位无货物，不执行动作，且通过触摸屏提示执行者无货物可取）。主从站的通讯中断和异常及主站传送带B的推杆动作异常均通过触摸屏显示出来，正常为绿灯亮，异常为红灯亮，且推杆异常时，将会使主站停止工作。主站的条码存

41、取是通过触摸屏控制从站，再由从站来控制主站，最终实现条码的存取。从站的机械手出现异常时，可以通过复位键来恢复机械手的初始位置,但必须在机械手异常时先关闭总电源，然后在开启总电源，再按下复位键即可实现机械手的复位。由于我主要是进行存货部分的程序编写的，对这部分比较熟悉，所以这里就介绍下存货部分的程序。图7.9是存货部分的流程图：图7.9 存货部分流程图以下是主程序的设计：这段梯形图是参数的初始化。其中M8071是特殊继电器，并行连接中，PLC作为从站时驱动。D8070是并联线路出错判定，一般时间是500ms。这段梯形图功能是存取货的初始化及存取货。M900及M910用来控制主站的运行与停止。接下

42、来是存货检测，由以下梯形图来实现：子程序P5作用是存货的定位及使主站停止运行。X轴的定位子程序P0是X轴的控制，P2是X轴电机转动。以下程序是控制机械手顺时针转动的。Z轴下降到一层，准备从传送带上取货其中P1是Z轴控制，P4是Z轴电机的转动机械手合拢Z轴上升一小段距离（这样做是为了将货物抬起来离开传送带）P4是Z轴电机转动检查空仓位P7作用是仓库的定位。Z轴定位（确定货物要摆放的仓位所处的高度）P1，P4分别为Z轴控制和Z轴电机的转动。机械手逆时针转Z轴下降一点距离（调整机械手与仓位的高度，使其高度一致）P4为Z轴电机转动Y轴后移子程序P3为Y轴电机转动机械手松开Y轴前进P3为Y轴电机转动Z轴

43、归位P1，P4分别为Z轴控制和Z轴电机转动使主站继续运行以下是程序中调用的子程序的作用：P0：X轴的控制P1：Z轴的控制P2：X轴电机转动P3：Y轴电机转动P4：Z轴电机转动P5：存货定位使主站停止运行P6：取货使主站停止运行不去无货仓位P7：仓库定位P8：返还仓库无货信号（指令表见附录）以下是机械手抓放仓位存储控制单元引脚接线输入端口对应功能X轴X10= X轴1槽型输入开关X23 =X轴2槽型输入开关X22 =X轴3槽型输入开关X21 =X轴4槽型输入开关X20 =X轴5槽型输入开关X33= X轴6槽型输入开关X32 =X轴7槽型输入开关Y轴X11 =Y轴1槽型输入开关X12 =Y轴2槽型输

44、入开关Z轴X13 =Z轴1槽型输入开关X00 =Z轴2槽型输入开关X01 =Z轴3槽型输入开关X02 =Z轴4槽型输入开关X03 =Z轴5槽型输入开关一层X15 =一层1比较器输入开关X14 =一层2比较器输入开关X07= 一层3比较器输入开关X06 =一层4比较器输入开关X05= 一层5比较器输入开关X04 =一层6比较器输入开关二层X27 =二层1比较器输入开关X26= 二层2比较器输入开关X25= 二层3比较器输入开关X24= 二层4比较器输入开关X17 =二层5比较器输入开关X16= 二层6比较器输入开关三层X41= 三层1比较器输入开关X40= 三层2比较器输入开关X37= 三层3比

45、较器输入开关X36 =三层4比较器输入开关X35 =三层5比较器输入开关X34 =三层6比较器输入开关四层X46= 四层1比较器输入开关X47= 四层2比较器输入开关X45 =四层3比较器输入开关X44= 四层4比较器输入开关X43= 四层5比较器输入开关X42 =四层6比较器输入开关机械手X50 =手腕上限位开关X51=手腕下限位开关X52 =手臂限位开关1X53 =手臂限位开关2X54= 手臂限位开关3X57 =障碍物检测传感器X30、X31、X55X57为NC（空脚）输出端口对应功能X轴Y00= X轴CP步进电机输入端Y07 =X轴EA步进电机输入端Y03 =X轴DIR步进电机输入端Y轴

46、Y01 =Y轴CP步进电机输入端Y10= Y轴EA步进电机输入端Y04 =Y轴DIR步进电机输入端Z轴Y02 =Z轴和手CP步进电机输入端Y05 =Z轴DIR步进电机输入端Y11 =Z轴EA步进电机输入端步进电机Y06=手DIR步进电机输入端Y12 =手EA步进电机输入端机械手Y14= 机械手手腕伸直（直流电机）Y15= 机械手手腕下弯（直流电机）Y16 =机械手合手（直流电机）Y17 =机械手张手（直流电机）Y22 =机械手逆时转（直流电机）Y 23 =机械手顺时转（直流电机）传送带CY20 =传送带C反转Y21= 传送带C正转Y13，Y24Y27为NC8 结论本次毕业设计主要是应用PLC程

47、序进行程序的编写，PLC具有接线简单，编程直观，扩展容易的特点。随着程序的不断复杂，功能增加，硬件上只要多加几个输入输出信号接口，而软件上的修改也只是增加相应的程序，修改起来很方便。而且同时还使用EDA软件Altium Designer来画系统的原理图等，十分的方便快捷，而且画出来的原理图是很容易看懂的，方便自己也方便他人。同时也让我了解到仓库智能控制系统是怎么样的一个东西，其程序是如何编写及运行的，并且很直观的让我发现了仓库智能控制系统比起传统的仓库控制系统的优势体现在哪里，让我对本次的毕业设计的课题有了一个很深刻的认识。通过本次的毕业设计让我对PLC以及EDA的软件有了很深刻的了解，对我今

48、后走上社会参加工作有很大的帮助。 参考文献1 邱关源编.电路M.北京:高等教育出版社. 第5版,2007.62 童诗白编.模拟电子技术基础M.北京:高等教育出版社.第4版, 2006.5.3 阎石编.数字电路技术基础M.北京:高等教育出版社.第5版,2006.54 龚仲华S7-200/300/400 PLC应用技术M北京：人民邮电出版社，2006.95 陶可瑞PLC控制伺服电机应用设计J中国高新技术企业，2009，(13)6 陈在平，赵相宾可编程序控制器技术与应用系统设计M北京：机械工业出版社，2002.67(美)M.Morris Mano Charles R.Kime编.Logic and

49、Computer Design fundamentals Second Edition UpdatedM.北京:电子工业出版社.第2版,2002.78 张颖步进电机与交流伺服电机性能对比分析J农机化研究，20059 王彤机电领域中伺服电机的选择原则J.应用科技，2001，(1)10 使军刚，白小平电气控制技术M.西安：西安电子科技大学出版社，2006.311 江思敏 胡烨.ALTIUM DESIGNERM.北京：机械工业出版社，初版，2009.08.1 12 张亦华,延明编.数字电路EDA入门VHDL程序实例集M.北京:北京邮电大学出版社,2004.13 华中工学院电子学教研室编.电子技术基础

50、数字部分M.北京,高等教育出版社,第3版,1988年.14 廖常初主编,PLC基础及应用M.北京:机械工业出版社，200415 宋伯生. PLC编程实用指南M.北京：机械工业出版社，2007.1.116 张广明 李果 朱炜. 机电系统PLC控制技术M.北京：国防工业出版社，200917 (日)冈本裕生 译者:吕砚山. 图解继电器与可编程控制器M.科学出版社,2007.118 刘远贵,马聪,高歌. Altium Designer电子设计应用教程M.北京：清华大学出版社，2011.6.119 张建华主编.数字电子技术M.北京:机械工业出版社,1994年.20 蔡惟铮主编.数字电子线路基础M.哈尔滨

51、:哈尔滨工业大学出版社,1988年.附 录1.主站程序指令表 2.从站程序指令表译 文中央处理单元设计CPU是数字计算机的组成的关键。其目的是对从内存中接收的指令进行译码，并且对存储于内部寄存器，内存或I/O接口单元的数据执行传输，算术运算，逻辑运算和控制操作。在外部，CPU为转换指令，数据和控制信息提供了一个或多个总线，并从组件连接到它。在第一章开始提到的通用计算机，CPU是处理器的一部分，并且被屏蔽了。CPUs，然而，也可以出现在电脑上。小，相对简单的被叫做微控制器的计算机被用在计算机和其他数字化系统中，以执行限制或专业任务。列如，一个微控制计算机出现在普通电脑的键盘和检测器中，因而，这些

52、组件也被屏蔽了。在这种微控制器中，CPU可能和本章讨论的有很大的不同。字长可能可能更短（或是说4或8位），寄存器数量小并且指令集有限制。性能上，相对来说是差的，但足够完成任务了。最重要的是，这些微控制器的价格十分低廉，符合成本效益。再接下去的几页里，我们考虑两种计算机CPU，一种是用于复杂指令集计算机，另一种是用于精简指令集计算机。在详细的设计检查之后，我们比较这两种CPU的性能并且给出了一些提高性能的方式的简要的概述。最后，我们就相关的设计思路讨论了通用数字系统的设计。101 两种CPU的设计就像在之前的章节里提到的，一个典型的CPU通常都被划分成两个部分：数据通路和控制单元。数据通路包括了功能单元，寄存器和提供寄存器和功能单元之间的信息传输通路的内部总线和其他的计算机组件。数据通路可以是流水线的也可以不是流水线的。控制单元包括了一个程序计数器，一个指令寄存器和控制逻辑并且可以是硬连线的或者微程序控制的。如果数据通路是流水线的，控制单元也可以是流水线。CPU作为其一部分的计算机或者是复杂指令集计算机或者是精简指令集计算机，都有他自己点指令集架构。本章的目的是提出两种CPU的设计说明指令集，数据通路和控制单元的特色架构