立体仓库电气控制系统设计电气工程及其自动化专业毕业设计毕业论文

1、本 科 毕 业 设 计学 院： 电子工程学院 专业班级： 电气工程及其自动化 学生姓名： 学 号： 指导教师： 2011年 6 月毕业设计中文摘要立体仓库电气控制系统设计随着我国国民经济的发展，自动化立体仓库的应用越来越广泛。利用立体仓库设备可实现仓库高层合理化，存取自动化，操作简便化。自动化立体仓库的主体由货架、巷道式堆垛起重机、入(出)库工作台和自动运进(出)及操作控制系统组成。本课题的电气控制主要由西门子公司的PLC、步进电机驱动器、步进电动机、直流电动机等器件组成。本文首先对本课题进行简要的介绍，包括背景，研究意义，现状等；其次对该系统的硬件组成、结构、原理进行了阐述和分析；再次对本系

2、统用到的器件进行分别介绍，重点对PLC程序进行了编写；最后对设计本课题所学到的知识和结论进行归纳和总结。 毕业设计外文摘要 Firstly, Its a brief introduction of the system, including background, significance, status, etc. secondly, 目 录1.绪论11.1本课题研究背景与现状11.2本课题研究发展趋势21.3本课题设计内容21.4可编程控制器（PLC）简介22.系统控制方案42.1立体仓库系统的功能42.2采用PLC控制立体仓库的优点43.系统的硬件配置53.1立体仓库系统控制53.2电气

3、原理图的设计53.3立体仓库电气硬件的介绍与选择63.4PLC输入输出分配124.系统的软件设计144.1系统流程图144.2系统程序的设计165.程序的仿真与调试325.1 程序的仿真325.2 程序的调试34总 结37致 谢38参考文献39由于世界经济、现代科技的快速发展，物流产业成为经济发展中的新兴的一个服务部门。在国际上，物流产业成为了国民经济发展的动脉，其发展的程度成为一个国家的现代化程度以及综合锅里的重要标志之一。在我们国家，由于市场经济的不断深入，单纯依赖商流而赚取利润的机会将会变少。因此，企业需要将目标转向物流。在20世纪六、七十年代，一些发达国家都开始重视仓储管理。立体仓库一

4、般是指采用几层、十几、几十层的货架储存单元货物，用相应的物料搬运设备进行货物的出、入库操作。因为这类仓库能充分的利用空间存储货物，所以将它称为立体仓库。我国立体仓库与物料搬运的研究也并不是很晚，1973年开始研究立体仓库，1980年就有立体仓库应用于实践。自动化立体仓库自动化立体仓库的主要优点如下：(1)仓库作业实现机械化和自动化。(2)采用高层货架、立体储存，能有效地利用空间，减少占地面积，降低土地购置费用。(3)采用托盘或货箱储存货物，货物的破损率显著降低。(4)货位集中，便于控制与管理，特别是使用电子计算机，不但能够实现作业过程的自动控制，而且能够进行信息处理。本论文主要是基于PLC所设

5、计的立体仓库电气控制系统。下面简单阐述PLC的发展背景。1968年美国最大的汽车制造商通用汽车公司为了适应汽车型号不断更新，提出把计算机的完备功能、灵活性、通用性好等优点和继电器-接触器控制系统的简单易懂、操作方便、价格低等优点结合到一起，做成了一种能适应工业环境的通用控制装置，并把其编程方法及程序输入方法简化，使不熟悉计算机的人员也能够快速掌握其使用技术。根据这一设想，美国数字设备公司于1969年率先研制出第一台可编程控制器(简称PLC)，并在通用汽车公司的自动装配线上试用获得成功。由于PLC的可靠性高，操作简单，可以大大减少设备的维修和停产所造成的经济损失。当前PLC已经成为了电气自动化控

6、制系统中应用最为广泛的核心控制装置。因此，进行立体仓库的PLC控制系统的设计，可以推动机械手行业的发展，扩大PLC在自动控制领域的应用，具有一定的经济和理论研究的价值。由于自动化立体仓库的广泛应用、计算机技术和网络技术的发展，使得立体仓库的发展十分迅速，其发展的趋势主要有3点：1. 立体仓库向柔性化发展。随着柔性化的普及，自动化立体仓库的储运作业也将向柔性化发展。国外已经开始出现一批可拆卸的和移动式的仓库结构。2. 立体仓库作业管理自动化水平逐步提高。具体来说，就是在要求的时间内、在准确的地点、按准确的顺序与方法、提供准确的品种及数量的货物。3. 立体仓库中智能技术将会取得应用。人工智能技术的

7、发展，推动了自动化技术向其高级阶段-智能化方向发展。(1)可靠性高，抗干扰强。（2）功能强大，性价比高。（3）编程简易，现场可修改。（4）配套齐全，使用方便。（5）寿命长，体积小，能耗低。（6）系统的设计、安装、调试、维修工作量少，维修方便。机械手1、机械手要有三个自由度，即：前进、后退；上、下；左、右；2、机械手的运动由步进电机驱动；3、机械手前进（或后退）运动和上（或下）运动可同时进行；4、机械手前进、后退和上、下运动时必须有超限位保护；5、每个库位必须有检测装置（微动开关）。在PLC系统设计时，首先应确定控制方案，下一步工作就是PLC工程设计选型。工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要

8、依据。所以，权衡利弊、合理地选择机型才能达到经济实用的目的。因此，工程设计选型和估算时，应当是要分析控制过程的特点、要求、范围。然后根据控制要求，估算输入输出点数、所需存储器容量、确定PLC的功能、外部设备特性等，选择有较高性价比的PLC、设计相应的控制系统。 1输入输出（I/O）点数的估算在我们设计时，我们先对I/O点数估算，并且考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，再增加10%20%的可扩展，以此来确定我们所需要的PLC输入输出点数。根据估算的方法故本课题的I/O点数为输入40点，输出21点。2存储器容量的估算存储器容量是指可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，程序容量是存储器

9、中用户应用项目使用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储器容量。设计阶段，为了设计选型时能对程序容量有一定估算，通常采用存储器容量的估算来替代。存储器内存容量的估算，大体上都是按数字量I/O点数的1015倍，加上模拟量I/O点数的100倍，以此数为内存的总字数（16位为一个字），另外再按此数的25%考虑余量。因此本课题PLC内存容量选择应能存储5000条梯形图，这样才能在以后的改造过程中有足够的空间。33控制功能的选择该选择包括运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等特性的选择。根据本课题所设计的自动控制的需要，主要介绍以下几种功能的选择。（1）控制功能PLC主要用于顺序逻

10、辑控制，大多数场合常采用单回路或多回路控制器解决模拟量的控制，有时也采用专用的智能输入输出单元完成所需的控制功能，一方面要提高PLC的处理速度，另一方面节省存储器容量。（2）诊断功能PLC的诊断功能包括硬件和软件的诊断。硬件诊断通过硬件的逻辑判断确定硬件的故障位置，软件诊断分内诊断和外诊断。通过软件对PLC内部的性能和功能进行的诊断是内诊断，通过软件对PLC的CPU与外部输入输出等部件信息交换功能进行的诊断就是外诊断。PLC的诊断功能的强弱，直接影响对操作和维护人员技术能力的要求，并影响平均维修时间。（3）编程功能离线编程方式：PLC和编程器共用一个CPU，编程器在编程模式时，CPU只为编程器

11、提供服务，不对现场设备进行控制。完成编程之后，编程器切换到运行模式，CPU对现场设备进行控制，就不能进行编程。离线编程方式可降低系统成本，但使用和调试不方便。在本设计中选用的是此方式。在线编程方式：CPU和编程器有各自的CPU，主机CPU负责现场控制，并在一个扫描周期内与编程器进行数据交换，编程器把在线编制的程序或数据发送到主机，下一扫描周期，主机就根据新收到的程序运行。这种方式成本较高，但系统调试和操作方便，在大中型PLC中经常被采用。五种标准化编程语言：顺序功能图（SFC）、梯形图（LD）、功能模块图（FBD）三种图形化语言和语句表（IL）、结构文本（ST）两种文本语言。17（4）机型的选

12、择S7-200系列在集散自动化系统中充分发挥着强大功能。使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。S7-200 CPU 226 集成24输入/16输出共40个数字量I/O 点。可连接7个扩展模块，最大扩展至248路数字量I/O 点，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20kHz高速脉冲输出，具有PID控制器。2个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。I/O端子排可以很容易地整体拆卸。用于较高要求的控制系统，具有更多的输入/输出点，更强的模块扩展能力，更快的运行速度和功能更强的内部

13、集成特殊功能。可完全适应于一些复杂的中小型控制系统。本系统所采用的PLC是西门子S7-200 CPU226 DC24V,继电器输出。动如图3.1所示。该立体仓库中，由于提供的电平为24V，而输入部分的电平为5V，所以需要外部另加1.8K的限流电阻R。图3.4 输入输出接口电路（1） 步进电动机驱动器选择我们这里采用SH系列的步进电机驱动器，它主要由电源输入部分、信号输入部分、信号输出部分组成。（2） 步进电动机驱动器细分数和电动机电流设定 SH系列驱动器是靠驱动器上的拨位开关来设定细分数的，只需根据面板上的提示进行设定即可。对于两相步进电动机，细分后电动机的步距角等于电动机整步步距角除以细分数

14、。细分后完全消除了电动机的低频振荡，而且提高了电动机的输出转矩和电动机的分辨率。所以，采用细分驱动器只要改变细分数，就能改变步距角。（3） 步进电动机驱动器电源接口对于超小型驱动器，采用一组DC 2440V供电。因为PLC需要采用开关式稳压电源供电，所以该立体仓库中应该选用开关式稳压电源。该立体仓库控制系统中共有13个库位（四层十二个库位加0号库位）分别采用13个微动开关作为货物的检测装置，当有货物时相应开关动作；为了保险起见，在X轴的左限位和Y轴的下限位处还安装了1个微动开关作限位保护，以确保立体仓库的安全。在仓库的控制中，机械手运行于各个库位之间，每个库位的坐标是定位，所以要求系统在绝对系

15、统下工作。这样，通过输入不同的库位坐标值系统下实现系统的位置控制。步进电动机根据系统提供的脉冲做标准进行移动，当目标值大于当前值时，步进电动机正转；反之，电动机反转；当目标值与当前值相同，则不转。 子程序SBR-5控制脉冲发生器PT0的程序如下：子程序SBR-7控制脉冲发生器PT1的程序如下：控制脉冲发生器PT0和PT1停止输出脉冲。控制脉冲发生器PTO的子程序SBR-6和控制脉冲发生器PT1的子程序SBR-8分别如下：本次设计给我增加了许多的知识，不仅仅是PLC的知识，还有电机及传感器的知识。让我认识到了大学中学习的不足之处，也弥补了许多知识的空白区。对于本次设计的自动化立体仓库，我国目前已

16、建成自动化立体仓库400 多座、立体仓库2000 多座。在此，我仅仅将立体仓库的一个简单的构架描述了出来。基于PLC的自动化立体仓库，有着许多的优势，它通过高层货架存储，使得存储区大幅度向高空发展，提高了空间利用率，自动化立体仓库采用层级式存放。通过自动化存储系统，加快了运行和处理速度。提高了劳动生产率，减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确保无误的对各种信息经行存储和管理，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，

17、节约资金，从而提高仓库的管理水平。总之，利用自动化立体仓库大大的减少了人力，提高了效率，减少了成本，带来了很大的收益。本次设计的核心是PLC控制器。PLC具有强大的控制功能。在自动化立体仓库中，如果需要增加仓库，增加机械手，我们不需要花费大量的人力物力财力，这里运用的是了PLC的接线简单、编程直观方便、扩展容易等特点。此时，我们只需要在硬件接线上增加开关输入的信号，然后在我们的程序中适当添加语句就可以了。所以基于PLC所设计出的立体仓库，方便实用，易于扩展与改造。自动化立体仓库的发展需要我们下更大的功夫去深入研究，可以结合计算机控制以及现场总线的连接，对仓库的控制进行实时监控，更加凸显我们的智

18、能化发展。随着PLC技术的应用和发展，自动化立体仓库的实时性和可靠性会越来越高，控制也会越来越完善。通过本次的毕业设计，我不仅增加了专业知识，而且也在工作的细心程度上得到了锻炼，端正了我的工作态度，指导老师秦绪平讲师给了我很大的帮助与启发。致 谢在此毕业之际，我要再一次的想我的老师和同学，说声谢谢，感谢你们的关心及支持。1 参考文献付莹 基于现代物流的自动化立体仓库控制系统的优化设计，2006 2 李仁 电气控制技术 机械工业出版社 20083 徐红 基于PLC的搅拌车液压调平控制系统设计 20104 徐常凯，郑金忠 自动化仓库系统的关键技术J物流科技，2002，（03）5 何芳，欧阳云 基于圆柱坐标方式的小型机械手的PLC控制系统，机电一体化，20036 刘昌祺，董良 自动化立体仓库设计，机械工业出版社，2004，8（1）7 徐菱，劳扬健，王金诺 基于PLC的堆垛机控制系统设计J，组合机床与自动化加工技术，20058 周晓光，付莹 基于PC-BASE PLC 的自动化立体仓库堆垛机系统设计起重运输机械 2006（2）37-399 李广宾 立体仓库自动控制系统的设计J，粮食流通技术，2001，（06）10 孙建中 白凤仙 特种电机及其控制，200611