立体仓库控制系统的设计

1、河南城建学院本科毕业设计（论文）摘要I完成时间： 2013-06-053用诫/ F疣1 enan University of Urban Cinstruction毕业设计论文题 目：立体仓库控制系统的设计学 院：电气与信息工程学院专 业：自动化姓 名：指导老师：任琦梅摘要本文主要设计了一个自动化的立体仓库系统，首先对设计方案进行讨论，确 定了系统的模块组成、功能以及各模块之间的联系，并对设计中出现的问题进行 讨论，提出解决方案。其次对于立体仓库的控制系统也进行了设计，主要采用可 编程控制器件来对其进行控制，通过 PLC编程软件对立体仓库的整个运作进行了 PLC程序的设计，主要以手动和自动两种不

2、同的方式控制， 并对意外情况的发生也 作了意外处理程序的设计。为了更好的验证此立体仓库的设计，根据设计思想制作了一个12仓位的立体仓库模型，该模型系统采用了先进的 PLC控制器控制，通过内部PLC程序的设计, 能根据控制要求灵活方便地进行系统配置，并能通过步进电机、运动机械装置等 组成的自动化控制系统对货物进行准确的送取。最后通过该系统的模拟运行，验证了此立体仓库运行平稳，送取货物定位准 确，安全可靠。关键词：立体仓库，电气控制，PLC，仿真河南城建学院本科毕业设计（论文）摘要AbstractThe title mai nly talk about the automatic tridime

3、nsio nal warehouse system.Firstly it focuses on design of systems modules, functions, and the linkages between the various modules, and then makes some proposed solutions for expected problems. Secon dly, the tridime nsio nal warehouse con trol systems has bee n desig ned primarily to use programmab

4、le con trol device to con trol, through the PLC program ming software for the entire tridimensional warehouse operation of the PLC program design, developed manual and automatic two way control, and the design of unexpected accide nts treatme nt program is also con ducted.In order to verify the desi

5、gn of tridimensional warehouse better, according to design innovations, I built a 12 storage rooms tridimensional warehouse model, the model system adopts adva need PLC con troller, the internal PLC program desig n control requireme nts for a flexible and convenient way of system con figurati on, th

6、e automatic con trol systems made up with stepper motors and other mecha ni cal devices en sures an accurate delivery of goods.Fin ally, the whole system has bee n verified as a safe, reliable, accurate, and stable operati onal tridime nsio nal warehouse through virtual test.Keywords:tridime nsio na

7、l warehouse ,electrical con trol, plc, simulatio n河南城建学院本科毕业设计（论文）目录目录 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 摘要 I HYPERLINK l bookmark6 o Current Document Abstract n HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 1引言1 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 1.1立体仓库的概述 1 HYPERLINK l boo

8、kmark14 o Current Document 1.1.1立体仓库的发展历史 1 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 1.1.2立体仓库的组成 1 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 1.2立体仓库的优点2 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 1.3国内外研究现状2 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 1.3.1国外研究现状2 HYPERLINK l bookmark24 o Current Doc

9、ument 1.3.2国内研究现状2 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 1.4立体仓库设计的内容要求及主要思路 3 HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 2立体仓库设计方案 4 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 2.1立体仓库系统的构成 4 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 2.1.1系统模块组成 4 HYPERLINK l bookmark38 o Current Document 2.1.2系统模

10、块的功能4 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 2.2系统实现的功能及实现过程 5 HYPERLINK l bookmark42 o Current Document 2.2.1系统实现的功能5 HYPERLINK l bookmark44 o Current Document 2.2.2功能实现过程 5 HYPERLINK l bookmark46 o Current Document 3立体仓库系统的硬件设计 7 HYPERLINK l bookmark48 o Current Document 3.1立体仓库硬件系统构成 7 HYPERLI

11、NK l bookmark50 o Current Document 3.2立体仓库的设备选型 8 HYPERLINK l bookmark52 o Current Document 3.2.1步进电机原理及选型 83.2.2步进电动机的驱动模块 9 HYPERLINK l bookmark54 o Current Document 3.2.3电源模块原理及其选型 11 HYPERLINK l bookmark56 o Current Document 3.2.4微动开关的工作原理及型号选择 12 HYPERLINK l bookmark58 o Current Document 3.2.4

12、PLC 的选择13 HYPERLINK l bookmark60 o Current Document 3.2.5立体仓库控制系统的硬件连接图 14 HYPERLINK l bookmark62 o Current Document 4立体仓库系统的软件设计 15 HYPERLINK l bookmark64 o Current Document 10地址分配表15 HYPERLINK l bookmark66 o Current Document PLC的编程软件16 HYPERLINK l bookmark68 o Current Document 4.3立体仓库控制程序的设计 16 HY

13、PERLINK l bookmark70 o Current Document 4.3.1立体仓库的程序流程图 16 HYPERLINK l bookmark72 o Current Document 4.3.2 PLC主要功能程序设计 17 HYPERLINK l bookmark74 o Current Document 5程序的仿真与调试 20 HYPERLINK l bookmark76 o Current Document 5.1仿真软件的概述20 HYPERLINK l bookmark78 o Current Document 5.2程序的仿真过程与调试 20 HYPERLINK

14、 l bookmark80 o Current Document 结论22 HYPERLINK l bookmark82 o Current Document 参考文献23 HYPERLINK l bookmark84 o Current Document 致谢24 HYPERLINK l bookmark86 o Current Document 附录立体仓库控制系统的 PLC程序 25河南城建学院本科毕业设计（论文）1引言 1引言自动化立体仓库，也叫自动化立体仓储，物流仓储中出现的新概念，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， 是当前技术水平较高的

15、形式。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。货架是钢结构或钢筋 混凝土结构的建筑物或结构体，货架内是标准尺寸的货位空间，巷道堆垛起重机 穿行于货架之间的巷道中，完成存、取货的工作，由于自动化立体仓库的作业效 率及自动化的技术水平可以使得企业物流效率大幅提升，立体库的基本技术也日 益成熟，因此越来越多的企业开始采用自动化立体仓库。很多企业不仅建设中大 型的立体库，也根据需要建设了很多中小型自动化立体库。因此，随着经济的不 断发展，立体仓库的应用更为广泛。1.1立体仓库的概述1.1.1立体仓库的发展历史立体仓库一词起源于“高层货架”，一

16、般是指采用几层、十几层乃至几十层高 的货架储存单元货物，随着科技的发展，人们逐渐采用起重、装卸、运输机械设 备等相应的物料搬运设备进行货物入库和出库作业的仓库。由于这类仓库能充分 利用空间储存货物，故常形象地将其称为“立体仓库”。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

17、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。立体仓库由于具有很高的空间利用率、很强的入出库能力、采用计算机进行 控制管理又利于企业实施现代化管理等特点，已成为企业物流和生产管理不可缺 少的仓储技术，越来越受到企业的重视。1.1.2立体仓库的组成立体仓库一般由高层货架、仓储机械设备、建筑物及控制和管理设施等部分 组成，货架形式有很多，材料一般用钢材或钢筋混凝土制作。钢货架的优点是构 件尺寸小，仓库空间利用率高，制作方便，安装建设周期短。而且随着高度的增 加，钢货架比混凝土货架的优越性更加明显。为了提高货物装卸、存取效率，自动化立体仓库一般使用货箱或托盘盛放货物。货箱与托盘的

18、基本功能是盛放小件 物料，同时还应便于运输车和堆跺机的插取和存放。搬运设备是自动化仓库中的 重要设备，它们一般由电力驱动，通过手动或自动控制，实现把货物从一处搬运 到另一处。输送系统必须具有高度的可靠性。在立体仓库内，一般只有一套输送 系统，一旦发生故障，就会使整个仓库工作受到影响。所以，要求输送系统的各 个环节上的设备可靠、耐用、维修方便。对输送系统设置手动控制做后备。1.2立体仓库的优点使用自动化仓库可以产生巨大的经济效益和社会效益，主要来自以下几个方面：1）高层货架储存。由于使用高层货架储存货物，存储区可以大幅度的向高空发 展,充分利用仓库地面和其空间，因此节省了库存占地面积，提高了空间

19、利用率。2）自动存取。使用机械和自动化设备，运行和处理速度快，提高了劳动生产率， 减轻操作人员的劳动强度同时能方便的纳入企业的物流系统，使企业物流更趋合 理化。3）计算机控制。计算机能准确无误的对各种信息进行储存和管理，因此能减少 货单处理和信息处理过程中的差错。1.3国内外研究现状1.3.1国外研究现状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。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

20、，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。1.3.2国内研究现状对立体仓库及其物料搬运设备的研制开始并不晚，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。立体仓库由于具有很高的空间利用率、很强的入出库 能力、采用计算机进行控制管理而利于企业实施现代化管理等特点，已成为企业 物流和生产管理不可缺少的仓储技术，越来越受到企业的重视

21、。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。1.4立体仓库设计的内容要求及主要思路小型立体仓库的电气控制系统由 PLC来实现，控制系统分手动和自动两种方 式。此系统实现的功能主要有：取（由零位出发到指定仓位号取货并送到入货台）； 入（到零位取货并送入指定仓位号）等功能，在执行完任务后自动返回到零位等 待下一指令。1、堆垛机前进（或后退）运动和上（或下）运动可同时进行2、堆垛机前进、后退和上、下运动时必须有超限位保护3、每个仓位必须有检测装置（微动开关），当操作有误时发出错误报警信号4、仓位共有

22、12个，3行4列，在设置一个初始0仓位5、当按完仓位号后，没按入或取前，可以按取消键进行取消该操作6整个电气控制系统必须设置急停按钮，以防发生意外本系统设计的主要思路是：第一、对系统进行整体规划，此阶段主要进行资 料搜集和阅读工作；第二、对系统的硬件原理的理解和消化并对其进行合理地选 择；第三、对系统软件的编写并在模拟系统中进行软件的核对；第四、在时间允 许的情况下对系统进行运行调试；最后、整理资料进行论文撰写工作。河南城建学院本科毕业设计（论文）2立体仓库设计方案 2立体仓库设计万案2.1立体仓库系统的构成2.1.1系统模块组成本文所设计的立体仓库系统主要由人机接口界面、控制装置、驱动模块、

23、电机制动装置、机械部件和仓位模块所构成，它们之间的关系如图2.1所示。人机接口界面控制装置I二1驱动模块图2.1立体仓库系统模块电机制动装置操作人员通过人机接口界面，对立体仓库输入命令，比如将货物送到某一仓 位，人机接口界面将这一命令传送给控制装置，控制装置会根据这一命令作出简 单判断，即执行还是不执行，比如该仓位已满，那么将不予执行，所以控制装置 会首先去接受来自仓位模块的反馈信息，如果该仓位未被占据，则控制装置接收 到这一信息后将会调用执行该命令的相应程序并执行，以此来控制和它相连的驱 动模块，驱动模块的作用是去驱动电机制动装置，通过电机制动装置的运作会带 动相应的机械部件，机械部件将会把

24、货物运送到合适的仓位，或是从合适的仓位 中取出货物，以此来实现操作人员取送货物的目的。2.1.2系统模块的功能人机接口界面主要指的是由人来进行机械或设备操作的平台，在立体仓库中， 人机接口界面承担了操作人员控制立体仓库正常运行的作用。操作人员通过人机 接口界面可以向立体仓库发出操作命令，这其中包括：货物的出入库方式以及存 放的仓库位置编号。另外为了让操作人员能更清楚地看到所选仓位编号，在人机 界面上还可加入仓位编号以及当前状态显示。在对控制装置的设计中，可以利用可编程控制器（ PLC,可以在PLC控制器 写入用以控制立体仓库工作的程序，包括初始化程序、货物出入库程序、状态显 示程序等等。当控制

25、器接收到来自人机接口界面的命令之后，就可以做出逻辑判 断是否相应，然后调用事先设定好的程序执行。驱动模块的信号主要由控制模块输入，作用是驱动相应的电机制动装置工作， 并起到电路保护的作用，即过压、过流保护。电机制动装置主要用于带动后续的机械部件运动，机械部件的运动目的就是 为了将货物移动到适当的位置，而机械部件本身没有动力，因此需要依靠电机制 动装置来带动它的运动。要将货物从起始位置运送到仓库中或是从仓库中取出到 起始位置。仓位模块一般可以设计成框架结构，在材料的选取上应选用比较坚固的材质， 比如钢质或铁质材料，在外形的设计上最好是比较整齐的排列，比如最常用的是 阵列式结构，如NX M型仓位，

26、即横向N排仓位和纵向M列仓位整齐排列，这样比 较有利于对货物移送定位的控制。在传送平台到达货物仓位后应如何进行货物出 入库作业在传送平台到达货物仓位后应如何进行货物出入库作业同时在每一个仓 位的设计上应考虑到仓位当前状态信息的传递，比如仓位是否已经存有货物，否 则如果向已满的仓位再送入货物会导致仓库的运行发生错误或损坏货物以及仓库 的硬件设备。2.2系统实现的功能及实现过程2.2.1系统实现的功能立体仓库系统的主要功能是实现货物的出入库操作，本文设计的立体仓库可 以实现下面一系列功能：1）将仓位中的货物送到指定位置2）将某一指定位置的货物取出3）能够实现货物的自动或手动存取货物4）将起始位置的

27、货物送到任意位置5）从任意位置取回货物放至起始位6）各仓位状态的扫描检测2.2.2功能实现过程1）在传送平台到达货物仓位后应如何进行货物出入库作业传送平台在到达指定仓位后，可通过平台上的伸叉控制平台的前后和上下移 动来进行出入库作业。如果将水平杆和垂直杆的移动方向设为X方向和丫方向,把出入库的前后移动设为 Z方向。取货的时候，传送平台先向前伸入至货物底部（Z方向），然后往上抬起货物（丫方向），最后缩回（Z方向）。送货的时候，传送 平台先向前伸入至仓位中（Z方向），然后往下放下货物（丫方向），最后缩回（Z 方向），以此来实现货物的出入库作业。2）在货物的传送过程中如何做到精确而快速定位可以把货物

28、的移动分解为水平（X轴）和垂直（丫轴）两个方向，通过控制这 两个方向上的位移多少，即可以将货物送到准确位置。因此在硬件设计的时候， 可以将传送货物的机械装置设计成水平杆和垂直杆，在动力控制上可以采用两个 电机，分别给水平移动和垂直移动提供动力，然后通过电机控制送货平台在水平 杆和垂直杆上的滑动将平台移到指定位置。为了提高送货平台移送的速度，缩短 其到达指定位置的时间，在控制时可将水平和垂直的移动设定为同时进行。当PLC发出一定脉冲，经过驱动器驱动步进电机旋转一定的角度，要想实现步进电机的精确控制，则需要对它的具体运行步数进行计数，步进电机以10cm长为单位长度计算为例，即坐标轴上的每个单位代表

29、现实中的10cm为了增大转矩提高控制精度，本控制系统所有数据（脉冲频率、数量等）均是以步距角为0.9度为参考制定的。立体仓库模拟装置丝杠上螺纹的螺距为 1.8mm也就是说电机每 接400个脉冲所运行的距离为1.8mm要实现通过输入不同数字使机械到达不同的 位置，需要作到的就是控制步进电机走多少个单位长度。河南城建学院本科毕业设计（论文）3立体仓库系统的硬件设计 3立体仓库系统的硬件设计3.1立体仓库硬件系统构成立体仓库主体由底盘、四层十二仓位库体、运动机械及电气控制等四部分组 成。电气控制是由日本三菱公司生产的FX系列可编程序控制器（PLC）、步进电机驱动电源模块、开关电源、微动开关等器件组成

30、。机械部分采用滚珠丝杠、滑杠、普通丝杠等机械元件组成，采用步进电机作 为拖动元件。其主要组成部分堆垛机一般由升降机构、运行机构、货叉、伸缩机 构、机架以及电气部分等组成。自动化立体仓库中的堆垛机，要求能够接收上位机的指令并对指令做出判断（需要做出的判断包括运行的方式为手动还是自动，进行的是出库还是入库，是从哪个方向等），然后再进行动作，完成动作分为自动 取货和存货。因此，堆垛机在动作之前就要对上位机给出的位置和自身所处的位 置加以比较，然后做出判断向哪个方向行走。堆垛机有水平行走，垂直运行和货叉 伸缩三种动作。如图3.1，其中1.升降电动机2.货叉3传动丝杠4.行走电动机升降电动机在垂直方向上

31、运动，负责把货物送到指定的垂直坐标位置，行走 电动机在水平方向上运动，负责把货物送到指定的水平坐标位置，货叉的主要任 务是把指定位置的货物送到指定的仓位或把指定仓位的货物取出送到货台，传动 丝杆的主要是负责垂直或水平运动的连接，是货物稳定的到达位置。控制台位于底盘的右前侧，上面设有按钮功能表、功能选择开关、仓位号显 示、状态指示灯等，用户可以通过控制台来方便的控制货物的存取地点以及货物 的存取，如图3.1所示。仓位指示状态指示图3.1控制面板上的开关及按钮功能键盘3.2立体仓库的设备选型3.2.1步进电机原理及选型步进电机作为一种常用的电气执行元件，广泛应用于自动化控制领域。步进 电机的运转需

32、要配备一个专门的驱动电源，驱动电源的输出受外部的脉冲信号和 方向信号控制。每一个脉冲信号可使步进电机旋转一个固定的角度，这个角度称 为步距角。脉冲的数量决定了旋转的总角度，脉冲的频率决定了旋转的速度。方 向信号决定了旋转的方向。就一个传动速比确定的具体设备而言，无需距离、速 度信号反馈环，只需控制脉冲的数量和频率即可控制设备移动部件的移动距离和 速度；而方向信号可控制移动的方向。因此，对于那些控制精度要求不是很高的 应用场合，用开环方式控制是一种较为简单而又经济的电气控制技术方案。另外，步进电机的细分运转方式非常实用，尽管其步距角受到机械制造的限 制，不能制作得很小，但可以通过电气控制的方式使

33、步进电机的运转由原来的每 个整步分成m个小步来完成，以提高设备运行的精度和平稳性。河南城建学院本科毕业设计（论文）3立体仓库系统的硬件设计 河南城建学院本科毕业设计(论文)3立体仓库系统的硬件设计 步进电机主要为本设计执行元件，之所以选择步进电机就是因为其适用于开 环控制，而且其控制精度较高，能实现精确定位，在供电电源切断时，混合式步 进电机具有自定位转矩，因此仍能保持原来的位置，同时也是一种将电脉冲转化 为角位移的执行机构。本系统所用步进电机为二相八拍混合式步进电机，型号为 42BYGH101此步进电机的主要特点是体积小，具有较高的起动和运行频率，有定 位转矩等优点。当前主要应用于监控设备、

34、医疗仪器、工业自动化化设备。其工表3.142BYGH101的技术数据表作环境温度：-10+55C，绝缘电阻参数：500VDC100M? MIN,技术数据如表3.1 所示。型号电压(V)电 流(A)电 阻(Q)电感(mH)最大静转矩(N. cm)定位转 矩(N.cm)转动惯 量cm2)重量(k g )引线规 格42BYGH1012. 4260血输入-机壳绝缘AC1500V 1 分钟，10mA DC500V 绝缘电阻 50血输出-机冗绝缘AC1500V 1 分钟，10mA DC500V 绝缘电阻 10血相对湿度Ta=25C 相对湿度=80%工作环境温度-10C40C储存温度-2

35、0C55C尺寸/重量200X118X49mm长 X 宽 X 高）颜色黑色冷却方式风冷3.2.4微动开关的工作原理及型号选择1、微动开关的工作原理微动开关是具有微小接点间隔和快动机构，用规定的行程和规定的力进行开 关动动作的接点机构，用外壳覆盖，其外部有驱动杆的一种开关，因为其开关的 触点间距比较小，故名微动开关。外机械力通过传动元件（按销、按钮、杠杆、 滚轮等）将力作用于动作簧片上，当动作簧片位移到临界点时产生瞬时动作，使 动作簧片末端的动触点与定触点快速接通或断开。当传动元件上的作用力移去后, 动作簧片产生反向动作力，当传动元件反向行程达到簧片的动作临界点后，瞬时 完成反向动作。微动开关的触

36、点间距小、动作行程短、按动力小、通断迅速。其 动触点的动作速度与传动元件动作速度无关。2、微动开关的型号选择根据系统要求和设计灵活性选择产品型号KFC-V-08-2A,其性能指标如表3.3表3.3 KFC-V-08-2A的性能指标温度范围-40+-70额定电流、电压DC30V 0.1A接触电阻 100mQ抗电强度 500V AC/min动作力0.20.5N产品寿命 5000 times在该立体仓库控制系统中共有13个仓位（四层十二个仓位加0号仓位）分别 采用13只微动开关作为货物检测，当有货物时相应开关动作，其信号对应PLC的输入点是X22-X36;另外为保险起见，在X轴的左、右限位和Y轴的上

37、、下限位处 和Z轴的前、后限位还分别加装了 1只微动开关作限位保护，以确保立体仓库在 程序出错时不损坏。3.2.4 PLC的选择1、PLC I/O点的选择根据控制要求，将个输入设备和被控设备详细列表，准确的统计出被控设备 对数需求量，然后在实际统计的I/O点数的基础上增加15%-20%勺备用量，以便 以后调整和扩充。同时要充分利用好输入和输出扩展单元，提高主机的利用率， 例如FX2系列可编程控制器主机分为 16、24、32、64、80、128点六档，还有各 种输入和输出扩展单元，这样在增加I/O点数时，不必改变机型，可以通过扩展模块实现，降低了经济投入。在确定好I/O点数后，还要注意它的性质，

38、类型和参数。例如是开关量还是模拟量，是交流还是直流以及电压大小的等级，同时还 要注意输出端的负载的特点，以此选择和培植相应机型和模块。小型仓库电气控制系统有输入信号 41个，输出信号22个。其中，外部输入 元件包括：检测元件、按钮、取、送、急停、限位开关、超限位保护等等；输出 有三个步进电机的正反向、动作动作指示、报警显示等等。按照上述配置，所选 I/O点不得低于63点，结合实际情况，所选I/O点为80点。2、PLC型号的选择PLC选型的一般原则为：1、PLC机型选择的基本原则是，在功能满足要求的前提下，选择最可靠、维 护使用最方便以及性能价格比的最优化机型。2、在工艺过程比较固定、环境条件较

39、好（维修量较小）的场合，建议选用整 体式结构的PLC其它情况则最好选用模块式结构的 PLC3、对于开关量控制以及以开关量控制为主、 带少量模拟量控制的工程项目中， 一般其控制速度无须考虑，因此，选用带 A/D转换、D/A转换、加减运算、数据传 送功能的低档机就能满足要求。4、而在控制比较复杂，控制功能要求比较高的工程项目中（如要实现 PID运算、闭环控制、通信联网等），可视控制规模及复杂程度来选用中档或高档机。其 中高档机主要用于大规模过程控制、全PLC的分布式控制系统以及整个工厂的自动化等。本课题根据I/O的信号数量，类型及控制要求，同时考虑到维护和保养，改 造和经济等诸多因素，可编程控制器

40、拟选用三菱系列FX2N-80MR足以满足要求。3.2.5立体仓库控制系统的硬件连接图在对立体仓库进行PLC软件编程控制，必须首先设定 PLC各I/O 端口的作 用。图3.4为PLC各I/O 端口的硬件框图: 进送- 出取P.-自动手消取T 位复 - 停急制限进前 键位车检 T键位當检 键位丰按 键位伞按一过超退后 -I制限退后T制限上向-制限进送 一过超下向 制限下向超 出 取-3COMX0 X1 X2 X3 X4 X5 X50X5 . X21 X22X36C37FX2N-80MRY25 Y6 Y7 Y10Y11 -Y24Dp步进电机涉进电机驱动器S涉进电机驱动器示 指出 取进 送警报绪示示误

41、就显显错A相B相图3.4 PLC 各I/O 端口的硬件框图4立体仓库系统的软件设计4.1 10地址分配表在进行程序设计时，首先要确定立体控制系统的输入、 输出，其分配表如表4.1表4.1 I0 地址分配表X0启动X24检验2号仓位Y0前进X1手动自动X25检验3号仓位Y1后退X2取出X26检验4号仓位Y2向上X3送进X27检验5号仓位Y3向下X4取消X30检验6号仓位Y4送进X5急停X31检验7号仓位Y5取出X6按1仓位键X32检验8号仓位Y6显示取出X7按2仓位键X33检验9号仓位Y7显示送进X10按3仓位键X34检验10号仓位Y10错误报警灯X11按4仓位键X35检验11号仓位Y25就绪指

42、示灯X12按5仓位键X36检验12号仓位Y11显示1号仓位X13按6仓位键X37前进限制Y12显示2号仓位X14按7仓位键X40后退限制Y13显示3号仓位X15按8仓位键X42向上限制Y14显示4号仓位X16按9仓位键X43向下限制Y15显示5号仓位X17按10仓位键X45送进限制Y16显示6号仓位X20按11仓位键X46取出限制Y17显示7号仓位X21按12仓位键Y20显示8号仓位X22检验0号仓位Y21显示9号仓位X23检验1号仓位Y22显示10号仓位Y23显示11号仓位Y24显示12号仓位4.2 PLC的编程软件对于PLC编程采用了三菱 PLC编程软件 GX Developer，本软件是

43、运行在 Windows环境下的PLC编程工具软件。用户可以用它实现以下功能： 对PLC程序 和注释的输入及编辑；程序检查；运行状态和数据的监控及测试；系统寄存器和 PLC各种系统参数的设置；程序清单和监控结果等文档的打印；数据传输及文件管理等。该软件具有以下功能：1、具备2种程序编辑模式2、注释功能3、查找功能4、调试功能5、监控功能6程序传输和在线编辑4.3立体仓库控制程序的设计立体仓库PLC程序的设计为软件设计的主体部分，控制程序是整个系统工作 的核心，程序的处理方法决定了系统的工作方式和性能，因此程序的设计在此系 统中至关重要。立体仓库程序设计主要包括实现自动化立体仓库手动或自动货物 存

44、取和出入库作业，定位准确，能显示货物存放状态。4.3.1立体仓库的程序流程图在进行PLC程序设计之前，首先应根据系统的功能设计流程图。根据要求按下启动按钮后，系统就绪，按下自动按钮后，选择仓位号，并检 测初始位置是否有货。当初始位置有货时，检验所选仓位号是否有货，若所选仓 位号无货，则按下送货按钮，把货物送到指定的仓位位置，送到后，输送机自动 返回初始位置，等待下一条指令。若初始位置无货而选择仓位号有货时，按下取 货按钮，堆垛机从初始位置出发，到指定取货仓位号取得货物后自动返回初始位 置，等待下一条指令，当出现其他状况时，系统发出报警信号。立体仓库控制系 统的总流程图如图4.2所示。图4.2

45、PLC主程序控制流程图4.3.2 PLC主要功能程序设计1、手动自动存取货物功能方式的转换。系统手动运行结束后 ，须断开所有手 动工作方式开关，并按下自动运行方式按钮一次才能启动自动运行状态，自动运行 状态启动后，各个货台将根据车上货物的具体情况运动。系统自动运行中，按下任何一个手动方式开关，系统将停止所有的动作，货台停止在当前位置，等待手动指 令的到来。当系统需急停时，可以用手动按钮使系统恢复初始位置。手动部分程 序如下所示，通过按键 X6, X7, X10, X11, X12, X13控制电动机的前进、后退、 向上、向下、送进，取出，从而实现手动控制的目的。iuzb xuui TOC o

46、1-5 h z _| |piCNOM200K006| 31K007| 32K010_| | 33K011| 34K012_| | 35K013_| | 36当选择手动工作方式时，判断动作控制键是否被按下，若被按下，货台按控 制键方向运动并最终到达终点，其手动流程图如下图4.3所示。2、系统出错报警。当系统在自动模式运行时，如果在存取货物的过程中出现选错仓位号，或者 存取货物按钮按错时，系统就会发出报警警告，告诉操作员出现错误并检查以确 保系统安全。系统出错报警程序如下所示。河南城建学院本科毕业设计（论文）5程序的仿真与调试 河南城建学院本科毕业设计(论文)5程序的仿真与调试 5程序的仿真与调试

47、5.1仿真软件的概述本文采用三菱 FX系列编程软件相配套的仿真软件GT Designer2和GTSimulator来实现对立体仓库控制系统的整体仿真安装后就能够实现不在线时的 调试，不在线调试功能包括软元件的监视测试，外部机器的I/O的模拟操作等。如果使用GX Simulator就能够在1台计算机上进行顺控程序的开发和调试，所以 能够更有效的进行顺控程序修正后的确认。其特点如下所述(1)能够作为程序单体调试工具使用。依照从前的方法使用可编程控制器CPU进行调试的时候，除了可编程控制器CPU以外，必要时还需要另外准备输入输出模块，特殊功能模块，外部机器等。现在在1台计算机上就能够实行调试，另外由

48、于没有连接实际的机器，所以万一由于程序的制作错误发生异常输出时，也不 会对系统造成损害。 能够模拟外部机器运行系统设定功能。GX Simulator的I/O系统设定中使用位软元件的ON/OFF仿真运行后在程序中就能显示相应的软元件的运行状态， 根据软元件的指示灯的变化就能够模拟来自外部的输入，对应于输入的输入也能 通过指示灯显示出来，从而对程序的逻辑进行检查，可以发现程序中是否有错误， 从而完成对程序的仿真。5.2程序的仿真过程与调试在GT Designer中设计好仿真图形后，打开仿真软件GX Simulator2开始仿真设计。按照仓库系统的运行顺序，选择相应的按钮，观察货物的存放情况。不 断

49、改变输入变量，观察结果变化，系统出错时，在线进行修改，既可以及时改正 系统设计出现的错误，又能及时仿真，观察结果是否正确。它是在理想情况下的 仿真，只能对我们要实现的功能进行演示，帮助我们发现程序中的一些错误而不 能发现所有的错误，只有在实际运行中我们才能发现更多的错误，但对于我们的 设计来说这已经足够了。通过对程序的仿真，发现一些程序中的问题，并通过修 改、调试能够实现设计的基本功能，这样我们的目的就达到了。GT Designer2的设计图与GX Simulator2仿真图形5.1和5.2所示。-0004启动刊自取出瞄肖BMJ&W，急停取消按10按11按12按7按8按9披4按5按6按1拋按3

50、启动手/自取岀送进前限后限后超上限下限送限取限取超急停检i检3检4检5检6检7检8检9检10检11检12检0图5.1 GT Designer2 的设计图显送运行显取显1显2显;3显4显5显6显7显8显91011显12前进后退向上向下送进取岀图5.2 GX Simulator 系统仿真图通过对设计制作的立体仓库模型系统的各项运行测试证明，本文所研究设计的自动化立体仓库系统可以达到预期的功能，通过PLC程序的控制能准确的执行货物的出入库作业。河南城建学院本科毕业设计（论文）结论 结论通过2个多月的立体仓库电气控制系统的毕业设计，基本上在规定的时间内 完成了指导老师和学校下达的任务。经过本次设计，使

51、我更进一步了解到可编程 控制器在现代工业以及其他行业中的应用，以及它的优点，如：成本底、使用范 围广、高速、便捷、永远在线、结构灵活等等。PLC的应用范围已从传统的产业设备和机械的自动控制，扩展到以下应用领域：中小型过程控制系统、远程维护服 务系统、节能监视控制系统，以及与生活关连的机器、与环境关连的机器，而且 均有急速的上升趋势。值得注意的是，随着 PLC DCS相互渗透，二者的界线日趋 模糊的时候，PLC从传统的应用于离散的制造业向应用到连续的流程工业扩展。从方案的论证到最终的设计，涉及的领域包括：可编程控制器的原理及应用、 电机电气、我国物流设备发展趋势及应对措施等等；在设计的同时，我又

52、对以前 学过的基础知识有了更深的了解，例如电机电器部分以及其应用方向，应用范围 和经常使用的电机电器设备等，还熟练掌握了CAD GTDesigner2、DTSimulator2以及GX Developer等软件，学会了利用这些软件对一些系统进行仿真、模拟以及 调试等。此外，对于一个系统的整体构造以及需要考虑的问题有一个更深层次的 理解，熟练运用学过的知识分析整个系统的工作过程，包括输入、输出、控制器、 执行器、以及检测变送单元等，每一部分都是一个复杂的工程，这对于我们以后 对系统的设计有一定的基础。再通过大量资料的查找，使我不仅熟悉了立体仓库 的组成部分和运动过程，对其中的步进电机，微动开关，

53、PLC原理及设计程序等有关事项有了深刻地认识与学习，并从方方面面深刻的体会到了立体仓库在现代自 动化控制系统中的重要性和必要性。综合整个立体仓库的控制系统设计，基本达到了设计要求，但对于现实生活 中的应用，我们还需要在进行完善，在实践应用中，我们要考虑到经济、安全、 效益、稳定等因素，因此，要想完成一份完善的系统设计，我们必须要经过大量 的实践应用，不断总结，不断改善，才能使整个系统最大化的被实际应用，从而 达到整个系统的实用性。河南城建学院本科毕业设计(论文)参考文献 参考文献吴哓军电气控制与可编程控制器应用M西安：西安建筑科技大学，2002Matthias Seitz .可编程序控制器应用

54、教程M.北京：机械工业出版社，2009刘曙光.基于PLC的立体仓库运行系统J.物流技术，2006(9)台方主.可编程控制器应用教程M北京：中国水利水电出版社，2001 宋德玉主.可编程控制器原理应用系统设计技术M北京：冶金工业出版社2002Jeroe n van den Berg Con suit in g,Ja n SePPe nPlei n.An alytic ExPressi ons for the Optimal Dwell Point in an Automated Storage/Retrieval SystemJ.Produetion Eeo nomies.2002:13 25张

55、万忠等.电气与PLC空制技术M.北京：化学工业出版社,2003.王永华等.现代电气及可编程序控制技术M.北京：北京航空航天大学出版社,2002.程玉凯.基于PLC的自动化立体仓库控制系统设计J. PLC&FA，2011(06).陈晓军.PLC控制技术在立体仓库堆垛机中的运用J.科技资讯，2007 (34).钱昕基于PLC的自动化立体仓库设计与组态监控D.苏州大学，2009(10).河南城建学院本科毕业设计（论文）致谢 致谢四年的大学生活马上就要在毕业答辩后结束了，在大学让我学会了很多，认 识了很多优秀的老师，结识了很多知心的朋友，在与老师和朋友的接触中让我学 到了很多道理，拥有了许多终身难忘的人生经历。在这次毕业设计中，我不仅重温了以前学过的知识，也让我接触到了很多自 己没有涉及到的东西。在设计中我遇到了很多的难题，虽然困难让人丧气，但早 老师和周围同学的帮助下我也较为顺利地解决了问题。老师们细心的讲解，让我 从无知到了解。同学们耐心的帮助，让我从灰心到充满信心。感谢任老