垂直提升平移式立体仓库-毕业设计

摘要本课题采用西门子S7-200型PLC（可编程序控制器）设计了一种垂直提升平移式立体仓库的自动控制系统，通过THFLT-1型立体仓库教学模型实现了立体仓库的各种功能。论文描述了多层升降横移式立体仓库的运行原理和结构特点，介绍了其控制系统的组成、PLC控制的实现和控制软件的设计。在此基础上，利用亚控组态软件进行上位机监控，设计监控画面，通过串行通讯方式，实现了对仓库运行过程及仓库状态的监测。关键字：立体仓库PLC组态软件ABSTRACTInthisproject,anautomaticcontrolsystemisdesignedtocontrolthethree-dimensionalwarehousebasedonaprogrammablelogiccontroller(PLC)S7-200ofSiemens.ItrealizesvariousoffunctionbytheTHFLT-1warehousemode.Thecharacteristicsandapplicationofwarehouseisbrieflyintroducedinthispaper.Thesystemcomponent,theworkprinciple,howtocontrolsteppermotorandhowtoprogrammablearealsointroducedindetail.Onthisbasis,thisdesignrealizesthereal-timemonitoringprogramforautomatedwarehousemodebyconfigurationsoftware.KeyWords：Warehouse，PLC，Configurationsoftware,目录TOC\o"1-2"\h\z\u1绪论 11.1 本课题研究的主要意义 11.2 本课题的主要任务 22立体仓库概述 32.1立体仓库的发展与前景 32.2立体仓库简介 43PLC可编程控制器 93.1 PLC概述 93.2可编程序控制器的硬件与工作原理 124立体仓库控制系统设计 234.1系统硬件概述 234.2系统软件设计 305监控系统的设计 415.1组态软件简介 415.2监控系统设计 45总结 54参考文献 55致谢 56附录：翻译 571绪论本课题研究的主要意义自动化立体仓库系统是指在不需要人工干预的情况下，运输设备能自动存储和取出货物的多层仓库存储系统。自动化立体仓库是现代物流系统中迅速发展的一个重要组成部分,它具有节约用地、减轻劳动强度、消除差错、提高仓储自动化水平及管理水平、提高管理和操作人员素质、降低储运损耗、有效地减少流动资金的积压、提高物流效率等诸多优点。与厂级计算机管理信息系统联网以及与生产线紧密相连的自动化立体仓库更是当今CIMS(计算机集成制造系统)及FMS(柔性制造系统)必不可少的关键环节。本次课题所设计的立体仓库主要是用来存放车辆。随着社会、经济、交通的发展以及人们生活水平的不断提高，车辆无处停放的问题日趋突出。立体停车设备的发展在国外，尤其在日本已有近30~40年的历史，无论在理论还是在技术上均已获得了成功。我国也于90年代初开始研究开发机械立体停车设备，距今已有十多年的历程。采用立体仓库进行存放车辆与传统的自然地下车库相比，在许多方面都显示出优越性。首先，立体仓库具有突出的节地优势。以往的地下车库由于要留出足够的行车通道，平均一辆车就要占据40平方米的面积，而如果采用多层立体仓库，可使地面的使用率提高80％—90％，如果采用地上多层（21层）立体式车库的话，50平方米的土地面积上便可存放40辆车，仓库可以大幅度地向高空发展，充分利用仓库地面和空间，因此，节省了库存占地面积，提高了空间利用率。这可以大大地节省有限的土地资源，并节省土地开发成本。立体仓库存放车辆与传统地下车库相比可更加有效地保证人身和车辆的安全，人在车库内或车不停准位置，由电子控制的整个设备便不会运转。应该说，立体仓库从管理上可以做到彻底的人车分流。在立体仓库中采用机械存车，还可以免除采暖通风设施，因此，运行中的耗电量比工人管理的地下车库低得多。立体仓库一般不做成套系统，而是以单台集装而成。这样可以充分发挥其用地少、可化整为零的优势，在住宅区的每个组团中或每栋楼下都可以随机设立机械停车楼。这对眼下车库短缺的小区解决停车难的问题提供了方便条件。因此，对这个课题的研究是具有重大意义的。本课题的主要任务本课题的主要任务是利用现有的立体仓库教学模型，通过PLC编程控制实现简单的取车或送车动作，并利用亚控组态软件设计监控系统，实现上位机对机构的动作的跟踪监控。2立体仓库概述2.1立体仓库的发展与前景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；其目的是实现军事上自动化搬运弹药。自动化立体仓库以其占地面积少,差错少,节省人力等优点,大大提升了航空母舰战斗机群轮番战斗能力。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。自动化立体仓库以其可靠性高,节省劳动力,零件容易维修更换,操作简单方便,降低工业生产中的生产物流成本,有效节约建设费用和土地资源等优势，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年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。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。但截至目前，国内使用立体化仓库的企业还不是十分的普及。究其原因,其一、国内建造普通仓库投入每平方米大约是1000元,而建造自动化立体仓库投入每平方米高达10000元,价格相差整整10倍。其二、自动化立体仓库的运行成本,如自动叉车、电脑集成、信息控制系统等成本也相当高。最后是成本与效益问题,我国劳动力资源丰富而廉价，因此,国内企业与国外企业对物流投入的迫切感不一样,国内企业可能比较实际,如果要花几十万上这个设备,而且以后还要不断地在维修、燃料、零部件更换中不断投入,还不如干脆多请几个人来操作。当然也不能以此就断定自动化立体仓库就不适合中国的国情。在国内也有在自动化立体仓库方面做的很不错的企业。比如:昆明船舶设备有限公司和北京自动化研究所,他们一方面习吸收国外先进技术,另一方面立足自身发展,获得了相当完整的自动化立体仓库技术体系。在十五期间包揽了国家主要自动化立体仓库的设计和建造任务,创造了巨大的社会效益和经济效益。村田机械、大福(上海)及冈村物流等在国内的自动化仓库制造方面也都有着不俗的业绩。回望2006年自动化立体仓库市场总体发展是稳健快速的,虽然总体利润下降,但各厂家生产订单饱满,销售结果好于预期。预计2007年形势会更好,全年自动化立体库建设数量将接近100座。今后,随着中国企业规模的扩大和数量的增加,以及重视与合理利用土地这一稀缺资源的意识不断增强,具有节约土地资源优势、提高企业管理水平的自动化立体库必将得到更广泛使用。2.2立体仓库简介2.2.1立体仓库自动化立体仓库一般是指采用几层、十几层乃至几十层高的货架储存单元货物，用相应的物料搬运设备进行货物入库和出库作业的\o"仓库"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”。自动化立体仓库不是单一设备堆积而成的仓库，它是一个仓库系统。自动化立体仓库中所有设备在控制软件的管理下统一高效地运行。因为自动化立体仓库不单纯是一个仓库，所以它的建设也是一个复杂的系统工程。包括地基的勘探、工程的设计、建设等。自动化立体仓库系统的设计建设必须与企业的物流规划、企业的发展联系起来综合考虑，使其成为物流链中重要的节点。自动化立体仓库，是当前技术水平较高的形式。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。管理上采用计算机及条形码技术。自动化立体仓库大大提高了仓储管理、物资调动和作业的准确率，同时提高了物流速度。大量的管理信息由计算机数据库系统存储，计算机控制自动设备连续作业，并由计算机的逻辑判断进行合理的货位选择，保证了仓储管理的高效率。2.2.2立体仓库的基本组成自动化立体仓库一般由高层货架、起重运输设备、土建公用设施以及控制和管理设施等部分组成。1．货架。构铸货架的材料一般选用钢材或钢筋混凝土，钢货架的优点是构件尺寸小，制作方便，安装建设周期短，而且可以提高仓库的库容利用率。钢筋混凝土货架的优点在于其防火性能较好，抗腐蚀能力较强，维护保养也相对简单。自动化立体仓库的货架一般都分隔成一个个的单元格，单元格是用于存放\o"托盘"托盘或直接存放货物的。2．货箱与托盘。货箱和托盘的基本功能是装小件的货物，以便于\o"叉车"叉车和堆垛机的叉取和存放。采用货箱和托盘存放货物可以提高货物装卸和存取的效率。3．巷道机。巷道机是自动化立体仓库中最重要的设备，它是随自动化立体仓库的出现而发展起来的专用起重机。巷道机可在高层货架间的巷道内来回运动，其升降平台可作上下运动，升降平台上的货物存取装置可将货物存入货格或从货格中取出。4．周边搬运设备。搬运设备一般是由电力来驱动，由自动或手动控制，把货物从一处移到另一处。这类设备包括输送机、\o"自动导向车"自动导向车等，设备形式可以是单机、双轨、地面的、空中的、一维运行(即沿水平直线或垂直直线运行)、二维运行、三维运行等。其作用是配合巷道机完成货物的输送、转移、分拣等作业。在仓库内的主要搬运系统因故停止工作时，周边设备还可以发挥其作用，使作业继续进行。2.2.3立体仓库的分类立体仓库按不同划分规则可有不同的分类，如下：按高度划分为低层（货架高度5M以下）/中层（货架高度5-12M）/高层（货架高度12M以上）。按规模划分为小型（库容量2000个托盘以下）/中型（库容量2000-5000个托盘）/大型（库容量5000个托盘以上）。按建筑形式分为整体和分离式。按货物存取行式为单元架式，移动货架式和拣选货架式。按货架构造形式分为单元货格式，贯通式，水平循环式和垂直循环式仓库。按所起的作用分为生产性仓库和流通性仓库。按自动化仓库与生产联接的紧密程度分为独立型，半紧密型和紧密型仓库。2.2.4自动化立体仓库的优点自动化立体仓库能得迅速发展的主要原因，就在于它具有如下优点：1．货物存放集中化、立体化、减少占地面积。在地价昂贵的国家里，其效果尤为显著。目前，世界上最高的立体仓库可达40多米，容量多达30万个货位。2．仓库作业的机械化和自动化减轻了工人的劳动强度，节约劳力，缩短作业时间,大大提高作业效率。3．采用计算机进行\o"仓储管理"仓储管理，可以方便地做到"\o"先进先出"先进先出"，并可防止货物自然老化、变质、生锈，也能避免货物的丢失。4．物品出入库迅速、准确、减少了车辆了待装待卸时间，提高了仓库的存储周转能力。5．采用电子计算机控制与管理，有利于压缩库存和加速物品的周转，降低了储存费用，从面降低了产品成本。6．可以适应特殊环境下的作业，如高温、低温作业，剧毒、放射性和腐蚀性等物资的储存。7．提高仓库的安全可靠性，便于进行合理储存和科学的养护，提高保管质量，确保仓库安全。8．由于采用计算机管理，加快了处理各种业务活动的速度，缩短了交货时间。总之，由于自动化立体仓库这一新技术的出现，使原来那种固定货位、人工搬运和码放、人工管理、以储存为主的仓储作业，改变为自由选择货位、可按需要实现先进先出的机械化与自动化仓储作业。在储存同时，可以对货物进行必要的拣选、组配，并根据整个企业生产的需要，有计划的将库存物按指定的数量和时间要求送到恰当地点，满足均衡生产的需要，可以说自动化立体仓库的出现使"静态仓库"变成了"动态仓库"。2001年5月，北京立体仓库就已建成，目前库房面积5400平方米，高约11米，为钢结构大跨度的独立库房。与传统平面仓库相比，立体仓库对大型货物的存储能力提高1.6倍,小件物品的存储能力提升10倍。整体作业周期缩短；收货：占收货总量35%左右的厂家自带托盘,货物的接收上架速度由原先的70分钟/整车,提升到45分/整车,效率提升近40%；整车散装货物的接收上架时间也从100分钟缩短至80分钟。发货：基本维持了原有的水平，但效率提高了（以市内配送为例,从交货单生成到货物发运驶离库房,原有时间为52分钟,目前在日订单量同期比增加20%、扫描单数增加60%、每月扫描量从2000年的零扫描增长为两万多条扫描需求,并且还呈不断上升的趋势的情况下,出货速度与以往基本持平）。另外，由于利用了RF手持终端设备实现了PN条形码扫描/粘贴等无纸化操作,物流作业的错误率大大降低。在存储量保持不变的前提下，每月因折旧、租金的微提升增加费用为人民币7万元,但随着存储量的提升将每月节省租金约人民币12万余元。根据介绍,该立体仓库自接到网上订单后平均备货、出货过程在15分钟内都可完成,并在两小时内通过"神州特快"送达客户手中。[13]PLC可编程控制器PLC概述PLC的基本概念现代社会要求制造业对市场需求作出迅速的反应，生产出小批量、多品种、多规格、低成本和高质量的产品，为了满足这一要求，生产设备和自动生产线的控制系统必须具有极高的可靠性和灵活性，可编程序控制器（ProgrammableLogicController，PLC）正是顺应这一要求出现的，它是以微处理器为基础的通用工业控制装置。1985年国际电工委员会（IEC）对PLC的定义如下：可编程控制器是一种进行数字运算的电子系统，是专为在工业环境下的应用而设计的工业控制器，它采用了可以编程序的存储器，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，并通过数字或模拟式的输入和输出，控制各种类型机械的生产过程。PLC的应用面广、功能强大、使用方便，已经广泛地应用在各种机械设备和生产过程的自动控制系统中。PLC仍处于不断的发展之中，其功能不断增强，更为开放，它不但是单机自动化中应用最广的控制设备，在大型工业网络控制系统中也占有不可动摇的地位。PLC应用之广、普及程度之高，是其他计算机控制设备无法比拟的。3.1.2可编程序控制器得以迅速发展和广泛应用的原因是由于它具有继电接触器控制装置和通用计算机以及其他控制系统所不具有的特点：1.编程方法简单易学。2.功能强，性能价格比高。3.硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强。4.运行稳定、可靠性高、抗干扰能力强。5.系统的设计、安装、调试工作量少。6.维修工作量小，维修方便。7.与网络技术相结合。8.体积小、质量轻、能耗低。3.1.31.按PLC的结构形式分为整体式和组合式(1)整体式结构PLC。将中央处理器CPU、电源部件、输入输出单元集中制造在一起，结构紧凑，体积小，价格低，小型PLC常采用这种结构。(2)组合式结构PLC。将各部分模块（CPU模块、电源模块、I/O模块等）分开制造，使用时将这些模块分别插入机架底座的插槽中，像积木一样组合起来，系统配置灵活方便、易于扩展，大中型PLC通常采用这种结构。2.按控制规模分为小型机、中型机、大型机(1)小型机。I/O点数在128点以下，内存容量在几KB左右，具有逻辑运算、定时、计数等功能，适用于开关量控制的场合。(2)中型机。I/O点数在128~512点，内存容量在几十KB左右，除具有小型机的功能外，还增加了数据处理功能，并可配置模拟输入输出模块，适用于小规模控制系统。(3)大型机。I/O点数在512~896点，内存容量在几百KB。(4)超大型机。I/O点数在896点以上，内存容量在1000KB以上大型机和超大型机除具有中、小型机的功能外，还增加了联网通信、记录打印等功能，增强了编程终端的处理能力，适用于大规模的控制系统，可构成分布式控制系统。3.1.4PLC已经广泛地应用在很多的工业部门，随着其性能价格比的不断提高，PLC的应用范围不断扩大，主要有以下几个方面：1.逻辑控制功能。用PLC的与、或、非指令取代继电器触电串联、并联和其他逻辑连接，进行开关控制。2.定时/计数控制功能。用PLC提供的定时器、计数器指令实现对某种操作的定时或计数控制。3.顺序控制功能。用步进指令来实现在有多道加工工序的控制中，只有前一道工序完成后，才能进行下一道工序操作的控制。4.数据处理功能。PLC能进行数据传送、比较、移位、数制转换、算术运算与逻辑运算以及编码和译码等操作。5.A/D与D/A转换功能。通过A/D、D/A模块完成模拟量和数字量之间的转换。6.运动控制功能。通过高速计数模块和位置控制模块等进行单轴或多轴控制。7．过程控制功能。通过PLC的PID控制模块实现对温度、压力、速度、流量等物理量进行闭环控制。8.扩展功能。通过连接输入输出扩展单元模块来增加输入输出点数，也可以通过附加各种智能单元及特殊功能单元来提高PLC的控制能力。9.远程控制功能。通过远程I/O单元将分散在远距离的各种输入输出设备与PLC主机相连接，进行远程控制。10.通信联网功能。通过PLC之间或与主控计算机的联网，实现较大规模的系统控制。11.监控功能。PLC能够监视系统运行的状态，对异常情况进行报警、显示、故障诊断以及自动终止运行。3.2可编程序控制器的硬件与工作原理3.2.1ＰLC的基本结构PLC主要由中央处理单元、输入接口、输出接口、通信接口等部分组成，其中CPU是PLC的核心，I/O部件是连接现场设备与CPU之间的接口电路，通信接口用于与编程器和上位机连接（见图3.1）。对于整体式PLC，所有部件都装在同一机壳内；对于模块式PLC，各功能部件独立封装，称为模块或模板，各模块通过总线连接，安装在机架或导轨上。不同厂商生产的不同系列产品在每个机架上可插放的模块数是不同的，一般为3－10块。可扩展的机架数也不同，一般为2－8个机架。基本机架与扩展机架之间的距离不宜太长，一般不超过10M。图3.1PLC硬件结构1．中央处理单元CPUCPU模块主要由微处理器（CPU芯片）和存储器组成。CPU通过输入装置读入外设的状态，由用户程序去处理，并根据处理结果通过输出装置去控制外设。一般的中型可编程控制器多为双微处理器系统，一个是字处理器，它是主处理器，由它处理字节操作指令，控制系统总线，内部计数器，内部定时器，监视扫描时间，统一管理编程接口，同时协调位处理器及输入输出。另一个为位处理器，也称布尔处理器，它是从处理器，它的主要作用是处理位操作指令和在机器操作系统的管理下实现PLC编程语言向机器语言转换。CPU处理速度是指PLC执行1000条基本指令所花费的时间。2．存储器存储器主要存放系统程序，用户程序及工作数据。PLC所用的存储器基本上由PROM，EPROM，EEPROM及RAM等组成。3．I/O模块输入模块和输出模块简称为I/O模块，是联系外部现场设备和CPU模块的桥梁。PLC通过I/O接口可以检测被控对象或被控生产过程的各种参数，以这些现场数据作为PLC对被控对象进行控制的信息依据。同时PLC又通过I/O接口将处理结果送给被控设备或工业生产过程，以实现控制。4．电源部件PLC的电源包括系统电源和后备电池。PLC一般使用AC220V电源，电源模块的作用就是将外部输入的交流电经过整流、滤波、稳压电路转换成PLC的CPU、存储器、I/O接口等内部电路所需要的直流电源。PLC大多使用开关型稳压电源，其稳压性能好，抗干扰能力强，内部的开关电源为各个模块提供和不同的电压等级的直流电源。5．编程器编程器是人机对话工具，用来输入、修改和调试用户程序、监控PLC的运行情况、调整内部寄存器的参数等。编程器可分为建议编程器和图形编辑器两种：简易编程器只能输入助记符程序；而图形编程器可直接输入梯形图。6．其他接口电路为了扩展PLC的功能，出I/O接口外，PLC还配置了其他一些接口，主要有:（1）I/O扩展接口（2）智能I/O接口（3）通信接口（4）A/D、D/A接口7．PLC外部设备外部设备包括编程器、打印机、外存储器、EPROM写入器等。3.2.2ＰLC的工作原理PLC的CPU连续执行用户程序、完成控制功能是以扫描工作方式进行的。所谓扫描工作方式，即CPU从程序段的第一句顺序读取顺序执行，直至最后一句。CPU在扫描周期中，要完成以下任务：1．输入处理阶段每次扫描周期开始时，先读数字输入点的当前值，然后把这些值写到输入映像寄存器中。CPU以8位（1个字节）为增量的方法来保留输入映像寄存器。在每次扫描开始时，CPU会将映像寄存器中未使用的输入位清零。2．执行程序在扫描周期的执行程序阶段里，CPU执行程序是从第一条指令开始，直到最后一条指令结束。不论在主程序或中断程序执行过程中，直接I/O指令允许对输入点和输出点直接存取。如果在程序中使用了中断，与中断事件相关的中断程序就作为程序的一部分存储下来。中断程序并不作为正常扫描周期的一部分来执行，而是当中断事件发生时才执行。3．处理通讯请求在扫描周期的信息处理阶段，CPU处理从通讯端口接收到的任何信息。4．执行CPU的自诊断测试在扫描周期中，CPU检查其硬件，以及用户存储器（仅在RUN模式下），它也检查所有的I/O模块的状态。5．输出处理阶段在每个扫描周期的结尾，CPU把存在输出映像寄存器中的数据输送给数字输出点。CPU以1个字节为增量来保留输出影响寄存器。当CPU操作模式从RUN切换到STOP，数字输出设置为输出表中定义的值，或保持当前状态，模拟输出保持最后写入的值。6．扫描周期中断当中断事件发生时，CPU以异步扫描方式，根据中断优先级来处理中断。7．输入输出映像寄存器输入输出映像寄存器是PLC的RAM工作区中将一特定区域的存储单元作为输入映像寄存器和输出映像寄存器的存储区。输入映像寄存器存储着对应位输入“继电器”的通/断状态，高电平1为通，低电平0为断。输入映像寄存器的内容只能被PLC的CPU读出，而不能被改写。输出映像寄存器单元存储着对应位输出“寄存器”的状态。在执行用户程序时，输出映像寄存器既可以被PLC的CPU读取，也可以被CPU改写。8．立即I/O立即I/O指令允许对实际输入输出点直接存取。尽管通常用映像寄存器作为I/O的源操作数或目的操作数，但执行立即I/O指令对输入输出映像寄存器的影响是不同的。当使用立即I/O指令来存取输入点的值时，输入映像寄存器的值尚未更新，而使用立即I/O指令来存取输出点的同时，相应的输出映像寄存器被更新了。PLC在执行程序是存在I/O滞后现象，造成I/O响应滞后的原因：1）扫描方式2）电路惯性--输入滤波时间常数和输出继电器触点的机械滞后3）与程序设计安排有关3.2.3ＰLC的编程语言PLC的用户程序是设计人员根据控制系统的工艺控制要求，通过PLC编程语言的编制设计的。根据国际电工委员会制定的工业控制编程语言标准（IEC1131-3）。PLC的编程语言包括以下五种：梯形图语言（LD）、指令表语言（IL）、功能模块图语言（FBD）、顺序功能流程图语言（SFC）及结构化文本语言（ST）。1．梯形图语言（LD）梯形图语言是PLC程序设计中最常用的编程语言。它是与继电器线路类似的一种编程语言。由于电气设计人员对继电器控制较为熟悉，因此，梯形图编程语言得到了广泛的欢迎和应用。梯形图编程语言的特点是：与电气操作原理图相对应，具有直观性和对应性；与原有继电器控制相一致，电气设计人员易于掌握。梯形图编程语言与原有的继电器控制的不同点是，梯形图中的能流不是实际意义的电流，内部的继电器也不是实际存在的继电器，应用时，需要与原有继电器控制的概念区别对待。图3.2是典型的交流异步电动机直接启动控制电路图，图3.3是采用PLC控制的程序梯形图。

图3.2交流异步电动机直接启动电路图

图3.3PLC梯形图2．指令表语言（IL）指令表编程语言是与汇编语言类似的一种助记符编程语言，和汇编语言一样由操作码和操作数组成。在无计算机的情况下，适合采用PLC手持编程器对用户程序进行编制。同时，指令表编程语言与梯形图编程语言图一一对应，在PLC编程软件下可以相互转换。图3.4就是与图3.4PLC梯形图对应的指令表。LDI0.0OQ0.0ANI0.1ANI0.2=Q0.0LDQ0.0=Q0.1LDNQ0.0=Q0.2图3.4指令表指令表表编程语言的特点是：采用助记符来表示操作功能，具有容易记忆，便于掌握；在手持编程器的键盘上采用助记符表示，便于操作，可在无计算机的场合进行编程设计；梯形图有一一对应关系。其特点与梯形图语言基本一致。3．功能模块图语言（FBD）功能模块图语言是与数字逻辑电路类似的一种PLC编程语言。采用功能模块图的形式来表示模块所具有的功能，不同的功能模块有不同的功能。图3.5是对应图3.2交流异步电动机直接启动的功能模块图编程语言的表达方式。图3.5功能模块图功能模块图编程语言的特点：功能模块图程序设计语言的特点是：以功能模块为单位，分析理解控制方案简单容易；功能模块是用图形的形式表达功能，直观性强，对于具有数字逻辑电路基础的设计人员很容易掌握的编程；对规模大、控制逻辑关系复杂的控制系统，由于功能模块图能够清楚表达功能关系，使编程调试时间大大减少。4．顺序功能流程图语言（SFC）顺序功能流程图语言是为了满足顺序逻辑控制而设计的编程语言。编程时将顺序流程动作的过程分成步和转换条件，根据转移条件对控制系统的功能流程顺序进行分配，一步一步的按照顺序动作。每一步代表一个控制功能任务，用方框表示。在方框内含有用于完成相应控制功能任务的梯形图逻辑。这种编程语言使程序结构清晰，易于阅读及维护，大大减轻编程的工作量，缩短编程和调试时间。用于系统的规模校大，程序关系较复杂的场合。图3.6是一个简单的功能流程编程语言的示意图。图3.6顺序功能流程图顺序功能流程图编程语言的特点：以功能为主线，按照功能流程的顺序分配，条理清楚，便于对用户程序理解；避免梯形图或其他语言不能顺序动作的缺陷，同时也避免了用梯形图语言对顺序动作编程时，由于机械互锁造成用户程序结构复杂、难以理解的缺陷；用户程序扫描时间也大大缩短。5．结构化文本语言（ST）结构化文本语言是用结构化的描述文本来描述程序的一种编程语言。它是类似于高级语言的一种编程语言。在大中型的PLC系统中，常采用结构化文本来描述控制系统中各个变量的关系。主要用于其他编程语言较难实现的用户程序编制。结构化文本编程语言采用计算机的描述方式来描述系统中各种变量之间的各种运算关系，完成所需的功能或操作。大多数PLC制造商采用的结构化文本编程语言与BASIC语言、PASCAL语言或C语言等高级语言相类似，但为了应用方便，在语句的表达方法及语句的种类等方面都进行了简化。结构化文本编程语言的特点：采用高级语言进行编程，可以完成较复杂的控制运算；需要有一定的计算机高级语言的知识和编程技巧，对工程设计人员要求较高。直观性和操作性较差。不同型号的PLC编程软件对以上五种编程语言的支持种类是不同的，早期的PLC仅仅支持梯形图编程语言和指令表编程语言。目前的PLC对梯形图（LD）、指令表（STL）、功能模块图（FBD）编程语言都以支持。比如，SIMATICSTEP7MicroWINV3.2。在PLC控制系统设计中，要求设计人员不但对PLC的硬件性能了解外，也要了解PLC对编程语言支持的种类。3.2.4ＰLC的最新发展趋势长期以来，PLC始终处于工业自动化控制领域的主战场，为各种各样的自动化控制设备提供了非常可靠的控制应用。其主要原因，在于它能够为自动化控制应用提供安全可靠和比较完善的解决方案，适合于当前工业企业对自动化的需要。另一方面，PLC还必须依靠其他新技术来面对市场份额逐渐缩小所带来的冲击，尤其是工业PC所带来的冲击。PLC需要解决的问题依然是新技术的采用、系统开放性和价格。

在全球工业计算机控制领域，围绕开放与再开放过程控制系统、开放式过程控制软件、开放性数据通信协议，已经发生巨大变革，几乎到处都有PLC，但这种趋势也许不会继续发展下去。随着软PLC(SoftPLC)控制组态软件技术的诞生与进一步完善和发展，安装有SoftPLC组态软件和基于工业PC控制系统的市场份额正在逐步得到增长。对于控制软件来讲，这是PLC控制器的核心，PLC供应商正在向工业用户提供开放式的编程组态工具软件。此外，开放式通信网络技术也得到了突破，其结果是将PLC融入更加开放的工业控制行业。当前，在所有过程控制领域，最大的发展趋势之一就是Ethernet技术的扩展。PLC也不例外，现在，越来越多的PLC供应商开始提供Ethernet接口部件。Ethernet仅仅定义了OSI参考模型底部的几层协议标准，如果上层协议相互之间不能兼容，那么仍然不可能进行相互之间的通信处理。为了将Ethernet技术应用到工厂底层的现场过程控制设备中去，ODVA协会为此建立了一套全球性标准技术规范，即Ethernet/IP标准，以便能够解决在实际工作中所遇到的困难。另外，Schneider公司最近还推出了基于Modicon公司的MomentumMIE系列处理器的适配器，该适配器提供了标准IEC程序控制性能，进一步为e-制造提供了完美的解决方案。该适配器还提供了将智能化I/O系统和其他现场过程控制设备连接到Internet和Ethernet的能力，现场过程控制设备包括所有功能化实时过程控制器。同样，其他许多公司也已经推出了Ethernet通信接口模件。例如，来自于IDEC公司的OpenNetPLC控制器所提供的通信接口，实现了与DeviceNet、LonWorks和Interbus等现场总线设备的兼容。Sierra公司所提供的8051型工业通信桥路能够让彼此之间互不兼容的PLC、DCS、RTU和SCADA系统很好地集成在一起。在过程控制方面，尽管传统PLC被应用于离散过程控制领域，但现在，PLC已被广泛应用于连续过程控制领域，而且基于连续过程控制技术的发展趋势正在进一步得到增长。尽管离散和连续过程控制应用都使用了同样的硬件产品和网络系统，可能还需要额外增加一些特殊模件，但它们之间始终存在着一些不同的差异。只要将不同类型的应用软件装入到同样的系统之中，就能够完成不同的过程控制应用。运动控制方面，PLC在运动控制领域的应用也已经有很长一段时间了，而且还保持了很好的增长趋势。PLC一般总是使用梯形图逻辑控制程序，现在，所有类型的其他产品正在努力获得并使用一些或者全部与IEC61131-3标准兼容的程序设计语言，包括梯形图逻辑图表、功能模块图表、顺序功能图表、结构化文本和指令表等程序设计语言。然而，硬件、操作系统和应用软件相互之间都是延缓此独立的实体，与传统的全集成PLC系统有很大的不同。随着硬件和操作系统的不断发展，操作系统所提供的标准商业化功能特性可能会进一步促使PLC变成一种更加不同的控制设备，这也就是PLC需要采IEC61131-3标准程序设计语言的原因所在。4立体仓库控制系统设计4.1系统硬件概述4.1.1立体仓库的基本结构本次设计选用THFLT-1型立体仓库的教学模型，其主体由底盘、四层十二个仓位库体、运动机械及电气控制四部分组成。模型的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、直流电动机作为拖动元件。电气控制是由西门子生产的S7-200型可编程序控制器(PLC)、步进电机驱动电源模块、开关电源、位置传感器等器件组成。控制面板上的开关及按钮功能及仓位号（见图4.1，4.2）图4.1控制面板图图4.2仓位号图控制面板各按钮功能见表4.1。表4.1控制面板上的按钮功能表按键号功能选择定义1自动选择1号仓位手动机构水平向左移动2自动选择2号仓位手动机构垂直向下移动3自动选择3号仓位手动机构水平向右移动4自动选择4号仓位手动机构水平向后移动5自动选择5号仓位手动机构垂直向上移动6自动选择6号仓位手动机构水平向前移动7自动选择7号仓位手动无意义8自动选择8号仓位手动无意义9自动选择9号仓位手动无意义10自动选择10号仓位手动无意义11自动选择11号仓位手动无意义12自动选择12号仓位手动无意义4.1.2立体仓库的硬件简介立体仓库模型如图4.3所示。货台立体仓库自动堆垛机控制面板图4.3立体仓库模型货台立体仓库自动堆垛机控制面板模型中主要器件简介如下：1．步进电机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，但电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。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。而且步进电机的转速与脉冲信号的频率成正比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。起制动、正反转、变速等控制方便。我们在该立体仓库控制系统中的步进电动机采用北京斯达特机电科技发展有限公司生产的2相8拍混合式步进电机，它的主要特点：体积小，具有较高的起动和运行频率，有定位转矩等优点。2.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。3.步进电机驱动器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4.4所示。图4.4步进电机驱动系统的基本组成我们采用北京斯达特机电科技发展有限公司生产的SH系列步进电动机驱动器。主要由电源输入部分、信号输入部分、输出部分组成。此步进电动机驱动器采用铸铝结构，此种结构主要用于小功率驱动器,这种结构为封闭的超小型结构，本身不带风机，其外壳即为散热体，所以使用时要将其固定在较厚、较大的金属板上或较厚的机柜内，接触面之间要涂上导热硅脂，在其旁边加一个风机也是一种较好的散热办法。此步进电机驱动器的电气技术数据见表4.2：表4.2步进电机驱动器的电器技术数据驱动器型号相数类别细分数通过拨位开关设定最大相电流开关设定工作电源SH-2H057二相或四相混合式二相八拍3.0一组直流DC(24V-40V)3．传感器(1).反射式传感器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；其结构图如图4.5所示。图4.5反射式传感器结构图工作原理：当物体相对于传感器移动时，反射回来的信号与原先的信号相比较，产生频移，集成电路再把微弱的频移信号进行放大，再经多普勒检测、放大、限幅等措施，最后取得和物体移动信号相关的直流信号输出电平。(2).对射式传感器对射式传感器的输出状态一般为NPN输出，输出晶体管的动作状态可分为入光时ON和遮光时ON两种。入光时为ON的对射式传感器的结构图如图4.6所示，当24V电压加到发光二极管LED1时，它将光发射给发光二极管LED2，LED2接收到光导通，三极管导通，输出为ON；当发光二极管LED1发射出的光被物体挡住使发光二极管LED2接收不到时，LED2不导通，三极管也不导通，输出为OFF。图4.6对射式传感器结构图在该立体仓库控制系统中采用8个对射式传感器作限位控制，其中4只对射式光电传感器分别作为X、Y轴的限位控制，当入光时输出晶体管ON；2只对射式光电传感器分别作为货架在X轴和Y轴的到位检测，当遮光时输出晶体管ON，如果货架未到达正确位置，Z轴电机将不能运行以确保当PLC程序出错时也不至于损坏设备；2只对射式光电传感器作为Z轴的限位控制，当遮光时输出晶体管ON，其信号对应PLC的输入点是I1.0（到位限位）和I1.1（回位限位）。4.微动开关的选择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I1.4等，另外为保险起见，在X轴的左限位和Y轴的下限位处还分别加装了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；微动开关原理图如图4.7所示。图4.7微动开关原理图4.2系统软件设计4.2.1立体仓库控制要求1.将选择开关置自动位置通电状态下，各机构复位，即返回0位。2.执行送指令（将0号位置的货物送到任意位置）（1）选择欲送仓位号，按动仓位号对应按钮，控制面板上的数码管显示仓位号。（2）按动送指令按钮，观察送入动作（若被选择仓位内已有汽车，则该指令不被执行）。（3）指令完成后，机械自动返回。（4）0号仓位已无汽车，则下一个送指令（误操作）将不被执行。3.执行取指令（从任意位置取回货物放至0号位）（1）选择欲取仓位号，按动仓位号对应按钮，控制面板上的数码管显示仓位号。（2）按动取指令按钮，观察取出动作（若被选择仓位内无汽车，则该指令不被执行）。（3）指令完成后，机构自动复位。（4）0号仓位已有汽车，则下一个取指令（误操作），将不被执行。4.放弃按动放弃按钮，放弃取或送动作，机构复位。4.2.1P立体仓库的电器控制部分采用西门子公司的S7-200型号的PLC，PLC的I/O接线如图4.8所示。图4.8PLC的I/O接线图注：由于所选PLC的I口有限，11号、12号仓位的状态检测未被接入，因而设计中11号、12号仓位的动作未能完成。4.2.2PLC的程序设计控制系统的设计主要完成的对系统的准确定位，这就需要对步进电机进行控制，即对步进电机脉冲数的进行设定。由于模型的初始位置不确定，因而需要进行0位定位，即确定从初始位置（X轴左限位，Y轴下限位）到0位的脉冲数，这就需要初始化的过程。初始化程序流程图见图4.9。图4.9初始化流程图通过多次实验最终确定初始化过程中对X轴和Y轴步进电机脉冲数的设定，X轴和Y轴从当前位置回到初始位置的程序见图4.10和图4.11。图4.10X轴从当前位置到初始到初始位置的程序图4.10Y轴从当前位置到初始到初始位置的程序X轴和Y轴从初始位置到0位置的程序见图4.12和4.13图4.12X轴从初始位置到0位置的程序图4.13Y轴从初始位置到0位置的程序注：SMB67/77中是脉冲输出指令PLS的控制寄存器，16#85表明PLS进行的是PTO操作，输出的是方波脉冲；SMW68/78中存放的是脉冲的周期值；SMD72/82中存放的是输出脉冲的数值；Q指定在Q0.0或Q0.1输出脉冲。以下是初始化的程序(如图4.14)图4.14初始化程序初始化完成后就要对操作板的按键进行判断并进行相应的处理，由于PLC程序顺序执行的特点，在程序设计时对每一步动作都设立标志位，利用PLC的位存储区（M）作为标志位，只有标志位为1时进行动作并将上一步的标志位清0，当取或送动作完成时设立标志位回到初始化。系统控制主程序流程图（图4.15如下）：图4.15系统控制主程序流程图执行送车指令时，在0号仓库有车，按下相应的仓库号，从0号取车并送到相应仓库，完成送车操作，初始化回0位，其程序流程图（图4.16）如下：图4.16送车的流程图执行取车指令时，先进行初始化，X轴、Y轴回到0位，从相应的车库取车，完成取车操作，初始化回0位，其程序流程图（图4.17）如下：图4.17取车流程图在送车和取车的过程中，X轴、Y轴、Z轴都做了相同的运动，因此，三个方向运动的程序是基本相同的，只是完成动作的标志位不同，在不同的阶段执行不同的动作。所需程序见附录。5监控系统的设计5.1组态软件简介5.1.1组态软件概述组态（Configuration）是指用软件工具对计算机及软件的各种资源进行配置，使计算机或软件按照配置自动地执行特定的任务，以满足使用者的要求。国际上比较著名的组态软件InTouch和iFIX等，国内也涌现出了组态王和力控等一批组态软件。有的PLC厂商也推出了自己的组态软件，例如西门子的WinCC等。组态软件安装了计算机与各主要厂家的PLC、变频器等现场设备通信的驱动程序后，用户只需要设置少量的通信参数就可以实现计算机与现场设备的通信。用户可以用鼠标和键盘迅速地生成与现场设备交换信息的美观人机界面，包括复杂的画面、动画功能和曲线等，画面上可以设置各种按钮、指示灯、显示或输入数字字符的元件。还可以用指针表、拨码开关、光柱等形象直观的元件来设置或显示PLC中的数据。通过设置地址，这些显示元件和输入元件可以很容易地与PLC中的编程元件联系起来。使用组态软件可以显著地减少设计上位计算机程序的工作量，缩短开发周期，提高系统的可靠性。组态软件一般由图形界面系统、实时数据库系统、第三方程序接口组件和控制功能组件组成。图形界面系统用于生成现场过程图形画面；实时数据库系统用于实时存储现场控制点的参数；第三方程序接口组件用于组态软件与其他应用程序交换数据；控制功能组件用于生成监控所需的控制策略。组态软件通过I/O驱动程序从现场I/O设备获得实时数据，对数据进行必要的加工后，一方面以图形方式直观地显示在计算机屏幕上；另一方面按照组态要求和操作人员的指令将控制数据送给I/O设备，对执行机构实施控制或调整控制参数。在本设计中用到的是北京亚控公司的组态王6.53，组态王6.53提供了丰富的简捷、易用的配置界面，提供了大量的图形元素和图库精灵，同时也为用户创建图库精灵提供简单易用的接口；该款产品的历史曲线、温控曲线以及配方功能进行了大幅提升与改进，软件的功能性和可用性有了很大的提高。组态王6.53集成了对KingHistorian的支持，极大的提高了组态王的数据存储能力，能够更好的满足大点数用户对存储容量和存储速度的要求。KingHistorian是亚控新近推出的独立开发的工业数据库。具有单个服务器支持高达10万点、支持256个并发客户同时存储和检索数据，每秒检索单个变量超过30000条记录的强大功能。能够更好的满足高端客户对存储速度和存储容量的要求，完全满足了客户实时查看和检索历史运行数据的要求。5.1.2组态软件的特点组态软件使用户能根据自己的控制目的任意地组态，完成最终的自动化控制任务，降低了系统集成的难度，节约了大量的设计时间，提高了系统的可靠性。组态软件有以下的特点：系统的可扩充性用通用组态软件开发应用程序后，当用户需求发生改变时（包括硬件设备或系统结构的改变），只需用较少的工作量便可以完成应用程序的更新和升级。易学易用通用组态软件的功能用方便用户使用的方法包装起来，用户不需要掌握太多的编程语言技术，甚至不需要编程，就能完成复杂工程要求的所有功能。通用性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（如PLC、智能仪表、智能模块、板卡、变频器等）的I\O驱动程序、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。实时多任务数据采集与监视（SCADA）、数据处理与算法实现、图形显示与人机对话、实时通信、实时数据存储与管理等多个任务可以通过组态，在同一台计算机上同时运行。5）“面向对象”的编程和设计方法组态软件普遍使用了“面向对象”的编程和设计方法，使软件更加易于学习和掌握，功能更加强大。此外，组态软件还具有接口开放、使用灵活、功能多样、运行可靠等特点。5.1.3组态软件的组件亚控监控组态软件是在自动控制系统监控层一级的软件平台，它能同时和国内外各种工业控制厂家的设备进行网络通讯，它可以与高可靠的工控计算机和网络系统结合，便可以达到集中管理和监控的目的，同时还可以方便的向控制层和管理层提供软、硬件的全部接口，来实现与“第三方”的软、硬件系统来进行集成。主要的各种组件说明见下：1．工程管理器（ProjectManager）工程管理器用于创建工程、工程管理等用于创建、删除、备份、恢复、选择当前工程等。2．开发系统（Draw）开发系统是一个集成环境，可以创建工程画面，配置各种系统参数，启动力控其它程序组件等。3．界面运行系统（View）界面运行系统用来运行由开发系统Draw创建的画面，脚本、动画连接等工程，操作人员通过它来完成监控。4．实时数据库（DB）实时数据库是力控软件系统的数据处理核心，构建分布式应用系统的基础。它负责实时数据处理、历史数据存储、统计数据处理、报警处理、数据服务请求处理等。5．I/O驱动程序（I/OSERVER）I/O驱动程序负责力控与控制设备的通信。它将I/O设备寄存器中的数据读出后，传送到力控的数据库，然后在界面运行系统的画面上动态显示。6．网络通信程序（NetClient/NetServer）网络通信程序采用TCP/IP通信协议，可利用Intranet/Internet实现不同网络结点上力控之间的数据通信。7．通信程序（PortServer）通信程序支持串口、电台、拨号、移动网络通信。通过力控在两台计算机之间，使用RS232C接口，可实现一对一（1：1方式）的通信；如果使用RS485总线，还可实现一对多台计算机（1：N方式）的通信，同时也可以通过电台、MODEM、移动网络的方式进行通信。8．Web服务器程序（WebServer）Web服务器程序可为处在世界各地的远程用户实现在台式机或便携机上用标准浏览器实时监控现场生产过程。9．控制策略生成器（StrategyBuilder）控制策略生成器是面向控制的新一代软件逻辑自动化控制软件，采用符合IEC1131-3标准的图形化编程方式，提供包括：变量、数学运算、逻辑功能、程序控制、常规功能、控制回路、数字点处理等在内的十几类基本运算块，内置常规PID、比值控制、开关控制、斜坡控制等丰富的控制算法。同时提供开放的算法接口，可以嵌入用户自己的控制程序。控制策略生成器与力控的其它程序组件可以无缝连接。5.2监控系统设计5.2.1组态监控设计1.通信协议的设置选中图5.1中的“COM2”图标后，双击右侧工作区出现的“新建…”图标，在出现的“设备配置导向”对话框的“PLC”文件夹中，选择西门子的S7-200系列，通信协议为PPI（见图5.1），各对话框设置好后点击“下一步”按钮。默认的设备逻辑名称为“新I/O设备”。将设备的站地址改为2.其他的通信参数均采用默认值。在最后一页点击“完成”按钮。图5.1通信协议的设置2.建立新工程双击桌面上的“组态王6.53”图标，启动“组态王”工程管理器（见图5.2），单击工具条上的“新建”按钮，弹出新建工程向导，根据向导的引导，选择工程路径，输入工程名称为“立体仓库”，可以在工程描述文本框中输入对该工程的描述文字。图5.2组态王工程管理器如果没有安装“加密狗”，双击工程管理器中的某个工程，将出现提示信息“未找到加密狗，请装好加密狗然后再试，或忽略进入演示方式”。点击“忽略”按钮，出现“确定”按钮后打开组态王工程浏览器(见图5.3)。在浏览器中点击工具条左边的“工程”按钮，可以打开工程管理器。3.组态变量数据库是“组态王”软件的核心部分，数据变量的集合称为“数据词典”。点击工程浏览器中的“数据词典”图标（见图5.3），右边的工作区内将出现系统定义好的13个内存变量。双击工作区最下面的“新建…”图标，弹出“定义变量”对话框（见图5.4），设置变量名为“取1”，选择变量类型为“I/O离散”（即PLC中的数字量），根据PLC的I/O口与立体仓库模型端口的接线表，该寄存器为I0.2.其他参数见图5.4。此外，可用同样的方法组态“送1”、“小车位置”等其他变量（见图5.3）。图5.3数据词典中的变量列表图5.4定义变量对话框表5-1中是组态软件的数据词典中定义的变量。表5.1数据词典序号变量名变量类型对应PLC元件注释1就绪I/O离散Q1.0就绪灯亮等待操作2CK1I/O离散I1.61号仓库是否有车3CK2I/O离散I1.72号仓库是否有车4CK3I/O离散I2.03号仓库是否有车5CK4I/O离散I2.14号仓库是否有车6CK5I/O离散I2.25号仓库是否有车7CK6I/O离散I2.36号仓库是否有车8CK7I/O离散I2.47号仓库是否有车9CK8I/O离散I2.58号仓库是否有车10CK9I/O离散I2.69号仓库是否有车11CK10I/O离散I2.710号仓库是否有车12小车位置内存整型仓库水平运动13送1I/O离散Q1.2送按钮14取1I/O离散Q1.1取按钮15竖直位置内存整型仓库竖直运动5.2.2组态画面1.建立新画面单击工程浏览器左侧的“画面”图标（见图5.4），双击右边窗口中的“新建”图标，弹出“新画面”对话框，输入新画面的名称“立体车库1”。可以修改画面的位置和大小。点击“确定”按钮，进入组态王的开发系统，同时出现图5.5所示的界面。图5.5组态画面通过使用开发系统中工具箱的工具画出立体仓库的监控画面如图5.6所示：图5.6立体仓库监控画面2.定义立体仓库的动画连接定义动画连接是指在画面的图形对象与数据库的数据变量之间建立的一种关系，当变量的值改变时，在画面上以图形对象的动画效果表示出来；或者由软件使用者通过图形对象改变数据变量的值。一个图形对象可以同时定义多个连接，组合成复杂的效果。双击组合好的小车，在出现的“动画连接”对话框中（见图5.7中的大图），点击“垂直位移”按钮，在出现的“垂直移动连接”对话框中（见图5.7右上角的小图），点击按钮，在出现的“选择变量名”对话框中（见图5.7右下角的小图），选择用内存整理变量“垂直位置”来控制立体仓库的运动。点击“确定”按钮，返回垂直移动连接对话框。通过调节“移动距离”和“对应值”的比例，可以调节立体仓库在画面上的实际移动距离，使得小车能被送到相应位置。图5.7动画连接对话框3.立体仓库的编程与参数设置双击工程浏览器左边窗口的“\文件\命令语言”文件夹中的“应用程序命令语言”图标，在打开的“应用程序命令语言”对话框的“运行时”选项卡中（见图5.8），输入控制立体仓库的程序。输入程序时点击“变量[..域]”按钮，可以在出现的“选择变量”对话框中选择需要的变量。点击按钮“变量[..域]”右边的按钮，可以在出现的函数列表中选择需要的函数，或输入所需运算符。当送1为1时，立体车库开始水平运动；当立体车库的的水平位置大于等于90时，立体车库开始竖直运动。本设计所需的应用程序命令语言如图5.8所示。图5.8应用程序命令语言对话框4.用组态软件监控控制系统在组态王的开发系统中执行菜单命令“文件”—>“全部存”，保存对工程的修改。再执行菜单命令“文件”—>“切换到View”，如果没有安装“加密狗”，将出现提示信息“未找到加密狗，请装好加密狗然后再试，或忽略进入演示方式”。点击“忽略”按钮，见进入运行系统。在运行系统执行菜单命令“画面”—>“打开”，打开组态的画面。我们可以看到立体车库的运动情况，如图5.9、5.10、5.11所示。图5.9向右运动一格图5.10向右运动一格后向上运动图5.11运动到10号仓库总结论文阐述了立体仓库的意义和发展前景，并详细介绍了可编程序控制器的原理及课题所用立体仓库模型的硬件结构，动作原理及监控控制系统的设计。经过3个多月的时间，最终完成了设计任务。完成立体仓库PLC控制程序的编写，实现了立体仓库的基本取送功能；采用亚控组态软件设计监控系统，实现了对仓库的机构动作和状态的监控。设计过程中也出现过许多问题，在老师的指导和同学帮助的共同努力下，最终解决了问题，顺利完成了这次设计。该模型还可以实现无人操作时的自动放货及自动移库等自动化程度更高的动作，由于时间有限，未列入设计任务，可作为后续课题进一步研究。参考文献[1]SiemensAG..SimaticS7-200ProgrammableControllerSystemManual.2004[2]SiemensAG.SimaticMicroComputingUserManual,2000[3]CanSayginFiratKahraman.AWeb-basedprogrammablelogiccontrollerlaboratoryformanufacturingengineeringeducation,IntJAdvManufTechnol2004(24):590–598[4]廖常初.Siemenss7-200PLC编程及应用.北京机械工业出版社,2008[5]西门子(中国)有限公司.S7-200可编程控制器产品目录.2004[6]张凤珊,祖龙起.电气控制及可编程序控制器.北京:中国轻工业出版社,2006[7]张兴国.可编程序控制器技术及应用.北京:中国电力出版社,2006[8]孙建忠.白凤仙.特种电机及其控制.北京:中国水利水电出版社,2005[9]王曙光,魏秋月,张高记.PLC应用基础与实例.北京:人民邮电出版社,2007[10]廖常初.PLC应用技术问答.北京:机械工业出版社,2006[11]付家才.PLC实验与实践.北京:高等教育出版社,2006[12]温照方.SIMATICS7-200可编程序控制器教程.北京:北京理工大学出版社,2002[13]自动化立体仓库的概述.华人物流网（）致谢在毕业设计的时间里，非常感谢隋教授给予的悉心指导，使我在四年里所学的知识得到系统、全面的运用掌握。脚踏实地，认真严谨，实事求是的工作态度，不怕困难、坚持不懈、吃苦耐劳的精神是我在这次设计中最大的收益。我想这是对我实际能力的一次提升，也会对我未来的学习和工作有很大的帮助。

在这次毕业设计中也使我们的同学关系更进了一步，同学之间互相帮助，有什么不懂的大家在一起商量，听听不同的看法对我们更好的理解知识有很大帮助，所以在这里非常感谢帮助我的同学。

在此更要感谢我的导师和专业老师，是你们的细心指导和关怀，使我能够顺利的完成毕业论文。在我的学业和论文的研究工作中无不倾注着老师们辛勤的汗水和心血。老师的严谨治学态度、渊博的知识、无私的奉献精神使我深受启迪。从尊敬的导师身上，我不仅学到了扎实、宽广的专业知识，也学到了做人的道理。在此我要向我的导师致以最衷心的感谢和深深的敬意。附录：翻译DevelopingaHybridProgrammableLogicControllerPlatformforaFlexibleManufacturingSystemAbstract:Inthisarticle,wepresentthedesignandimplementationofaflexiblemanufacturingsystem(FMS)controlplatformbasedonaprogrammablelogiccontroller(PLC)andapersonalcomputer(PC)-basedvisualman-machineinterface(MMI)anddataacquisition(DAS)unit.ThekeyaspectofanFMSisitsflexibilitytoadapttochangesinademandingprocessoperation.ThePLCprovidesfeasiblesolutionstoFMSapplications,usingPC-basedMMI/DAS,wherebyPLCsareoptimizedforexecutingrapidsequentialcontrolstrategies.PCsrunningMMI/DASfront-endsmakeintuitiveoperationinterfaces,fullofpowerfulgraphicsandreportingtools.InformationfromthePCcanbedistributedthroughacompany’slocalareanetworkorwebusingclient-servertechnologies.Currently,withtheconvergenceofunderlyingmicroprocessortechnologyandsoftwareprogram-mingtechniques,manyusersfindthatPLCsprovideacost-effectivesolutiontoreal-timecontrolinsmall-tomedium-sizedprocessplants,especiallywhencombinedwithsupervisoryPCsusinghybridsystems.ThemajorworkofthisarticledemonstratesthatPLCsareresponsivetorapidandrepetitiouscontroltasks,usingPCsthatpresenttheflowofinformationautomationandacceptoperatorinstructions,therebyprovidingtheuseratooltomodifyandmonitortheprocessastherequirementschange.KeyWords:PLC、FMS、PC.IntroductionInavarietyofproductmanufacturingindustries,themostautomatedformofproductionisaFlexiblemanufacturingsystem(FMS),firstintroducedin1970s.SincetheFMSscanprovideahighpotentialforproductivityimprovementinbatchmanufacturing,thenumberofFMSsisgrowingsubstantially(GrooverandZimm