立体仓库设计

毕业论文基于柔性生产线立体仓库的设计目录摘要································································IAbstract···························································II一、前言·····························································1（一）目的和意义···················································1（二）研究领域·····················································1二、立体仓库系统各单元结构及其工作原理·······························3（一）立体仓库系统单元结构图·······································3（二）立体仓储库···················································3（三）Z轴运动机构·················································4（四）X\Y轴运动机构···············································5三、系统硬件设计·····················································6（一）总体设计·····················································6（二）可编程控制器的选型···········································62.1S7-200CPU的选择············································62.2EM232模拟量输出模块·········································8（三）立体仓库的系统介绍MCGS组态软件应用··························93.1立体仓库的简述··············································93.2立体仓库的优越性···········································103.3立体仓库一般基本组成部分···································11四、系统的软件设计··················································12（一）系统的总体程序设计··········································121.1I/0地址分配表··············································121.2系统的程序流程图及程序编制·································12（二）旋转编码器程序编制··········································12（三）步进电机的控制及程序编制···································133.1指令说明···················································133.2PTO/PWM控制寄存器··········································163.3主要程序的编写·············································18（四）控制器的法杖方向············································184.1可编程控制器的构成及工作原理·······························194.2可编程控制器的特点·········································204.3可编程控制器的主要功能·····································204.4电动机的介绍与选择·········································214.5变频器的介绍与选择·········································244.6接触器的介绍与选择·········································254.7目标料仓号及仓位号的设置···································26五、操作模式和过程··················································27（一）机械手操作模式和过程·······································27结论与展望·························································29参考文献···························································30附录·······························································31致谢·······························································39一、绪论（一）课题的目的和意义随着我国经济的迅速发展，以及经济全球化的趋势愈发明显，物流产业的发展水平直接影响到了企业自身发展状况，而货物仓储又是物流产业的一个重要环节，当前我国仓储事业发展水平良莠不齐，大部分仓库依然依靠人工管理、搬运,因此搬运效率过低，直接影响物资的流通。我设计的立体仓储电控系统主要运用PLC可编程控制器控制货物的搬运和仓储，同时,在系统中还运用了传感器元件，用来检测货物位置等，并将检测到的信号传递到PLC中，在这期间机械手同时工作，最终机械手按PLC中预先编排的指令将货物放入不同的仓库中。本人认为该系统的自动化程度较高，同时存取货物较合理，能够有效的提高货物仓取能力，同时由于采用了机械手，该系统同样能够较大程度的降低工人的劳动强度，提高工作效率。（二）课题的研究领域从该系统的配件方面看，它包括了许多工业元器件，如PLC可编程控制器、步进电机、直流无刷电机、旋转编码器精确定位等技术。从中可以看出该课题的研究领域主要包括：步进电机控制技术、直流无刷电机控制技术、检测回馈技术、货物精确定位技术等。由于可编程控制器（PLC）是专为在工业环境下应用而设计的一种工业控制计算机，具有抗干扰能力强、可靠性极高、体积小等显著优点，是实现机电一体化的理想控制装置。因此在设计货物分拣以及仓储系统时，PLC可编程控制器无疑起到了关键的作用，通过PLC可编程控制器的控制,我们可以提高系统的可靠性，而且由于其具有较高的抗干扰能力，因此使用PLC可编程控制器是实现该机电一体化设备的理想控制装置。而这一通过PLC可编程控制器为核心器件设计的货物分拣及仓储系统的设计思路，对于物流、仓储等领域也具有较高的参考价值。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。无刷直流电机是同步电机的一种，也就是说电机转子的转速受电机定子旋转磁场的速度及转子极数（P）影响：N=120．f/P。在转子极数固定情况下，改变定子旋转磁场的频率就可以改变转子的转速。直流无刷电机即是将同步电机加上电子式控制（驱动器），控制定子旋转磁场的频率并将电机转子的转速回授至控制中心反复校正，以期达到接近直流电机特性的方式。也就是说直流无刷电机能够在额定负载范围内当负载变化时仍可以控制电机转子维持一定的转速。传感器的检测技术在现代工业中起了至关重要的作用，尤其是在自动化流水线上，它可以取代人眼的作用，来辨别货物的位置，同时诸如光电开关、压力传感器等传感元器件同样也能判断货物是否到位，以进行下一步工作。二、立体仓库系统各单元结构及其工作原理（一）立体仓库系统单元结构图TVT－4000E立体仓库系统单元结构图如图2-1所示。图2-1立体仓库系统单元结构图（二）立体仓储库立体仓储库由25个仓储位组成，每个仓储位都装有检测传感器实时监控货物的有无，此立体仓储库包含原材料区、成品区和废品区可以通过程序控制，也可通过用户的需求自己编写程序实现对货物在立体仓储库内的自由存取，如图2-2所示。图2-2立体仓储库结构图（三）Z轴运动机构由夹紧气缸（1-2-1）、旋转臂（1-2-2）、旋转步进电机（1-2-3）、推力轴承（1-2-4）、导轨（1-2-5）、Z轴步进电机（1-2-6）、滚珠丝杠（1-2-7）、型材立柱（1-2-8）等组成。Z轴运动机构（1-2）主要是实现货物的自动存取，如图2-3所示。图2-3Z轴运动机构结构图（四）X\Y轴运动机构X\Y轴运动机构由Y轴直流无刷电机（1-3-1）、X轴直流无刷电机（1-3-2）、X轴导轨（1-3-3）、减速机（1-3-4）组成。X\Y轴运动机构主要是采用齿轮齿条机构实现水平方向的运动，如图2-4所示。图2-4X\Y轴运动机构三、系统硬件设计（一）总体设计根据系统控制要求，及设备状态，控制程序主要完成以下任务：（1）出入库判断及仓库状态的扫描，确定相应的库位及X轴、Y轴坐标；（2）根据坐标，各轴电机经加减速精确定位；（3）根据时序关系，确定状态，完成货物出入库。系统的组成如图3-1所示。图3-1系统组成图（二）可编程控制器的选型为了提高仓库的仓储能力，降低工人的劳动强度，提高仓库的自动化程度，而PLC编程控制器恰恰具有可靠性高、.编程方便、易于使用、逻辑功能强、体积小的特点，并且其有网络通讯功能，可附加高性能模块对模拟量进行处理，实现各种复杂控制功能。因此在我的仓储电控系统中，我选择了使用PLC可编程控制器，作为核心控制件。2.1S7-200CPU的选择西门子提供多种类型的CPU以适应各种应用要求。不同类型的CPU具有不同的数字量I/O点数、内存容量等规格参数。目前提供的S7-200CPU有：CPU221、CPU222、CPU224、CPU226和CPU226XM。S7-200CPU规格如表3.1所示。按以上S7-200CPU规格所示，由于该系统需要的PLC输入端接口较多，因此选用的PLC可编程控制器应为CPU226系列，该CPU为直流供电，直流数字输出，数字量输出点是晶体管，因此选择DC/DC/DC系列。综上所述，最终选用的PLC可编程控制器件为CPU226DC/DC/DC系列。表3.1S7-200CPU规格表CPU221CPU222CPU224CPU226CPU226XM用户程序区数据存储区4K字节2K字节4K字节2K字节8K字节5K字节8K字节5K字节16K字节10K字节CPU内置DI/DO点数6/48/614/1024/1624/16AI/AO点数无16/1632/3232/3232/32扫描时间/1条指令0．37us0．37us0．37us0．37us0．37us最大DI/DO点数256256256256256位存储区256256256256256计数器256256256256计时器256256256256256时钟功能可选可选内置内置内置数字量输入滤波标准标准标准标准标准模拟量输入滤波N/A标准标准标准标准高速计数器单相4个30KHZ4个30KHZ6个30KHZ6个30KHZ6个20KHZ双相2个20KHZ2个20KHZ4个20KHZ4个20KHZ4个20KHZ脉冲输出2个20KHZ2个20KHZ2个20KHZ2个20KHZ2个20KHZ通讯口1×RS4851×RS4851×RS4852×RS4852×RS4852.2EM232模拟量输出模块该系统选用EM232模拟量输出模块，2通道电流/电压输出。EM232模拟量输出和组合模块的技术规范如表3.2和图3-1所示。表3.2EM232模拟量输出模块技术规范型号物理I/O数量功耗信号范围分辨率全量程数据字格式最大驱动从+5VDC从L+电压输出电流输出电压电流电压电流电压输出电流输出EM232AQ2*12位6ES7232-0HB20-0XA0220mA70mA+/-10V0到20mA12位11位-32000到+320000到+32000最小5000欧最大500欧图3-1EM232扩展模块的连接器的端子标识EM232控制无刷直流电机原理接线图如图3-2所示。图3-2无刷直流电机原理接线图（三）立体仓库的系统介绍及MCGS组态软件的应用3.1立体仓库的简述货架自动化立体仓库简称立体仓库。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”。立体仓库必然是机械化仓库。由于货架在5米以上，人工已难以对货架进行进出货操作，因而必须依靠机械进行作业。而立体仓库中的自动化立体仓库，则是当前技术水平较高的形式。如图3-3所示。图3-3货架自动化立体仓库简称立体仓库立体仓库是现代物流系统中的重要物流节点，在物流中心中的应用越来越普遍。目前世界上最高的立体仓库高度已达50米。立体仓库单位面积的储存量可达7.5（t/m2），是普通仓库的5～10倍。由于使用高层货架存储货物，存储区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。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，降低操作人员的劳动强度。而自动化立体仓库是当代货架储存系统发展的最高阶段，它与自动分拣系统和自动导向车并称为物流技术现代化的三大标志。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；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。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。3.2立体仓库的优越性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，其基本出发点就是提高空间利用率，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。立体仓库的空间利用率与其规划紧密相连。一般来说，立体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）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”。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”，也是当今立体仓库发展的一个明显的技术趋势。以上所述的物流系统又是整个企业生产管理大系统（从订货、必要的设计和规划、计划编制和生产安排、制造、装配、试验、发运等）的一个子系统，建立物流系统与企业大系统间的实时连接，是目前立体仓库发展的另一个明显的技术趋势。

总之，立体仓库的出现与发展，是与工业、科技发展相适应的。现代化大生产，越来越促使工业生产社会化、专业化、集中化。生产的高度机械化,自动化必然要求物资的供应分发及时、迅速、准确。这就促使立体仓库技术得到迅速的发展，并已成为工厂设计中高科技的一个象征。3.3立体仓库一般基本由以下部分高层货架：用于存储货物的钢结构。目前主要有焊接式货架和组合式货架两种基本形式。托盘（货箱）：用于承载货物的器具，亦称工位器具。巷道堆垛机：用于自动存取货物的设备。按结构形式分为单立柱和双立柱两种基本形式；按服务方式分为直道、弯道和转移车三种基本形式。输送机系统：立体库的主要外围设备，负责将货物运送到堆垛机或从堆垛机将货物移走。输送机种类非常多，常见的有辊道输送机、链条输送机、升降台、分配车、提升机、皮带机等。AGV系统即自动导向小车。根据其导向方式分为感应式导向小车和激光导向小车。自动控制系统：驱动自动化立体仓库系统各设备的自动控制系统。目前以采用现场总线方式为控制模式为主。库存信息管理系统：亦称中央计算机管理系统。是全自动化立体仓库系统的核心。目前典型的自动化立体仓库系统均采用大型的数据库系统（如ORACLE，SYBASE等）构筑典型的客户机/服务器体系，可以与其他系统（如ERP系统等）联网或集成。立体仓库的形式以高层货架的基本形式为基准可分为整体式仓库（Buildingtype:Buildinginracksupported）和分离式仓库（Unittype:Buildingisfreestandingfrontrackstructure）两个基本类型。立体仓库起始于12米以上的高层货架仓库，这种仓库的货架结构不但用于存放货物，同时又是仓库基筑的柱子和仓库侧壁的支撑，即仓库建筑与货架结构成为一个不可分开的整体，故称整体式仓库。整体式仓库具有技术水平高、投资大和建设周期长等问题，适用于大型企业和流通中心。相反，货架结构自成一个单元与建筑无关的仓库，则称分离式仓库。四、系统的软件设计（一）系统的总体程序设计1.1I/0地址分配表I/O地址分配表见附录。1.2系统的程序流程图及程序编制系统的程序流程图见附录。系统的整体程序见附录。接通电源，程序初始化，机构复位，X轴、Y轴、Z轴、R轴回零位，设定优先存取仓位并逐行扫描仓位。当小车移动到位置1时，光电开关1闭合，阻挡器工作小车停止移动，检测光电开关2是否闭合。当其闭合时表明小车上有货物，选择入库指令。按预设的存储优先级选择优先存储的仓位，R轴顺时针旋转90°，X、Y轴向位置1移动，驱动器比较设定坐标值与编码器值是否相符，实施监控。到达位置1后，R轴逆时针旋转90°，Z轴移动指定位移，Y轴下降，检测机械手到位后，电磁阀控制气缸夹紧货物，Y轴上升，R轴顺时针旋转90°，X、Y轴向位置2移动，驱动器监控比较设定坐标值与编码器值是否相符。到达位置2后，R轴顺时针转90°，Z轴移动指定位移，Y轴下降，检测到位后，电磁阀控制气缸松开货物，Y轴上升,R轴逆时针转90°，入库完成。系统开始循环，检测光电开关1是否闭合，即是否有小车到位，当闭合时，阻挡器阻挡小车移动，当光电开关2未闭合时，表示车上无货物，此时执行出库指令。按取货优先级选择仓位，R轴顺时针转90°，X、Y轴向位置3移动，检测到位后，R轴顺时针转90°，Z轴移动指定位移，Y轴下降，检测到位后，电磁阀控制气缸夹紧货物，Y轴上升，R轴逆时针转90°，X、Y轴向位置1移动，检测到位后，R轴逆时针转90°，Z轴移动指定位移，Y轴下降，到位后电磁阀控制气缸松开货物，Y轴上升，R轴顺时针转90°，出库完成。系统进入下一个循环过程。（二）旋转编码器程序编制编码器采用增量式编码器，对编码器的高速脉冲计数在cpu226PLC中，使用输入端口I0.6、I0.7及I1.2、I1.3完成输入，采用HSC1和HSC2高速计数器，用模式9，A/B相正交计数器模式完成编码器脉冲的计数。其设置程序如下：LDh:SM0.0MOVB16#FC,SMB47//设置控制位：向上计数；速率1X；已启用；MOVD+0,SMD48//载入CVMOVD+0,SMD52//载入PVHDEF1,9//HSC1；模式9ENI//允许全局中断HSC1//执行HSC指令（三）步进电机的控制及程序编制3.1指令说明脉冲输出指令（PLC）检测为脉冲输出（Q0.0或Q0.1）设置的特殊存储器位，然后激活由特殊存储器位定义的脉冲操作。操作数：Q常数（0或1）数据类型：字脉冲输出范围：Q0.0到Q0.1形式如图4-1所示：图4-1程序形式图S7-200的CPU有两个PTO/PWM发生器产生高速脉冲串和脉冲宽度可调的波形。一个发生器分配在数字输出Q0.0，另一个分配在数字输出Q0.1。PTO/PWM发生器和寄存器共同使用Q0.0和Q0.1。当Q0.0或Q0.1设定为PTO或PWM功能时，PTO/PWM发生器控制输出，在输出点禁止使用通用功能。映像寄存器的状态、输出强置或立即输出指令的执行都不影响输出波形。当不使用PTO/PWM发生器时，输出由映像寄存器控制。映像寄存器决定输出波形的初始和结束状态，以高电平或低电平产生波形的起始和结束。因些在允许PTO或PWM操作前把Q0.0和Q0.1的映像寄存器设定为0。脉冲串（PTO）功能提供方波（50%占空比）输出，用户控制周期和脉冲数。脉冲宽度调制（PWM）功能提供连续、变占空比输出，用户控制周期和脉冲宽度。每个PTO/PWM发生器有一个控制字节，16位无符号的周期时间值和脉宽值各一个，还有一个32位无符号的脉冲计数值。这些值全部存储在指定的特殊存储器中，一旦这引起特殊存储器的位被置成所示需操作，可通过执行脉冲指令（PLC）来调用这些操作。修改特殊寄存器（SM）区（包括控制字节），然后执行PLC指令，可以改变PTO或PWM特性。把PTO/PWM控制字节（SM66.7或SM77.7）的允许位置为0，并执行PLC指令，可以在任何时候禁止PTO或PWM波形的产生。所有的控制字节、周期、脉冲宽度和脉冲数的缺省值都是0。PTO提供指定脉冲个数的方波（50%占空比）脉冲串发生功能。周期可以用微秒或毫秒为单位指定。周期的范围是50到65,535微秒，或2到65,535毫秒。如果设定的周期是奇数，会引起占空比的一些失真。脉冲数的范围是：1到4,294,967,295。如果周期时间少于2个时间单位，就把周期缺省地设定为2个时间单位。如果指定脉冲数为0，就把脉冲数缺省地设定为1个脉冲。状态字节中的PTO空闲位（SM66.7或SM76.7）用来指示可编程序脉冲串完成。另外，根据脉冲串的完成调用中断程序（有关中断和通讯指令的细节请见9.15节）。如果使用多段操作，根据包络表C-的完成调用中断程序。请见下面的多段管线。PTO功能允许脉冲串排队。当激活的脉冲串完成时，立即开始新脉冲的输出。这保证了顺序输出脉冲串的连续性。有两种方法完成管线，单段管线和多段管线。（1）单段管线：在单段管线中，需要为下一个脉冲串更新特殊寄存器。一旦启动了起始PTO段，就必须立即按照第二个波形的要求改变特殊寄存器，并再次执行PLS指令。第二个脉冲串的属性在管线一直保持到第一个脉冲串发送完成。在管线中一次只能存入一个入口，一旦第一个脉冲串发送完成，接着输出第二个波形，管线可以用于新的脉冲串。重复这个过程设定下一个脉冲串的特性：除下面的情况外，脉冲串之间进行平滑转换：1）如果发生了时间基准的改变。2）如果在利用PLS指令捕捉到新脉冲串前启动的脉冲串已经完成。当管线满时，如果试图装入管线，状态寄存器中的PTO溢出位（SM66.6或SM76.6）将置位。当PLC进入RUN状态时，这个初始位化为0。如果要检测序列的溢出，必须在检测到溢出后手动清除这个位。（2）多段管线：在多段管线中，CPU自动从V存储器区的包络表中读出每个脉冲串段的特性。在该模式下，仅使用特殊寄存器区的控制字节和状态字节。选择多段操作，必须装入包络表C-的起始V存储器构的偏移地址（SMW168或SMW178）。时间基准可以选择微秒或者毫秒，但是，在包络表C中的所示有周期值必须使用一个基准，而且当包络执行时，不能改变。多段操作可以用PLS指令启动。每段的长度是8个字节，由16位周期、16位周期增量值和32位脉冲计数值组成。包络表的格式如表4.1所示。多段PTO操作的另一个特点是按照每个脉冲的个数自动增减周期的能力。在周期增量区输入一个正值将增加周期：输入一个负值将减小周期；输入0值将不改变周期。如果在许多脉冲后指定的周期增量值导致非法周期值，会产生一个算术溢出错误，同时停止PTO功能，PLC的输出变为由映像寄存器控制。另外，在状态字节中的增量计算错误位（SM66.4SM76.4）被置为1。如果要人为地终止一个正进行中的PTO包络，只需要把状态字节中的用户终止位（SM66.5或SM76.5）置为1。当PTO包络执行时，当前启动的段数目保存在SMB166（或SMB176）中。表4.1多段PTO操作的包络表格式（3）计算包络表值PTO发生器的多段管线能力在许多应用中非常有用，尤其在步进电机控制中。图4-2的例子说明了如何生成包络表值，按要求产生输出波形加速电机、恒速运行，然后减速电机。图4-2包络表值生成对该例，假定需要4000个脉冲达到要求的电机转动数，启动和结束频率是2000Hz，最大脉冲频率是10KHz。由于包络表C-中的值是用周期表示的，而不是用频率，需要把给定的频率值转换成周期值。所示以，启动和结束的周期是500μs，最大频率对应的周期是100μs。在输出包络的加速部分，要求在200个脉冲左右达到最大脉冲频率。也假定包络的减速部分，在400个脉冲完成。在该列中，使用一个简单公式计算PTO/PWM发生器用来调整每个脉冲周期所示使用的周期增量值：给定段的周期增量=|ECT-ICT|/QECT=该段结束周期时间ICT=该段初始化周期时间3.2PTO/PWM控制寄存器表4.2是控制PTO/PWM操作的寄存器，利用图4-3可以作为快速参考，确定放入PTO/PWM控制寄存器中的值，启动要求的操作。对PTO/PWM0使用SMB67，对PTO/PWM1使用SMB77。如果要装入新的脉冲数（SMD72或SMD82）、脉冲宽度（SMW70或SMW80）或周期（SMW68或SMW78），应该在执行PLS指令前装入这些值和控制寄存器。如果要使用多段脉冲串操作，在使用PLS指令前也需要装入包络表的起始偏移值（SMW168或SMW178）和包络表的值。表4.2控制PTO/PWM操作的寄存器图4-3PTO/PWM控制字节参考图4-4PTO/PWM初始化和操作顺序PTO/PWM初始化操作假定S7-200已置成RUN模式如图4-4所示，因此初次扫描存储器位为真（SM0.1=1）。如果不是这种情况，或PTO/PWM必须重新初始化，你可以用一个条件（不一定是初次扫描存储器位）来调用初始化程序。为了初始化PTO，请遵循如下步骤：1、用初次扫描存储器位（SM0.1）复位输出为0，并调用执行初始化操作的子程序。由于采用这样的子程序调用，后续扫描不会再调用这个子程序，从而减少了扫描时间，也提供了一个结构优化的程序。2、初始化子程序中，把16#85送入SMB67，使PTO以微秒为增量单位（或16#A8使PTO以毫秒为增量单元）。用这些值设置控制字节的目的是：允许PTO/PWM功能，选择PTO操作，选择以微秒或毫秒为增量单位，设置更新脉冲计数和周期值。3、向SMW168（字）写入包络表C-的起始V存储器偏移值。4、在包络表中设定段数，确保段数区（表的第一个字节）正确。5、可选步骤。如果你想在一个脉冲串输出（PTO）完成时立刻执行一个相关功能，则可以编程，使脉冲串输出完成中断事件（事件号19）调用一个中断子程序，并执行全局中断允许指令。6、退出子程序。3.3主要程序的编写PLC脉冲输出使用脉冲串（PTO）功能在输出端Q0.0或Q0.1输出周期和脉冲数可变的脉冲串，控制步进电机速度与距离。在立体仓库提升机的步进电机控制中，使用下图完成步进电机的定位。其程序流程图如下控制变速。使用了三个子程序。子程序1脉冲输出。子程序2停止程序，子程序3意外情况发生回原点程序。程序流程图如图4-5所示：图4-5：步进电机控制流程图（四）控制器的发展方向可编程控制器，简称PLC，是一种专门在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。技术上，计算机新的成果会更多的应用于可编程控制器的设计及制造，运算速度更快、存储容量更大、组网能力更强的产品出现。在产品规模，会逐步增大、在配套上，产品会更丰富，规格更齐全。在市场上，各国多种产品会随着国际竞争力而打破，出现通用型编程语言。网络发展上，可编程控制器和合其他控制计算机联网，构成大型控制系统是其发展方向。可编程控制器作为自动化控制网络的重要组成部分，将在各行业的领域中发挥越来越大的作用。4.1可编程控制器的构成及工作原理（图4-6所示）图4-6构成及工作原理可编程控制器的硬件构成主要有中央处理器（CPU）存储器（RAM、ROM）、输入输出器件（I/O）、电源及编程设备几大部分组成。可编程控制器的软件构成包括系统软件和应用软件。4.2可编程控制器的特点（1）可靠性高，抗干扰能力强PLC用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件，接线可减少到继电器控制系统的1/10~1/100，因触点接触不良造成的故障大为减少。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。（2）硬件配套齐全，功能完善，适用性强PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品，并且已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。PLC的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。PLC有较强的带负载能力，可直接驱动一般的电磁阀和交流接触器，可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机一体技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。（3）易学易用梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。（4）容易改造系统的设计、安装、调试工作量小，维护方便，容易改造。PLC的梯形图程序一般采用顺序控制设计法。这种编程方法很有规律，很容易掌握。对于复杂的控制系统，梯形图的设计时间比设计继电器系统电路图的时间要少得多。PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。（5）体积小，重量轻，能耗低以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，仅相当于几个继电器的大小，因此可将开关柜的体积缩小到原来的1/2~1/10。它的重量小于150g，功能消耗仅数瓦。由于体积小，很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。4.3可编程控制器的主要功能（1）逻辑控制功能逻辑控制功能实际上就是位处理功能，是可编程控制器的最基本的功能之一。PLC设置有“与”、“或”、“非”等逻辑指令。利用这些指令，根据外部现场（开关、按钮或其他传感器）的状态，按照制定的逻辑进行运算处理后，将结果输出到现场的被控对象（电磁阀、接触器、继电器、指示灯等）。因此PLC可以代替继电器进行开关控制，完成触点的串联、并联等各种连接。另外，在PLC中一个逻辑位的状态可以无限次地使用，逻辑关系的修改变更也十分方便。（2）定时控制功能PLC中有许多可供用户使用的定时器，功能类似于继电器线路中的时间继电器。定时器的设定值（定时时间）可以在编程时设定，也可以在运行过程中根据需要进行修改，使用方便灵活。程序执行时，PLC将根据用户指定的定时器指令对某个操作进行限制或延时控制，以满足生产工艺的要求。（3）计数控制功能PLC为用户提供很多计数器。计数器计到某一定值时（设定值），产生一个状态信号，利用该状态信号实现对某个操作的计数控制。计数器的设定值可以在编程时设定，也可以在运行过程中根据需要进行修改。程序执行时PLC将根据用户用计数器指令指定的计数器对某个控制信号的状态改变次数（如某个开关的闭合次数）进行计数，以完成对某个工作过程的计数控制。（4）步进控制功能PLC为用户提供了若干个状态器，可以实现由时间、计数或其他指定逻辑信号为转移条件的步进控制，即在一道工序完成以后，在转移条件满足时，自动进行下一道工序。大部分PLC都有专用的步进控制指令，应用步进指令编程十分方便。（5）数据处理功能大部分PLC都有数据处理功能，可实现算术运算、数据比较、数据传送、数据移位、数制转换、译码编码等操作。现在一些新型的PLC数据处理功能更加齐全，可以完成开方、PID运算、浮点运算等操作，还可以和CRT、打印机连接，实现程序、数据的显示和打印。（6）过程控制功能有些PLC具有A／D、D／A转换功能，可以方便地完成对模拟量的控制和调节。（7）通信联网功能有些PLC采用通信技术，可以多台PLC之间的同位链接、PLC与计算机之间的通信等。利用PLC之间的同位链接，可以把数十台PLC用同级或分级的方式链成网络，使各台PLC的I／O状态相互透明。采用PLC和计算机之间的通信连接，可用计算机为上位机，下面连接数十台PLC作为现场控制。目前PLC的联网和通信技术正趋于完善并迅速发展。（8）监控功能PLC设置了较强的监控功能。操作人员利用编程器或监视器可对PLC的运行状态进行监视。利用编程器可以调整定时器、计数器的设定值和当前值，并根据需要改变PLC内部逻辑信号的状态及数据区的数据内容，为调试和维护提供了极大的方便。（9）停电记忆功能PLC内部的部分存储器所使用的RAM设置了停电保持器件（如备用电池等），以保证断电后这部分存储器中的信息不会丢失。4.4电动机的介绍与选择常用电动机的种类：电力拖动系统中拖动生产机械运行的电动机成称为驱动电动机,驱动电动机包括直流电动机和交流电动机两大类。交流电动机又分为异步电动机和同步电动机两种。常用电动机的主要种类：直流电动机包括：他励直流电动机、并励直流电动机、串励直流电动机、复励直流电动。直流电动机包括：异步电动机和同步电动机。异步电动机包括：三星异步电动机和单相异步电动机。三相异步电动机包括：笼型和绕线型同步电动机包括凸极式和隐极式、永磁同步电动机。步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。因此，在本设计中，堆垛机的行走和升降就可用步进电动机控制。直流电动机是将直流电能转换为机械能的转动装置。电动机定子提供磁场，直流电源向转子的绕组提供电流，换向器使转子电流与磁场产生的转矩保持方向不变。其特点是：（1）调速性能好。所谓“调速性能”，是指电动机在一定负载的条件下，根据需要，人为地改变电动机的转速。直流电动机可以在重负载条件下，实现均匀、平滑的无级调速，而且调速范围较宽。（2）起动力矩大。可以均匀而经济地实现转速调节。因此，凡是在重负载下起动或要求均匀调节转速的机械，例如大型可逆轧钢机、卷扬机、电力机车、电车等，都用直流电动机拖动。因此本设计中堆垛机的货叉部分可用直流电动机控制。传感器的选择传感器是一种物理装置或生物器官，能够探测、感受外界的信号、物理条件或化学组成,并将探知的信息传递给其他装置或器官。（1）能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。（2）接受物理或化学变量（输入变量）形式的信息，并按一定规律将其转换成同种或别种性质的输出信号的装置。传感器是以一定的精度和规律把被测量转换为与之有确定关系的、便于应用的某种物理量的测量装置，它的组成和能够完成的工作如下：（1）其组成有如下三部分：敏感元件：直接感受测量，输出与被测量成确定关系。转换元件：敏感元件的输出就是转换元件的输入，它把输入转换成电量参量。转换电路：把转换元件输出的电量信号转换为便于处理、显示、记录或控制的有用的电信号的电路。（2）其能完成的工作如下：传感器是测量装置，能完成检测任务。它的输入量是某一被测量，可能是物理量，也可能是化学量、生物量等。它的输出量是某种物理量，这种要是便于传输、转换、处理、显示等，可以是气、光、电量。输出与输入有一定的对应关系，且应有一定的精准度。力学传感器的种类繁多，如电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压力传感器及电容式加速度传感器等。但应用最为广泛的是压阻式压力传感器，它具有极低的价格和较高的精度以及较好的线性特性。电阻应变片是一种将被测件上的应变变化转换成为一种电信号的敏感器件。它是压阻式应变传感器的主要组成部分之一。电阻应变片应用最多的是金属电阻应变片和半导体应变片两种。金属电阻应变片又有丝状应变片和金属箔状应变片两种。通常是将应变片通过特殊的粘和剂紧密的粘合在产生力学应变基体上，当基体受力发生应力变化时，电阻应变片也一起产生形变，使应变片的阻值发生改变，从而使加在电阻上的电压发生变化。这种应变片在受力时产生的阻值变化通常较小，一般这种应变片都组成应变电桥，并通过后续的仪表放大器进行放大，再传输给处理电路（通常是A/D转换和CPU）显示或执行机构。目前的颜色传感器通常是在独立的光电二极管上覆盖经过修正的红、绿、篮滤光片，然后对输出信号进行相应的处理，才能将颜色信号识别出来；有的将两者集合起来，但是输出模拟信号，需要一个A/D电路进行采样，对该信号进一步的处理，进行识别，增加了电路的复杂性，并且存在较大的识别误差，影响了识别的效果。在本设计中，选择TCS20颜色传感器用来对辊道上的仓库以颜色的不同来对物品进行分类，有效的解决了无人操作下对物品分类的问题。如果知道构成各种颜色的三原色的值，就能够知道所测物体的颜色，对于TCS230来说，当选定一个颜色滤波器时，它只允许某种特定的颜色通过，阻止其它颜色的通过。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是NO和遮光时ON两种。当24V电压加到发光二极管LED1时，它将发光射给发光二极管LED2，LED2接受到光导通，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。因此，本设计机械手控制部分采用对射式传感器。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：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轴电动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最为Z轴的限位控制，当遮光时，输出晶体管ON，其信号对应PLC的输入点是后限位和前限位。4.5变频器的介绍与选择变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。能实现对交流异步电机的软起动、变频调速、提高运转精度、改变功率因素、过流/过压/过载保护等功能。变频器即电压频率变换器，是一种将固定频率的交流电变换成频率、电压连续可调的交流电，以供给电动机运转的电源装置。变频器的类型选择：根据控制功能将通用变频器分为三种类型：普通功能型U/f控制变频器、具有转矩控制功能的高功能型U/f控制变频器和矢量控制高性能型变频器。变频器类型的选择，要根据负载的要求来进行。（1）风机，泵类负载转矩小，通常可选择普通功能型。（2）恒转矩类负载，如搅拌机、传送带、起重机等。有两种情况。用普通功能型变频器，为实现恒转矩调速，常采用加大电动机和变频器的容量，以提高低速转矩。采用变频器运转，随着电机的加速相应提高频率和电压，起动电流被限制在150%额定电流以下（根据机种不同，为125%~200%）。用工频电源直接起动时，起动电流为额定电流6~7倍，因此，将产生机械电气上的冲击。采用变频器传动可以平滑地起动（起动时间变长）。起动电流为额定电流的1.2~1.5倍，起动转矩为70%~120%额定转矩；对于带有转矩自动增强功能的变频器，起动转矩为100%以上，可以带全负载起动。保护功能可分为以下两类：（1）检知异常状态后自动地进行修正动作，如过电流失速防止，再生过电压失速防止。（2）检知异常后封锁电力半导体器件PWM控制信号，使电机自动停车。如过电流切断、再生过电压切断、半导体冷却风扇过热和瞬时停电保护等。采用具有转矩控制功能的高功能变频器实现恒转矩负载的恒速运行。因为这种变频器，低速转矩大，静态机械特性硬度大，不怕冲击负载。轧钢、造纸、塑料、薄膜加工线这一类对动态性能要求较高的机械，现采用矢量控制高性能型通用变频器是一种很好的方案。在传送带上应用变频工艺控制系统具有以下三个优点：（1）提高生产率通过设定变频器的频率，可控制传送带生产线的速度，从而达到了提高产率的目的。（2）可利用现有设备可利用现有传送带上的齿轮马达和现有的传送带进行改动。（3）可用一台变频器来控制多数电动机的驱动这些电动机均并接到一台变频器上，通过变频器的频率设定可以保证多台电动机的同步。因此辊道传输带用变频器控制正反转较为方便。用变频器控制传送带应注意：（1）电机必须是三相交流电动机；（2）还有就是最好在输入端加一个空气开关；（3）其他就是可能要调整一下变频的参数就OK了；（4）变频器显示面板有调速旋钮，无级调速好用。要是变频器没有旋钮可以外接的。4.6接触器的介绍与选择交流接触器是广泛用作电力的开断和控制电路。它利用主接点来开闭电路，用辅助接点来执行控制指令。主接点一般只有常开接点，而辅助接点常有两对具有常开和常闭功能的接点，小型的接触器也经常作为中间继电器配合主电路使用。交流接触器的接点，由银钨合金制成，具有良好的导电性和耐高温烧蚀性。交流接触器主要有四部分组成:（1）电磁系统,包括吸引线圈、动铁芯和静铁芯；（2）触头系统,包括三副主触头和两个常开、两个常闭辅助触头,它和动铁芯是连在一起互相联动的；（3）灭弧装置,一般容量较大的交流接触器都设有灭弧装置,以便迅速切断电弧,免于烧坏主触头；（4）绝缘外壳及附件,各种弹簧、传动机构、短路环、接线柱等。工作原理:当线圈通电时,静铁芯产生电磁吸力,将动铁芯吸合,由于触头系统是与动铁芯联动的,因此动铁芯带动三条动触片同时运行,触点闭合,从而接通电源。当线圈断电时,吸力消失,动铁芯联动部分依靠弹簧的反作用力而分离,使主触头断开,切断电源。交流接触器的选择：（1）持续运行的设备。接触器按67-75%算.即100A的交流接触器，只能控制最大额定电流是67-75A以下的设备。（2）间断运行的设备。接触器按80%算.即100A的交流接触器，只能控制最大额定电流是80A以下的设备。（3）反复短时工作的设备。接触器按116-120%算。即100A的交流接触器，只能控制最大额定电流是116-120A以下的设备。交流接触器是控制电器中的主要电器，正确的选择使用，对电工人员是很重要的，往往因选择使用不当，造成接触器不应当的损坏。（一）根据长期工作电流来选择长期工作电流是指电器所能长期承受的负载电流。接触器的额定电流≥负载的实际。（二）电压的选择接触器的额定电压≥负载的额定电压许多负载，电流常随电压变化而变动。如电动机的电流随工作电压上升而增加，特别是电容器，随着电压的上升电流增加的量较大。因此选择接触器用来控制电容器时，其额定电流一般按工作电流的70%—80%来选择。（三）根据通断能力选择接触器如果接触器用于密接转换，电动机剩磁来不及衰减形成反相，会导致很高的起动电流，从而引起触头熔焊。解决的办法应根据负载的性质、工作任务情况，考虑接触器的通断能力来选择。接触器额定电流在100安以下时的通断能力为分断能力=8*电动机额定电流闭合能力=12*电动机额定电流100安以上时的通断能力为分断能力=6*电动机额定电流闭合能力=10*电动机额定电流选择时，应使负载的额定容量及起动电流小于接触器的分断能力。4.7目标料仓号及仓位号的设置为便于现场操作使用,15个料仓及每个料仓的仓位号、存储情况均被扫描记忆在PLC中,为此,1#~15#料仓的地址对应PLC的内部保持继电器,每个保持继电有16位,即00位~15位,料仓的料位号用01位~06位来表示。以2#料仓为例,当按下按钮时,接点接通,执行传送指令“MOV（021）#1D91”,D91中的数据为1,即目标料仓号是2#。若当前位于操作位置的料仓号是8#,则通过程序判别,电动机反转,链条反向运行,直到2#料仓到达操作位置时,电动机停止运行。五、操作模式和过程（一）机械手操作模式和过程系统操作过程中机械手动作主要完成货物的出库和入库任务。以入库动作为例，具体动作过程如下：（1）机械手伸缩、升降、转盘和抓手进行原点搜索。（2）机械手的伸缩臂向前,当脉冲个数达到设置值时停止,同时转盘顺时针旋转到