自动化仓储实训控制系统的设计与实现

进入新世纪以来，互联网+带来的巨大变化对物流仓储领域中的自动化控制技术提出了新的要求。如何应对并处理这新的机遇和矛盾，认真把握好第四次工业革命对物流仓储控制系统技能人才的需求，快速培养出适应社会与企业发展需要的自动化物流仓储高技能人才，已成为当前技工教育改革与发展的重大研究课题。因此，设计与实现一套自动化仓储实训控制系统具有重要的理论和实际应用价值。在研究自动化物流仓储控制技术在国内外发展状况的基础上，对目前社会上应用比较广泛的自动化物流仓储设备的工作过程和生产特点进行了调查，提炼和浓缩出比较典型的工作任务；设计了自动化物流仓储实训控制系统的整体工艺过程，详细分析并阐述了设计方案，研究了硬件组成及元器件选型等，最后又对实训控制系统的关键技术进行了详细研究。通过以工作过程为导向的实验实训，强化对复杂自动化物流仓储控制系统的设计、安装、调试与维护等综合职业能力，满足自关键词：自动化仓储；实训控制系统；工业控制网络第一章绪论1.1研究背景与意义投资规模也迅速增长，从2001年的几百亿元增加到2016年的近万亿元，这也说明了仓储美国是世界上最先研发与应用自动化物流仓储系统的国家，它从1959年开始研究。随着计算机技术的发展，美国在1963年率先把计算机控制技术引入自动化物流仓储的控20世纪70年代我国的自动化物流仓储系统才开始研制，不仅起步较晚而且发展比较缓慢，直到1973年才研制出第一座由计算机控制的自动化立体仓储，相较于美国整整落后了10年，系统投入运行则落后更多。随着国家对科技发展的重视，大量研发资金的物流仓储市场一片繁荣，是中国自动化物流仓储史上难得的发展较快的一年。多年来物设施质量等与物流活动相关的各个环节都投入大量资金，以使物流仓储行业水平不断提(1)人工仓储阶段(2)机械化仓储阶段与人工仓储阶段相比较，机械化仓储阶段不仅能大大降低工人的劳动强度与劳动时(3)自动化仓储阶段在机械化仓储阶段，虽然能减轻人的劳动量，但不能减少对人所以后来就被称为“自动化孤岛”。伴随着通信技术的发展，后来我国建成的现代化程1.3本文的主要研究内容既可以完成各类单项技能训练与考核，也可以实现综合性项目训练，能较好地满足实训教学、工程训练的需要。其次整个系统采用统一标准的接口，兼容性强，扩展性好。1.4自动化仓储实训控制系统研究的意义人才的培养要服务于社会经济发展，要结合区域的企业需求来规划。目前，我国物流仓储产业发展迅速，社会和企业对物流仓储专业技术人才有大量的需求，但是，现在物流仓储专业技术人才十分紧缺。不仅从事物流仓储专业的人员较少，而熟悉自动化物流仓储控制技术和自动化物流仓储管理的人才更缺。自动化物流仓储技术人才的严重短缺大大影响了我国物流仓储行业的发展。因此，要保证自动化物流仓储产业快速发展，就必须加快自动化物流仓储专业技术人才的培养，把对自动化物流仓储专业教学的认识提升到一个新自动化物流仓储实训控制系统是典型的自动控制技术的集大成者，因为它广泛应用了气动、液压、伺服与步进、传感器、PLC、通讯总线，甚至过程控制等。自动化物流仓储控制系统的应用，为培养具有现代化专业技术人才提供了实验实训平台。自动化物流仓储实训控制系统作为一套教学实验实训设备，涵盖了现代化物流仓储工业级生产中所用到的典型控制单元，是培养应用型高素质人才的必要支撑平台。因此可以将自动化物流仓储控制系统制作成教学模型，不仅可以在教学过程中增加教学的应用性，第二章自动化物流仓储实训控制系统的方案设计(2)确定I/O设备。(3)根据I/O点数选择合适的PLC类型。(4)进行I/O点分配，列出输入输出分配表，画出输入输出端子(6)先将各个单元的程序写入PLC,进行单机调试，发现错误，及时修改与完善。2.2控制系统整体工艺过程并旋转90度然后再放回到传送带上。再经过直角转向单元传送进入条形码贴标及识别单启动业贝贴占标及条开形码马识别图3-2控制系统流程图2.3控制系统的组成自动化物流仓储实训控制系统是比较有代表性的，因为整个控制系统包括上位机(微机)、触摸屏(人机界面)、1台主站(由S7-300PLC构成)和6台从站(由S7-200PLC给上位机的监控程序提供数据。6个从站单元分别是检测单元、分拣输送单元、条形码贴构均安装在用工业型材制作的工作台面上，系统中的各个工作站或机构完全相互独立，互托托盘堆垛及解堆单元圆带转角仓储单元条形码贴标及识别单元直角转向分拣单运元输检检测单元圆带转角图3-3自动化仓储实训控制系统平面图2.4控制系统的元器件选型门子200PLC,应用领域比以前更为广泛，因为它不仅具有极高的可靠性、丰富的指令集CPU226型，它拥有24DI和16DO,可连接7个扩展模块，最大数字量点数分别是128DI的用户程序存储器和10KB的用户数据存储器，6路独立的30KHZ单相高速计数器，2路独立的20KHZ高速脉冲输出。它还配置了2个RS-485通讯端口，其串行通信端口的外部(1)拥有高速的指令处理。(2)采用浮点数运算可简便复杂的算数运算。(3)方便用户的参数赋值。(4)方便的人机界面(HMI)服务。(6)有连续诊断功能。(7)拥有多级口令保护和操作方式选择开关。(8)具有多种不同的通讯接口。a:步进电动机的特点：功率放大器脉冲分配器图3-4步进电机驱动系统的组成电机旋转一定角度(步距角)。因此脉冲信号的频率与步进电机的转速成正比例关系。而且它们在驱动器内部有相同的接口电路，如下图3-5所示。OPTO端需要外接VCC,而且根据电压的不同需要在外部另加串入不同阻值的限流电阻。例如在该自动化物流仓储实训控制系统中由于OPTO端所用电平为24V,就需要在外部另加1.8K的限流电阻。控制器O拨位开关AAB6cC图3-5步进电机驱动器接线示意图2.6配套传感器选择响。光电传感器有红、蓝、黑三根引出线，其中红色接电源的正极、蓝色接电源的负极、否则传感器不能动作或误动作；连接时采用接插方式，不要对端子进行焊接，否则会损坏(2)位置传感器：采用位置传感器主要是实现位置检测功能，特别是具体定位功能。此控制系统中选用的传感器有电容型、电感型和接近型，当然少不了行程开关，当位置传感器被触发，常开触点闭合，将信号送至PLC输入端。(3)条码阅读传感器：条码阅读器采用激光扫描原理，主要用于读取条形码信息，(4)触摸屏的选用(5)触摸屏是目前最简单、方便、自然的输入设备，因此它的应用越来越普遍。在(6)输送系统的选择(7)输送系统主要完成物料的输送、搬运、码垛、分拣等位置上的变化。根据实训第三章控制系统关键技术研究3.1基于Profibus的工业控制网络EM227模块定义成DP从站，六个EM227通信模块通过其DP通信端口连接到 3.2PLC与伺服控制器的连接3.2.1位置控制模式伺服电机的旋转速度和旋转方向是用高速脉冲串控制的，脉冲串的速度最高可达到500kpps。定位精度也非常高，可达到100000脉冲/转的分辨率。3.2.2速度控制模式伺服电机的旋转速度和方向之所以能够进行高度的平滑控制，一方面是由参数构成的内部速度指令控制进行，另一方面，速度指令在进行加减速时还具有的常数设置功能，以及在停止时还具有伺服锁定功能。本自动化仓储实训控制系统采用的是60和80两种机座号的三相步进电机，搭配的是3ND583驱动器。它是一种高细分的三相步进驱动器，采用的是精密电流控制技术，因此3ND583驱动器与配套三相步进电机的发热量小、噪声低、位置控制精度高、平稳性好。3.3.1驱动器的电流、细分拨码开关设定步进电机在位置控制时需要很高的定位精度，这就要求相应的驱动器必须能满足这样的要求。3ND583驱动器就是这样一种高细分的，能满足要求的驱动器。它是采用八位拨码开关(SW1-SW8),运用不同的组合方式来设定相应的参数，譬如用SW1-SW4来设定动态电流，设定半流/全流模式是用SW5,用SW6-SW8来设定细分精度等。3.3.2供电电源选择一般设备的供电电源要求输入电压稳定，但3ND583驱动器却恰恰相反，它的供电电源一般不选用稳压直流电源，选用的非稳压型电源电流输出能力达到驱动器设定电流的2/3以上即可；也可以采用二极管桥式整流电路，先用变压器把输入电压变到二极管可以承受的电压范围内，然后进行整流，最后可选取6800uF或10000uF的电容进行滤波，电源电压在DC20-50V之间都可以正常工作，但注意整流后电压纹波峰值不得超过50V,接线时还要注意电源正负极性，切勿把极性接反。3.3.3适配电机的选配3ND583驱动器可以用来驱动多种三相步进电机，包括3线的和6线的，步距角为1.2度电机可以使用3ND583驱动器，步距角为0.6度的同样也可使用3ND583驱动器来驱动。我们主要依据两个指标来选择电机，分别是：第一，电机的扭矩，第二，电机的额定电流。而电机尺寸的大小决定了扭矩的大小，电感的大小和电流的大小息息相关。电机尺寸越大，其扭矩也越大；电机尺寸越小，其扭矩也越小。电感越小的电机电流越大，电第四章软件设计整个控制系统具备多种组态软件、编程软件、管理软件等功能软件，以方便用户编程西门子STEP7MicroWINSP4和STEP7V5.5编程软件，如图4-1和4-2所示。分别对可以让使用者能快速高效的开发、编辑和控制自己的应用程号系结缺同落1标警)计数器号开三由指据现引用导就能模程舞错和能基u构)9图4-2STEP7V5.5编程软件WinCCV6.0组态软件采用标准的MicrosoftSQLServer2000数据库，可以对控制系统的相关数据进行归档分类，同时WinCCV6.0组态软件还具有浏览器功能。自动化物流仓储控制系统的管理人员不用亲自到环境恶劣的现场，即能在办公室把整条自动化生产线的运行情况掌握的了如指掌，从而能够更好地进行企业管理、协调指挥、调度生产，是工业企业中管理与监控系统首选的实时生产数据平台软件。4.2软件设计在此我们以物流仓储单元为例来进行软件设计。首先我们根据生产工艺过程绘制出相应的工艺流程图，然后进行程序编写。工艺流程图如下图4-3所示。托盘上无工件_挡料气缸伸出托盘到位无托盘摆动气缸旋转气爪夹紧Y轴上升至限定位置XY轴动作延时2秒至前限位Y帕下随轴原点图4-3