自动化仓库PLC课程设计.docx

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自动化仓库PLC课程设计

天津职业技术师范大学

PLC课程设计

设计说明书

设计题目:

自动化仓库系统的PLC控制

机械工程学院

机械维修及检测技术教育专业

机检0８１1班　

设计者：

刘达李佳林田东阁　樊歆陆吕炳

刘鑫王安新

指导教师：

邓三鹏教授

2011年01月5日

目　录

1.课程设计任务书

2.自动化仓库系统简介

3.自动化仓库的控制要求

4.步进电动机简介

5.PLC的脉冲输出指“FNC57（PLSＹ）”

6.电磁阀对直线气缸动作换向的控制

7.编程思路

8.自动化仓库系统的PLCI/O分配与接线

9.ＰLＣ程序的编写

10.参考文献

11.心得体会

天津职业技术师范大学

课　　程　设计　任　务　书

机械工程学院　机检0811班　

课程设计题目:

自动化仓库系统的PLC控制

一、课程设计工作日自2011年1月3日至2０１1年１月7日

二、同组同学：

刘达李佳林田东阁樊歆陆吕炳刘鑫王安新　

三、课程设计任务要求：

1.自动化仓库系统简介

自动化仓库系统是现代物流仓储业的一种常用设备。

它能自动将货物进行分仓存储，会集货物标签识别、货物分类进仓、货物出仓、货物传送等各子系统,用PＬC作控制,并通过工业通信网络形成一个功能齐全的大型自动化储运设备,在物流仓管、港口码头、大型企业发挥极为重要的作用。

2．自动化仓库控制要求

（1）自动仓库工作流程

（2）货物运送与分仓控制

（３）货物到货与进仓控制

（4）系统控制与停止控制

３．设计任务

1）根据控制要求,进行霓虹灯的PLC　I/O分配接线。

2）根据控制要求,编制机床控制PLC应用程序，有条件可以利用模拟开关板调试程序,模拟运行。

３）编写设计说明书,内容包括：

设计过程和有关说明。

自动仓库系统的插入孔接线图。

PLC控制程序（梯形图和指令表）。

PLC的脉冲输出指令。

电磁阀对直线气缸作换向的控制。

参考资料、参考书及参考手册。

⑦其他需要说明的问题,例如操作说明书、程序的调制过程、遇到的问题及解决方法、对课程设置的认识和建议等。

二．自动化仓库系统简介

自动化仓库系统是现代物流仓储业的一种常用设备。

它能自动将货物进行分仓存储,会集货物标签识别、货物分类进仓、货物出仓、货物传送等各子系统,用PLＣ作控制，并通过工业通信网络形成一个功能齐全的大型自动化储运设备，在物流仓管、港口码头、大型企业发挥极为重要的作用。

图1－1所示为TVT90系列PＬC实训设备的自动化仓库实训模块。

它由步进电动机带动的电缸、有电磁阀控制的直线气缸和6各带传感器的仓位等元件组成，工作任务是实现货物进货后的自动进仓。

自动化仓库系统实训模块中各部分元件说明。

（1）气动装置

1）电磁阀Ｙ１:

驱动气缸将货物推下移动电缸的移动平台。

2）电磁阀Ｙ2：

驱动气缸将电缸载货平台上的货物推进货仓。

（2）电缸装置

１）步进电动机与驱动器：

步进电动机通过驱动电缸的精密螺杆来带动载货平台移动；步进电动机有专用的驱动器驱动。

２）载货平台:

负责将货物运送至各货仓，并通过平台上的气缸动作将货物推下货仓，平台上有负责货物到位检测的传感器SＱ9。

3）电缸限位传感器：

电缸两头安装有限位传感器SQ８和SQ１0,主要是防止电缸的载货平台过位移动造成电缸损坏或货物损失。

（3）货仓装置实训模块中的货仓一共有6个（１～６号），每个货仓都装有货物到位检测传感器（SＱ１~SQ6）。

（４）开关Ｓ　　实训模块中有一开关S,用作自动化仓库系统的启动。

三．TVＴ9０系列ＰLC实训设备的自动化仓库实训模块的控制要求

（1）自动仓库工作流程　　接通模块上的开关S，传感器SQ７发光,表示有货进仓,此时电磁阀Ｙ１动作,将物件推至电缸的载货平台。

货物落到载货平台后,传感器SＱ9动作，表示检测到平台有货物，于是步进电动机起动,将平台上的货物送至1号仓位进货位置。

平台移动到位后,电磁阀Y2动作,气缸将货物推入１号货仓。

1号货仓传感器ＳQ１动作,表示该货仓已有货物。

载货平台出货后,平台会自动返回原点位置。

停止后,若有或呜呜将再次启动。

（２）货物运送与分仓控制货物运送由步进电动机驱动电缸执行。

步进电动机由脉冲驱动,设定两个相邻仓位的行程为1000步（脉冲）,即货物运送到仓位的步数（脉冲数）是：

１号仓为10０0;2号仓为2000；3号仓为3000;４号仓为400０；5号仓为５000；6号仓为６000。

货物进仓的顺序规定为:

1号仓→２号仓→３号仓→４号仓→５号仓→6号仓。

全部仓库都有货后停止再运送货物。

（3）货物到货与进仓控制货物到货过程由模块内部控制,过程是：

开关Ｓ接通→SQ7指示灯发光→SQ9指示灯发光，表示货物已经放到载货平台。

开关Ｓ接通后可断开，待货物进仓后平台回到右限位置（SQ8指示灯发光）时，可再拨动开关S进货。

如果开关Ｓ一直置接通状态,则会不断重复进货、运货、进仓过程，直至６个货仓都装货后才停止运行。

货物进仓控制过程是：

货物运送到位后,电磁阀Y2通电,气缸将货物推进仓（仓库检测传感器发光）,货物进仓后，电磁阀Y２断电，气缸复位,步进电动机应返回原点,右限位置指示灯（SQ8）发光。

（４）系统起动与停止控制　用按钮SＢ１控制系统启动,进货后，将系统启动，货物开始运送，直到满仓后停止运行。

在系统进行中，可用SB2做停止控制,系统停下后,需要用按钮SB３使系统回到原点,才能让能重新启动继续运行，直到满仓为止。

四.步进电动机简介

步进电动机是一种用输入脉冲信号驱动产生相应角位移的旋转电动机,也叫脉冲电动机。

步进电动机可以通过高精度的角度控制来实现高精度的外移控制。

步进电动机一般都用专用的驱动器驱动。

步进电动机的控制方式示意图如图1-2所示。

步进电动机正常运行时，其转动角度是与脉冲的个数成正比的。

每发出一个脉冲,步进电动机就转一个角度（步进角）。

连续加入脉冲时，步进电动机就可以连续转动。

每一步的转角越小,步进电动机控制的准确度就越高。

由于步进电动机是使用脉冲控制,每次触发一个脉冲，步进电动机只转动一个步进角，而每个步进角的角度有很小，所以,在机器上使用步进电动机时，能使移动构件在指定目标位置高精度的定位。

步进电动机运行有两个主要要素:

一是根据运行距离确定需要的脉冲总数;二是根据运行速度确定驱动脉冲的频率。

如用一台步进角为0.7２°的步进电动机直接带动滚珠丝杠上的工作台移动（见图1－3）,已知滚珠丝杠转一圈时，工作台水平移动1０㎜。

要求实现工作台以0.5ｓ移动40㎜，对此,可通过简单的计算确定所需脉冲数与运行频率。

步进角为0.72°的步进电动机转一圈需要3６0/０.72=50０个脉冲驱动。

那么要使工作台移动４0㎜，丝杠就要转４圈,即需要5００×4=2000个脉冲总数。

如果我们要求工作台以０.5s移动40㎜,那么，步进电动机驱动脉冲的频率ｆ为200０脉冲/0．5s=４00０Ｈz（未考虑电动机加减速过程的时间）。

所以，要实现工作台在丝杠上以0.５s移动4０㎜,需要发出频率为4００0Hz的脉冲200０个（未考虑其他影响运行的因素）。

五．PＬC的脉冲输出指令“FNC57　（PＬSY）”

在PLC控制的设备中，驱动步进电动机的脉冲可通过PLC的输出脉冲指令“FＮＣ5７（PLSY）”发出。

该指令格式与运用如图1-4所示。

指令“FNC57（PLSY）”输出的脉冲数会保存在以下的特殊数据寄存器中。

D814０（低位）、D8１41（高位）：

保存Y0输出的脉冲总数。

D8１42（低位）、D8１4３（高位）：

保存Y1输出的脉冲总数。

Ｄ8136（低位）、D8１3７高位）:

保存Ｙ0与Y1输出的脉冲总数。

D81４0寄存器的内容可用“MOVK0Ｄ８1４0”执行清除。

若32位用“DＭOV”,其他寄存器内容清除可仿照执行。

指令“FNC57（PLSY）”脉冲发完后,指令执行标识M8０29=ON。

指令“FNC5７　（PLSY）”可同时在Y０与Y1两个输出端使用,以获得2个独立的输出脉冲。

注意:

使用指令“FNC５7（PLＳY）”指令时，Y0与Ｙ１地址不能用于其他输出。

　六．电磁阀对直线气缸动作换向的控制

在自动仓库系统中,使用了电磁阀控制气缸推出货物。

电磁阀与气缸都属气缸元件,气缸的活塞杆由高压气体驱动伸出或缩回（也有无活塞杆的气缸,此处暂不介绍）,气缸的进排气方向由电磁阀控制。

气缸作为执行器之一,控制简单方便,工作可靠性较高，工作环境清洁，因此在自动化设备中应用很普遍。

自动仓库系统中推货用的气缸一般是直线双作用单杆气缸,控制气缸气路的电磁阀一般用二位五通单线圈控制电磁换向阀,他们的控制原理图如图1－５所示。

当电磁阀线圈通电时，电磁阀气路如图1-5a所示,高压气体进入气缸左边将气缸活塞杆推出（推货）;当电磁阀线圈断电时,电磁阀气路转变为图1-６b所示，高压气体进入气缸右边，使气缸活塞杆缩回。

　七．编程思路

（1）设定系统原点（工作起点）　送料平台在原位（右限位传感器ＳQ8指示灯发光）;电磁阀复位（Y1.Y２指示灯熄灭）;步进电动机脉冲数清零。

（2）用脉冲控制指令“ＦＮC５7（PＬＳＹ）”驱动步进电动机用指令“FNC57（ＰLSY）”驱动步进电动机,设定脉冲频率为100０Hz，脉冲数量由各仓位的位置确定,脉冲输出地址为Y0.由于平台卸货后要回到右限位，所以步进电动机要作方向控制[驱动器DIＲ接点断开时正转（右移）.接通时反转（左移）]，实现卸货平台的往复运行。

　（3）设定到各仓位的行程所需驱动脉冲数　为了与各仓位的指示灯相对应，各仓位行程的脉冲数应作如下设定:

一号仓位1000脉冲,2号仓位200０脉冲，3号仓位30０0脉冲,4号仓位4０0０脉冲,5号仓位5000脉冲，6号仓位60０0脉冲。

可用D８1４0来对FNＣ57清零,用M80２9作ＦNＣ5７执行完毕的控制。

　　（4）货物进仓顺序　　由于模块内部已设定不能主动选仓,所以货物进仓按1.2．3.4．5.6进行，各仓全部装货后就会停止。

　　　（5）系统的再次起动　　由于模块已设定各仓满货后不能再装货,因此只能断电进行空仓。

待系统断电后重新送电才可再次起动进货。

八.自动仓库系统实训模块的PLC　Ｉ/O分配与接线

TVT９0系列PLC实训装置的自动仓库系统实训模块PLC的Ｉ/O分配见表１-1

输入端（I）

输出端（Ｏ）

外接元件

输入继电器地址

外接元件

输出继电器地址

常开按钮SＢ1（启动控制）

Ｘ０

ＣP（步进驱动器脉冲输出）

Y0

常开按钮SＢ2（停止控制）

X1

DIＲ（步进驱动器方向控制）

Y1

常开按钮SB3（复位控制）

X２

电磁阀Ｙ1

Y2

SQ7（进货口货物检测传感器）

（由模块内置开关控制）

X4

电磁阀Y２

Ｙ3

SＱ８（电缸右限位传感器）

X5

步进电动机驱动器插接孔接线的说明：

ＣP:

脉冲输出通道；

DIR：

脉冲输出方向控制；

OPTＯ:

公共点（+24V）

FＲEE：

脱机电平（可悬空）

SQ9（平台货物检测传感器）

X6

SQ10（电缸左限位传感器）

X7

SＱ１（仓1货物检测传感器）

X10

ＳQ２（仓2货物检测传感器）

X11

ＳQ3（仓3货物检测传感器）

X１2

SＱ4（仓4货物检测传感器）

X13

SQ5（仓５货物检测传感器）

X14

ＳQ6（仓6货物检测传感器）

Ｘ1５

０V

ＣOM

TＶT９0系列PLC实训装置的自动仓库系统实训模块的插入孔接线如图1－６所示。

请按图１-６完成接线。

九.PＬC程序的编写

（１）编写程序一　　自动仓库系统步进电动机的正转与反转的控制。

1）自动仓库系统步进电动机的正转与反转控制参考程序（见图8-26）。

2）图1-7所示程序的说明。

图1-7所示程序主要是学习用脉冲输出指令“PLSＹ”驱动步进电动机的正转与反转运行（见程序中的第二十七行）。

M２控制正转,M3控制反转,“PＬSＹ”每次完成对步进电动机驱动，M80２9就接通（见第三十八行）,以实现正转与反转的切换。

正转与反转的起动都有一个延时，以确保方向切换后重起动的可靠性。

程序中步进电动机的运行脉冲数设为7０00,即运行距离为电缸有限位与左限位的距离。

此脉冲数可改为6０00、５000等，脉冲数每少１000,平台运行距离就少一个仓位。

3）图1-7所示程序的执行与调试。

按图８－26编写程序,转送到PLC执行,并进行程序调试,直到满足控制要求,即：

步进电动机的正转与反转的控制指令表:

0　ＬＤ　　X０　　　　　　　　　3６LＤM3

1　ＤＲＭ0　　　　　　　　　　　37ＯUＴ　M3

2　ANIX１　　　　　　　　　　　　3８LD　８029

3ＯUTM０　　　　　　　　　　39　MPS

4ＬDX1　　　　　　　4０ANDM2

5ZＲST　M１　　　　　　　　41SETＭ20

　M20　　　　　　　42RSTＭ2

１０ZＲSTY0　　　　　　43ＭPP

Y7　　　　　　　　4４ANDM3

1５LDＭ０　　　　　　　　　　　45RST　M1

1６ANDX5　　　　　　　　　　　　４6ＲSTM3

１7　ＡNIM1　　　　　　　　　47　LＤM20

18ANＩ　Ｍ3　　　　　　　　48ＯUTT1　　　

19　ＳＥTM１　　　　　　　　　　K20

20LD　M1　　　　　　　　　　　５1ＬDＴ1　

２1OＵT　T0　　　　　　　　　　　　　52　RST　M20

K10　　　　　　　53SＥTM3

2４LDPT0　　　　　　　　5４ＥNＤ

２６SETM2

2７ＬD　Ｍ２

2８　OR　M3

２9　PLSＹK1００0

　K7000

　Y0

1送电后，右限位传感器（SQ8指示灯发光），按下起动按钮ＳB1,步进电动机正传运行，仓位指示灯从右向左逐一发光,一直到电缸左限位传感器（SＱ10）指示灯发光后,步进电动机开始反转，仓位指示灯又从左向右逐一发光,一直到右限位传感器（SＱ8）指示灯发光后停止运行。

2步进电动机停止运行后，可按按钮SＢ2对元件复位和清零，再按SB１重新起动运行。

但要注意，运行期间不要按SB2，否则运行停止后不能复位,也不能再次起动运行。

（２）编写程序二　步进电动机按仓号顺序给每个仓位运货的控制。

１）自动仓库系统步进电动机按仓号顺序给每个仓位运货的控制程序（见图１-8）

2）图１-８所示程序的说明。

为了将货物运行到各个仓位,步进电动机必须要按仓位顺序，在每个仓库与载货位置（SQ８）间往复运行一次。

图1－8所示程序主要是解决这一问题。

与图1-7所示程序比较,图1-8所示程序只是将脉冲输出指令“PLＳY”的脉冲数改用数据寄存器D１00（第4７行），而D100的数据在每次正转起动时以累加10０0的方式输入（第３５行）,这样，步进电动机就以100０、2000、3000、…、7000的，脉冲进行往复运行，直到左限位传感器（SQ10）指示灯动作，M8=ON（第74行），电动机回到右限位就停止。

3）图1-8所示程序的执行与调试。

按图1-8编写程序,传送到ＰLC执行,并进行程序调试,直到满足控制要求,即:

通电后，右限位传感器（ＳQ８）指示灯发光，按下起动按钮SB1，步进电动机起动正转运行,拖到平台运货到仓库1,再反转从仓库1回到载货点右限位（SQ８）；接着又正转运行，到仓库2后再反转回到右限位（ＳQ8）。

如此按顺序在仓库１、２、3、4、5、6与右限位间进行往复运行,最后运行到左限位,左限位传感器SQ1０指示灯发光，电动机就反转回到右限位后停止。

　步进电动机停止运行后，可按按钮SB２对元件复位和清零,再按SB１重新起动运行。

但要注意，运行期间不要按SB2,否则运行停止后不能复位,也不能再次起动运行。

步进电动机多段距离自动运行控制程序指令表:

０LＤX0　４4LDP　Ｔ0　　　　　

1OＲ　M0　　　　　　46SET　M２　　　　　　　　　　

２ＡＮIＸ1　　47LDＭ2　　　　　　　　

３AＮＩ　M8　　４８ORM３　　　　　　　　　

4ＯUＴＭ0　　　　4９PLSＹK100０　　　　　

5LD　X１　　　　　D1０0　　　　

6ＺRSＴM1　　　　　　　　　Y0

　　M２０　　　　　　56ＬDM3

11ZＲSTＹ0　57　ＯＵTY1

　Y7　　　　5８LDM８029

16　MＯＶ　Ｋ０　　６0MPＳ

　　　Ｄ100　　　61ANDM２

21MOＶ　K0　　　　　　62SETM20

　　D81４0　　　　63　RＳTM２

26LDM1　　　　　64ＭPP

27OUTＴ0　　　　　6５　ＲSＴM1

　　　K１0　　　66　ＲＳT　M3

30ＬDM0　　　　67LDM20

31ANＤ　X5　　　　68　OUTT1

32ANIM3　　　　　　　　K20

3３ANＩM３　　71　ＬD　T1

34SETM1　72RSTM20

35LD　T０　　　　73ＳEＴM3

37ADDD1０0　　　　74LDX7

K1０00　　７5　OUTＭ8

　Ｄ1０0　　７6END

（3）编写程序三　实现自动仓库的控制要求。

1）自动仓库系统运行的控制程序（见图1-9）。

2）图1-9所示程序的说明。

图1-9所示程序与图1-８所示程序比较，有以下几点改动：

用仓库传感器（SＱ1~ＳQ6）的动作来确定步进电动机的运行脉冲数（第29行）。

增加运行中停止与停止后返原点（右限位）的控制（第1０７行、115行）。

③增加停止后重起动运行的两种情况处理。

第一种情况是货已进仓后停止（SＱ9指示灯已熄灭），重起动时电磁阀Y1须动作；第二种情况是货未进仓时停止（SQ９指示灯仍发光）,重起动时电磁阀Ｙ1不动作（第15行）。

3）图1-９所示程序的执行与调试。

按图1－9编写程序，传送到PLC执行，并进行程序调试，直到满足控制要求,即:

连续运货测试。

通电后，右限位传感器（SQ8）指示灯发光,将模块的进货开关上拨接通，SQ7指示灯发光，表示有货物。

此时按下起动按钮SB1,电磁阀Y1指示灯发光,表示将货推下电缸的运货平台，平台检测货物传感器（ＳQ9）指示灯接着发光,表示运货平台已有货物。

然后步进电动机机正转运行,到1号仓位停下,电磁阀Y2指示灯发光,表示将货物推下仓库。

接着运货平台SQ9指示灯熄灭，表示货物已推入1号仓库，步进电动机反转运行到右限位。

此时，若进货开关保持接通（SQ７指示灯发光），系统就会重复上述过程将货物逐一送进2~6号仓库。

单个运货测试。

如果在货物推下运货平台后将开关断开（SＱ７指示灯熄灭）,则步进电动机就完成一次运货进仓,回到右限位后（SQ8指示灯发光）就会停下,等待开关重新接通，再继续运货。

③停止与返原点控制测试。

在系统运行中按下停止控制按钮SB2的、,系统停止运行，已发光的指示灯会保持。

按下返原点按钮ＳB３，步进电动机会立刻反转运行返回原点停止，重新

起动可按ＳＢ1。

若停止时运货平台传感器（SQ9）指示灯仍发光,表示平台上有货,按下

SB1重新起动后，Y1电磁阀指示灯不会发光，系统在停止的状态上恢复运行。

若停止时运

货平台传感器（SQ９）指示灯已不发光，则重新起动后,Ｙ1电磁阀指示灯发光，表示将货

物推下运货平台,系统在停止的状态下恢复运行。

自动化仓库系统的控制程序指令表:

０LD　X０　　　32　ANIX15　　　　　77　ORM3　　1０7LDPX2

1ORM0　　3３MOPK6０00　　78ＯRM100　　10９SETM10０

2ＡNIM８　　　　　　D100　　７９ＰLＳYK１000　　　１10　ＭOＶＫ0

3ＯＵT　Ｍ0　　　　38ＭRＤ　　　　　D100　　　　D10０

4ＬＤX1　39　AＮIX14　　　　　Y０　1１5ＬＤX5

５ＺRSＴ　M０　　　　　　　D100　　　　8６LＤＭ3　　　　１1６　AＮIM0

　M100　　　4０ＯＶPK５000　87　ＯＲ　M１００　117　ＲSTM10０

１0ＺRSTY0　　　　　　　　　D１00　　　８８OUTY1　　１18　LDＸ10

　　　Ｙ7　　　　45MRD　　　　　89　LＤＭ8０2９　119　ＡＮD　X11

15LDＭ１　　　　４6　AＮＩ　　X13　9０ＭPS　　　１２０AND　X12

16　ANDM０　　　　４７　MＯVPK40００　　9１ANDM2　　121ANDＸ１3

17OUTT0　　　　　　　D1０0　　92ＳEＴＹ3　　122ANDX1４

　　　　0　　　　　　５２MRD　　　　　93RSTM２　　123ＡＮＤX15

20　ANI　T0　　　　　5３　ANＩX12　　９４MPＰ　　　　　12４OUTＭ8

２1ＡNＩ　Ｘ6　54ＭOVP　K3000　　95　AND　M3　　131END

22ＯＵTＹ2　　　　　　　　Ｄ１00　　　９６ＲSTM1

23LD　M0　　　　５9MRD　　　　　　９7ＲSTＭ3

２4ＡNDＸ４　　　　　60ANIX1１　　　　　98AＮD　M３

25ANＤ　Ｘ5　　　6１MOＶPＫ2000　　99　RSTM0

2６ＡＮI　　M３　　　　　D1０0　　100ＬDY3

２7ANＩM1　　　　66MPP　101OＵＴＴ1

2８ＳET　Ｍ1　　６7ANIＸ１0　　　　　　K20

２9LDP　T０　　68MOVPK1０00　　　１０４LDT1

３1MＰS　　　　　　　　　D100　　　　　１0５RＳＴ　Y3

　　73LDＰ　T0　10６SETM３

　　　　　　　　75ＳＥT　M２

　　　　　7６　LDM2

十．　参考文献

1.ＰＬC编程应用基础（三菱）杜从商主编机械工业出版