基于PLC的自动化仓储控制系统设计与研究毕业设计Word文件下载.docx
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AutomationWarehouseControlSystembasedonPLCDesignandResearch
CHENKeliang
（SichuanUniversityofScienceandEngineering,Zigong,China,643000）
Abstract:
Withtherapiddevelopmentofmodernproductiontechnologyaswellasthecontinuoussocialandmaterialprosperity,flattenedwarehouseforthestorageofgoodshasfarcannotmeetthecurrentdemand,sowarehouseproductionandlifehasbecomeanimportantpartofthewarehousein-depthstudiesarealsoconstantly.Inthispaper,thedesignofanautomatedwarehousesystem.First,thedesignoptionsarediscussed,andthedesignproblemstodiscussandproposesolutions.Second,ourwarehousecontrolsystemhasbeendesigned,basedonthedesignideasproduceda12positionswarehousemodel,itsautomatedcontrolsystemcanaccuratelysendthegoodstotake.
Keywords:
Stereoscopicwarehouse;
PLCcontrol;
ConfigurationSoftware;
Real-timemonitoring
第1章引言
1.1本设计的目的及意义
随着仓储水平的发展，自动化立体仓储技术在仓储业中的应用愈发广泛。
同时，伴随自动化立体仓库的诞生，人们对仓储空间的利用率逐渐提高，使传统的仓储模式得以优化。
本次设计是以组态软件来模拟一个小型自动化立体仓库，体现自动化立体仓库的便捷性、可靠性、控制性及实用性。
[1][2]
1.2自动化立体仓库的历史及国内外现状
在第二次世界大战后的生产技术开发促进了的自动化立体仓库的诞生和发展。
在2007年，中国的自动化立体仓库总建筑数目与2006年相比基本持平。
据不完全统计，我国已建成50余座自动化立体仓库，共约70000万人民币。
主要表现在药品生产和药品配送，食品，制造，服装加工，烟草生产和烟草配送等行业领域。
中国自动化仓库与发达国家相比，在建设水平及数量上看，还是有一个比较大的差距，因为自动化仓库在现代制造及物流行业中的应用越来越广，同时，计算机技术和网络技术的飞速发展也使得自动化立体仓库的发展突飞猛进，使其已经成为当下仓储技术主要发展趋势：
[3][4]
仓库业务管理的自动化水平逐步提高。
随着生产水平的进一步发展，对物流技术提出了新的更为严苛的要求。
具体来说，这要求我们能够通过物流技术，能在规定时间内，在确切的位置，使用确切的顺序和方法，提供准确的商品的品种和数量。
[5][6]
智能技术将被应用。
人工智能技术的进步，促进了自动化技术在仓库的设计中的应用，而在控制处理系统，储存及运输设备选择等方面，专家系统的应用将体现出较高智能化水平，并往更高的阶段发展。
仓库操作柔性化发展。
灵活和通用的自动化立体仓库在存储和运输上体现出得天独厚的优势。
在国外，已经开始出现了一些移动或便携式仓库结构。
[7][8]
1.3自动化立体仓库的优越性
随着生产力水平的提高，生活水平的提高，现代物流行业也表现出飞速增长的势头，早期相对传统的仓储模式现在已经不能满足巨大的货存需求，因此立体仓库就展现出其巨大的优势。
其中包括：
节约用地、减轻劳动强度、降低差错、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。
1.3.1提高空间利用率
最早，立体仓库的目的是提高空间的实用效率，节约珍贵的空间资源，在西方国家尤其是发达国家对空间利用效率更为重视，土地使用率的提高不仅能够减少能源浪费，对于环境的保护仍然显得尤为重要。
因此，空间利用率毫无疑问成为体现仓库的优越性和先进性的重要指标。
一般情况下，自动化立体仓库对空间的利用率超出一般普通仓库1～4倍。
[9][10]
1.3.2便于形成先进的物流系统，提高企业生产管理水平
早起的仓库只发挥单纯的货物存储的作用，功能相对单一，属于静态储存。
立体仓库在对物料搬运环节使用了先进的自动化技术，使得仓库内的货物不但实现了自存自取，方便快捷，提高了效率。
同时，立体仓库还让仓库外的生产环节与仓库本身实现了无缝连接，以便计算机对其进行监控及管理。
这些特点让自动化立体仓库成为企业物流的重要部分。
1.3.3减少商品的破损率
智能自动化仓库在自动化立体仓库基础上，最大限度地提高物件周转速度和流通效率，加速仓库储备资金的周转，有效利用货物资源，并且最大限度地降低货物的破损率。
1.3.4提高仓储作业效率
建立以立体仓库为中心的物流系统，其优越性还表现在立体仓库具有快速的入出库能力，妥善地将货物存入立体仓库，及时自动地将生产所需零部件和原材料送达生产线。
同时，立体仓库系统减轻了工人综合劳动强度。
[11]
第2章自动化立体仓库系统概述
2.1本课题设计的内容
在本文中，主要内容包括三个部分：
基于RFID技术的仓储和物流管理系统：
基于西门子S7-200PLC执行机构实现全自动控制系统和PLC程序：
管理层、监控层、控制层之间无缝连接，实现相互通讯。
在管理系统，研究的主要内容即货物出入库、存储及货位分配在自动化立体仓库中的实现。
具体而言，根据自动化立体仓库中货物存储特点，提出了采用分类随机存储和定位存储相结合的存储策略。
与RFID技术相结合，对货物的出入库频率进行统计，以此划分出货物的大致存放区域；
与此同时，使用货物空间自动均匀分配算法，实现货物的货物空间分布均匀以及就近入库出库;
该算法实现了单件及批量入库作业。
在执行系统中，首先建立实验室规模的自动化立体仓库系统；
针对整个控制系统和电气控制原理进行合理分析，从而对下位执行系统的整体功能进行开发与设计，然后对每个单元PLC的控制功能模块进行分析；
最终编写PLC程序，局部试调通过之后，集成上述三个单元，并实现其顺序控制。
在三层网络拓扑结构和通信实现中，以设置MCGS组态软件来实现OPC通信为研究核心：
监测层与控制层基于现场总线PROFIBUS的具体组网通讯实现以及MCGS本的编写，并最终管理和控制一体化。
[12]
2.2自动化立体仓库的模块设计
根据各模块的功能，在自动化仓库中排列了每个部件之间的具体方位，如下：
PLC控制器
驱动器
图2-1功能模块图
第3章立体仓库的硬件设计
3.1系统结构
本设计的控制对象可分为三个控制区域，即传送带、机械手及立体仓库。
3.1.1传送带输送机控制
本系统中共有二台辊道输送带，其传动采用交流变频调速系统控制，可进行速度调节设定及正、反转控制。
每台输送机可由安装在其上面的光电开关根据程序设计自动控制启/停及正/反转，完成货物送入、取出动作。
在实验台的按钮板上有一些转换开关和按钮，用于手动控制操作。
[13]
3.1.2机械手的控制
机械手的动作由气缸驱动，而气缸由对应的电磁阀控制，当下降电磁阀通电时，机械手下降，当下降电磁阀断电时机械手停止，只有当上升电磁通电时，机械手才上升，断电时才停止。
机械手的放松和夹紧由一个线圈两位置电磁阀控制。
3.1.3立体仓库及自动堆垛机控制
在立体货库中配有一台全自动堆垛机，由二台步进电机和一台直流电机控制，可进行行走、升降及叉货控制。
主要根据设计程序，进行立体仓库进货的自动存储及出货的自动提取。
堆垛机在行走方向共有三个限位开关：
左/右极限限位开关和行走认址限位开关，行走的位置靠碰到限位开关计数来完成。
堆垛机在升降方向共有四个限位开关：
上/下极限限位开关、一个入库认址限位开关和一个出库认址限位开关，升降的位置靠碰到限位开关计数来完成。
在发生紧急情况时，可按下紧停按钮，用以切断步进电机控制模块的电源。
[14]
图3-1储存单元图
3.2传感与检测系统设计
传感器（transducer/sensor）是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。
它是实现自动检测和自动控制的首要环节。
3.2.1光电传感器
光电传感器，通常分NPN集电极开路输出与PNP集电极开路输出，传感器本系统只使用了NPN集电极开路输出。
光电传感器的原理图如下：
图3-2光电传感器原理图
3.2.2漫反射式传感器
漫反射式传感器，其工作原理为：
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主流信号输出电平。
在自动化仓库中采用EE-SPY402凹槽型、反射型接插件式传感器用作货物的检测。
第一，采用能抗周围外来刚干扰的变调光式；
第二，采用变调光式与直流光式比不易受外来光干扰的影响。
第三，其电源电压为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，动作确认的光显示。
图3-3漫射型光电传感器接线图
漫反射型光电传感器，其在探测物体挡在传感器正面使传感器接收到足够的光线时输出信号。
其对不同颜色的检测距离不相同，反射性能越好检测的距离越远。
还可以通过调节灵敏度调节VR调节检测的距离。
3.2.3电容传感器
图3-4电容传感器基本原理图及接线图
电容传感器的两种形式分为：
NPN集电极开路输出和PNP集电极开路输出，在本系统中，只使用了PNP集电极开路输出型。
当被测物接近传感器时则输出信号，PNP型在没有检测到物体输出则为悬空状态，检测到物体输出时为高电平状态。
在本单元所使用的传感器的位置及型号如下表所示：
表3-1传感器的位置及型号
传感器位置
型号
说明
编码器
前后参考点
CR18-8D
电容传感器NPN集电极开路输出
升降参考点
BS5-T2M
NPN集电极开路输出
升降上到位
D-C73
舌簧型磁性开关
转移气缸右到位
物料检测
CCD-40N
漫反射型光电传感器NPN集电极开路输
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