PLC在立体仓库位置控制系统中的应用研究Word格式.docx
《PLC在立体仓库位置控制系统中的应用研究Word格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《PLC在立体仓库位置控制系统中的应用研究Word格式.docx（31页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
毕业设计（论文）题目：
毕业设计（论文）内容：
1.了解课题控制工艺和控制要求；
2.PLC选型设计；
3.PLC应用程序设计；
毕业设计（论文）专题部分：
对立体仓库系统中控制单元PLC进行了硬件部分的选型和主要程序的设计。
起止时间：
2012年3月---2012年6月
签字年月日
教研主任：
学院院长：
摘要
随着经济全球化的持续稳定发展，我国的工业也出现了翻天覆地的变化，一方面高科技的加工工艺越来越得到推广，加工效率也得到了大大的提高。
与此同时原有的物流和仓储系统已不能满足新形势的要求,建立一个集物流、信息流和资金流于一身的自动化物流管理中心,从而降低企业综合物流成本,提高企业综合效益便成为目前亟待解决的问题。
本课题是基于可编程控制器（PLC）作为控制单元，实现系统的模块化结构、高速的处理速度、精确的数据处理能力、网络技术和优越的性价比等性能。
使仓库功能从单纯保管型向综合流通型的转变，实现自动化立体仓库成为现代物流与仓储系统的重要组成部分，具有货物存取效率高和自动化程度高、很强的入出库能力等优点。
而PLC功能强大，可靠性高，抗干扰能力强，维修方便，易于实现机电一体化。
文中主要介绍了立体仓库的基本组成，功能及工作流程，系统的控制及接线和直流电动机的特点及工作原理，并详细的陈述了步进电动机的工作原理、特点，步进电动机驱动系统的基本组成，步进电动机的选择方法和步进电动机驱动器的选择及接线图。
与此同时分析了德国西门子PLCS7-200系列在立体仓库控制系统中的应用，重点分析了系统软硬件设计部分，并给出了堆垛机的系统硬件结构图、PLC控制I/0端日分配表以及系统部分程序流程图，立体仓库控制系统PLC程序摘要等等，实现了系统的可靠性、灵活性和实用性。
关键词：
立体仓库；
PLC；
步进电机；
Abstract
Withthesustainedandstabledevelopmentofenterprises,thepaceofeconomicglobalizationrapidly,China'
sindustryhasundergoneenormouschanges,ontheonehandthehigh-techprocessingtechnologyhasbeenmorepromotion,theprocessingefficiencyhasbeengreatlyimproved.Atthesametimetheexistinglogisticsandwarehousingsystemcannotmeettherequirementsofthenewsituation,theestablishmentofasetoflogistics,informationflowandcashflowinanautomatedlogisticsmanagementcenter,inordertoreducelogisticscostsandimprovetheoverallefficiencyofenterpriseshasbecomeproblemstobesolved.
Automatedwarehouseisthecasenotdirectlytomanualhandling,automaticcompletionofthegoodswarehousingandremovethesystem,high-levelthree-dimensionalshelf,basedonsetsofhandlingequipment,asetofautomaticcontroltechnology,communicationstechnology,mechanicalandelectricaltechnologyinonehigh-efficiency,high-capacitystoragebodies.Programmablecontroller（PLC）asanindustrialcontrolcomputer,hasamodularstructure,flexibleconfiguration,high-speedprocessingspeed,accuratedataprocessingcapability,avarietyofcontrolfunctions,networktechnologyandsuperiorcostperformance,iswidelyoneoftheapplicationofcontroldevices.Theemergenceoftheautomatedwarehouse,thewarehousefunctionsfromsimplecustodytoDistributiontype,andautomatedwarehouseisanimportantpartofmodernlogisticsandwarehousingsystem,withahighdegreeofcargoaccesstothehighefficiencyandautomation,astrongintoandoutofthelibraryability.PLCisPowerfulfunctionality,highreliability,stronganti-jammingcapability,easymaintenance,easytomechanicalandelectricalintegration.Fullymeettherequirementsofthethree-dimensionalwarehouseworkenvironmentandcontrolsystems.
Thispaperdescribesthebasiccomponentsofthethree-dimensionalwarehouse,functionsandworkprocesses,systemcontrolsandwiringandDCmotorcharacteristicsandworkingprinciple,andadetailedstatementofthesteppermotorworks,characteristicsofthesteppermotordrivesystemcomposition,selectionandwiringdiagramofsteppermotorselectionandsteppermotordrive.AtthesametimeanalysisofGermany'
sSiemensPLCS7-200seriesinthethree-dimensionalwarehousecontrolsystem,analyzedthepartofthesystemhardwareandsoftwaredesign,andgivesthesystemhardwarestructureofthestacker,thePLCtocontroltheI/OenddateTheallocationtablesystempartoftheprogramflowchart,warehousecontrolsystems,PLCprogramsummaryandsoon,thesystemreliability,flexibilityandpracticality.
Keywords:
three-dimensionalwarehouse；
steppermotor;
第一章绪论
1.1自动化立体仓库概述
在现代物流系统中，自动化立体仓库是一个重要的组成部分，它是一种新型的仓储技术，自动化立体仓库又称为自动存储/检索系统（AutomatedStorage&
RetrievalSystem，AS/RS），它是物料搬运和仓储科学中的一门综合科学技术工程。
它以高层货架为主要标志，以成套先进搬运设备为基础，以先进的计算机控制技术为主要手段，由此组成高效率、大容量的科学存储，以适应现代化生产的需求。
高层货架仓库的出现和发展是第二次世界大战以后生产技术发展的结果。
在生产发展的实际需要和科学技术发展的现实可能情况下，五十年代初开始出现了自动化立体仓库，并在实践中显示出了其优越性，随即得到迅速的推广和发展。
1950年美国首先产生了手动控制的桥式堆垛起重机，这种起重机的大梁上悬挂一个门架（立柱），利用门架的上下和旋转运动来搬运货物，与此同时也提出了高层货架的新概念，被认为是自动化仓库的雏形。
1960年左右在美国开始出现了没有大梁的由人工操作的巷道式堆垛机。
随着立体仓库的发展，巷道式堆垛机逐渐代替了桥式堆垛机。
1963年美国的一个食品厂在仓库工作中采用电子计算机，成为世界上最早的全自动化仓库。
此后，从1963年开始在欧洲各国，由于用地紧张，开始计划建造25~30米的高层自动化仓库。
从1967年开始，相继完成了一些计算机管理和计算机控制的全自动化仓库。
1970年安装了由货架支承式改变为地面支承式的高度达40米的堆垛机。
70年代提出了采用50米高堆垛机的可能性。
进入90年代后，堆垛机在使用范围和性能上有了很大的发展。
在日本，从1967年开始安装了高度为20~25米的高层堆垛机，1969年出现了联机全自动化仓库。
此后，日本的自动化仓库技术和设备的台数都有了突飞猛进的发展，在各个部门都安装了各种各样的堆垛机。
日本的自动化仓库技术和自动化仓库的拥有量位居世界前茅[1]。
自动化技术在仓储领域中的发展可分为以下五个阶段：
人工仓储阶段、机械化仓储阶段、自动化仓储阶段、集成化仓储阶段和智能自动化仓储阶段。
在上世纪90年代后期及21世纪的若干年内，智能自动化仓储是自动化技术的主要发展方向。
第一阶段，物资的输送、存储、管理和控制主要靠人工实现，其实时性和直观性是明显的优点。
人工仓储技术在初期设备投资的经济指标也具有优越性。
第二阶段，物料可以通过各种各样的传送带，工业输送车、机械手、吊车、堆垛机和升降机来移动和搬运，用货架托盘和可移动货架存储物料，通过人工操作机械设备，用限位开关，螺旋机械制动和机械监视器等控制设备的运行。
机械化满足了人们对速度、精度、高度、重量、重复存取和搬运的要求。
第三阶段，自动化仓储技术阶段，自动化技术对仓储技术和发展起了重要的促进作用。
上世纪50年代末和60年代，相继研制和采用了自动导引小车（AVG）、自动货架、自动存取机器人、自动识别和自动分拣系统等。
70年代和80年代，旋转体式货架、移动式货架、巷道式堆垛机和其他搬运设备都加入了自动控制的行列，但这时只是各个设备的局部自动化并各自独立应用，被称为“自动化孤岛”。
随着计算机技术的发展，工作重点转向物资的控制和管理，要求实时、协调和一体化，计算机之间、数据采集点之间、机械设备的控制器之间以及它们与主计算机之间的通信可以及时地汇总信息，仓库计算机及时地记录订货和到货时间，显示库存量，计划人员可以方便地做出供货决策，他们知道正在生产什么、订什么货、什么时间发什么货、管理人员随时掌握货源及需求。
信息技术的应用己成为仓储技术的重要支柱。
第四阶段，集成自动化仓储技术阶段，在上个世纪70年代末和80年代，自动化技术被越来越多地用到生产和分配领域，显然，“自动化孤岛”需要集成化，于是便形成了“集成系统”的概念。
在集成化系统中，整个系统的有机协作，使总体效益和生产的应变能力大大超过各部分独立效益的总和。
集成化仓库技术作为计算机集成制造系统（ComputeIntegratedManufacturingSystem，CIMS）中物资存储的中心受到人们的重视。
虽然人们在上个世纪80年代已经注意到系统集成化，但至今在我国已建成的集成化仓储系统还不多。
在集成化系统里包括了人、设备和控制系统，前述三个阶段是基础。
第五阶段是智能自动化仓储技术，人工智能技术发展了自动化技术向智能自动化方向发展。
现在，智能自动化仓储技术还处于初级发展阶段，在二十一世纪仓储技术的智能化将具有广阔的应用前景。
1980年，由北京机械工业自动化研究所等单位研制建成的我国第一座自动化立体仓库在北京汽车制造厂投产。
从此以后，立体仓库在我国得到了迅速的发展。
据不完全统计，目前我国已建成的立体仓库近三百座，其中全自动的立体仓库有30多个。
我国的自动化仓库技术已实现了与其他信息决策系统的集成，正在做智能控制和模糊控制的研究工作[2]。
1.2堆垛机概述
1.2.1堆垛机的发展
初期的立体仓库使用的堆垛机以桥式起重机为基础。
这种堆垛机是从起重机的大梁上悬挂一个门架（立柱），利用门架的上下和旋转来搬运货物。
1960年左右在美国出现了没有大梁的巷道式堆垛机。
这种堆垛机是在地面的导轨上行走，利用货架上部的导轨防止倾倒，或者是在上部导轨上行走，利用地面导轨防止倾倒。
1967年日本开始安装了高度20~25m高层堆垛机，1969年出现了联机全自动化仓库。
1973年建成了世界上第一座40℃的极低温用于贮藏生鲜食品的自动化冷藏库，解决了低温条件下堆垛机的可靠性和技术方面的问题，巷道式堆垛机随之逐渐的取代了桥式起重机。
我国是上个世纪70年代初期，开始研究采用巷道式堆垛机的立体仓库。
1.2.2巷道式堆垛机的技术现状
按现行机械行业标准，有轨巷道式堆垛机分类方式很多，如按支承方式、用途、控制方式、结构、运行轨迹等分类。
无论何种类型的堆垛机一般都由水平行走机构、起升机构、载货台及货叉机构、机架和电气设备等基本部分组成。
体现堆垛机动态性能优劣的指标主要有：
运行速度、提升速度、货叉速度、平稳性、认址精度等。
随着科学技术的不断进步，自动化立体仓库的技术水平和仓储机械设备的动态性能也在不断提高。
例如，堆垛机的运行驱动己由20世纪70年代的子母电动机改为变频调速，速度由5~50m/min提升至4~160m/min，国外小载重量的堆垛机最高可达300m/min；
提升驱动己由20世纪70年代的双速电动机改进为变频调速，速度由4~16m/min提升至0~25m/min；
货叉运行也由单速电动机驱动改进为变频调速，速度由8m/min提升至4~35m/min；
在堆垛机自动控制方面还采用闭环控制变频调速系统、Profibus总线控制等先进技术。
尽管如此，目前国产堆垛机的运行速度最高仍保持在160m/min；
提升速度在0~80m/min；
货叉速度一直保持在0~30m/min；
认址采用光电探测，精度不足，认址差错率高[3]。
1.3可编程控制器控制概况
可编程控制器是在传统的顺序控制器的基础上引入了微电子计术，计算机技术，自动控制技术和通讯技术而形成的一代新型式控制装置，目的是用来取代继电器，执行逻辑，记时，计数等顺序控制功能，建立柔性的程控系统。
国际电工委员会（IEC）颁布了对PLC的规定：
可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。
它采用可编程序的存储器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程[6]。
可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成个整体，易于扩充其功能的原则设计。
PLC具有通用性强，使用方便，适应面广，可控性高，抗扰能力强，编程简单等特点。
可以预料：
在工业控制领域中，PLC控制技术的应用必将形成世界潮流。
PLC程序既有生产厂家的系统程序，又有用户自己开发的应用程序，系统程序提供运行平台，同时，还为PLC程序可控运行及信息与信息转换进行必要的公共处理。
用户程序由用户按控制要求设计。
PLC是传统的继电器技术和计算机技术相结合的产物，所以在工业控制方面，它具有继电器控制或通用计算机所无法比拟的特点
1.高可靠性:
PLC的高可靠性主要表现在硬件和软件两个方面:
在硬件方面，由于采用性能优良的开关电源，并且对采用的器件进行严格的筛选，加上合理的系统结构，最后加固、简化安装，因此PLC具有很强的抗振动冲击性能;
无触点的半导体电路来完成频繁的开关动作，就不会出现继电器控制系统中的器件老化、脱焊、触点电弧等问题;
所有的输入输出接口都采用了光电隔离措施，使外部电路和PLC内部电路能有效地进行隔离;
PLC模块式结构，可以在其中一个模块出现故障时迅速地判断出故障的模块并进行更换，这样就能尽量缩短系统的维修时间。
在软件方面，PLC的监控定时器可用于监视执行用户程序的专用运算处理器的延迟，保证在程序出错和程序调试时，避免因程序错误而出现死循环;
当CPU、电池、I/O口、通信等出现异常时，PLC的自诊断功能可以检测到这些错误，并采取相应的措施，以防止故障扩大;
停电时，后备电池和正常工作时一样，进行对用户程序及动态数据的保护，确信信息、不丢失。
由于采取了以上有效措施，保证了PLC的高可靠性，从而使PLC的平均无故障时间己经能高达几十万小时。
2.应用灵活性、使用方便
模块化的PLC设计，使用户根据自己控制系统的大小、工艺流程和控制要求等来选择自己所需要的PLC的模块并进行资源配置和PLC编程。
这样，控制系统就不再需要大量的硬件装置，用户只需根据控制需要设计PLC的硬件配置和I/0的外部接线即可。
而在PLC控制系统中，当控制要求改变时，不改动PLC外部接线，只需修改程序即可。
这种面向控制过程的编程方式，与目前微机控制常用的汇编语言相比，应用灵活，移植性强。
3.面向控制过程的编程语言，容易掌握
PLC的编程语言采用继电器控制电路的梯形图语言，清晰直观。
虽然PLC是以微处理器为核心的控制装置，但是它不需要用户具有很强的程序设计能力，只需用户具备一定的计算机软、硬件知识和电器控制方面的知识即可。
这种面向控制过程的编程方式，虽然在PLC内部增加了解释程序，增加了程序执行时间，但对大多数机电控制设备来说，这种时耗是微不足道的。
4.易于安装、调试、维修
在安装时，由于PLC的输入/输出接口已经做好，因此可以直接和外部设备相连，而不再需要专门的接口电路。
而且PLC的软件功能取代了原来的继电器控制中的中间继电器、计时器、计数器等一些器件，所以硬件安装上的工作量相应减少。
PLC的调试可先在实验室模拟完成，模拟调试完成后再现场安装和调试。
这样就可以避免可能在现场会出现的一些问题，从而缩短调试周期:
在维修方面，PLC完善的诊断和显示功能，可以通过模块上的显示或者编程器等很容易地找出故障的模块，而且由于模块化设计，因此只需要对出错的模块进行更换即可。
5.PLC的功能强、功能等扩展能力强
其一，PLC利用程序进行定时、计数、顺序、步进等控制十分准确可靠。
其二，PLC还具有周D和D/A转换、数据运算和数据处理、运动控制等功能。
因此它既可对开关量进行控制，又可对模拟量进行控制。
其三，PLC具有通信联网功能，因此，它不仅可以控制一台单机、一条牛产线，还可以控制一个机群、多条生产线，它既可现场控制，也可远距离对生产过程进行监控。
PLC的功能扩展极为方便，硬件配置相当灵活，根据控制要求的改变可以随时变动特殊功能单元的种类和个数，再相应修改用户程序就可以达到变换和增加控制功能的目的。
6.网络功能强大
PLC具有强大的网络功能。
PLC不仅能做到远程控制、进行PLC内部通信与上位机进行通信，还具备专线上网、无线上网等功能。
这样，PLC就可以组成范围很大的控制网络，整个工厂，甚至整个系统都可以实现自动化，从而提高生产的效率。
7.PLC体积小、重量轻、易于实现机电一体化
由于PLC内部电路主要采用半导体微电子集成电路，具有结构紧凑、体积小、重量轻、功耗低的特点;
更由于它具有很强的抗干扰能力，能适应各种恶劣的环境，因而它已成为实现机电一体化十分理想的控制装置。
随着PLC技术的不断发展，目前已能完成以下控制功能:
⑴条件控制功能
条件控制（或称逻辑控制或顺序控制）功能是指用PLC的与、或、非指令取代电器触点串联、并联及其他各种逻辑连接，进行开关控制。
⑵定时/计数控制功能
定时/计数控制功能就是用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，以取代时间继电器和计数继电器。
⑶步进控制功能
步进控制功能就是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，以取代由硬件构成的步进控制器。
⑷数据处理功能
数据处理功能是指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。
⑸A/D与D/A转换功能
A/D与D/A转换功能就是通过A/D、D/A模块完成对模拟量和数字量之间的转换。
⑹运动控制功能
运动控制功能是指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。
⑺过程控制功能
过程控制功能是指通过PLC的PID控制模块实现对温度、压力、速度、流量等物理参数进行闭环控制。
⑻扩展功能
扩展功能是指通过连接输入/输出扩展单元（即I/O扩展单元）模块来增加输入输出点数，也可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。
⑼远程I/O功能
远程I/O功能是指通过远程I/O单元将分散在远跟离的各种输入、输出设备与PLC主机相连接，进行远程控制，接收输入信号、传出输出信号。
⑽通信联网功能
通信联网功能是指通过PLC之间的联网、PLC与上位计算机的链接等，实现远程I/O控制或数据交换，以完成系统规模较大的复杂控制。
⑾监控功能
监控功能是指PLC能监视系统各部分运行状态和进程，对系统中出现的异常情况进行报警和记录，甚至自动终止运行;
也可在线调整、修改控制程序中的定时器、计数器等设定值或强制I/O状态[4]。
1.4本课题研究的意义和内容
1.4.1本课题研究的意义
随着我国加入WTO，加快了经济全球化进程，进一步促进了物资流通，物储运发送量越来越大。
可以预测，今后市场对仓储物流设备的需求量将有更大幅度的增长，而且将在存取率、自动化程度、信息化程度等方面提出更高的要求。
自动化立体仓库的出现极大的满足了现代物流的发展，从一定程度上促进了现代物流的发展。
随着现代化物资存储、运送、管理及城市现代化建设的不断发展，对自动化仓库的需求将越来越大，对其各方面功能、性能的要求也越来越高[5]。
在立体仓库中，堆垛机是自动化立体仓库中最主要的作业机械设备，是输送系统的核心设备，决定着整个出入库是否能流畅运行的关键，它的合理的速度
升级会员 