基于组态王的货物自动仓储及监控系统设计毕业设计论文.docx
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基于组态王的货物自动仓储及监控系统设计毕业设计论文
柳州职业技术学院
毕业设计（论文）
题目:
基于组态王的货物自动仓储及监控系统设计
任务书
机电工程系（部）电气自动化技术专业3班学生黄耀锋学号20100205016
一、毕业设计（论文）题目：
基于组态王的货物自动仓储及监控系统设计
二、毕业设计（论文）工作规定进行的日期：
2012年7月10日起至2012年11月15日止
三、毕业设计（论文）进行地点：
柳州职业技术学院
四、任务书的内容：
目的：
毕业设计是高职高专全程教学中必修的关键教学环节，是实现教学科研与工程实践相结合的重要途径，它是对学生所学知识的综合训练，也是对知识转化为能力的实际测试；对进一步培养学生分析问题、创造性地解决实际问题的能力；对培养学生综合应用所学知识和技能去分析和解决本专业范围内的一般工程技术问题的能力；全面提高毕业生的素质，建立正确的设计思想，掌握工程技术设计的一般程序，是学生毕业前应具备的基本技能。
矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。
任务：
1、利用组态王组态软件来模拟和实现三层十仓位立体仓库自动仓储的工作原理以及工作流程。
用PLC实现对自动化立体仓库进、出货的手动、自动控制，利用组态王组态软件制作人机界面，监控自动仓储控制系统的运行情况，从而实现监视与控制一体化。
聞創沟燴鐺險爱氇谴净。
2、通过对方案的设计，对整个自动化系统进行程序的编写，主要是对PLC进行控制、直流电机的控制和组态王上位机监控。
系统由PLC控制和组态王上位机监控组成，符合实际操作需要并具备显示平台。
系统具有短路、限位等保护。
残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。
3、绘制出控制器外部接线图，及控制系统的梯形图。
4、撰写设计论文，装订成册。
工作日程安排：
第1周（2012.7.10——2012.7.30）：
下达毕业设计任务书，分组明确设计课题，收集参考资料。
酽锕极額閉镇桧猪訣锥。
第2周（2012.7.31——2012.8.10）：
编制设计方案。
第2～3周（2012.8.11——2012.8.18）：
方案设计。
第4～5周（2012.8.19——2012.9.30）：
实施设计任务。
第6～7周（2012.9.1——2012.9.10）：
整理并撰写毕业设计说明书,完成初稿工作。
第8周（2012.9.11——2012.9.20）：
修改设计说明书，完成定稿工作。
第8周（2012.9.21——2012.9.30）：
交毕业设计,经过审查后准备答辩。
第10周（2012.10.1——2012.10.30）：
毕业设计（论文）审阅评分并进行答辩。
第12周（2012.11.1——2012.11.15）将毕业设计归档、清点、装订、装袋后上交归档。
彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。
设计（论文）要求：
1、根据所选的课题，要求学生独立完成设计工作，训练学生运用所学专业知识解决工程实际问题的能力。
2、要求学生在通读教材、理解和掌握所学基础知识和基本方法的基础上,查阅相关参考书,吃透每一个知识点,结合内容进行实例分析。
謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔。
3、要求学生对基本概念要做到深刻理解,对基本原理要弄清弄懂,对基本方法要熟练掌握,通过工程知识和工程技能的综合训练,以达到提高分析问题、解决问题的能力。
厦礴恳蹒骈時盡继價骚。
4、通过毕业设计，提高学生科研和实际技能水平，提高识图、制图、查阅技术手册，正确运算、文字表达能力和组织管理的能力。
茕桢广鳓鯡选块网羈泪。
5、培养学生独立工作的能力，进一步巩固和扩展专业知识，提高自学能力和工作适应能力。
6、培养学生严谨求实，理论联系实际的工作作风和严肃认真的科学态度。
学生开始执行任务书日期：
2012年7月10日指导教师签名：
年月日
学生送交毕业设计（论文）日期：
2012年11月15日教研室主任签名：
年月日
学生签名：
年月日
摘要及关键词
摘要：
随着仓储业的发展，诸多问题随之而来，仓库占地面积太大、空间利用率不高、存取货物的不便。
在问题出现之后，人们发明了立体仓库，并逐渐形成演变为自动化立体仓库。
随着仓储水平的提高，自动仓储在仓储业中应用越来越广泛。
熒绐譏钲鏌觶鷹緇機库。
自动仓储的发展，在仓储业中迅速得到广泛应用，自动仓储有着很广阔的前景。
本设计主要利用组态王组态软件来模拟和实现自动仓储的工作原理以及工作流程，介绍西门子S7-200可编程控制器在自动仓储当中的应用。
实现PLC对自动化立体仓库进、出货的手动、自动控制，利用组态王组态软件制作人机界面，监控自动仓储控制系统的运行情况，从而实现监视与控制一体化。
鶼渍螻偉阅劍鲰腎邏蘞。
关键词：
自动化立体仓库，组态王，西门子S7-200，可编程控制器
引言
自动仓储是物料搬运、仓储科学的一门综合科学技术工程。
它以高层立体货架为主要标志，以先进的计算机控制技术为主要手段，实现搬运、存取机械化、自动化。
它具有占地面积小、储存量大、周转快的优点，是集信息、存储、管理于一体的高技术密集型机电一体化产物。
自动仓储系统是在不直接进行人工处理的情况下能自动存储和取出物料的系统。
这个定义覆盖了不同复杂程度及规格的极为广泛的多样的系统。
自动仓储系统是由PLC进行管理和控制，不需人工搬运作业而实现收发作业的仓库。
纣忧蔣氳頑莶驅藥悯骛。
本设计利用配备西门子S7-200PLC的自动立体仓库模拟装置，它是一个模拟在自动化生产过程中的仓储环节的微缩模型，使用S7-200可编程控制器、传感器、位置控制和电气传动等技术，实现货物的存取功能；同时利用组态王组态软件进行上位机监控。
它以标准的工业计算机软、硬件平台构成的集成系统取代传统的封闭式系统。
它具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优点。
通过对监控系统要求及实现功能的分析，采用组态王对监控系统进行设计。
组态软件也为仓库管理提供了可视化监控画面，有利于仓库管理人员实时现场监控。
它能充分利用Windows的图形编辑功能，方便地构成监控画面，并以动画方式显示控制设备的状态，具有报警窗口、实时趋势曲线等，可便利的生成各种报表。
它还具有丰富的设备驱动程序和灵活的组态方式、数据链接功能。
更好的完成系统的各项设计要求，为生产中的仓储环节提供有力保障，进而促进生产。
颖刍莖蛺饽亿顿裊赔泷。
第1章.绪论
1.1课题的背景及意义
本次毕业设计来源于物流管理实践，自动化立体仓库在物流管理上应用非常广泛，自动化仓储有非常好的应用前景。
随着仓储水平的提高，自动化立体仓库在仓储业中应用越来越广泛。
随着自动化立体仓库的出现，人们对仓储空间的利用率逐渐提高，改变了传统的仓储模式。
本次设计是用组态王软件和配备了西门子S7-200PLC的自动立体仓库实验教学模拟装置来模拟一个小型自动化立体仓库，来体现自动化立体仓库的便捷性、控制性。
濫驂膽閉驟羥闈詔寢賻。
1.2自动仓储的历史及国内外现状
立体仓库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。
20世纪50年代初美国出现了采用桥式堆垛起重机的立体仓库；50年代末至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，建立了第一座由计算机控制的立体仓库。
此后，自动化立体仓库在美国和欧洲得到迅速发展，并形成了专门的科学。
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。
据资料统计，日本目前已建成的自动化立体仓库物流系统已超过8000座.我国自动化立体仓库起步较晚，1963年研制成第一台桥式堆垛起重机，1973年开始研制我国第一座由计算机控制的自动化立体仓库（高15m，机械部起重所负责，该库1980年投入运行，自动仓储系统应运而生。
随着社会生产水平的提高，成产规模的扩大，现如今我国的自动仓储犹如雨后春笋般的在各企业建立起来。
2007年，我国自动化立体仓库建设总量与2006年基本持平。
据不完全统计，全国共建成自动化立体仓库50余座，总产值在7亿人民币左右。
用户主要集中在医药生产、医药配送、食品、烟草生产及烟草配送、制造业、服装加工等行业领域。
銚銻縵哜鳗鸿锓謎諏涼。
1.3自动仓储的优越性
随着生活水平的提高，生产力的提高，现代物流业逐渐显现出快速增长的趋势，传统的仓储模式已经不能满足巨大的货存，所以自动仓储系统就显示出它的功效。
自动仓储是现代物流发展的重要组成部分，它可以充分的利用原有空间；它具有节约用地、减轻劳动强度、消除差错、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。
可以更好的为人们所用。
挤貼綬电麥结鈺贖哓类。
1.4论文的主要内容
该自动仓储系统硬件主体由底盘、三层十仓位库体、运动机械及电气控制等四部分组成。
机械部分采用滚珠丝杠、滑杠、普通丝杠等机械元件组成，采用直流电机作为拖动元件。
该控制系统主要由西门子公司生产的S7-200CPU226型可编程序控制器（PLC）、直流电机驱动板、三维运动叉车、开关电源、位置传感器、直流电机等器件组成。
小型自动仓储的电气控制系统由PLC来实现，控制系统分手动和自动两种方式。
此系统实现的功能主要有：
取（由缓冲仓出发到指定仓位号取货并送到入货台）；送（有缓冲仓到指定仓位放货）等功能，在执行完任务后自动返回到缓冲仓等待下一指令。
小型立体仓库的应具备的功能主要有几下几点：
1、开机时首先要回零位操作，这样的目的就是给三维运动叉车有个工作参考点；2、三维运动叉车要有三个自由度，即：
前进、后退；上、下；左、右；3、三维运动叉车的运动由直流电机驱动，伸缩（前进、后退）由进出移动直流电机控制（Z方向）；4、三维运动叉车左行（或右行）运动由水平运动直流电机控制（X方向）；5、三维运动叉车上升（或下降）运动由垂直运动直流电机控制（Y方向）。
6、三维运动叉车前进、后退、上升、下降、左行、右行运动时必须有相应的限位保护；7、整个电气控制系统必须设置急停按钮，以防发生意外。
赔荊紳谘侖驟辽輩袜錈。
1.5本系统设计的主要思路
1.查阅PLC以及直流电机相关资料,对设计中所用的西门子S7-200系列PLC和直流电机进行熟悉和掌握。
塤礙籟馐决穩賽釙冊庫。
2.从立体仓库的基本结构和所实现的功能入手，通过分析I/O地址的分配和利用PLC进行较复杂的位置控制及时序逻辑控制的要求，再根据实际应用的情形进行PLC程序的编制与调试，以达到对自动仓储系统所要求实现的功能。
裊樣祕廬廂颤谚鍘羋蔺。
3.通过组态王软件实现对仓库信息的实时监控。
第2章.设计方案
2.1自动仓储控制系统的工作原理
自动仓储是通过三维运动叉车在巷道内运行，通过认址将货物放入指定货位内。
本设计中自动仓储系统的工作原理为：
运行自动仓储系统，选择运行的模式（自动或手动）。
选择自动模式时，先按下“确认”键，系统初始化，三维叉车回到原点待命。
通过控制总台按钮控制三维运动叉车的运行路线和执行出库（或入库）任务，在三维运动叉车的牵引槽内放置若干的定位片，当总控制台将列位置信号传输给三维运动叉车时，三维运动叉车开始运行。
运行至指定巷道时，光电传感器动作，三维运动叉车停止运行。
行位置寻迹完成以后，升降台执行所接收到层信号命令，再由升降台牵引柱上的定位片控制升降台的上下位置，当升降至指定库位时，光电传感器动作，升降台停止运动。
接下来根据控制总台的命令完成插取（或放置）指定仓位的货物。
完成插取（或放置）货物后，在指定仓位外面等待下一步的命令，若5秒后没有下达命令，三维叉车返回原点待命。
若选择手动方式，则在手动控制区的按下控制所需的按钮，按下哪个按钮就执行相应的动作，放手即停止动作。
每次只能执行一个按钮发出的任务命令。
自动化立体仓库工作流程图如2-1图所示：
仓嫗盤紲嘱珑詁鍬齊驁。
图2-1流程图
2.2自动仓储系统的上位机监控设计
上位机监控设置五个画面：
主界面、仓库实时监控、监控站数据库、报警、报表。
在打开工程时为了避免除了工程师、管理员等人员篡改工程数据，设有密码保护。
运行时进入主界面，主界面反映出来的是这个系统的名称、设计者、运行系统、退出系统。
仓库实时监控提供各个仓位的状态，各电机的运行状态，所选用的运行模式，当前是否有报警现象以及操作盘。
监控站数据库可以读取和写入仓库的温度、湿度等数据。
报警画面，在实时监控画面出现报警时，可以查询报警事件、时间等信息。
报表，反映仓库货物出库入库的吞吐量。
绽萬璉轆娛閬蛏鬮绾瀧。
第3章.硬件部分
3.1仓库的硬件组成及选择
自动化立体仓库设备实图
1.立体框架式库位（图2-2）
图2-2库位示意图
它是自动仓储系统实现货物立体存放的主要支撑结构，作为仓库不可或缺的组成部分，其性能直接影响仓库及其设备的使用。
目前高层货架主要有焊接式和组合式两种形式。
骁顾燁鶚巯瀆蕪領鲡赙。
2.三维运动叉车（图2-3）
图2-3三维叉车结构示意图
它是用于自动搬运、存取货物的设备，在巷道内进行水平往复直线、垂直升降、前后伸缩叉取等一系列协调动作，实现存储单元货物在巷道端口和指定货位间的出、入库作业。
瑣钋濺暧惲锟缟馭篩凉。
3.用于传动的电机（图2-4）
图2-4直流电机
电机采用的是LINIX45YZ24-10直流电机，伸缩（前进、后退）由进出移动直流电机控制（Z方向），左行（或右行）运动由水平运动直流电机控制（X方向），上升（或下降）运动由垂直运动直流电机控制（Y方向）。
鎦诗涇艳损楼紲鯗餳類。
4.操控盘（图2-5）
图2-5操控盘
操控盘（键盘）,可进行手/自动切换,完成货物存取的手动控制，并可以通过键盘发出指令从而完成货物的自动/手动存取。
栉缏歐锄棗鈕种鵑瑶锬。
5.控制器（图2-6、图2-7、图2-8）
图2-6S7-200224CPUPLC
图2-7EM223CN数字量输入输出模块
图2-8EM235模拟量模块
根据控制要求准确的统计出被控设备对数需求量，然后在实际统计的I/O点数的基础上增加15%～20%的备用量，以便以后调整和扩充。
同时要充分利用好输入和输出扩展单元，提高主机的利用率，例如S7-200系列可编程控制器主机分为16个输出、24个输入，还有各种输入和输出扩展单元，这样在增加I/O点数时，不必改变机型，可以通过扩展模块实现，降低了经济投入。
在确定好I/O点数后，还要注意它的性质，类型和参数。
例如是开关量还是模拟量，是交流还是直流以及电压大小的等级，同时还要注意输出端的负载的特点，以此选择和培植相应机型和模块。
小型西门子ＰＬＣ有输入信号24个，输出信号16个。
其中，自动仓储控制系统外部输入元件包括：
检测元件、按钮、出库、入库、急停、限位开关等等；输出有三个电机的正反转、动作指示、错误显示等等。
按照上述配置，所选S7-200CPU224系列PLC、EM223CN数字量输入输出模块、EM235模拟量模块能够满足控制要求。
辔烨棟剛殓攬瑤丽阄应。
6.电机驱动板（图2-9）
图2-9电机数字电路驱动板
驱动电路完成对各运行电机的驱动及极限保护;保护功能由数字门电路构成,实现对叉车某些异常动作的限制。
7.开关电源（图2-10）
图2-10开关电源
选用S-120-24开关电源120W24V（AC220变DC24V电源变压器），通过开关电源供给整个控制系统运行所需的直流电源。
峴扬斕滾澗辐滠兴渙藺。
8.光电传感器（图2-11）
图2-11U型光电传感器
采用seriesU型光电传感器，配合每层、每列的定位片，精确定位，确定货仓的位置。
9.温湿度传感器（图2-12）
图2-12温湿度传感器
采用sensor温湿度传感器，监测仓库的温湿度。
10.限位开关（图2-13）
图2-13限位开关
采用D4MC-2000欧姆龙限位开关，限限位开关是防止机构动作超出设计范围而发生事故的。
工作限位开关安装在机构需要改变工况的位置，开关动作后，给出信号，进行别的相关动作。
极限限位开关安装在机构动作的最远端，用来保护机构动作过大出现机构损坏。
詩叁撻訥烬忧毀厉鋨骜。
3.2控制系统的设计
1、PLC控制系统设计的一般步骤:
设计PLC控制系统的一般设计步骤如图3-1所示：
图3-1PLC控制系统设计步骤图
2、PLC系统组成图（图3-2）
图3-2PLC系统组成图
3、PLC输入输出点的分配（表3-3、表3-4）
输入设备
输入点
后退限位开关
I0.0
前进限位开关
I0.1
下降限位开关
I0.2
上升限位开关
I0.3
出叉限位开关
I0.4
进叉限位开关
I0.5
列定位开关
I0.6
行定位开关
I0.7
第二行编码
I2.0
第一行编码
I2.1
第四行编码
I2.2
第三行编码
I2.3
第二列编码
I2.4
第一列编码
I2.5
第四列编码
I2.6
第三列编码
I2.7
确认
M0.0
入库
M0.1
出库
M0.2
表3-3
输出设备
输出点
列定位
VW10
行下定位
VW20
行上定位
VW30
列计数
C1
行计数
C2
后退
Q0.0
前进
Q0.1
下降
Q0.2
上升
Q0.3
出叉
Q0.4
进叉
Q0.5
表3-4
4、输入输出外部接线接线图：
图3-5PLC外部输入输出接线图
图3-6模拟量模块接线图
5、直流电机驱动电路的接线图（图3-7）
图3-7直流电机驱动电路接线图
第4章.软件设计
本设计是利用西门子S-200系列的PLC来进行课题的研究和讨论的。
西门子S7-200是西门子公司小型可编程序控制器。
它具有功能齐全的编程和工业控制组态软件，使得在完成控制系统的设计时更加方便简单，几乎可以完成任何功能的任务，同时具有可靠性高，运行速度快的特点，继承和发挥了它在大型PLC领域的技术优势，有丰富的指令集，具有强大的多种集成功能和实时特性，其性价比高，所以在大规模不大的领域是较为理想的控制设备。
则鯤愜韋瘓賈晖园栋泷。
各种PLC都是采用循环扫描的方式进行工作的。
西门子S7-200PLC的工作过程：
PLC上电后，首先进行初始化，然后进入循环工作过程。
一次循环过程可归纳为公共处理、程序执行、扫描周期计算处理、I/O刷新和外设端口服务五个工作阶段。
各阶段完成的任务如下：
胀鏝彈奥秘孫戶孪钇賻。
1．公共处理
2．程序执行
3．扫描周期计算处理
4．I/O刷新：
在此阶段，进行I/O刷新
5．外设端口服务
4.1根据控制要求和I/O地址编制的控制梯形图
1.列出I/O符号表（表4-1）
符号
地址
后退限位开关
I0.0
前进限位开关
I0.1
下降限位开关
I0.2
上升限位开关
I0.3
出叉限位开关
I0.4
进叉限位开关
I0.5
列定位开关
I0.6
行定位开关
I0.7
第二行编码
I2.0
第一行编码
I2.1
第四行编码
I2.2
第三行编码
I2.3
第二列编码
I2.4
第一列编码
I2.5
第四列编码
I2.6
第三列编码
I2.7
确认
M0.0
入库
M0.1
出库
M0.2
列定位
VW10
行下定位
VW20
行上定位
VW30
列计数
C1
行计数
C2
后退
Q0.0
前进
Q0.1
下降
Q0.2
上升
Q0.3
出叉
Q0.4
进叉
Q0.5
表4-1I/O符号表
2.梯形图：
（1）初始化程序
（2）对三维运动叉车的运行定位
（3）出库、入库、确认编码
（4）入库、出库行进过程
（5）出库出叉
（6）出入库完成后跳转
4.2组态王监控系统设计
4.2.1定义IO设备
组态王6.5把那些需要与之交换数据的设备或程序都作为外部设备。
外部设备包括：
下位机（PLC、仪表、模块、板卡、变频器等），它们一般通过串行口和上位机交换数据；其他Windows应用程序，它们之间一般通过DDE交换数据；外部设备还包括网络上的其他计算机。
鳃躋峽祷紉诵帮废掃減。
只有在定义了外部设备之后，组态王6.5才能通过I/O变量和它们交换数据。
为方便定义外部设备，组态王设计了“设备配置向导”引导用户一步步完成设备的连接。
该课题设计中使用西门子S7-200PLC和组态王6.5进行通信。
S7-200PLC可以通过PLC为组态王提供数据。
假设西门子S7-200PLC连接在计算机的COM1口。
定义I/O设备的具体步骤如下：
继续上面的工程。
选择工程浏览器左侧大纲项“设备\COM1”，在工程浏览器右侧用鼠标左键双击“新建”图标，运行“设备配置向导”。
在弹出图框中选择“西门子PLC”的“S7-200系列”的“PPI”项，单击“下一步”，弹出“设备配置向导”，为外部设备取一个名称，输入新IO设备，单击“下一步”，弹出“设备配置向导”，为设备选择连接串口，假设为COM1，单击“下一步”，弹出“设备配置向导”，填写设备地址，假设为2，单击“下一步”，弹出“设备配置向导”。
在弹出图框中设置通信故障恢复参数（一般情况下使用系统默认设置即可），单击“下一步”，弹出“设备配置向导”，请检查各项设置是否正确，确认无误后，单击“完成”。
设备定义完成后，可以在工程浏览器的右侧看到新建的外部设备“新IO设备”。
在定义数据库变量时，只要把IO变量连结到这台设备上，它就可以和组态王6.5交换数据了。
稟虛嬪赈维哜妝扩踴粜。
4.2.2构造数据库
在工程浏览器中左边的目录树中选择“数据词典”项，右侧的内容显示区会显示当前工程中所定义的变量的对话框，接着输入要定义的变量。
双击“新建”图标，弹出“定义变量”属性对话框如图4-1：
陽簍埡鲑罷規呜旧岿錟。
图4-2定义变量
构造数据库具体步骤如下：
继续上面的工程,选择工程浏览器左侧大纲项“数据库/数据词典”，在工程浏览器右侧用鼠标左键双击“新建”图标，弹出“变量属性”对话框。
此对话框可以对数据变量完成定义、修改等操作，以及数据库的管理工作，详细变量操作请参见组态王6.5使用手册正式版“变量定义和管理”。
这一章在“变量名”处输入变量名，；在“变量类型”处选择变量类型,如：
I/O离散，在“连接设备”中选择先前定义好的IO设备；分别咱“寄存器”和“数据类型”中进行定义；其它属性目前不用更改，单击“确定”即可。
如图4-3为我已经定义好的数据库。
沩氣嘮戇苌鑿鑿槠谔應。
图4-3数据库
4.2.3创建组态画面
图4-4新建画面对话框
在新建画面对话框（图4-4）画面名称输入画面名，选择背景颜色，还有画面的位置，然后点击“确定”，完成画面创建。
钡嵐縣緱虜荣产涛團蔺。
4.2.4利用绘图工具箱绘制出所要建立的监控画面
图4-5仓库实时监控画面
图4-6监控站数据库画面
4.2.5连接变量
图4-7连接变量
4.2.6工程加密
点击工具栏/工程加密，设置密码，再次打开工程就要输入正确密码，防止非管理人员篡改工程数据，造成不必要麻烦。
打开工程时，在弹出来的密码对话框（图4-8）输入正确密码才能打开工程文件。
懨俠劑鈍触乐鹇烬觶騮。
图4-8密码输入对话框
第5章.软硬件调试
5.1PLC程序
升级会员 