PLC仓储系统的设计.docx

1、PLC仓储系统的设计湖南铁道职业技术学院学生毕业设计（论文）2013 届毕业生论文说明书课题名称：柔性制造教学实训系统自动化立体仓库 设计与实现学生姓名：XXX系 别：电气工程系湖南铁道职业技术学院学生毕业（论文）目录摘要 .3ABSTRACT.4第一章绪论 .51.1 本文研究的目的和意义 .51.2 自动化立体仓库的历史及国内外现状 .51.3 采用 PLC 控制立体仓库的优越性 .6第二章 自动化立体仓库系统的总体设计.62.1 本课题设计的内容 .62.2 系统的总体方案 .7第三章 立体仓库的硬件设计 .93.1 系统结构 .93.2 传感与检测系统的设计 .103.3 S7200

2、系列 PLC 与通信系统的连接 .123.4 自动化立体仓库通信系统 .133.5 堆垛机开环控制系统 .143.6 立体仓库 PLC 控制系统的设计 .17第四章PLC 的软件设计 .214.1 PLC 的软件及程序设计 .21第五章 基于组态软件仓储监控管理系统的设计 .365.1 工程组态软件 MGCS 的简介 .365.2 组态软件的模型的设计 .36结 束 语 .37致谢 .38参考文献 .392湖南铁道职业技术学院学生毕业（论文）摘要自动化立体仓库集存储、搬运、输送、分发一体，作为工业物流与计算机 集成制造系统(CIMS)的一部分，代表了当今物流发展的趋势。为了对自动化立 体仓库进

3、行更加有效的管理，提高整体作业效率，要求对控制系统进行优化设 计，对货位进行优化分配，以减少货物搬运和存储的成本，降低在存储及搬运 过程中所损耗的时间，从而降低物流成本，提高收益。本文构建了一个实验室规模的自动化立体仓库系统，系统是由管理层、监 控层和执行层组成的二级系统。在管理系统中，根据自动化立体仓库中存放货品的特点，提出了采用分类 随机存储和定位存储相结合的货品存储策略。按照货品出入库频度进行货位存储区域划分，提高了货位和存储区域的利用率。同时针对因同类货品集中 进行出入库操作而导致巷道阻塞的问题，在进行货位分配设计时采用一种均匀分 配算法，结合电子标签技术，实现了货位的自动均匀分配勺就

4、近出入库，并 运用此均匀分配算法实现了批量出入库作业和单件出入库作业。执行系统由传送带 、机械手、堆垛机三个部分组成。研究了整个控制系统 的组成结构与控制原理，进行了总休功能设计重点设计了 PLC 控制的程序模块， 实现了各个单元的单动控制与联动的顺序控制。同时通过 PROFIBUSDP 现场总 线网实现三台 PLC 的连接以及与监控系统的通信，接收出入库指令，完成相应 的出入库操作。为了确保二级系统之间的协调运行，管理层与监控层的通信实现也是很重 要的。采用 OPC 技术实现了两者的通信，重点研究了组态软件 WinCC 中的通信 设计以及全局脚本的编写。本系统经过调试与设备的运行，各部分功能

5、正常;系统=级分层之间实现了 相应的通信，灵活的货品存储策略与货位的自动均匀分配克服了传统立体仓库 的许多不足，提高了仓库货位利用率和出入库效率，达到了预期的效果，不仅 保持了系统的灵活性与可靠性，而且提高了整个仓储系统的自动化水平与工作 效率。3AbstractAutomated warehouse storage, handling, transport, set distributed one, as the logistics industry and computer integrated manufacturing system ( CIMS ) part, represents

6、the contemporary logistics development trend. In order to automatic stereo warehouse for more effective management, improve the overall operation efficiency, requirements of the control system for optimization design of space,reduce the storage and transport process in the loss of time, thereby redu

7、cing the logistics cost, increase profit.In the management system, according to the automatic stereo warehouse storage of goods characteristics, puts forward the classification and localization of random storage combined goods storage strategy. According to the storage of goods for storage memory fr

8、equencyExecutive system consists of inlet / delivery roller, mechanical hand, stacking machine is composed of three parts. Study on the composition of control system structure and control principle, the overall functional design focus of the design of PLC control program module, to achieve the vario

9、us unit single pneumatic control and linkage sequence control. At the same time through the PROFIBUS - DP field bus network of three PLC connection and monitoring system of communication, receiving storage instructions, complete the corresponding warehousing operation.In order to ensure that the two

10、 level system of coordination between the operation, management and monitoring level communication is very important.The system debugging and operation of the equipment, the function of each part of the normal; system level hierarchical achieved between corresponding communication, flexible goods st

11、orage strategies and their automatic uniform distribution overcomes many of the shortcomings of stereoscopic warehouse, warehouse space utilization rate and improve the storage efficiency, has achieved the anticipated effect, not only to maintain the systems flexibility and reliability, but also imp

12、rove the whole storage system automation level and work efficiency.湖南铁道职业技术学院学生毕业（论文）关键字：自动化立体仓 PLCoptimized distribution, to reduce the cargo handling and storage cost,4湖南铁道职业技术学院学生毕业（论文）Key words : automatic stereo warehouse. PLC第一章绪论1.1 本文研究的目的和意义传统条件下的库房管理作业，主要依据人工装卸，特别是对于一些大型物 资，不仅工作效率低，浪费大量的人力

13、、物力，存在较大的安全隐患，同时还 占据大量的库房面积。立体库的投入使用，彻底解决了这一难题。自动化立体仓库可以产生巨大的社会效益和经济效益。它通过高层货架存 储，使存储区大幅度地向高空发展，提高空间利用率；自动化立体仓库采用层 积式存放，结合计算机管理，可以很容易实现先入先出，防止货物的自然老化、 变质和损坏；通过自动存取系统（AS/RS），加快了运行和处理速度，提高了劳 动生产率，降低操作人员的劳动强度；采用自动化技术后，还能较好地适应黑 暗、低温、污染、有毒和易爆等特殊场合的物品存储需要；计算机控制能够始 终准确无误地对各种信息进行存储和管理，减少了货物处理和信息处理过程中 的差错；同时

14、借助于计算机管理还能有效地利用仓库存储能力，便于清点和盘 库，合理减少库存，加快资金周转，节约流动资金，从而提高仓库的管理水平。自动化仓库的信息系统可以与企业的生产信息系统集成，实现企业信息管 理的自动化。同时，由于使用自动化仓库，促进企业的科学管理，减少了浪费， 保证均衡生产，也提高了操作人员素质和管理人员的水平。1.2 自动化立体仓库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。我国 在 自 动化立体仓库的研究和应用方面起步较早。1963 年，北京起重 运输机研究所设计了第一台 1.25t 桥式堆垛机，并由大连起重机厂完成试制。 1974 年，郑州纺织机械厂

15、建成了我国第一座立体仓库，这座仓库是利用原有锯 齿形厂房改建而成的，用于存放模具。1977 年，北京起重运输机研究所等单位 研究制造出北京汽车制造厂自动化仓库，这座自动化仓库属于整体式结构，采5湖南铁道职业技术学院学生毕业（论文）用计算机进行控制和数据处理。从此以后，自动化立体仓库在我国得到迅速发 展。我国目前己经建成数百座各种类型的自动化仓库，多数是中小型自动仓库。 目前，自 动化立体仓库在发达国家己相当普遍，日本是自动化仓库发展最快、 建造数量最多的国家。此外，美国、德国、瑞士、意大利、英国和法国等国家 也建造了许多自动化仓库。发展至今，自动化仓库在设计、制造、自动化控 制和计算机管理方面

16、的技术也日趋成熟。近些年我国自动化仓库技术发展很快， 与其它信息决策系统的集成，并正在做智能控制和模糊控制的研究工作。尽管 如此，至今在我国已建成的集成化仓储系统还不多，我国的自动化立体仓库与 国外发达国家相比，无论是从数量上还是从建设水平上都有着比较大的差距.由 于自动化立体仓库在当今物流和制造业中的广泛应用、计算机技术和网络技术 的推波助澜，使得立体仓库的发展十分迅速，其发展趋势主要有：1 仓储作业管理自动化水平逐步提高。随着生产的进一步发展，对物流的 要求将更加严格。具体来说，就是在要求的时间内、在准确的地点、按准确的顺序与方法、提供准确的品种和数量的货物。2. 智能技术将会获得应用。人

17、工智能技术的发展，推动了自动化技术向其 高级阶段一智能化方向发展，已经在仓库的设计、搬运系统的控制和储运设备的选用等方面应用了专家系统。3. 仓库作业向柔性化发展。随着柔性化的普及，自动化仓库的储运作业也 将向柔性化发展。国外已经开始出现一批可拆卸的或移动式的仓库结构。1.3 采用 PLC 控制立体仓库的优越性1、低成本利用电力线上网，最大的优点就是成本低。由于利用电力线上网，直接使用现有电力网就可以实现通信，而不需要另外铺设电话线、光缆线 等，大大地减少了在基础网络上的投资。2、范围广无所不在的电力网络也是这种技术的优势。电力线是最基础的网络，它的规模之大，是其它任何网络无法比拟的。因为家家

18、都有电力线，由 此，运营商就可以轻松地把这种网络接入服务渗透到每一个家庭。因此，这一 技术一旦进入商业化阶段，将会促进电信市场的变革，并给互联网普及带来极 大的发展空间。63、高速湖南铁道职业技术学院学生毕业（论文）利用电力线上网能够提供高速传输。德国最大的电力设备生产商RWE 承诺，运用他们的电力线上网技术，其速度要比 ISDN 拨号上网快 30 多倍， 比 ADSL 更快！足以支持现在网络上各种应用。更高速率的 PLC 产品正在研制之 中。4、便捷不管在家里的哪个角落，只要连接到房间内的任何电源插座上，就可立即拥有 PLC 带来的高速网络享受！5、永远在线 于接入网络。6、结构灵活PLC

19、属于“即插即用”不用繁琐的拨号过程，接入电源就等通过 PLC 技术实现 Internet 接入，可以灵活扩展接入端口数量，使资源保持较高的利用率。目前还未有效解决电力线信号通过变压器的 技术，因此，电力线通信设备都是集中在 220V 线路变压器的用户端。7、家庭数字化PLC 技术能够通过电力线将整个家庭的电器与网络联为一体，在室内的设备之间构筑起可自由交换信息的局域网，使人们能够通过网络 来控制自己家里的电器设备。第二章 自动化立体仓库系统的总体设计2.1 本课题设计的内容本文研究的主要内容包括三个部分：基于电子标签技术的仓储物流管理系 统：基于西门子 S7 一 200PLC 的下位执行机构自

20、动控制系统的实现以及 PLC 程 序的编制：管理层、监控层、控制层三层之间的通信实现。在管理系统中，研究内容涉及到：自动化立体仓库的出入库方式、存储策 略及货位分配原则：根据自动化立体仓库中存放货品的特点，提出了采用分类 随机存储和定位存储相结合的货品存储策略。结合电子标签技术，根据货品出 入库频度划分货品的大致存储区域：在此基础上，使用货位自动均匀分配算法 实现货位的均匀分配与货品的就近出入库;最后根据此算法实现了批量出入库作 业和单件出入库作业。在执行系统中，研究内容涉及到：构建一个实验室规模的自动化立体仓库 系统;分析整个控制系统的构成以及电气控制原理，进而对下位执行系统进行总 体功能设

21、计，并对各单元 PLC 的控制功能模块进行了分析;最后迸行 PLC 程序的 编写，局部调通之后再将三个部分整合在一起进行调试，实现三个单元的顺序 控制。在管理层 、监控层、控制层的网络结构与通信实现中主要研究 OPC 通讯实 现过程中，组态软件 WinCC 中的相应设置：监控层与控制层的基于现场总线7湖南铁道职业技术学院学生毕业（论文）PROFIBUS 的具体组网通讯实现以及 WinCC 中全局脚本的编写，最终实现管控一 体化。2.2 系统的总体方案在立体仓库控制系统的设计过程中主要考虑以下几点：1.深入了解和分析立体仓库的工艺条件和控制要求确定 I/O 设备。根据立体仓库控制系统的功能要求，

22、确定系统所需的用户 输入、输出设备。根据 I/O 点数选择合适的 PLC 类型。分配 I/O 点，分配 PLC 的输入输出点，编制出输入输出分配表或者输入输 出端子的接线图。设计立体仓库系统的梯形图，根据工作要求设计出周密完整的梯形图程序， 这是整个立体仓库系统设计的核心工作。将程序输入 PLC 进行软件测试，查找错误，使系统程序更加完善。立体仓库整体调试，在 PLC 软硬件设计和现场施工完成后，就可以进行整 个系统的联机调试，调试中发现的问题要逐一排除，直至调试成功。以下是设计步骤框图：8确定课题研究课内容确定方案查找资料设计电气原理图根据控制要求确定硬件配置系统结构的根据要求编写程序设计调

23、试程序记录运行结果并分析总结湖南铁道职业技术学院学生毕业（论文）错误图 21立体仓库控制系统设计步骤9湖南铁道职业技术学院学生毕业（论文）第三章 立体仓库的硬件设计3.1 系统结构本文设定仓库类型为单元货格式自动化立体仓库;仓库规模设定为 4 巷道 3 排 4 列 3 层共计 12 个货位:仓库中相关设备主要有巷道式堆垛机、出入库台(位 于货架同侧)、传送带输送系统等设备，以上设备均通过 S7200PLC 进行控制;工 作方式为单元出入库作业和拣选出入库作业。同时设定管理级与监控级位于同 一台计算机上，此不需要进行远程访问，现场 PC 一 PLC 之间通信距离较短时， 采用简单的 PC 用 P

24、I 电缆来进行点对点的连结，PLC 采用现场总线 PROFIBUS 一 DP 网组成网络，实现数据交换与实时控制。图 3-1存储单元示意图在现如今传统的立体仓库在控制方式上主要有联机自动控制（即上位机控制） 、自动控制（即本机自动）、半自动控制及手动控制四种。本设计中自动化立体仓库主要采用手动控制方式，此方法是由控制按钮和10湖南铁道职业技术学院学生毕业（论文）限位开关控制堆垛机、升降台、传送带运行至指定库位，执行预定任务,通过手 动控制按钮可以方便的查询库位是否已存货物,大大的节省了立体仓库的成本, 手动控制立体仓库适用于小型的自动化立体仓库,适于发展型地区广泛使用实验平台上的控制对象可分为

25、三个控制区域，即传送带、机械手及对堆垛 机的控制。三个部分的自动控制采用的可编程控制器均为西门子 57 一 20 系列 PLC。三个部分可独立作为一个课题来进行实验开发研究，也可以将三个部分综 合起来作为一个完整控制系统进行实验开发。1.传送带输送机控制本系统中共有二条传送带，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。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

26、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. 堆垛机的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。在实验台 的按钮板上有一些转换开关

27、和按钮，用于手动控制操作。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。3.2 传感与检测系统的设计什么叫传感器？从广义上讲，传感器就是能感知外界信息并能按一定规律将 这些信息转换成可用信号的装置；简单说传感器是将外界信号转换为电信号的 装置。所以它由敏感元器件（感知元件）和转换器件两部分组成，有的半导体 敏感元器件可以直接输出电信号，本身就构成传感器。敏感元器件品种繁多， 就其感知外界信息的原理来讲，可分为物理类，基于力、热、光、电、磁和 声等物理效应。化学类，基于化学反应的原理。生物类，基于酶、抗体、 和激素等分子识别功能。通常据其基本感知功能可分为热敏元件、光敏元件

28、、 气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色 敏元件和味敏元件等十大类（还有人曾将传感器分 46 类）。下面对常用的光电 传感器及电感传感器介绍如下。a.光电传感器11湖南铁道职业技术学院学生毕业（论文）图 3-2光电传感器在探测物体挡在发射器与接收器之间是接受其不能接受到足够的光线时输出 信号b.电感传感器接线图图 3-3电感传感器接线图1.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12湖南铁道职业技术学院学生毕业（论文）3.传感器与 PLC 的连接将气缸移动到相应磁性传感器位置，观察 PLC 相应输入点的指示灯以及传感 器自身的指示灯将相应机械行程开关按下，观察 PLC 相应输入点的指示灯；用 手、弓箭活其他物体放在传感器检测为止，观察 PLC 相应输入点的指示灯以及 传感器自身的指示灯。图 3-4传感器与 PLC 的接线3.3 S7200 系列 PLC 与通信系统的连接本自动化立体仓库模型整个整个下位控制系统三大组成部分：辊道、机械 手、堆垛