(邊江)智能立體倉(cāng)庫(kù)物品定位的PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)

1、沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文摘 要 可編程控制器（簡(jiǎn)稱PLC或PC）是一種新型的具有極高可靠性的通用工業(yè)自動(dòng)化控制裝置。它具有控制能力強(qiáng)、可靠性高、配置靈活、編程簡(jiǎn)單、使用方便、易于擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)。目前，可編程控制器成為工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中最重要、應(yīng)用最多的控制裝置，居工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化三大支柱（可編程控制器、機(jī)器人、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造）的首位。其應(yīng)用的深度和廣度成為衡量一個(gè)國(guó)家工業(yè)自動(dòng)化程度高低的標(biāo)志。應(yīng)用PLC成為世界的潮流，PLC將在我國(guó)得到更全面的推廣應(yīng)用。 企業(yè)現(xiàn)代化生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大和深化，使得倉(cāng)庫(kù)成為生產(chǎn)物流系統(tǒng)中的一個(gè)重要且不可缺少的環(huán)節(jié)。立體倉(cāng)庫(kù)正以它最小的占地面積和最佳的空間利用率，逐步

2、替代面積利用率極低且陳舊落后的平面?zhèn)}庫(kù)，這種替代促使倉(cāng)儲(chǔ)物流業(yè)的水平提高。為滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)與流通的需要，就必須采用以計(jì)算機(jī)控制技術(shù)為主要手段組成的自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)。自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)為現(xiàn)代物流系統(tǒng)的主要設(shè)備，是一種多層存放貨物的高層倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)。也是CIMS的集成環(huán)節(jié)之一，在FMS和FAS中占有非常重要的地位。關(guān)鍵詞：可編程控制器；立體倉(cāng)庫(kù)；控制系統(tǒng)Abstract Programmable Logic Controller (PLC) is a modern control equipment of industrial automation which has highly reliabil

3、ity .It has a lot of merits .Such as strong holding capacity、highly reliability、assignment flexibility、compiling program easily、used expediently and expansion easily .At present ，PLC becomes the most important in industrialization realm and the most application control device .It is the first place

4、in the three supports of the industrial automated production (PLC、Industrial robot 、Computer-aided design and manufacture ). It is trend of the times of the world to use PLC and PLC will be used speedily overall in our country.With the produce scale of modernization business is more and more expande

5、r and deeper , warehouse is more important and indispensable in producing procedure system .Stereoscopic warehouse which takes smallest are and the best utilization ratio in space instead of plane warehouse .this can improve the level of the warehouse procedure .It needs to use Solid Automated Wareh

6、ouse (SAW) which is made of computer control technology to be full of modernization produce and circulate .SAW is the main equipment in the modern circulate system and not only one of CIMS integrated link but also strong status in FMS and FAS .Key words: Programmable Logic Controller; Stereoscopic w

7、arehouse; The control system目 錄1 引 言12 PLC的簡(jiǎn)介22.1 可編程控制器發(fā)展史22.2PLC的構(gòu)成32.2.1CPU模塊32.2.2I/O模塊42.2.3 電源模塊42.3可編程控制器實(shí)現(xiàn)控制的要點(diǎn)42.4西門子S7-200介紹52.5CPU 226簡(jiǎn)介62.6編程軟件82.6.1 基本功能82.6.2 三種編程器的特點(diǎn)83 定位自動(dòng)控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)103.1功能分析103.2定位自動(dòng)控制系統(tǒng)PLC選型和資源配置113.2.1PLC選型113.2.2 PLC的I/O資源配置133.2.3 其他資源配置143.3 控制系統(tǒng)的主要功能153.3.1 工作方式

8、選擇153.3.2 變頻調(diào)速系統(tǒng)控制163.3.3 貨叉伸縮控制183.4 控制原理分析183.5 模型的自動(dòng)尋址204 控制系統(tǒng)PLC程序設(shè)計(jì)流程214.1 程序設(shè)計(jì)思路214.2 程序流程圖215 智能立體倉(cāng)庫(kù)物品定位自動(dòng)控制系統(tǒng)的PLC程序說(shuō)明235.1程序初始化235.2列向自動(dòng)運(yùn)行245.3手動(dòng)控制265.4自動(dòng)控制285.5自動(dòng)控制機(jī)械手臂伸縮運(yùn)動(dòng)305.6自動(dòng)控制存取物品33結(jié) 論37致 謝38參考文獻(xiàn)39附 錄A 英文原文40附 錄B 中英文對(duì)照44附 錄C 源程序47附 錄D 梯形圖56601 引 言立體倉(cāng)庫(kù)是物流系統(tǒng)的集散地，實(shí)現(xiàn)了倉(cāng)庫(kù)功能人單純保管型向綜合流通型的轉(zhuǎn)變。它

9、以高層立體貨倉(cāng)為主體，以自動(dòng)化搬運(yùn)工具為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為主要手段的高效大容量現(xiàn)代化儲(chǔ)運(yùn)設(shè)備。自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)廣泛應(yīng)用于大型倉(cāng)庫(kù)，能按照編制的入庫(kù)單，出庫(kù)單自動(dòng)地把物件從入口處搬運(yùn)到目的貨位或從指定貨位把物件搬運(yùn)到出口處。完成這一搬運(yùn)任務(wù)的堆垛機(jī)是該系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，它在高層固定貨架巷道中運(yùn)行。自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)采用PLC 控制、變頻調(diào)速、光電檢測(cè)定位、步進(jìn)驅(qū)動(dòng)控制及計(jì)算機(jī)管理等一系列自動(dòng)控制技術(shù)。PLC集中控制系統(tǒng)，是當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的一種堆垛機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)。它以PLC為中心，通過(guò)通信接口，接收來(lái)自上位機(jī)的任務(wù)信息，采集設(shè)備傳感系統(tǒng)的各種信息，通過(guò)PLC的控制軟件，控制PLC的輸出，控制設(shè)備的各向

10、運(yùn)動(dòng)，對(duì)貨物進(jìn)行存、取作業(yè)，實(shí)現(xiàn)貨物的流轉(zhuǎn)與存儲(chǔ)。同時(shí)通過(guò)通信接口，向上位機(jī)發(fā)送設(shè)備的實(shí)時(shí)狀態(tài)信息，以實(shí)現(xiàn)倉(cāng)庫(kù)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)所有設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控功能。2 PLC的簡(jiǎn)介2.1 可編程控制器發(fā)展史在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，大量的開(kāi)關(guān)量順序控制是按照邏輯條件進(jìn)行順序動(dòng)作，并按照邏輯關(guān)系進(jìn)行連鎖保護(hù)動(dòng)作的控制。傳統(tǒng)上，這些功能是通過(guò)氣動(dòng)或電氣控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。1968年美國(guó)GM（通用汽車）公司提出取代繼電器控制裝置的要求。第二年，美國(guó)數(shù)字公司研制出了基于集成電路和電子技術(shù)的控制裝置，首次采用程序化的手段應(yīng)用于電氣控制，這就是第一代可編程序控制器。個(gè)人計(jì)算機(jī)發(fā)展起來(lái)后，為了方便，也為了反映可編程序控

11、制器的功能特點(diǎn)，可編程序控制器定名為Programmable Logic Controller?，F(xiàn)在，仍常常將PLC簡(jiǎn)稱PC8。追溯到20世紀(jì)的六十年代末，認(rèn)識(shí)一下可編程控制器的發(fā)展史。在可編程控制器出現(xiàn)以前，繼電器控制在工業(yè)控制領(lǐng)域占主導(dǎo)地位，由此構(gòu)成的控制系統(tǒng)都是按預(yù)先設(shè)定好的時(shí)間或條件順序地工作，若要改變控制的順序就必須改變控制系統(tǒng)的硬件接線，因此，其通用性和靈活性較差。20世紀(jì)的六十年代，計(jì)算機(jī)技術(shù)開(kāi)始應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域，由于價(jià)格高、輸入輸出電路不匹配、編程難度大以及難于適應(yīng)惡劣工業(yè)環(huán)境等原因，未能在工業(yè)控制領(lǐng)域獲得推廣。1968 年，美國(guó)最大的汽車制造商通用汽車公司 (GM) 為了適

12、應(yīng)生產(chǎn)工藝不斷更新的需要，要求尋找一種比繼電器更可靠，功能更齊全，響應(yīng)速度更快的新型工業(yè)控制器，并從用戶角度提出了新一代控制器應(yīng)具備的十大條件，立即引起了開(kāi)發(fā)熱潮。主要內(nèi)容是： (1)編程方便，可現(xiàn)場(chǎng)修改程序。 (2)維修方便，采用插件式結(jié)構(gòu)。(3)可靠性高于繼電器控制裝置。 (4)體積小于繼電器控制盤。(5)數(shù)據(jù)可直接送入管理計(jì)算機(jī)。 (6)成本可與繼電器控制盤競(jìng)爭(zhēng)。 (7)輸入可為市電。(8)輸出可為市電，容量要求在 2A 以上，可直接驅(qū)動(dòng)接觸器。(9)擴(kuò)展時(shí)原系統(tǒng)改變最少。 (10)用戶存儲(chǔ)器大于4KB。 這些條件實(shí)際上提出將繼電器控制的簡(jiǎn)單易懂、使用方便、價(jià)格低的優(yōu)點(diǎn)與計(jì)算機(jī)的功能完善

13、、靈活性、通用性好的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，將繼電接觸器控制的硬接線邏輯轉(zhuǎn)變?yōu)橛?jì)算機(jī)的軟件邏輯編程的設(shè)想。1969年，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（DEC公司）研制出了第一臺(tái)可編程控制器PDP14，在美國(guó)通用汽車公司的生產(chǎn)線上試用成功，并取得了滿意的效果，可編程控制器自此誕生2。 可編程控制器自問(wèn)世以來(lái)，發(fā)展極為迅速。1971年，日本開(kāi)始生產(chǎn)可編程控制器。1973年，歐洲開(kāi)始生產(chǎn)可編程控制器。到現(xiàn)在，世界各國(guó)的一些著名的電氣工廠幾乎都在生產(chǎn)可編程控制器裝置?？删幊炭刂破饕炎鳛橐粋€(gè)獨(dú)立的工業(yè)設(shè)備被列入生產(chǎn)中，成為當(dāng)代電控裝置的主導(dǎo)。上世紀(jì)80年代至90年代中期，是PLC發(fā)展最快的時(shí)期，年增長(zhǎng)率一直保持為30%-40%

14、。在這時(shí)期，PLC在處理模擬量能力、數(shù)字運(yùn)算能力、人機(jī)接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高，PLC逐漸進(jìn)入過(guò)程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過(guò)程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)。PLC具有通用性強(qiáng)、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。PLC在工業(yè)自動(dòng)化控制特別是順序控制中的地位，在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，是無(wú)法取代的。2.2 PLC的構(gòu)成從結(jié)構(gòu)上分，PLC分為固定式和組合式兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個(gè)不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機(jī)架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。2.2.1

15、 CPU模塊CPU是PLC的核心，起神經(jīng)中樞的作用。每套PLC至少有一個(gè)CPU，它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場(chǎng)輸入裝置送來(lái)的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存如規(guī)定的寄存器中。同時(shí)，診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過(guò)程中的語(yǔ)法錯(cuò)誤等。進(jìn)入運(yùn)行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)，去指揮有關(guān)的控制電路。CPU主要由運(yùn)算器、控制器、寄存器及實(shí)現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成，CPU單元還包括外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。內(nèi)存主要用于存儲(chǔ)程序及數(shù)據(jù)，是PLC不可缺少的組成單元2.2.2 I/O模塊PLC與電氣回

16、路的接口，是通過(guò)輸入輸出部分（I/O）完成的。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號(hào)狀態(tài)，輸出點(diǎn)反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)進(jìn)入PLC系統(tǒng)，輸出模塊相反。I/O分為開(kāi)關(guān)量輸入，開(kāi)關(guān)量輸出，模擬量輸入，模擬量輸出等模塊。開(kāi)關(guān)量是指只有開(kāi)和關(guān)（或1和0）兩種狀態(tài)的信號(hào)，模擬量是指連續(xù)變化的量。常用的I/O分類如下： (1)開(kāi)關(guān)量：按電壓水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。(2)模擬量：按信號(hào)類型分，有電流型（4-20mA，0-20mA）、電壓型（0-10V，0-5V，-10-10V）等，按精度分，有1

17、2bit，14bit，16bit等。除了上述通用I/O外，還有特殊I/O模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。按I/O點(diǎn)數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，I/O模塊可多可少，但其最大數(shù)受CPU所能管理的基本配置的能力限制。2.2.3 電源模塊PLC電源用于為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時(shí)，有的還為輸入電路提供24V的工作電源。電源輸入類型有：交流電源（220VAC或110VAC），直流電源（常用的為24VDC）。2.3 可編程控制器實(shí)現(xiàn)控制的要點(diǎn)入出信息變換、可靠物理實(shí)現(xiàn)，可以說(shuō)是PLC實(shí)現(xiàn)控制的兩個(gè)基本要點(diǎn)。入出信息變換依靠運(yùn)行存儲(chǔ)于PLC內(nèi)存中的程序?qū)崿F(xiàn)。PLC程序既有生產(chǎn)廠家的系統(tǒng)程序(不可

18、更改)，又有用戶自行開(kāi)發(fā)的應(yīng)用（用戶）程序。系統(tǒng)程序提供運(yùn)行平臺(tái)，同時(shí)，還為PLC程序可靠運(yùn)行及信號(hào)與信息轉(zhuǎn)換進(jìn)行必要的公共處理。用戶程序由用戶按控制要求設(shè)計(jì)。什么樣的控制要求，就應(yīng)有什么樣的用戶程序。可靠物理實(shí)現(xiàn)主要靠輸人（INPUT）及輸出（OUTPUT）電路。PLC的I/O電路，都是專門設(shè)計(jì)的。輸入電路要對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行濾波，以去掉高頻干擾。而且與內(nèi)部計(jì)算機(jī)電路在電上是隔離的，靠光耦元件建立聯(lián)系。輸出電路內(nèi)外也是電隔離的，靠光耦元件或輸出繼電器建立聯(lián)系。輸出電路還要進(jìn)行功率放大，以足以帶動(dòng)一般的工業(yè)控制元器件，如電磁閥、接觸器等等10。I/O電路是很多的，每一輸入點(diǎn)或輸出點(diǎn)都要有一個(gè)I/O

19、電路。PLC有多少個(gè)I/O用點(diǎn)，一般也就有多少個(gè)I/O用電路。但由于它們都是由高度集成化的電路組成的，所以，所占體積并不大。輸入電路時(shí)刻監(jiān)視著輸入狀況，并將其暫存于輸入暫存器中。每一個(gè)輸入點(diǎn)都有一個(gè)對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)其信息的暫存器。輸出電路要把輸出鎖存器的信息傳送給輸出點(diǎn)。輸出鎖存器與輸出點(diǎn)也是一一對(duì)應(yīng)的。這里的輸入暫存器及輸出鎖存器實(shí)際就是PLC處理器I/O口的寄存器。它們與計(jì)算機(jī)內(nèi)存交換信息通過(guò)計(jì)算機(jī)總線，并主要由運(yùn)行系統(tǒng)程序?qū)崿F(xiàn)。把輸人暫存器的信息讀到PLC的內(nèi)存中，稱輸入刷新。PLC內(nèi)存有專門開(kāi)辟的存放輸入信息的映射區(qū)。這個(gè)區(qū)的每一對(duì)應(yīng)位（bit）稱之為輸入繼電器，或稱軟接點(diǎn)。這些位置成1，表

20、示接點(diǎn)通，置成0為接點(diǎn)斷。由于它的狀態(tài)是由輸入刷新得到的，所以，它反映的就是輸入狀態(tài)。輸出鎖存器與PLC內(nèi)存中的輸出映射區(qū)也是對(duì)應(yīng)的。一個(gè)輸出鎖存器也有一個(gè)內(nèi)存位（bit）與其對(duì)應(yīng)，這個(gè)位稱為輸出繼電器，或稱輸出線圈?？窟\(yùn)行系統(tǒng)程序，輸出繼電器的狀態(tài)映射到輸出鎖存器。這個(gè)映射也稱輸出刷新。輸出刷新主要也是靠運(yùn)行系統(tǒng)程序?qū)崿F(xiàn)的。這樣，用戶所要編的程序只是內(nèi)存中輸入映射區(qū)到輸出映射區(qū)的變換，特別是怎么按輸入的時(shí)序變換成輸出的時(shí)序。這是一個(gè)數(shù)據(jù)及邏輯處理問(wèn)題。由于PLC有強(qiáng)大的指令系統(tǒng)，編寫(xiě)出滿足這個(gè)要求的程序是完全可能的，而且也是較為容易的。2.4 西門子S7-200介紹可編程序控制器（PLC）是

21、以微處理器為基礎(chǔ)的工業(yè)控制裝置，其中S7-200是小型可編程序控制器，可以應(yīng)用于各種小型自動(dòng)化系統(tǒng)，具有緊湊的設(shè)計(jì)，高速的處理能力，界面友好的編程軟件，良好的擴(kuò)展性，安全可靠的通訊，強(qiáng)大的指令集等優(yōu)點(diǎn)?？删幊绦蚩刂破魇且环N新型的工業(yè)自動(dòng)化控制裝置，在今后的工業(yè)控制領(lǐng)域中它必將迅速發(fā)展并成為主統(tǒng)。SIMATIC S7-200系列PLC可以滿足各行各業(yè)，各種場(chǎng)合中的檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及控制的自動(dòng)化控制需要。S7-200系列的強(qiáng)大功能使其無(wú)論在獨(dú)立運(yùn)行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能。因此S7-200系列具有極高的性能價(jià)格比。S7-200系列出色表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：(1) 極高的可靠性 (2) 極豐富的

22、指令集 (3) 易于掌握 (4) 便捷的操作 (5) 豐富的內(nèi)置集成功能 (6) 實(shí)時(shí)特性 (7) 強(qiáng)勁的通訊能力 (8) 豐富的擴(kuò)展模塊 S7-200系列在集散自動(dòng)化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強(qiáng)大功能。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡(jiǎn)單控制到更復(fù)雜的自動(dòng)化控制。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動(dòng)檢測(cè)，自動(dòng)化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機(jī)床、機(jī)械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護(hù)設(shè)備等等。如：沖壓機(jī)床，磨床，印刷機(jī)械，橡膠化工機(jī)械，中央空調(diào)，電梯控制，運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)11。2.5 CPU 226簡(jiǎn)介CPU 222/224/224XP/226均有6個(gè)高速計(jì)數(shù)器（30KHz），具有CPU221/222相同的功能。可方

23、便地用數(shù)字量和模擬量擴(kuò)展模塊進(jìn)行擴(kuò)展?？墒褂梅抡嫫鳎ㄟx件）對(duì)本機(jī)輸入信號(hào)進(jìn)行仿真，用于調(diào)試用戶程序。本機(jī)集成24輸入/16輸出共40個(gè)數(shù)字量I/O 點(diǎn)。可連接7個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至248路數(shù)字量I/O 點(diǎn)或35路模擬量I/O 點(diǎn)。13K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。6個(gè)獨(dú)立的30kHz高速計(jì)數(shù)器，2路獨(dú)立的20kHz高速脈沖輸出，具有PID控制器。2個(gè)RS485通訊/編程口，具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。I/O端子排可以很容易地整體拆卸。用于較高要求的控制系統(tǒng)，具有更多的輸入/輸出點(diǎn)，更強(qiáng)的模塊擴(kuò)展能力，更快的運(yùn)行速度和功能更強(qiáng)的內(nèi)部集成特殊功能。可完全適應(yīng)于一些復(fù)雜的中小

24、型控制系統(tǒng)12。其端子連接如圖2.1所示。圖2.1 CPU 226 DC/DC/DC端子連接圖2.6 編程軟件STEP 7-Micro/WIN32 V3.2編程軟件可以對(duì)所有的CPU 221/222/224/224XP/226功能進(jìn)行編程。其功能是通過(guò)一個(gè)主程序調(diào)用其他子程序或中斷程序，保證了程序結(jié)構(gòu)的清晰。此外，還可以生產(chǎn)數(shù)據(jù)塊，用語(yǔ)句表(STL)和梯型圖(LAD)編程，進(jìn)行符號(hào)編程；通過(guò)符號(hào)表分配符號(hào)和絕對(duì)地址，并可打印輸出。支持三角函數(shù)，開(kāi)方，對(duì)數(shù)運(yùn)算功能。STEP 7 Micro WIN32是在Windows平臺(tái)上運(yùn)行的SIMATIC S7-200軟件簡(jiǎn)單、易學(xué)，具有擴(kuò)展功能，能夠解決

25、復(fù)雜的自動(dòng)化任務(wù)，西門子STEP7可以快速進(jìn)入，節(jié)省編程時(shí)間。2.6.1 基本功能(1) STEP 7-Micro/WIN是在Windows平臺(tái)上運(yùn)行的SIMATIC S7-200 PLC編程軟件，簡(jiǎn)單、易學(xué)，能夠解決復(fù)雜的自動(dòng)化任務(wù)。 (2) 適用于所有SIMATIC S7-200 PLC機(jī)型軟件編程。 (3) STEP7-MicroWIN V3.2提供三種編輯器來(lái)創(chuàng)建程序：梯形圖（LAD）、語(yǔ)句表（STL）和功能塊圖（FBD）。用任何一種程序編輯器編寫(xiě)的程序，都可以用另外一種程序編輯器來(lái)瀏覽和編輯，但要遵循一些輸入規(guī)則。(4) 具有密碼保護(hù)功能。 (5) STEP 7-Micro/WIN提

26、供軟件工具幫助您調(diào)試和測(cè)試您的程序。這些特征包括：監(jiān)視S7-200正在執(zhí)行的用戶程序狀態(tài)，為S7-200指定運(yùn)行程序的掃描次數(shù)，強(qiáng)制變量值等。 (6) 指令向?qū)Чδ埽篜ID自整定界面；PLC內(nèi)置脈沖串輸出（PTO）和脈寬調(diào)制（PWM）指令向?qū)?；?shù)據(jù)記錄向?qū)?；配方向?qū)?2。2.6.2 三種編程器的特點(diǎn)(1) STL編輯器的特點(diǎn)STL編輯器按照文本語(yǔ)言的形式顯示程序。STL編輯器允許你輸入指令助記符來(lái)創(chuàng)建你的控制程序。語(yǔ)句表也允許你創(chuàng)建用LAD和FBD編輯器無(wú)法創(chuàng)建的程序。這是因?yàn)槟阍谑褂肧7-200的本族語(yǔ)言進(jìn)行編輯，而在圖形編輯器中，為了正確地畫(huà)出圖形，必須遵守一些規(guī)則。(2) LAD編輯器的

27、特點(diǎn)LAD編輯器以圖形方式顯示程序，與電氣接線圖類似。梯形圖程序允許程序方針來(lái)自電源的電流通過(guò)一系列的邏輯輸入條件，決定是否使能邏輯輸出。一個(gè)LAD程序包括左側(cè)提供能流的能量線。閉合的觸點(diǎn)允許能留經(jīng)過(guò)并到達(dá)下一個(gè)元素；打開(kāi)觸點(diǎn)會(huì)阻塞能流。(3) FBD編輯器的特點(diǎn)FBD編輯器以圖形方式顯示程序，由通用邏輯門圖形組成。它沒(méi)有梯形圖編輯器中的觸點(diǎn)和線圈，但有與之等價(jià)的指令，用盒指令表示。S7-200 PLC用LAD編程時(shí)以每個(gè)獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)塊（Network）為單位，所有的網(wǎng)絡(luò)塊組合在一起就是梯形圖程序，這也是S7-200 PLC的特點(diǎn)。S7-200 PLC用STL編程時(shí)，如果也以每個(gè)獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)塊為單

28、位，則STL程序和LAD程序基本上是一一對(duì)應(yīng)的，而且兩者可以通過(guò)編程軟件互相轉(zhuǎn)換13；如果不是每個(gè)獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)塊為單位編程，而是連續(xù)編寫(xiě)，則STL程序和LAD程序不能通過(guò)編程軟件相互轉(zhuǎn)換。3 定位自動(dòng)控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)作為一個(gè)定位控制系統(tǒng)，必須實(shí)現(xiàn)能滿足一般控制系統(tǒng)要求的自動(dòng)、手動(dòng)的控制功能，能根據(jù)使用者發(fā)出的指令做出相應(yīng)的動(dòng)作，能夠根據(jù)實(shí)際的情況進(jìn)行自動(dòng)的校正的目標(biāo)。3.1 功能分析智能立體倉(cāng)庫(kù)有貨架、堆垛機(jī)、自動(dòng)控制裝置等部分組成，有自動(dòng)和手動(dòng)兩種操作方式。立體倉(cāng)庫(kù)中間為巷道，兩側(cè)為雙行貨架，堆垛機(jī)在巷道上，固定的天、地導(dǎo)軌之間運(yùn)行。本系統(tǒng)僅設(shè)置X和Y層的貨架一行，另一行貨架僅為虛擬行，以便安

29、裝和參觀學(xué)習(xí)。堆垛機(jī)由固定在小車上的門式框架、沿門式框架上導(dǎo)軌提升運(yùn)動(dòng)的升降臺(tái)以及在升降臺(tái)上做伸縮運(yùn)動(dòng)的貨叉（機(jī)械手）等三部分組成，堆垛機(jī)設(shè)計(jì)成一個(gè)三自由度系統(tǒng)，貨物放在升降臺(tái)的貨叉上能實(shí)現(xiàn)上下、左右和前后的運(yùn)動(dòng)。水平方向的前后運(yùn)動(dòng)，由小車電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，小車電動(dòng)機(jī)為220W的三相交流異步電動(dòng)機(jī)。堆垛機(jī)垂直方向，由提升電機(jī)驅(qū)動(dòng)升降臺(tái)沿門式框架結(jié)構(gòu)做升降運(yùn)動(dòng)，提升速度小于5m/min，提升電動(dòng)機(jī)功率為220W的錐型轉(zhuǎn)子單相交流異步電動(dòng)機(jī)，具有斷電抱閘制動(dòng)的功能。固定在升降臺(tái)上的機(jī)械手可帶動(dòng)貨物一起做伸縮運(yùn)動(dòng)，伸縮量為左右各300mm，用于貨物的存取操作。速度按機(jī)械手5m/min的速度要求設(shè)定。定

30、位自動(dòng)控制系統(tǒng)工藝流程:根據(jù)設(shè)計(jì)要求將整個(gè)定位控制的全過(guò)程分為多個(gè)階段；小車前進(jìn)到指定貨列架的過(guò)程；將貨物抬升到指定貨架行的過(guò)程；機(jī)械手放置貨物或者取得貨物的過(guò)程；放置或取得貨物之后返回的過(guò)程。在各個(gè)階段，對(duì)象的特征相對(duì)穩(wěn)定，并且小車在前進(jìn)和抬升貨物的過(guò)程控制方面是基本一致的。其取貨過(guò)程見(jiàn)圖3.1圖3.1 取貨流程圖下面對(duì)各個(gè)階段進(jìn)行簡(jiǎn)單地介紹。(1) 小車前進(jìn)過(guò)程：在這個(gè)過(guò)程中，處于自動(dòng)或者手動(dòng)控制狀態(tài)的小車由起始點(diǎn)出發(fā)，經(jīng)過(guò)位置的校對(duì)，到達(dá)預(yù)先指定列值的貨架位置。(2) 抬升貨物過(guò)程：在這個(gè)過(guò)程中，貨物被抬升到預(yù)先指定行值的貨架位置。(3) 存取貨物過(guò)程：在這個(gè)過(guò)程中，通過(guò)控制機(jī)械手臂的運(yùn)

31、動(dòng)，使機(jī)械手到達(dá)預(yù)先指定的位置。然后根據(jù)實(shí)際的需要完成存放或者取得貨物的操作。(4) 返回過(guò)程：在完成指定的操作之后，小車應(yīng)該返回起始位置。3.2 定位自動(dòng)控制系統(tǒng)PLC選型和資源配置根據(jù)實(shí)際的控制點(diǎn)數(shù)和系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)的控制要求，在本課題中選用了西門子公司生產(chǎn)的S7200系列的PLC作為控制系統(tǒng)。按照控制點(diǎn)數(shù)來(lái)計(jì)算，可以選用CPU224這個(gè)型號(hào)的CPU模塊。3.2.1 PLC選型圖3.2所示的就是S7200系列的PLC，由于其具有緊湊的設(shè)計(jì)、良好的擴(kuò)展性、低廉的價(jià)格以及強(qiáng)大的指令系統(tǒng)，使得S7200系列可以近乎完美的滿足小規(guī)模的控制要求。此外，豐富的CPU類型和電壓等級(jí)使其在解決工業(yè)自動(dòng)化問(wèn)題時(shí)

32、，具有很強(qiáng)的適應(yīng)性。圖3.2 西門子公司的S7200系列PLCS7200 CPU 226（擴(kuò)展）系統(tǒng)分別對(duì)小車電機(jī)用變頻器、機(jī)械手電機(jī)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)模塊進(jìn)行自動(dòng)控制，并對(duì)檢測(cè)信號(hào)及外部輸入數(shù)據(jù)和控制信號(hào)進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)了對(duì)小車、機(jī)械手驅(qū)動(dòng)、升降臺(tái)提升及保護(hù)等控制的基本要求。表3.1所示是CPU226的技術(shù)參數(shù)。表3.1 CPU226的技術(shù)參數(shù)技術(shù)參數(shù)說(shuō)明本機(jī)數(shù)字輸入24路數(shù)字量輸入本機(jī)數(shù)字輸出16路數(shù)字量輸出高速計(jì)數(shù)器（32-位值）6個(gè)高速計(jì)數(shù)器脈沖輸出2個(gè)，20kHz脈沖速率模擬電位器1個(gè)，8位分辨率時(shí)間中斷2個(gè)，1ms分辨率位置中斷4個(gè)上升沿和/或4個(gè)下降沿可選擇的輸入濾波器時(shí)間7個(gè)，范圍0.2m

33、s 12.8ms3.2.2 PLC的I/O資源配置由于需要采集外部檢測(cè)信號(hào)（小車所經(jīng)過(guò)的行、列）、控制小車驅(qū)動(dòng)電機(jī)的起停、選擇手動(dòng)控制與自動(dòng)控制狀態(tài)、小車的前后列向運(yùn)動(dòng)、升降行向運(yùn)動(dòng)、伸縮運(yùn)動(dòng)、貨物的抓取、存放等。系統(tǒng)資源分配如表3.2所示。表3. PLC的I/O地址分配表位號(hào)名數(shù)據(jù)類型說(shuō)明I0.0BOOLSTART 1啟動(dòng)I0.1BOOLSTOP 1停止I0.2BOOL自動(dòng)選擇輸入 I0.3BOOL手動(dòng)選擇輸入I0.4BOOL前后運(yùn)動(dòng)I0.5BOOL向前運(yùn)動(dòng)I0.6BOOL向后運(yùn)動(dòng)I0.7BOOL升降運(yùn)動(dòng)I1.0BOOL上升運(yùn)動(dòng)I1.1BOOL下降運(yùn)動(dòng)I1.2BOOL伸縮運(yùn)動(dòng)I1.3BOOL

34、前伸運(yùn)動(dòng)I1.4BOOL后縮運(yùn)動(dòng)I1.5BOOL抓取物品I1.6BOOL放置物品I1.7BOOL列初始位置(原點(diǎn)位置)I2.0BOOL行初始位置I2.1BOOL后縮初始位置I2.2BOOL貨叉壓力傳感器 0-放松；1抓緊I2.3BOOL存物品I2.4BOOL取物品I2.5BOOL復(fù)位Q0.0BOOL小車向前運(yùn)行Q0.1BOOL小車停止向前運(yùn)行Q0.2BOOL小車向后運(yùn)行Q0.3BOOL小車停止向后運(yùn)行Q0.4BOOL機(jī)械手上升Q0.5BOOL停止上升Q0.6BOOL機(jī)械手下降Q0.7BOOL停止下降Q1.0BOOL機(jī)械手前伸Q1.1BOOL停止前伸Q1.2BOOL機(jī)械手后縮Q1.3BOOL停止

35、后縮Q1.4BOOL抓取物品Q1.5BOOL放置物品Q1.6BOOL原點(diǎn)顯示表3.3 PLC的M單元地址分配表M0.0BOOL運(yùn)行狀態(tài) 0停止；1運(yùn)行M0.1BOOL存放物品工作標(biāo)志M0.2BOOL取出物品工作標(biāo)志M10.0BOOL手動(dòng)、自動(dòng)狀態(tài) 0-手動(dòng)；1-自動(dòng)M20.0BOOL小車前后運(yùn)動(dòng)使能 M20.1BOOL列到位標(biāo)志 0未到位；1到位M20.2BOOL升降運(yùn)動(dòng)使能M20.3BOOL行到位標(biāo)志 0未到位；1到位M20.4BOOL伸縮運(yùn)動(dòng)使能M20.5BOOL物品到位標(biāo)志 0未到位；1到位M20.6BOOL抓放動(dòng)作使能M20.7BOOL程序運(yùn)行方向標(biāo)志0存、取物品工作執(zhí)行中；1-工作完

36、畢，小車準(zhǔn)備后退M21.0BOOL向前運(yùn)行標(biāo)志M21.1BOOL向后運(yùn)行標(biāo)志M21.2BOOL上升運(yùn)行標(biāo)志M21.3BOOL下降運(yùn)行標(biāo)志M21.4BOOL前伸運(yùn)行標(biāo)志M21.5BOOL后縮運(yùn)行標(biāo)志M21.6BOOL抓緊動(dòng)作標(biāo)志M21.7BOOL放松動(dòng)作標(biāo)志 3.2.3 其他資源配置EM 253位控模塊是S7200的特殊功能模塊。能夠產(chǎn)生移動(dòng)控制所需的脈沖串，其組態(tài)信息存儲(chǔ)在S7200的V存儲(chǔ)區(qū)中，用于步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)的速度和位置的開(kāi)環(huán)控制。位控模塊的特性如下：(1) 位控模塊可提供單軸開(kāi)環(huán)移動(dòng)控制所需要的功能和性能；(2) 提供高速控制從每秒12個(gè)脈沖至每秒200 000個(gè)脈沖；(3) 支持

37、急停S曲線或線性的加速減速功能；(4) 提供可組態(tài)的測(cè)量系統(tǒng)，既可以使用工程單位，如英寸和厘米，也可以使用脈沖數(shù)；(5) 支持手動(dòng)的位控方式；(6) 提供連續(xù)操作；(7) 提供四種不同的參考點(diǎn)尋找模式，每種模式都可對(duì)起始的尋找方向和最終的接近方向進(jìn)行選擇。3.3 控制系統(tǒng)的主要功能本系統(tǒng)選用了西門子公司的S7 200 型可編程控制器、臺(tái)達(dá)公司VFD - A 型變頻器和3 臺(tái)電機(jī)等組成。S7200型可編程控制器采用模塊式結(jié)構(gòu)，具有系統(tǒng)容量大、擴(kuò)充方便、各種功能模塊齊全及指令功能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。本系統(tǒng)由CPU226、SM321、SM322、PS307等模塊構(gòu)成PLC控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)分別對(duì)小車電機(jī)用變頻器

38、、機(jī)械手電機(jī)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)模塊進(jìn)行自動(dòng)控制，并對(duì)檢測(cè)信號(hào)及外部輸入數(shù)據(jù)和控制信號(hào)進(jìn)行處理。實(shí)現(xiàn)了小車、機(jī)械手驅(qū)動(dòng)，升降臺(tái)提升及保護(hù)等控制的基本要求?？刂葡到y(tǒng)的組成框圖如圖3.3所示。圖3.3 控制系統(tǒng)圖3.3.1 工作方式選擇 系統(tǒng)基本電路電氣原理如圖3.4所示，鈕子開(kāi)關(guān)SA4控制中間繼電器KA，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)和自動(dòng)轉(zhuǎn)換控制，并設(shè)置了各種工作狀態(tài)指示。圖3.4基本控制電路手動(dòng)工作狀態(tài)時(shí)，鈕子開(kāi)關(guān)SA4閉合，此時(shí)繼電器KA線圈通電，PLC系統(tǒng)不工作，手動(dòng)控制系統(tǒng)通過(guò)萬(wàn)能轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)SA321分別控制KM3、KM4 ，實(shí)現(xiàn)提升電機(jī)的正反轉(zhuǎn)(見(jiàn)圖3.4所示)；SA2通過(guò)變頻器，手動(dòng)控制小車電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，SA1控制步

39、進(jìn)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)貨叉伸縮運(yùn)動(dòng)。萬(wàn)能轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的觸點(diǎn)SA222、SA322、SA123分別控制指示燈HL11HL16，實(shí)現(xiàn)小車前后、機(jī)械手左右和升降臺(tái)上下運(yùn)動(dòng)的手動(dòng)工作狀態(tài)指示(見(jiàn)圖3.4上) 。在自動(dòng)工作狀態(tài)時(shí)，PLC系統(tǒng)上電工作(PLC電源控制電路未畫(huà)出) ，用PLC輸入模塊SM321對(duì)各種狀態(tài)控制開(kāi)關(guān)和光電檢測(cè)開(kāi)關(guān)、限位保護(hù)開(kāi)關(guān)等信號(hào)進(jìn)行采集。其中層、列開(kāi)關(guān)采用光電檢測(cè)開(kāi)關(guān)，機(jī)械手的貨叉中位(中間位置) 檢測(cè)開(kāi)關(guān)采用了電感式接近開(kāi)關(guān)，其他開(kāi)關(guān)為鈕子開(kāi)關(guān)和行程開(kāi)關(guān)(見(jiàn)圖3.4下) 。圖3.4 系統(tǒng)基本電路電氣原理圖PLC的繼電器輸出模塊SM322，用于驅(qū)動(dòng)HL1、HL2、HL6，實(shí)現(xiàn)編程、運(yùn)行、左

40、側(cè)、右側(cè)、出庫(kù)、入庫(kù)等自動(dòng)工作狀態(tài)指示，及在自動(dòng)工作狀態(tài)下驅(qū)動(dòng)交流接觸器KM3、KM4，實(shí)現(xiàn)提升電機(jī)M2的正、反轉(zhuǎn)控制(見(jiàn)圖3.4中) 。3.3.2 變頻調(diào)速系統(tǒng)控制 變頻調(diào)速手段有兩種： (1) 當(dāng)運(yùn)行控制速度、控制定位精度較低時(shí)，一般選用開(kāi)環(huán)有級(jí)調(diào)速運(yùn)行模式：即手動(dòng)設(shè)定幾個(gè)固定的運(yùn)行頻率（如：高速、中速、低速三種運(yùn)行頻率，實(shí)際上可根據(jù)使用的不同規(guī)格或品牌的變頻器及配套的變頻電機(jī)等選擇設(shè)定不同梯度的運(yùn)行頻率，根據(jù)堆垛機(jī)的具體運(yùn)行和控制要求由PLC根據(jù)外部環(huán)境的輸入輸出信號(hào)進(jìn)行程序控制切換和設(shè)定，如用控制用行程開(kāi)關(guān)、光電接近開(kāi)關(guān)等作為信號(hào)輸入控制單元等，以達(dá)到調(diào)速、定位停準(zhǔn)的目的；但該變頻調(diào)速

41、手段的輸出偏差或位置控制的誤差分布范圍大，特別是當(dāng)自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)巷道堆垛機(jī)的運(yùn)行速度較高時(shí)，會(huì)造成速度轉(zhuǎn)換后的加、減速距離的增加，加、減速平穩(wěn)性控制難度的增加以及控制單元敏感性下降、故障率上升等，其應(yīng)用具有很大的應(yīng)用局限性。 (2) 當(dāng)運(yùn)行控制速度、控制定位精度較高時(shí)，一般選用閉環(huán)無(wú)級(jí)運(yùn)行控制模式，即：對(duì)堆垛機(jī)的運(yùn)行速度、運(yùn)行位移量或位置定位點(diǎn)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)無(wú)級(jí)運(yùn)行控制模式，從而從根本上實(shí)現(xiàn)到達(dá)目的地址時(shí)的制動(dòng)停準(zhǔn)和根據(jù)運(yùn)行距離實(shí)現(xiàn)的平穩(wěn)換速、適時(shí)調(diào)整變頻器的運(yùn)行控制頻率，以實(shí)現(xiàn)最佳平穩(wěn)運(yùn)行速度的要求，并能縮短作業(yè)周期，提高作業(yè)效率；該變頻調(diào)速手段控制精度高，運(yùn)動(dòng)控制平穩(wěn)，具體場(chǎng)合的適應(yīng)性好，系統(tǒng)運(yùn)

42、行的可靠性高，易調(diào)試，但一次性投資成本較高。主要表現(xiàn)在閉環(huán)反饋信號(hào)元件的控制精度選擇與配置（如：激光測(cè)距儀及其接口電路或板卡）、PLC配置上的高端化、上位機(jī)控制軟件及硬件與PLC的接口電路或板卡等，其軟件編程的高端和復(fù)雜化以及軟件開(kāi)發(fā)調(diào)試具有一定的難度等.小車電機(jī)變頻調(diào)速采用臺(tái)達(dá)公司VFD2A型變頻器，變頻調(diào)速的硬件電路見(jiàn)圖3.5所示。手動(dòng)操作時(shí)，中間繼電器KA常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，萬(wàn)能轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)SA2的操作手柄在位置1時(shí)，變頻器DCM與REV端連通，變頻器輸出正相序電源，三相交流異步電動(dòng)機(jī)M1正轉(zhuǎn)，SA2在位置2時(shí)，DCM與FWD連通，變頻器輸出反相序電源，電動(dòng)機(jī)M1反轉(zhuǎn)。SA2在位置0時(shí)，REV與F

43、WD均無(wú)效，電動(dòng)機(jī)M1處于停止?fàn)顟B(tài)。自動(dòng)操作時(shí)，KA常開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi)，SA2在位置零，當(dāng)PLC的輸出點(diǎn)Q4. 0有效時(shí)，DCM 與REV端連通，M1正轉(zhuǎn)；Q4. 1有效時(shí)，DCM與FWD連通，M1反轉(zhuǎn)。堆垛機(jī)沿巷道運(yùn)行，行程長(zhǎng)，為了提高出入庫(kù)的效率和精確定位，小車的行進(jìn)速度采用變頻調(diào)速控制。圖3.5 變頻調(diào)速控制3.3.3 貨叉伸縮控制智能立體倉(cāng)庫(kù)的機(jī)械手采用二相混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，步進(jìn)電機(jī)型號(hào)為90BYG201 型，0. 9°P1. 8°，兩相混合式，輸出力矩7N·m；其驅(qū)動(dòng)模塊采用西門子公司S7- 200PLC控制，控制系統(tǒng)的硬件電路原理見(jiàn)圖3.6所示。圖3.6

44、貨叉伸縮控制機(jī)械手控制系統(tǒng)由SM322模塊、脈沖形成電源電路、步進(jìn)功率驅(qū)動(dòng)模塊3部分組成，用以實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的進(jìn)、退叉動(dòng)作控制。SM322模塊為PLC的繼電器式輸出模塊；脈沖形成電源電路板提供步進(jìn)方波脈沖信號(hào)CV、步進(jìn)模塊直流15V工作電源和步進(jìn)電機(jī)直流46VP4A大功率電源；步進(jìn)功率驅(qū)動(dòng)模塊U /D端為步進(jìn)電機(jī)正、反轉(zhuǎn)控制端，CP端為步進(jìn)脈沖輸入端。3.4 控制原理分析堆垛機(jī)的信息顯示、作業(yè)地址及指令的輸入方法有很多種。一種方法是采用發(fā)光二極管來(lái)顯示各種信息（如故障診斷代碼等），采用撥碼開(kāi)關(guān)來(lái)輸入作業(yè)地址。此種方法原理簡(jiǎn)單，但是一旦元器件有損壞，如某個(gè)發(fā)光二級(jí)管損壞，顯示信息就不準(zhǔn)；又由于采用撥

45、碼開(kāi)關(guān)輸入的地址值無(wú)法校驗(yàn)，撥碼開(kāi)關(guān)使用23年后，觸點(diǎn)氧化，使電阻增加，工作電壓較低（24V），導(dǎo)通電流?。?mA），這樣觸點(diǎn)電阻的變化會(huì)直接影響撥碼開(kāi)關(guān)的可靠性，造成撥碼開(kāi)關(guān)撥的數(shù)值與PLC輸入的數(shù)值不一致，堆垛機(jī)無(wú)法運(yùn)行到目的地址。此種方法直接影響了堆垛機(jī)的可靠運(yùn)行，增大了堆垛機(jī)的后期保養(yǎng)、維修工作，因此目前此種方法已經(jīng)很少有人采用。另一種方法是采用鍵盤來(lái)輸入作業(yè)地址、作業(yè)指令，用數(shù)字和符號(hào)來(lái)顯示各種信息，輸入的數(shù)值及指令馬上可以顯示出來(lái)，校對(duì)容易，對(duì)錯(cuò)一目了然。編程器的顯示器有二行共32位5×7的液晶點(diǎn)陣，可以顯示數(shù)字、符號(hào)和字母；鍵盤按鍵有09、AF等鍵可以使用，可以向小車輸

46、入作業(yè)地址（排、列和層）、作業(yè)指令（存、取最多二個(gè)作業(yè)）、操作方式（自動(dòng)、手動(dòng)）。將鍵盤的09鍵定義為數(shù)字鍵，AF定義為功能鍵，在輸入作業(yè)指令、作業(yè)地址時(shí)，顯示器能馬上顯示出來(lái)，實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)單的人機(jī)對(duì)話，保證了輸入的作業(yè)地址和作業(yè)指令的準(zhǔn)確性，提高了堆垛機(jī)運(yùn)行的可靠性。這個(gè)方法使堆垛機(jī)的小車每通過(guò)一個(gè)位置就記錄一個(gè)數(shù)，一直移動(dòng)到和預(yù)定位置號(hào)一致時(shí)停止移動(dòng)，此方法的特點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單。另外隨著電子技術(shù)的發(fā)展出現(xiàn)了眾多優(yōu)秀的PLC，用PLC來(lái)控制堆垛機(jī)是相當(dāng)靈活方便，可以在PLC的軟件中加以保護(hù)，即堆垛機(jī)每走過(guò)一個(gè)貨格的時(shí)間超過(guò)或少于正常的時(shí)間范圍就報(bào)警。這樣就可以有效地避免計(jì)數(shù)出錯(cuò)。本課題即采用此種方法

47、。立體智能倉(cāng)庫(kù)能實(shí)現(xiàn)貨物的自動(dòng)存取功能，這就要小車在作水平、升降臺(tái)做垂直運(yùn)動(dòng)時(shí)，能準(zhǔn)確記憶堆垛機(jī)的位置，即堆垛機(jī)的小車和升降臺(tái)所在的列和層數(shù)，以實(shí)現(xiàn)貨物的定位存取，本系統(tǒng)采取了非接觸式反射型光電傳感器，自動(dòng)檢測(cè)貨位的列和層數(shù)。例如，隨小車移動(dòng)，列光電傳感器每經(jīng)過(guò)一個(gè)貨架立柱時(shí)，接收到一個(gè)反射信號(hào)，列值增加1；升降臺(tái)每升高一層，層光電傳感器使層值增1。光電傳感器的有效反射距離為30cm。在自動(dòng)存取貨物時(shí)，貨位的輸入方法有微機(jī)鍵盤和BCD碼撥盤開(kāi)關(guān)兩種形式輸入，PLC在接收到外部輸入的貨位層和列數(shù)值后，將此值作為層、列計(jì)數(shù)器的預(yù)置值，用于實(shí)現(xiàn)貨位的自動(dòng)搜索控制。圖3.7示所示是典型連接示意圖。圖3

48、.7 連接示意圖3.5 模型的自動(dòng)尋址立體倉(cāng)庫(kù)的自動(dòng)尋址就是自動(dòng)尋找存放貨、提取貨物的位置。在同一巷道內(nèi)的貨位地址由3個(gè)參數(shù)組成：第幾排貨架、第幾層貨格、左側(cè)或右側(cè)。當(dāng)堆垛機(jī)接收到上級(jí)管理機(jī)的存取指令和存取地址后，即向指定的貨位方向運(yùn)行。運(yùn)行中，安裝在堆垛機(jī)上的傳感器不斷檢測(cè)位置，計(jì)算判斷是否到位，從而實(shí)現(xiàn)貨物的定位存取。本模型采用了非接觸式反射型光電傳感器，自動(dòng)檢測(cè)貨位的列和層數(shù)。堆垛機(jī)對(duì)定位地址的精度要求很高，目前普遍采用絕對(duì)認(rèn)址和相對(duì)認(rèn)址兩種方法。該模型采用相對(duì)式混合坐標(biāo)法來(lái)確定地址，即在堆垛機(jī)的側(cè)部和升降臺(tái)上各安裝1個(gè)光電傳感器，當(dāng)堆垛機(jī)前后運(yùn)動(dòng)和升降臺(tái)上下運(yùn)行時(shí)經(jīng)過(guò)每個(gè)貨位光電脈沖加

49、1或減1得到地址的方法。在自動(dòng)存取貨操作時(shí)，貨位的輸入方法有微機(jī)鍵盤和BCD碼撥盤開(kāi)關(guān)兩種輸入形式，PLC在收到外部輸入的貨位的層和列數(shù)據(jù)后，作為層列計(jì)數(shù)器的預(yù)置值，用于實(shí)現(xiàn)貨位的自動(dòng)尋址控制。 4 控制系統(tǒng)PLC程序設(shè)計(jì)流程4.1 程序設(shè)計(jì)思路(1) 初始化過(guò)程，清除位置記錄(2) 調(diào)用子程序檢測(cè)位置信號(hào)(3) 工作任務(wù)標(biāo)志：存放，取出物品(4) 原點(diǎn)顯示(5) 運(yùn)行狀態(tài)(6) 手動(dòng)，自動(dòng)選擇(7) 啟動(dòng)小車手動(dòng)向前運(yùn)行(8) 啟動(dòng)小車手動(dòng)向后運(yùn)行(9) 手動(dòng)小車前后運(yùn)動(dòng)使能(10) 手動(dòng)控制小車前后運(yùn)行(11) 啟動(dòng)機(jī)械手手動(dòng)上升(12) 啟動(dòng)機(jī)械手手動(dòng)下降(13) 手動(dòng)機(jī)械手上升、下降使

50、能(14) 手動(dòng)控制機(jī)械手上升、下降運(yùn)行(15) 手動(dòng)控制機(jī)械手前伸、后縮運(yùn)行使能(16) 啟動(dòng)機(jī)械手手動(dòng)前伸(17) 啟動(dòng)機(jī)械手手動(dòng)后縮(18) 手動(dòng)控制機(jī)械手前伸、后縮運(yùn)行4.2 程序流程圖 立體倉(cāng)庫(kù)教學(xué)模型的PLC控制系統(tǒng)的功能模塊主要有左側(cè)入庫(kù)(存貨)，左側(cè)出庫(kù)(取貨)；右側(cè)入庫(kù)(存貨)，右側(cè)出庫(kù)(取貨)等；取、存貨(出入庫(kù))動(dòng)作要求的主要不同之處在于取貨時(shí)的微抬和存貨時(shí)的微落動(dòng)作的處理?？刂葡到y(tǒng)的主程序流程圖分別見(jiàn)圖4.1 。圖4.1 程序流程圖5 智能立體倉(cāng)庫(kù)物品定位自動(dòng)控制系統(tǒng)的PLC程序說(shuō)明 程序的運(yùn)行步驟如下：(1) 初始化：在程序的一個(gè)掃描周期（SM0.1 = 1）設(shè)置重要

51、的參數(shù)。(2) 運(yùn)行：按下設(shè)備的“啟動(dòng)”（START）按鈕開(kāi)始運(yùn)行，首先調(diào)用子程序檢測(cè)位置信號(hào)，取得當(dāng)前位置計(jì)數(shù)，然后將位置計(jì)數(shù)存放在變量VW100（行計(jì)數(shù)）、VW120（列計(jì)數(shù)）中，以便程序判斷是否已經(jīng)到達(dá)指定的位置。5.1 程序初始化程序初始化由網(wǎng)絡(luò)1和網(wǎng)絡(luò)2完成：S7-200只讀特殊內(nèi)存SM0.1，只有在首次掃描循環(huán)時(shí)打開(kāi)，所以這段初始化程序只在程序開(kāi)始運(yùn)行的時(shí)候執(zhí)行一次。這里執(zhí)行的兩條指令對(duì)變量VW102以及VW132進(jìn)行初始化，這兩個(gè) 變量分別為小車運(yùn)行中所經(jīng)過(guò)的行記數(shù)以及列記數(shù)。由于要涉及到小車完成任務(wù)的過(guò)程以及完成任務(wù)以后返回的過(guò)程，所以程序在執(zhí)行的過(guò)程中必須要明確其運(yùn)動(dòng)方式和目

52、的，是前進(jìn)或后退運(yùn)動(dòng)、升降運(yùn)動(dòng)或機(jī)械手臂的伸縮運(yùn)動(dòng)等。因此，在以下的程序中，每一個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程都必須加上很明確的標(biāo)志和條件限制來(lái)確定其運(yùn)動(dòng)的方式和運(yùn)動(dòng)的目的，這樣才不至于因?yàn)槟康牟幻鞔_而造成錯(cuò)誤的判斷以及錯(cuò)誤的動(dòng)作。造成存取貨物的失敗。圖5.1 程序初始化網(wǎng)絡(luò)1、2實(shí)現(xiàn)代碼如下程序NETWORK 1 /NETWORK TITLE: / LD SM0.1MOVW +0， VW102MOVW +0， VW132NETWORK 2/ /NETWORK COMMENTS/ LD SM0.0CALL SBR_05.2 列向自動(dòng)運(yùn)行列向自動(dòng)運(yùn)行由網(wǎng)絡(luò)3和網(wǎng)絡(luò)4完成：在這段程序中，首先要考慮的問(wèn)題就是：小車處于

53、前進(jìn)或者是存放貨物過(guò)程還是完成了預(yù)定任務(wù)返回的過(guò)程。但是由于PLC程序的執(zhí)行特點(diǎn)是逐行掃描，所以僅僅判斷小車是處于前進(jìn)過(guò)程還是返回過(guò)程機(jī)械手臂是不夠的 ，因?yàn)樵诜祷剡^(guò)程中還有機(jī)械手臂從貨架上縮回來(lái)、機(jī)械手臂下降到初始位置等幾個(gè)過(guò)程，所以說(shuō)，必須要在程序中能夠?qū)⑦@3種完全不同的運(yùn)動(dòng)區(qū)分開(kāi)關(guān)。根據(jù)這種要求，在編寫(xiě)程序的時(shí)候加入了3個(gè)不同的BOOL類型的變量M20.1、M20.3以及M20.5，分別作為小車沿列向運(yùn)行到位標(biāo)志，機(jī)械手沿行向運(yùn)行到位標(biāo)志，機(jī)械手貨架到位標(biāo)志。當(dāng)變量為ON時(shí)，表示已經(jīng)完成了該項(xiàng)動(dòng)作，為OFF時(shí)表明小車還沒(méi)有完成對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)。Q0.0是開(kāi)關(guān)量輸出，表示啟動(dòng)小車前進(jìn)，小車開(kāi)始向前運(yùn)動(dòng)。當(dāng)小車還處于取放貨的動(dòng)作未完成的階段時(shí)，需要判斷的是小車是否已經(jīng)完成了列的定位，如果未完成（M20.3為OFF），那么啟動(dòng)小車前進(jìn)的電機(jī)，使小車向前運(yùn)動(dòng)。如果小車處于已經(jīng)完成了取放貨的動(dòng)作時(shí)，那么判斷小車是否已經(jīng)完成了由貨架上返回（伸縮機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)）、是否已經(jīng)完成了由指定行數(shù)退回初始行位置的運(yùn)動(dòng)（如果完成，小車應(yīng)該是第一行以下的位置）。如果小車這兩個(gè)過(guò)程都已經(jīng)完成，那么將開(kāi)始進(jìn)行后退運(yùn)動(dòng)，Q0.2表示啟動(dòng)小車后退電機(jī)使