基于PLC的自動化立體倉儲系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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PLC課程設(shè)計(jì)說明書設(shè)計(jì)題目：自動化立體倉儲系統(tǒng)設(shè)計(jì)班 級：機(jī)械 111姓 名：XXX 學(xué) 號：XXX指導(dǎo)教師：偉大的王凡老師萬歲！學(xué)生姓名：陳姊韋 課題：自動化立體倉儲系統(tǒng)設(shè)計(jì)2基于 PLC的自動化立體倉儲系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要：隨著國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，智能倉庫必然會在各行各業(yè)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。智能倉庫系統(tǒng)是現(xiàn)代物流系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)中。目前，它已經(jīng)成為企業(yè)生產(chǎn)和管理信息化的標(biāo)志之一。該系統(tǒng)采用 PLC 控制，通過 PLC 輸出的脈沖信號來控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行，兩者之間通過步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器連接，此外還用到一些傳感器，如微動開關(guān)和反射式傳感器。此次設(shè)計(jì)的效果可以改變參數(shù)輸入，通過模擬生產(chǎn)情況及波動對系統(tǒng)造成的沖擊，從而避免了在理想化狀態(tài)下系統(tǒng)設(shè)計(jì)所無法預(yù)料的各種因素，對系統(tǒng)的堵塞有著形象和直觀的解決方案?？傊?，智能倉庫因其較小的占地面較佳空間利用率，應(yīng)用正逐漸普及。為滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)和流通的需要，就必須采取以計(jì)算機(jī)控制主要手段的智能倉庫。關(guān)鍵詞：智能倉庫；PLC；MCGS江西理工大學(xué)應(yīng)用科學(xué)學(xué)院 PLC 課程設(shè)計(jì)III目 錄前 言 .1第 1章 智能倉庫 .21.1 智能倉庫的概述 .21.2 智能倉庫的的優(yōu)點(diǎn)及分類 .2第 2章 系統(tǒng)控制方案的確定 .52.1 智能倉庫系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本步驟 .52.2 智能倉庫的系統(tǒng)控制方案 62.3 智能倉庫技術(shù)參數(shù)的確定 7第 3章 硬件設(shè)計(jì) .83.1 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 83.2 PLC 的選型 .83.3 PLC 輸入輸出 I/O 的分配 .11第 4章 智能倉庫系統(tǒng)控制軟件設(shè)計(jì) .124.1 PLC 梯形圖概述 .124.2 系統(tǒng)流程圖 134.3 梯形圖的設(shè)計(jì) .13第 5章 系統(tǒng)調(diào)試 .205.1 梯形圖程序的下載 .205.2 程序運(yùn)行 .20第 6章 MCGS 組態(tài)軟件設(shè)計(jì)立體倉庫監(jiān)控216.1 基于 MCGS 仿真實(shí)現(xiàn)的意義.216.2 MCGS 實(shí)現(xiàn)立體倉庫工程畫面216.3 MCGS 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的讀寫實(shí)現(xiàn)256.4 MCGS 與 PLC 設(shè)備的通信236.5 監(jiān)視畫面的設(shè)定與動畫的連接.256.6 編制控制流程28課設(shè)總結(jié) .30參考文獻(xiàn) .31附 錄 .32江西理工大學(xué)應(yīng)用科學(xué)學(xué)院 PLC 課程設(shè)計(jì)1前 言可編程控制器（簡稱 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)國家工業(yè)自動化程度高低的標(biāo)志。應(yīng)用 PLC 成為世界的潮流，PLC 將在我國得到更全面的推廣應(yīng)用。隨著企業(yè)現(xiàn)代化生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大和深化，使得倉庫成為生產(chǎn)物流系統(tǒng)中的一個(gè)重要且不可缺少的環(huán)節(jié)。智能倉庫正以它最小的占地面積和最佳的空間利用率，逐步替代面積利用率極低且陳舊落后的平面?zhèn)}庫，這種替代促使倉儲物流業(yè)的水平提高。為滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)與流通的需要，就必須采用的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)為主要手段組成的智能倉庫。智能倉庫為現(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庫系統(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學(xué)生姓名: 陳姊韋 課題：自動化立體倉儲系統(tǒng)設(shè)計(jì)2第 1章 智能倉庫1.1 智能倉庫的概述智能倉庫簡稱高架倉庫，一般是指采用幾層、十幾層乃至幾十層的貨架來儲存單元貨物，并用相同的搬運(yùn)設(shè)備進(jìn)行貨物入、出庫作業(yè)的倉庫。由于這類倉庫能充分利用空間儲存貨物，故常形象地將其稱為“智能倉庫”。根據(jù)國際自動化倉庫會議的定義，所謂智能倉庫就是采用高層貨架存放貨物，以巷道堆垛起重機(jī)為主，結(jié)合入庫出庫周邊設(shè)備來進(jìn)行作業(yè)的一種倉庫。它把計(jì)算機(jī)與信息管理和設(shè)備控制集成起來，按照控制指令自動完成貨物的存取作業(yè)，并對庫存貨物進(jìn)行管理。顯而易見它是物流系統(tǒng)的核心之一，并在自動化生產(chǎn)系統(tǒng)中占據(jù)了非常重要的地位。20 世紀(jì) 80 年代到 90 年代，智能倉庫產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與制造有了很大的發(fā)展，全國有幾十家科研單位和生產(chǎn)單位在進(jìn)行智能倉庫的開發(fā)、設(shè)計(jì)、制造。近年來，倉儲物流行業(yè)的學(xué)術(shù)組織定期在國內(nèi)交流學(xué)術(shù)經(jīng)驗(yàn)，針對目前我國智能倉庫的設(shè)計(jì)制造水平，參照國外標(biāo)準(zhǔn)制定了一系列行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范，使智能倉庫的設(shè)計(jì)制造進(jìn)入了規(guī)范化發(fā)展階段不同的智能倉庫，高度、貨架形式、通道寬度都和現(xiàn)代化倉庫是不同的，倉庫內(nèi)設(shè)備的配置應(yīng)與倉庫的類型相適應(yīng)。 1.2 智能倉庫的的優(yōu)點(diǎn)及分類1.2.1 智能倉庫的優(yōu)點(diǎn)智能倉庫的優(yōu)越性是多方面的，主要在以下幾個(gè)方面。 1.提高空間利用率 早期智能倉庫構(gòu)想的基本出發(fā)點(diǎn)是提高空間利用率，充分節(jié)約有限且昂貴的場地，在西方有些發(fā)達(dá)國家提高空間利用率的觀點(diǎn)已有更廣泛、深刻的含義，節(jié)約土地已與節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境等更多方面聯(lián)系起來。有些甚至把空間利用率作為考核倉庫系統(tǒng)合理性和先進(jìn)性的重要指標(biāo)。倉庫空間利用率與其規(guī)劃緊密相連，一般來說，智能倉庫的空間利用率為普通倉庫的 25 倍。 2.先進(jìn)的物流系統(tǒng)提高企業(yè)生產(chǎn)管理水平 傳統(tǒng)的倉庫只是貨物的儲存場所，保存貨物是其唯一的功能，屬于靜態(tài)儲存。智能倉庫采用先進(jìn)的自動化物料搬運(yùn)設(shè)備，不僅能使貨物在倉庫內(nèi)按需要自動存取，而且還可以與倉庫以外的生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行有機(jī)地連接，并通過計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)和自動化物料搬運(yùn)設(shè)備使倉庫成為企業(yè)物流中的重要環(huán)節(jié)。企業(yè)外購件和自制件進(jìn)入智能倉庫短時(shí)儲存是整個(gè)生產(chǎn)的一個(gè)環(huán)節(jié)，是為了在指定的時(shí)間自動輸出到下一道工序江西理工大學(xué)應(yīng)用科學(xué)學(xué)院 PLC 課程設(shè)計(jì)3進(jìn)行生產(chǎn)，從而形成自動化的物流系統(tǒng)環(huán)節(jié)，屬于動態(tài)儲存，是當(dāng)今智能倉庫發(fā)展的明顯技術(shù)趨勢。以上所述的物流系統(tǒng)又是整個(gè)企業(yè)生產(chǎn)管理系統(tǒng)(從訂貨、設(shè)計(jì)和規(guī)劃、計(jì)劃編制和生產(chǎn)安排、制造、裝配、試驗(yàn)以及發(fā)運(yùn)等)的一個(gè)子系統(tǒng)，建立物流系統(tǒng)與企業(yè)生產(chǎn)管理系統(tǒng)間的實(shí)時(shí)連接是目前智能倉庫發(fā)展的另一個(gè)明顯技術(shù)趨勢。 3.加快貨物存取，減輕勞動強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率 建立以智能倉庫為中心的物流系統(tǒng)，其優(yōu)越性還表現(xiàn)在智能倉庫具有快速的入出庫能力，妥善地將貨物存入智能倉庫，及時(shí)自動地將生產(chǎn)所需零部件和原材料送達(dá)生產(chǎn)線。同時(shí)，智能倉庫系統(tǒng)減輕了工人綜合勞動強(qiáng)度。 4.減少庫存資金積壓 通過對一些大型企業(yè)的調(diào)查，我們了解到由于歷史原因造成管理手段落后，物資管理零散，使生產(chǎn)管理和生產(chǎn)環(huán)節(jié)的緊密聯(lián)系難以到位。為了達(dá)到預(yù)期的生產(chǎn)能力和滿足生產(chǎn)要求，就必須準(zhǔn)備充足的原材料和零部件，這樣，庫存積壓就成為較大的問題。如何降低庫存資金積壓和充分滿足生產(chǎn)需要，已經(jīng)成為大型企業(yè)面對的大問題。智能倉庫系統(tǒng)是解決這一問題的最有效手段之一。 5.現(xiàn)代化企業(yè)的標(biāo)志 現(xiàn)代化企業(yè)采用的是集約化大規(guī)模生產(chǎn)模式，這就要求生產(chǎn)過程中各環(huán)節(jié)緊密相連，成為一個(gè)有機(jī)整體，要求生產(chǎn)管理科學(xué)實(shí)用，做到?jīng)Q策科學(xué)化。建立智能倉庫系統(tǒng)是其有力的措施之一。由于采用計(jì)算機(jī)管理和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)使企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)宏觀快速地掌握各種物資信息，且使工程技術(shù)人員、生產(chǎn)管理人員和生產(chǎn)技術(shù)人員及時(shí)了解庫存信息，以便合理安排生產(chǎn)工藝，提高生產(chǎn)效率。國際互聯(lián)網(wǎng)和企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)更為企業(yè)取得與外界在線連接，突破信息瓶頸，開闊視野及外引內(nèi)聯(lián)提供了廣闊的空間和堅(jiān)實(shí)強(qiáng)大的技術(shù)支持。 以上所述的物流系統(tǒng)又是整個(gè)企業(yè)生產(chǎn)管理大系統(tǒng)（從訂貨、必要的設(shè)計(jì)和規(guī)劃、計(jì)劃編制和生產(chǎn)安排、制造、裝配、試驗(yàn)、發(fā)運(yùn)等）的一個(gè)子系統(tǒng)，建立物流系統(tǒng)與企業(yè)大系統(tǒng)間的實(shí)時(shí)連接，是目前自動化高架倉庫發(fā)展的另一個(gè)明顯的技術(shù)趨勢。 現(xiàn)代化企業(yè)對管理提出了更高的要求， “管理出效益” 的思維方式已成為大多數(shù)的現(xiàn)代企業(yè)管理者的共識。1.2.2 智能倉庫的分類1.按照智能倉庫的高度分類 學(xué)生姓名: 陳姊韋 課題：自動化立體倉儲系統(tǒng)設(shè)計(jì)4（1）低層智能倉庫。低層智能倉庫高度在 5 米以下，主要是在原來老倉庫的基礎(chǔ)上進(jìn)行改建的，是提高原有倉庫技術(shù)水平的手段。 (2)中層智能倉庫。中層智能倉庫的高度在 515 米之間，由于中層智能倉庫對建筑以及倉儲機(jī)械設(shè)備的要求不高，造價(jià)合理，是目前應(yīng)用最多的一種倉庫。 (3)高層智能倉庫。高層智能倉庫的高度在 15 米以上，由于對建筑以及倉儲機(jī)械設(shè)備的要求太高，安裝難度大，應(yīng)用較少。 2.按照貨架結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類 (1)貨格式智能倉庫。貨格式智能倉庫是應(yīng)用較普遍的智能倉庫，它的特點(diǎn)是每一層貨架都由同一尺寸的貨格組成，貨格開口面向貨架之間的通道，堆垛機(jī)械在貨架之間的通道內(nèi)行駛，以完成貨物的存取。 (2)貫通式智能倉庫。它又稱為流動式貨架倉庫，這種倉庫的貨架之間沒有間隔，不設(shè)通道，貨架組合成一個(gè)整體。貨架縱向貫通，貫通的通道具有一定的坡度，在每一層貨架底部安裝滑道、錕道等裝置，使貨物在自重的作用下，沿著滑道或錕道從高處向低處運(yùn)動。 (3)自動化柜式智能倉庫。自動化柜式智能倉庫是小型的可以移動的封閉智能倉庫，有柜外殼、控制裝置、操作盤、儲物箱和傳動裝置組成，主要特點(diǎn)是封閉性強(qiáng)、小型化和智能化、有很強(qiáng)的保密性。 (4)條形貨架智能倉庫。是專門用于存放條形和筒形貨物的智能倉庫江西理工大學(xué)應(yīng)用科學(xué)學(xué)院 PLC 課程設(shè)計(jì)5第 2章 系統(tǒng)控制方案的確定2.1智能倉庫系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本步驟智能倉庫系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試的主要步驟，如圖 1 所示：圖 1 智能倉庫控制系統(tǒng)結(jié)設(shè)計(jì)步驟在深入了解和分析智能倉庫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中主要考慮到以下幾點(diǎn)：1、深入了解和分析智能倉庫的工藝條件和控制要求。確定課題研究課題內(nèi)容 確定方案 查 找 資 料 查找資料設(shè)計(jì)原理圖 根據(jù)控制要求確定硬件配置根據(jù)控制要求編寫程序系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)調(diào)試程序記錄運(yùn)行結(jié)果并分析總 結(jié)學(xué)生姓名：陳姊韋 課題：自動化立體倉儲系統(tǒng)設(shè)計(jì)62、確定 I/O 設(shè)備，根據(jù)智能倉庫控制系統(tǒng)的功能要求確定系統(tǒng)所需要的用戶輸入、輸出設(shè)備。3、根據(jù) I/O 口的點(diǎn)數(shù)選擇合適的 PLC 類型。4、分配 I/O 點(diǎn)以及 PLC 的輸入輸出點(diǎn)，編制輸入輸出分配表及輸入輸出端子的接線圖。5、設(shè)計(jì)智能倉庫控制系統(tǒng)的梯形圖程序，根據(jù)工作要求設(shè)計(jì)出完整的梯形圖程序，這是整個(gè)智能倉庫系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心工作。6、將程序輸入 PLC 進(jìn)行軟件測試，查找錯(cuò)誤，是系統(tǒng)程序更加完善。7、智能倉庫整體調(diào)試，在 PLC 軟硬件設(shè)施和現(xiàn)場施工完成后，就可以進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)的練級調(diào)試，調(diào)試中發(fā)現(xiàn)的問題可以逐一排除，直到調(diào)試成功。2.2 智能倉庫的系統(tǒng)控制方案該智能倉庫有九個(gè)倉庫位、有物品出入口與輸出口位，個(gè)倉位能自檢，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖 2 所示：圖 2 智能倉庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)江西理工大學(xué)應(yīng)用科學(xué)學(xué)院 PLC 課程設(shè)計(jì)7本課題設(shè)計(jì)的智能倉庫具有一下的功能：1、堆垛機(jī)要有三個(gè)自由度，即前進(jìn)、后退；上、下；左、右；2、堆垛機(jī)的運(yùn)動由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動；3 堆垛機(jī)前進(jìn)（后退）運(yùn)動和上（下）運(yùn)動可以同時(shí)進(jìn)行；4、堆垛機(jī)前進(jìn)、后退和上、下運(yùn)動時(shí)必須有超限位保護(hù)；5、每個(gè)倉位必須有檢測裝置（微動開關(guān)） ，當(dāng)操作有誤時(shí)會發(fā)出錯(cuò)誤報(bào)警信號；6、當(dāng)按完倉位號后，沒按入或取前，可以按取消鍵進(jìn)行取消該操作；7、整個(gè)電氣控制系統(tǒng)必須設(shè)置急停按鈕，以防止發(fā)生意外情況。2.3 智能倉庫技術(shù)參數(shù)的確定智能倉庫的具體參數(shù)如表 1 所示：表 1 智能倉庫技術(shù)參數(shù)出入貨柜臺最重物品 20Kg每個(gè)倉位的高度 4.5CM倉位的上下距離 0.5CM倉位的平行距 0.5CM倉位的體積 4PLC 電源 24V DC堆垛機(jī)電源 220V AC，50Hz學(xué)生姓名：陳姊韋 課題：自動化立體倉儲系統(tǒng)設(shè)計(jì)8第 3章 硬件設(shè)計(jì)3.1 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)是運(yùn)用 PLC 控制系統(tǒng)來控制智能倉庫的運(yùn)動的方式。能快速的對輸入信號做出反應(yīng)控制智能倉庫，便于檢修。3.2 PLC的選型3.2.1 PLC概述1、PLC 概述PLC 是由摸仿原繼電器控制原理發(fā)展起來的。它以存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和運(yùn)算等操作的指令；并通過數(shù)字輸入和輸出操作，來控制各類機(jī)械或生產(chǎn)過程。用戶編制的控制程序表達(dá)了生產(chǎn)過程的工藝要求，并事先存入 PLC的用戶程序存儲器中。不同型號的 PLC，循環(huán)掃描周期在 1 微秒到幾十微秒之間。PLC 用梯形圖編程，在解算邏輯方面，表現(xiàn)出快速的優(yōu)點(diǎn)，在微秒量級，解算 1K 邏輯程序不到 1 毫秒。它把所有的輸入都當(dāng)成開關(guān)量來處理，16 位（也有 32 位的）為一個(gè)模擬量。大型 PLC 使用另外一個(gè) CPU 來完成模擬量的運(yùn)算。把計(jì)算結(jié)果送給PLC 的控制器。通用 PLC 應(yīng)用于專用設(shè)備時(shí)可以認(rèn)為它就是一個(gè)嵌入式控制器，但 PLC 相對一般嵌入式控制器而方具有更高的可靠性和更好的穩(wěn)定性。實(shí)際工作中碰到的一些用戶原來采用嵌入式控制器，現(xiàn)在正逐步用通用 PLC 或定制 PLC 取代嵌入式控制器。2、PLC 的特點(diǎn)（1）可靠性高，適用于工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境原因：PLC 在軟件和硬件上采取了提高可靠性的一些措施：硬件措施：屏蔽、濾波、電源調(diào)整與保護(hù)、聯(lián)鎖、模塊化結(jié)構(gòu)、環(huán)境檢測與診斷電路；軟件措施：自診斷程序、故障檢測、信息保護(hù)與恢復(fù)（2）編程簡單，使用方便（3）控制程序可變，具有很好的柔性（4）直接帶負(fù)載能力強(qiáng)（5）接口簡單、維護(hù)方便（6）功能完善、便于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化（7）通信、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)趨于標(biāo)準(zhǔn)化，便于實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制3.2.2 PLC的選型在 PLC 系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)確定控制方案，下一步工作就是 PLC 工程設(shè)計(jì)選江西理工大學(xué)應(yīng)用科學(xué)學(xué)院 PLC 課程設(shè)計(jì)9型。工藝流程的特點(diǎn)和應(yīng)用的要求是設(shè)計(jì)選型的主要依據(jù)。因此，工程設(shè)計(jì)選型和估算時(shí)，應(yīng)分析工藝過程的特點(diǎn)、控制要求，明確控制任務(wù)和范圍確定所需要的操作和動作，然后根據(jù)控制要求，估算輸入輸出點(diǎn)數(shù)、所需存儲器容量、確定 PLC 的功能、外部設(shè)備的特性等，最后選擇有較高性價(jià)比的 PLC 和設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制系統(tǒng)。1、輸入輸出 I/O 點(diǎn)數(shù)的估算I/O 點(diǎn)數(shù)估算適應(yīng)考慮適當(dāng)?shù)挠嗔?，通常根?jù)統(tǒng)計(jì)的輸入輸出點(diǎn)數(shù)，在增加10%20%的擴(kuò)展。最終換需要根據(jù)制造廠商 PLC 的產(chǎn)品特點(diǎn)，對輸入輸出點(diǎn)數(shù)進(jìn)行圓整。根據(jù)估算該智能倉庫的 I/O 口的點(diǎn)數(shù)為輸入 40 點(diǎn)，輸出 21 點(diǎn)。2、存儲器容量的估算存儲器容量是 PLC 本身能提供的硬件存儲單元大小，程序容量是存儲器中用戶應(yīng)用項(xiàng)目使用的存儲單元的大小，因此程序容量小于存儲容量。設(shè)計(jì)階段，由于用戶應(yīng)用程序還未編制，因此程序容量在設(shè)計(jì)階段還是未知的，須在程序調(diào)試之后才知道。為了設(shè)計(jì)選型時(shí)能對程序容量有一定的估算，通常采用存儲器容量的估算來替代。存儲器的估算沒有固定的公式，許多文獻(xiàn)資料上給出了不同的公式，大體上都是按數(shù)字量 I/O 點(diǎn)數(shù)的 1015 倍，加上模擬 I/O 點(diǎn)數(shù)的 100 倍，以此數(shù)為內(nèi)存的總字?jǐn)?shù)（16 位一個(gè)字） ，另外再按此數(shù)的 25%考慮余量。因此該課題的 PLC 內(nèi)存容量選擇應(yīng)為能存儲 5000 條梯形圖，這樣才能在以后的改造過程中有足夠的空間。3、控制功能的選擇該選擇包括運(yùn)算功能、控制功能、通信功能、編程功能、診斷功能和處理速度等特性的選擇。根據(jù)該課題設(shè)計(jì)的需要，主要介紹以下幾種功能的選擇：（1）控制功能PLC 主要用于順序邏輯控制，因此，大多數(shù)場合常采用單回路或多回路控制器解決模擬量的控制，有時(shí)也采用專用的智能輸入輸出單元完成所需要的控制功能，提高 PLC 的處理速度和節(jié)省存儲器容量。（2）編程功能離線編程方式：PLC 和編程器共用一個(gè) CPU，編程器在編程模式時(shí)，CPU 只為編程器提供服務(wù)，不對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行控制。完成編成后編程器切換到運(yùn)行模式，CPU 對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行控制，不能進(jìn)行編程。離線編程方式可以降低系統(tǒng)的成本，但使用和調(diào)試不方便。在線編程方式：CPU 和編程器有各自的 CPU，主機(jī) CPU 負(fù)責(zé)學(xué)生姓名：陳姊韋 課題：自動化立體倉儲系統(tǒng)設(shè)計(jì)10現(xiàn)場控制，并在一個(gè)掃描周期內(nèi)與編程器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，編程器把在線編制的程序或數(shù)據(jù)發(fā)送到主機(jī)上，下一掃描周期主機(jī)就根據(jù)新收到的程序運(yùn)行。這種方式成本較高，但系統(tǒng)調(diào)試和操作方便，在大中型 PLC 中常采用。（3）診斷功能PLC 的診斷功能包括硬件和軟件的診斷。硬件診斷通過硬件的邏輯判斷確定硬件的故障位置，軟件診斷分為內(nèi)診斷和外診斷。通過軟件對 PLC 內(nèi)部的性能和功能進(jìn)行診斷是內(nèi)診斷，通過軟件對 PLC 的 CPU 與外部輸入輸出等部件信息交換功能進(jìn)行診斷是外診斷。PLC 的診斷功能的強(qiáng)弱，直接影響對操作和維護(hù)人員的技術(shù)能力的要求，并影響平均維修時(shí)間。4、PLC 機(jī)型的選擇（1）PLC 的類型FX2 系列可編程控制器主機(jī)分為 16、24、32、64、80/128 點(diǎn)六檔，還有各種輸入和輸出擴(kuò)展單元，這樣在增加 I/O 點(diǎn)數(shù)時(shí)不必改變機(jī)型，可以通過擴(kuò)展模塊實(shí)現(xiàn)，降低了經(jīng)濟(jì)投入。該智能倉庫的控制系統(tǒng)有輸入信號 40 個(gè)，輸出信號 21 個(gè)。其中，外部輸入元件包括：檢測元件、按鈕、取、送、急停、限位開關(guān)、超限位保護(hù)等等;輸出有三個(gè)步進(jìn)電機(jī)的正反向、動作指示、錯(cuò)誤顯示等等。按照上述配置，所選 I/O點(diǎn)應(yīng)不得低于 61 點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際情況，所選 I/O 點(diǎn)為 80 點(diǎn)。（2）經(jīng)濟(jì)性考慮選擇 PLC 時(shí)，應(yīng)考慮性價(jià)比?？紤]經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)應(yīng)考慮其可擴(kuò)展性、可操作性、投入產(chǎn)出比等因素，來進(jìn)行比較和兼顧，最終選出比較滿意的產(chǎn)品。輸入輸出點(diǎn)書對價(jià)格有直接的影響。當(dāng)點(diǎn)數(shù)增加到某一數(shù)值后，相應(yīng)的存儲器容量相應(yīng)增加，因此點(diǎn)數(shù)的增加對 CPU 選用、存儲器容量、控制功能范圍等選擇都有影響。在估算和選用時(shí)應(yīng)充分考慮，以便使整個(gè)控制系統(tǒng)有較合理的性價(jià)比。該智能倉庫屬于小型控制系統(tǒng)，結(jié)合經(jīng)濟(jì)性的考慮選擇整體型 PLC。3.3 PLC輸入輸出 I/O的分配根據(jù)該智能倉庫 PLC 輸入輸出的控制要求，可以得出 PLC 輸入輸出 I/O 的分配，如表 2 所示：表 2 I/O口分配表輸入 輸出江西理工大學(xué)應(yīng)用科學(xué)學(xué)院 PLC 課程設(shè)計(jì)11注：因 FX2N 沒有 X30，所有程序中用 X22 代替。水平限位裝置 垂直限位裝置（以一列為例) 堆垛機(jī)水平行走電機(jī)控制第一列 X1 位置 1 X11 左行 Y1第二列 X2第一層位置 2 X12 右行 Y2第三列 X3 位置 1 X13 貨叉驅(qū)動電機(jī)控制原位限點(diǎn) X4第二層位置 2 X14 上升 Y3其他 位置 1 X15 下降 Y4啟動 X0第三層位置 2 X16 伸出 Y5停止 X10 貨叉限位 縮回 Y6復(fù)位 X20 伸出 X5存/取貨切換 X30 縮回 X6下降回原位 X7學(xué)生姓名：陳姊韋 課題：自動化立體倉儲系統(tǒng)設(shè)計(jì)12第 4章 智能倉庫系統(tǒng)控制軟件設(shè)計(jì)4.1 PLC梯形圖概述梯形圖是使用的最多的圖形編程語言，被稱為 PLC 的第一編程語言。梯形圖與電氣控制系統(tǒng)的電路圖很相似，具有直觀易懂的優(yōu)點(diǎn)，很容易被工廠電氣人員掌握，特別適用于開關(guān)邏輯控制。梯形圖被稱為電路或程序梯形圖的設(shè)計(jì)稱為編程。PLC 梯形圖中的某些編程元件沿用了繼電器這一名稱，如輸入繼電器、輸出繼電器、內(nèi)部輔助繼電器等，但是它們不是真實(shí)的物理繼電器，而是一些存儲單元（軟繼電器） ，每一軟繼電器與 PLC 存儲器中映像寄存器的一個(gè)存儲單元相對應(yīng)。該存儲單元如果為“1”狀態(tài)，則表示梯形圖中對應(yīng)軟繼電器的線圈“通電” ，其常開觸點(diǎn)接通，常閉觸電斷開，稱這種狀態(tài)的軟繼電器的“1”或“ON”狀態(tài)。如果該存儲單元為“0”狀態(tài)，對應(yīng)軟繼電器的線圈和觸點(diǎn)的狀態(tài)與上述的相反，稱該軟繼電器為“0”或“OFF” 狀態(tài)。使用中也常將這些“軟繼電器”成為編程元件。開關(guān)量 按電壓水平分為：220VAC、110VAC、24VDC，按隔離方式分為：有繼電器隔離和晶體管隔離。模擬量 按其精度可分為 12bit、14bit、16bit 等；按信號類型可以分為電流型（420mA ，020mA ） 、電壓型（ 010V，05V ，-1010V ）等。除了上述通用 I/O 口外，還有特殊 I/O 模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。梯形圖兩側(cè)的垂直公共線稱為母線。在分析梯形圖的邏輯關(guān)系時(shí)，為了借用繼電氣電路圖的分析方法，可以想象左右兩側(cè)之間有一個(gè)左正右負(fù)的直流電源電壓，母線之間有“能流”從左向右流動。右母線可以不畫出。根據(jù)梯形圖中各個(gè)觸點(diǎn)的狀態(tài)和邏輯關(guān)系，求出與圖中各線圈相對應(yīng)的編程元件的狀態(tài)，稱為梯形圖的邏輯解算。梯形圖中邏輯解算是按從左至右、從上到下的順序進(jìn)行的。解算的結(jié)果馬上可以被后面的邏輯解算所利用。邏輯解算是根據(jù)輸入映像寄存器中的值，而不是根據(jù)解算瞬時(shí)外部輸入觸電的狀態(tài)來進(jìn)行的。PLC 與電氣回路的接口是通過輸入輸出部分（I/O）完成的。I/O 模塊集成了PLC 的 I/O 電路，其輸入暫存器反應(yīng)輸入信號的狀態(tài)，輸出點(diǎn)反應(yīng)輸出鎖存器的狀態(tài)。輸入模塊將電信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號進(jìn)入 PLC 系統(tǒng)，輸出模塊相反。I/O 分為開關(guān)量輸入（DI ） ，開關(guān)量輸出（DO） ，模擬量輸入（ AI） ，模擬量輸出（AO）等模塊。江西理工大學(xué)應(yīng)用科學(xué)學(xué)院 PLC 課程設(shè)計(jì)134.2 系統(tǒng)流程圖根據(jù)系統(tǒng)工作過程分析可以得出，該控制系統(tǒng)的流程圖如圖 3 所示：圖 3 系統(tǒng)流程圖4.3梯形圖的設(shè)計(jì)PLC 硬件電路連接完畢后，控制功能的完成還要依靠軟件程序的運(yùn)行，兩者缺一不可。該智能倉庫的梯形圖程序分析如下：4.3.1 初始化主控指令該段程序主要是用來選擇存貨取貨，如下梯形圖所示：學(xué)生姓名：陳姊韋 課題：自動化立體倉儲系統(tǒng)設(shè)計(jì)144.3.2 位置檢測指令當(dāng) M4 接通開始對各個(gè)動作進(jìn)行檢測判斷，以便確定正確的位置來完成貨物的存取，如圖所示。此時(shí)前面主控程序之間的輸出開始起作用，其它的動作執(zhí)行和其相似，具體情況詳見梯形圖：江西理工大學(xué)應(yīng)用科學(xué)學(xué)院 PLC 課程設(shè)計(jì)15學(xué)生姓名：陳姊韋 課題：自動化立體倉儲系統(tǒng)設(shè)計(jì)16江西理工大學(xué)應(yīng)用科學(xué)學(xué)院 PLC 課程設(shè)計(jì)17學(xué)生姓名：陳姊韋 課題：自動化立體倉儲系統(tǒng)設(shè)計(jì)18江西理工大學(xué)應(yīng)用科學(xué)學(xué)院 PLC 課程設(shè)計(jì)19學(xué)生姓名：陳姊韋 課題：自動化立體倉儲系統(tǒng)設(shè)計(jì)20第 5章 系統(tǒng)調(diào)試5.1梯形圖程序的下載1、要將 GX Developer8.0 中編制好的程序下載到 PLC,必須先進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)置。先將 PLC 與計(jì)算機(jī)的串口互連，然后可以進(jìn)入【傳輸設(shè)置】對話框，進(jìn)行 FX2n PLC 設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)傳輸參數(shù)設(shè)定，可以進(jìn)行 PLC 和計(jì)算機(jī)的串口通信方式的設(shè)定，可以進(jìn)行其他網(wǎng)絡(luò)電的設(shè)定，還可以實(shí)現(xiàn)通信測試。2、梯形圖寫入 PLC單擊【在線】-【PLC 寫入】 ，就可以打開“PLC 寫入”對話框，進(jìn)行相關(guān)設(shè)置并執(zhí)行，就可以將 GX Developer8.0 中已編制好的程序?qū)懭?PLC，如圖：選中要下載到 PLC 的內(nèi)容，單擊【執(zhí)行】就可以將寫好的梯形圖程序下載到PLC 的 CPU 中。5.2程序運(yùn)行帶程序全部寫入 PLC 之后，首先運(yùn)用 PLC 的編程軟件進(jìn)行模擬調(diào)試，模擬調(diào)試成功后，接上外部接線進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)試。在本課題的調(diào)試過程中，預(yù)先設(shè)計(jì)的功能和動作都能正常實(shí)現(xiàn)，具有較高的可靠性，維修方便等特點(diǎn)。江西理工大學(xué)應(yīng)用科學(xué)學(xué)院 PLC 課程設(shè)計(jì)21第 6章 MCGS 組態(tài)軟件設(shè)計(jì)立體倉庫監(jiān)控6.1 基于 MCGS仿真實(shí)現(xiàn)的意義利用 MCGS 可視化仿真技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)滿足要求的在仿真界面，能提供一個(gè)多角度、多層次的觀察仿真過程。計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)工程的模擬測試和仿真，用戶可以根據(jù)需要直接修改各種仿真參數(shù)，從而大大降低了開發(fā)費(fèi)和難度。同時(shí)可以通過組態(tài)仿真使讀者能夠設(shè)計(jì)出更加實(shí)用的控制系統(tǒng)，從而可以在較短的時(shí)間內(nèi)，以較少的代價(jià)完成較好的效果?；?MCGS 組態(tài)軟件設(shè)計(jì)的基本步驟可以概括為以下幾點(diǎn)：查看資料，組織材料。設(shè)計(jì)窗口。建立設(shè)備管理和構(gòu)造實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫。制作工程動畫和動畫連接。編寫腳本控制流程程序。整體運(yùn)行、程序調(diào)試。6.2 MCGS實(shí)現(xiàn)立體倉庫工程畫面MCGS 組態(tài)軟件所建立的工程由主控窗口、設(shè)備窗口、用戶窗口、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫窗口和運(yùn)行策略五部分構(gòu)成，每一部分分別進(jìn)行不同的組態(tài)設(shè)計(jì)，完成不同的工作，具有不同的特性。組成 MCGS 公車各要素間的關(guān)系。工程畫面的制作是整個(gè)工程制作的主要步驟之一，其主要目的是以實(shí)際的控制對象為模板通過繪制和動畫功能的設(shè)置能夠?qū)崟r(shí)模擬系統(tǒng)的運(yùn)行。它是在用戶窗口中完成，由新建窗口組建。立體倉庫畫面制作具體步驟如下：（1）在“用戶窗口”中單擊“新建窗口”按鈕，建立“窗口 0”。 （2）選中“窗口 0”，單擊“窗口屬性” ，進(jìn)入“用戶窗口屬性設(shè)置” 。（3）將窗口名稱改為：“立體倉庫” ；窗口位置選中“最大化顯示” ，其它不變，單擊“確認(rèn)” 。如圖 4 所示:學(xué)生姓名：陳姊韋 課題：自動化立體倉儲系統(tǒng)設(shè)計(jì)22圖 4 畫面建立（4）在“用戶窗口”中，選中“立體倉庫監(jiān)控系統(tǒng)” ，點(diǎn)擊右鍵，選擇下拉菜單中的“設(shè)置為啟動窗口”選項(xiàng)，將該窗口設(shè)置為運(yùn)行時(shí)自動加載的窗口。6.3 MCGS實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的讀寫實(shí)現(xiàn)6.3.1 MCGS實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫簡介MCGS 用數(shù)據(jù)對象來表述系統(tǒng)中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，用對象變量代替?zhèn)鹘y(tǒng)意義的值變量。我們把用數(shù)據(jù)庫技術(shù)管理的所有數(shù)據(jù)對象的集合稱為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫是MCGS 的核心，是應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理中心，系統(tǒng)各部分均以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫為數(shù)據(jù)公用區(qū)，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換、數(shù)據(jù)處理和實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化處理。設(shè)備窗口通過設(shè)備構(gòu)件驅(qū)動外部設(shè)備，將采集的數(shù)據(jù)送入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫；由用戶窗口組成的圖形對象，與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)對象建立連接關(guān)系，以動畫形式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化；運(yùn)行策略通過策略構(gòu)件，對數(shù)據(jù)進(jìn)行操作和處理。6.3.2 數(shù)據(jù)對象的類型在 MCGS 組態(tài)軟件中，數(shù)據(jù)對象有開關(guān)型、數(shù)值型、字符型、事件型、組對象等五種類型。不同類型的數(shù)據(jù)對象，屬性不同，用途也不同。開關(guān)型：記錄開關(guān)信號（0 或非 0）的數(shù)據(jù)對象稱為開關(guān)型數(shù)據(jù)對象，通常與外部設(shè)備的數(shù)字量輸入輸出通道連接，用來表示某一設(shè)備當(dāng)前所處的狀態(tài)，也用于表示MCGS 中某一對象的狀態(tài)，如對應(yīng)于一個(gè)圖形對象的可見度狀態(tài)。 數(shù)值型：數(shù)值型數(shù)據(jù)對象除了存放數(shù)值及參與數(shù)值運(yùn)算外，還提供報(bào)警信息，與江西理工大學(xué)應(yīng)用科學(xué)學(xué)院 PLC 課程設(shè)計(jì)23外部設(shè)備的模擬量輸入輸出通道連接。數(shù)據(jù)對象的數(shù)值范圍是：負(fù)數(shù)是從 -3.402823E38 到 -1.401298E-45，正數(shù)從 1.401298E-45 到 3.402823E38。 字符型：字符型數(shù)據(jù)對象是存放文字信息的單元，用于描述外部對象的狀態(tài)特征，其值為多個(gè)字符組成的字符串，字符串長度最長可達(dá) 64KB。事件型：用來記錄和標(biāo)識某種事件產(chǎn)生或狀態(tài)改變的時(shí)間信息。事件型數(shù)據(jù)對象的值是 19 個(gè)字符組成的定長字符串，用來保留當(dāng)前最近一次事件所產(chǎn)生的時(shí)刻：“年，月，日，時(shí)，分，秒” 。組對象：數(shù)據(jù)組對象是 MCGS 引入的一種特殊類型的數(shù)據(jù)對象，類似于一般編程語言中的數(shù)組和結(jié)構(gòu)體，用于把相關(guān)的多個(gè)數(shù)據(jù)對象集合在一起，作為一個(gè)整體來定義和處理。6.3.3 立體倉庫控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的構(gòu)造MCGS 中定義的數(shù)據(jù)對象的作用域是全局的，像通常意義的全局變量一樣，數(shù)據(jù)對象的各個(gè)屬性在整個(gè)運(yùn)行過程中都保持有效，系統(tǒng)中的其它部分都能對實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)對象進(jìn)行操作處理。而數(shù)據(jù)對象是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的基本單元。構(gòu)造實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的過程，就是定義數(shù)據(jù)對象的過程。通過對 2*3 立體倉庫工作要求的分析，要實(shí)現(xiàn)對倉庫控制系統(tǒng)的仿真我們需要以下實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫及數(shù)據(jù)對象。如下圖 5 所示：圖 5 立體倉庫部分實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫6.4 MCGS與 PLC設(shè)備的通信設(shè)備窗口是 MCGS 系統(tǒng)的重要組成部分，負(fù)責(zé)建立系統(tǒng)與外部硬件設(shè)備的連接，學(xué)生姓名：陳姊韋 課題：自動化立體倉儲系統(tǒng)設(shè)計(jì)24使得 MCGS 能從外部設(shè)備讀取數(shù)據(jù)并控制外部設(shè)備的工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對應(yīng)工業(yè)過程的實(shí)時(shí)監(jiān)控。MCGS 實(shí)現(xiàn)設(shè)備驅(qū)動的基本方法是：在設(shè)備窗口內(nèi)配置不同類型的設(shè)備構(gòu)件，并根據(jù)外部設(shè)備的類型和特征，設(shè)置相關(guān)的屬性，將設(shè)備的操作方法。系統(tǒng)運(yùn)行過程中，設(shè)備構(gòu)件由設(shè)備窗口統(tǒng)一調(diào)度管理，通過通道連接，向?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)庫提供從外部設(shè)備采集到的數(shù)據(jù)，從實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫查詢控制參數(shù)，發(fā)送給系統(tǒng)其它部分，進(jìn)行控制運(yùn)算和流程調(diào)度，實(shí)現(xiàn)對設(shè)備工作狀態(tài)的實(shí)時(shí)檢測和過程的自動控制。MCGS 設(shè)備驅(qū)動分類方法 MCGS 中設(shè)備通信的選擇雙擊“通用串口父設(shè)備”對其設(shè)備屬性進(jìn)行編輯，其中“最小采集周期”為200ms， “串口端口號”為“0-COM1” ， “數(shù)據(jù)校驗(yàn)方式”為“2-偶校驗(yàn)” ， PLC 與 MCGS 的通道連接江西理工大學(xué)應(yīng)用科學(xué)學(xué)院 PLC 課程設(shè)計(jì)25圖 6 PLC與 MCGS設(shè)備調(diào)試6.5監(jiān)視畫面的設(shè)定與動畫的連接由圖形對象搭制而成的圖形畫面是靜止不動的，需要對這些圖形對象進(jìn)行動畫設(shè)計(jì)，真實(shí)地描述外界對象的狀態(tài)變化，達(dá)到過程實(shí)時(shí)監(jiān)控的目的。MCGS 實(shí)現(xiàn)圖形動畫設(shè)計(jì)的主要方法是將用戶窗口中圖形對象與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)對象建立相關(guān)性連接，并設(shè)置相應(yīng)的動畫屬性。在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，圖形對象的外觀和狀態(tài)特征，由數(shù)據(jù)對象的實(shí)時(shí)采集值驅(qū)動，從而實(shí)現(xiàn)了圖形的動畫效果。本立體倉庫的制作的動畫效果部分包括：1）庫位的庫存情況：例如選擇庫位號并雙擊，出現(xiàn)屬性設(shè)置，選擇“顏色動畫連接”中的“填充顏色”則出現(xiàn)如圖所示。在其表達(dá)式的“？”中選擇需要的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫作為表達(dá)式，并使其與庫位號庫位 1 傳感器建立連接，并添加填充顏色連接。將 0對應(yīng)的顏色改為黃色，即指示燈沒指示時(shí)的顏色，再次單擊“增加”按鈕，將 1 對應(yīng)的顏色改為紅色，即指示燈有指示時(shí)的顏色。如圖 7 所示：學(xué)生姓名：陳姊韋 課題：自動化立體倉儲系統(tǒng)設(shè)計(jì)26圖 7 數(shù)據(jù)對象填充顏色設(shè)置2）按鈕的開關(guān)的設(shè)置：添加數(shù)據(jù)對象“啟動停止”設(shè)置基本屬性，并設(shè)置好操作屬性。本開關(guān)設(shè)置為“按 1 松 0”。特別要注意的是連接已經(jīng)建立好的所需要的數(shù)據(jù)對象。如圖 8 所示：圖 8 構(gòu)件的屬性設(shè)置