电气专业基于PLC的仓库堆垛机控制系统设计.doc

课题名称 基于PLC的仓库堆垛机控制系统设计 摘要 摘 要：随着社会飞速发展，电子商务交易下，货物的流通量日益增长，使得人工对货物的控制也显得效率不高，劳动强度大；本文以Siemens S7-200系列PLC为控制器，结合上位机组态软件Wincc，设计、模拟了自动仓库货物控制系统，上位机与PLC的系统的数据交换采用OPC Scout协议技术；系统大概工作过程为：货物经检录入仓后，经机器人取货放入主传送带，主传送带一侧的传感器对货物进行分析检测，传感器信号传达至PLC，PLC输出相应命令驱动气动执行机构，进行货物的控制，货物被拣入缓存仓后经机器人取货至出仓，或者分发到立体仓库经堆垛机进行货物的储存；系统体现了现代自动化技术，运行稳定的同时更易于操作员的监控。 关键词：PLC 控制系统 自动化 I ABSTRACT ABSTRACT：With the rapid development of society, under the e-commerce transaction, the circulation of goods is increasing, making the control of the goods too inefficient and labor intensive; this article uses the Siemens S7-200 series PLC as the controller, combined with the upper unit Wincc software, designed and simulated the automatic warehouse cargo control system, the data exchange between the host computer and the PLC system adopts the OPC Scout protocol technology; the system probably works as follows: after the goods are checked into the warehouse, the robot picks up the goods and puts them into the main conveyor belt. The sensor on the side of the main conveyor belt analyzes and detects the goods, the sensor signal is transmitted to the PLC, and the PLC outputs the corresponding command to drive the pneumatic actuator to control the goods. After the goods are picked up into the buffer warehouse, the robot picks up the goods to the warehouse, or distributes them. The warehouse is stored in a three-dimensional warehouse through a stacker; the system embodies modern automation technology, which is stable and easy to monitor by operators. Keywords: PLC control system automation II 目录 摘要 I ABSTRACT II 目录 III 1 绪论 1 1.1 研究背景及内容 1 1.2 仓库货物控制系统概述 1 1.3 堆垛机的概述 2 2 仓库堆垛机控制系统总体方案设计 4 2.1 控制系统总体设计 4 2.2 控制系统设计的基本原则 5 2.3 控制系统设计的主要内容 5 2.4 堆垛机系统的控制要求 7 3 仓库堆垛机控制系统的硬件设计 9 3.1 PLC选型 9 3.2 电机选型 11 3.3 传感器选型 11 4 仓库堆垛机控制系统的软件设计 13 4.1 系统涉及软件 13 4.2 系统主流程图 20 4.3 控制系统子程序 21 5 仓库堆垛机控制系统的组态设计 23 5.1 组态软件 23 5.2 组态设计 24 6 结论 32 致 谢 33 参考文献 34 III 1 绪论 1.1 研究背景及内容 控制作业是仓库货物运输的关键环节。指从仓库或其他区域快速、准确地拣货，按一定的方法集中存放、分类，根据货物的信息和属性等待装卸的过程。在配送中心的实际运行中，控制是配送中心系统的主要组成部分，其步骤比较麻烦，工作量也不小。目前，随着商品经济的逐步深化，社会的趋势逐渐向多品种、小批量发展。随着越来越多的商品需要配送，控制变得越来越重要。在当今电子技术发展良好的时代，仓库货物控制越来越依赖电子设备和计算机辅助控制来实现最佳效率；基于PLC的自动货物控制系统具有稳定性强、效率高、网络结构丰富等特点，越来越受到人们的欢迎。 1.2 仓库货物控制系统概述 仓库堆垛机控制系统的建设非常复杂。从规划设计的开始到系统的最终实现，需要考虑很多因素。控制系统与上游存储系统和下游装卸系统密切相关，因此，应考虑它们之间的联系，以解决接口问题。 为了建立一个控制系统，首先需要了解控制操作的过程和所设计系统的功能。从包装系统的实际过程来看，控制系统主要由四个基本环节组成：控制信息的生成、行走或搬运、拣货、分拣和集中。其中：控制信息是分拣工作的顺序，通常由客户订单或送货单处理，形成控制订单或电子信号，分拣机或机器人拣货和装卸货物。 实现的主要形式有三种：一种是步行或运输到达货物存放处；另一种是在人面前自动将货物放在货架上；第三种是机械自动化完全完成自动控制系统；货物控制是一个抓取和确认的过程。根据仪器检验货物。描述控制信息，这是控制操作的核心，根据货物的体积、重量和交货频率的差异可分为手动、机械和自动化设备。分类集中是连接装运和装载操作的必要条件。在实践中，也有人力、机械辅助和自动化。排序过程是排序系统业务过程的基础。合理使用机械、自动化设备和新技术，可以节省操作时间，降低控制误差率。这也是建立控制系统的目标和关键。 初步控制系统设计的核心基本上是一个人工操作系统，它是人工搜索、搜索和处理货物，最后完成货物提取的过程。在以前设计的系统中，手工处理是一项非常耗时的工作。同时，对于基础信息文档的制作和检索，也需要大量的时间，使工作效率低下，无法满足现代物流配送的准确性和速度要求。 随着我国科学技术的飞速发展，各种自动化机械设备逐渐应用于物流配送中。计算机信息技术和控制技术已成为信息处理和传输的主要手段。因此，在一些控制系统中，有些环节仍然需要人工操作，但与以前的方式相比，工作强度逐渐降低，因此智能化、自动化、机械化的控制系统是物流配送中心的发展趋势和重要特点。 目前，仓储货物控制系统和现代控制系统技术为提高工作质量和效率提供了重要保障，也成为管理组织体系、物流机械化体系和信息系统的有机结合。管理组织体系用于组织人员和设备的调度，以及控制系统的整体运行模式。物流机械化系统主要是不同物流设备的配置和有效组合。信息系统是控制信息和分类信息的载体。离子技术、计算机控制技术和物流自动化机械是目前控制系统的主要组成部分。 1.3 堆垛机的概述 仓库货物控制系统既不能与堆垛机分离，又是控制系统的执行部分。库存时，货物从交货台准确定位，然后放在收货台。提货时，将货物从货舱中取出，放在出入口处。无论何种堆垛机，其基本部件都是电气设备、机架、拨叉机构、水平行走机构、起升机构和装卸平台。这是因为概念的高密度存储，高速和高水平的生产。虽然不同厂家有自己独特的特点，但在结构形式上仍存在差异，但差异并不显著。堆垛机的共同特点是由控制系统、轨道、伸缩叉、货台和机架组成。 最早的仓库货物堆垛机是在桥式起重机的基础上操作的。它需要将一个门架悬挂在起重机的大梁上，然后通过门架的旋转上下移动货物。在20世纪60年代左右的美国，为了提高货物装卸效率，公路堆垛机被广泛地用来代替桥梁堆垛机。日本在1967年使用了一个高层堆料机，高度约为10米15米。在线自动仓库于1969年开始使用。1970年，公路堆垛机仓库在中国首次用于货物装卸。近代以来，我国堆垛机技术也取得了很大的进步，速度、控制技术和定位精度都有了很大的提高。目前堆垛机提升速度可达90米/分钟，运行速度可达240米/分钟。目前，现有立体仓库上下两层为公路堆垛机，用于搬运货物，大大提高了货物进出仓库的能力。 第 34 页 共 34 页 2 仓库堆垛机控制系统总体方案设计 一般自动仓库货物控制系统的控制方案设计，核心是包含：硬软件、软件跟调试等几个部分内容的设计。被控对象大多数则是机械加工跟电器设备，传送带亦或者是传送的过程。 2.1 控制系统总体设计 本文以地面支承、直线作业和堆垛机为研究对象。其控制系统由调度计算机、监控计算机、触摸屏（HMI）、控制器（S7-200 PLC）、变频器和执行机构组成。堆垛机控制系统的结构框图如图2.1所示。 图2.1 基于PLC仓库堆垛机控制系统总体框图 仓库堆垛机控制系统的功能是完成货物进出的过程。进出货物的过程包括提货和交货的过程。操作员将货物信息发送到调度计算机，形成仓库收据，然后发送到监控计算机。在接收到计算机的任务后，PLC控制器控制堆垛机完成收发货指令。本文采用一台S7-200PLC控制三台逆变器，分别是步进变换器、升降变换器和叉式变换器。分别控制堆垛机的水平操作机构、升降操作机构和叉式伸缩机构。计算机、触摸屏、S7-200 PLC、变频器、开关均采用现场总线连接，可实时传输数据，实现堆垛机运行中的实时监控。 2.2 控制系统设计的基本原则 1、最大限度的满足被控对象提出的各项性能指标 相关的设计人员在进行设计之前，应该充分的了解实际情况，对现场进行勘察，研究，提前准备好相关的资料，跟负责机械部分以及实际操作部分的人员要密切配合，一起拟定电气控制的方案设计，以此清楚确定控制任务跟控制系统应该有的相关功能，方便在设计的过程当中一起来解决出现的对应问题。 2、确保控制系统的安全可靠 电气控制系统设计中要重视其系统的可靠性，如果系统控制不能满足电气控制系统的安全稳定工作，那么设计出的系统，是很难进行投入使用的。实际的施工过程当中，肯定是需要把可靠性放在第一位，组成冗余控制系统，以此以保证生产安全为目标，去提升产品的质量以及数量。 3、力求控制系统简单 控制系统的构成应当需要简单些，当然，是需要建立在可以保证工作的可靠以及控制的要求能够被满足的前提之下。因为构成简单的控制系统有着实用性以及经济性，不但使用的时候可以方便些，后期进行维护的时候也能够容易些。 4、留有适当的裕量 为了改进生产的工艺、增加控制任务、方便维护以及扩大生产规模，想要将可编程控制容易扩充的特征充分发挥起来，选择PLC容量（存储容量，机架插槽数，I/O点数等）时，应留有时当的裕量。 2.3 控制系统设计的主要内容 1、明确设计任务和技术条件 设计任务和规格通常以设计工作订单的形式提供。在设计任务书中，有必要明确定义每个项目的基本要求，限制和管理方法。在整个设计系统中，设计任务书是整体设计的基础。 2、确定用户输入设备和输出设备 用户输入输出设备是PLC控制系统的硬件设备，PLC本身作为控制器，构成了机器选择和软件开发的基础。因此，输出设备（例如电磁阀和电动机）和相应的输入设备（例如控制器，