自动化仓库设计与监控分析研究电气自动化专业.doc

论文名称 自动化仓库设计与监控 目录 第1章 引言 1.1本设计的目的及意义 1.2自动化立体仓库的历史及国内外现状 1.3自动化立体仓库的优越性 第2章 自动化立体仓库系统概述 2.1 本课题设计的内容 2.2自动化立体仓库的模块设计 第3章 立体仓库的硬件设计 3.1立体仓库的硬件组成及控制原理 3.2立体仓库模型的基本结构 3.3系统的硬件组成及说明 3.4系统的工作原理及功能分析 第4章 PLC软件设计 4.1系统的工作流程图 4.2 PLC输入、输出点数的分配 4.3 PLC系统的程序设计 4.3.1 初始化复位程序设计 4.3.2送货子程序设计 4.3.3取货子程序设计 4.3.4货位保护程序设计 4.4调试及故障处理 第5章 监控系统的设计 5.1 MCGS的工作 5.2 MCGS组态环境系统的组成及功能 5.3 自动化立体仓库模型的监控系统（MCGS）设计 绪论 致谢 参考文献 摘要 随着我国国民经济的发展，自动化立体仓库的应用越来越广泛。利用立体仓库设备可实现仓库高层合理化，存取自动化，操作简单化。本文首先对本课题进行简单的介绍，包括背景，研究意义，现状等其次对自动化立体仓库系统的组成及实现功能、控制方式 、管理软件设计、较详细地论述了监控机与PLC可编程控制器的通信问题。证明该系统具有高可靠性、简单操作和组态灵活的特点。 关键词 自动化立体仓库 / 监控系统 / PLC / MCGS 28 1 引言 PLC技术作为一种面向工业生产的应用型技术，与CAD/CAM技术、机器人技术并成为现代工业的三大支柱技术。随着当今企业现代化生产规模不断扩大和深化，仓库成为生产物流系统中一个重要而不可或缺的环节，而立体仓库正以其占地面积小和空间使用率佳的特点，正在逐步替代面积利用率低且陈旧落后的平面仓库，这种替代大大提高了仓储物流的水平。 近几年国内外立体仓库的发展方向，以采用可编程控制器(PLC)与微控制搬运设备的仓库以及采用PC机远程管理与PLC联网控制的全自动立体仓库为主。但其中不容忽视的一个问题是，当前各领域中使用的立体仓库系统通常是比较庞大的，在研发立体仓库的过程中，需要投入大量的人力和财力，这必然会给立体仓库系统的研制带来巨大的成本负担。目前比较流行的方法是通过制作小型的立体仓库模型，采用可重复使用的编程系统对其进行编程控制，在模型上模拟调试成功后，最后将实验结果应用到立体仓库的实际生产研发中。通过以上的流程即可节约成本、提高效率，多角度多方式的确定出最优的立体仓库生产方案。 本设计将采用三菱FX1N-40MT型PLC和北京昆态公司的MCGS组态软件设计一个自动化立体仓库系统模型，最终实现立体仓库系统的自动化、智能化在实际生产中的应用，为我们的生活带来便捷，减少大量的人力和财力也提高安全性。 1.1 本设计的目的及意义 随着仓库水平的发展，自动化立体仓储技术在仓储业中的应用愈发广泛，同时，伴随着自动化立体仓库的诞生，人们对仓储空间的利用率逐渐提高，使传统的仓储模式得以优化。本设计是以组态软件来模拟一个小型自动化立体仓库，体现自动化立体仓库的便捷性、可靠性、控制性及实用性。 1.2自动化立体仓库的历史及国外现状 在第二次世界大战后生产技术开发促进了的自动化立体仓库的诞生和发展。据不完统计，我国已建成50余座自动化立体仓库共约7000万人民币。主要表现在药品生产和药品配送，食品，制造，服装加工，烟草生长和烟草配送等行业领域。中国自动化仓库与发达国家相比，在建设水平及数量上看，还是有一个比较大的差距，因为自动化仓库与现代制造及物流行业中的应用越来远广，同时，计算机技术和网络技术的飞速发展也使得自动化立体仓库的发展突飞猛进，使其已经成为当下仓储技术主要发展趋势。 自动化立体仓库在发达国家已相当普遍，日本是自动化立体仓库发展得最快、建造最多数量的国家。此外美国、德国、意大利等国家也建造了许多自动化立体仓库、发展至今，在设计、制造、自动化控制和计算机管理方面的技术日益成熟。（国外） 1.3自动化立体仓库的优越性 2 可编程逻辑控制器（PLC）简介 随着微处理器，计算机和数字通信技术的飞速发展，计算机控制几乎已经扩展到了工业领域的每一个角落。可编程序控制器（Programmable Logic Controller, PLC）作为一种应用面积广，功能强大，使用方便的通用自动控制装备，已经成为工业控制领域不可或缺的重要组成部分。PLC已经广泛的应用在各种机械设备和生产过程的自动控制系统中，在其他领域也得到了迅速的发展。国际电工委员会（IEC）在1985年的PLC标准草案第3稿中对它作了如下定义：“可编程序控制器是一种数字运算的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于使工业控制系统联成一个整体，易于扩充的原则设计。” 2.1 PLC的发展历史 PLC从诞生至今，其发展大体经历了三个阶段：第一阶段从诞生到20世纪80年代中期，以单机为主发展硬件技术，研发除了取代传统继电器控制系统的各种型号的PLC；第二阶段从20世纪80年代中期到20世纪80年代末期，为适应柔性制造系统（FMS）的发展，在提高单机功能的同时，加强了软件的开发，并提高了PLC通信能力；第三阶段从20世纪90年代以来，为适应计算机集成制造系统（CIMS）的发展，采用多CPU的PLC系统，不断提高其运算速度和数据处理能力。 2.2 PLC的特点、应用领域和发展趋势 2.2.1 PLC的主要特点： (1)可靠性高、抗干扰能力强 为保证PLC能在工业环境下可靠工作，在设计和生产过程中采取了一系列硬件和软件的抗干扰措施。主要采用以下方面的措施：如隔离、滤波；对PLC的内部电源采取了屏蔽、稳压、保护等措施，以减少外界干扰；在内部设置了连锁、环境监测与诊断、看门狗等电路；利用系统软件定期进行系统状态、用户程序、工作环境和故障监测，并采取信息保护和恢复措施；对用户程序及动态工作数据进行电池备份，以保障停电后有关状态或信息不丢失。 通过以上措施保证了PLC能在恶劣的环境中可靠地工作，使平均故障间隔时间指标高，故障修复时间短。 (2)可实现三电一体化 PLC将电控（逻辑控制）、电仪（过程控制）和电结（运动控制）这三电集于一体，可以方便、灵活地组合成各种不同规模和要求的控制系统，以适应各种工业控制的需要。 (3)编程简单、使用方便、控制程序可变、具有很好的柔性和扩展性。 (4)体积小、重量轻、功耗低。 2.2.2 PLC的编程语言 PLC的编程语言与一般计算机比语言相比，具有明显的特点，它既不同于高级语言，也不同于一般的汇编语言，既要满足易于编写的要求，又要满足易于调试的要求。编程语言具有以下特点。 1. 梯形图程设计序语言（采用因果关系来描述事件发生的条件和结果，每个梯级是一个因果关系。在梯形中，描述事件发生的条件表示在左边，事件发生的结果表示在右边） 2. 功能表程序设计语言（用功能表图来表述程序，控制系统被分为若干个子系统，从功能为主线，条理清楚，便于理解和沟通） 2.2.3 PLC的应用领域 可编程控制器是在继电器控制和计算机技术的基础上开发出来的，并逐渐发展成以微处理器为核心，集计算机技术、自动控制技术及通信技术于一体的一种新型工业控制装置。随着微电子技术的快速发展，PLC的制造成本不断下降，但功能却大大的增强了。目前在先进工业国家中PLC已成为工业控制的标准设备，几乎覆盖了工业控制全行业。特别是在轻工行业中，因生产门类多，加工方式多变，产品更新换代快，所以PLC广泛的应用在组合机床电气设备中。PLC已成为位于现代工业自动化三大支柱（PLC、ROBOT、CAD/CAM）的主导地位。 可编程控制器的功能使它既可以用于开关量控制，又可用于模拟量控制；既可用于单机控制，又可用于组成多级控制系统；既可控制简单系统，又可控制复杂系统。它的应用大致可归为如下几类：逻辑控制，运动控制，过程控制，数据处理，多级控制。 2.2.4 PLC的发展趋势 近些年我国自动化仓库技术发展很快，己实现了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，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很大的差距。目前PLC正在向通用化、系列化和高性能化的趋势发展，主要表现在： 功能不断增强，各种应用模块不断推出：加强过程控制和数据处理的功能，提高多机通信和组网的能力，开发具有更多功能的模块，使各种PLC控制系统都具有可靠的高性能，同时也使的PLC的组成和维护更加灵活方便，使PLC的应用范围更加宽广。 在系统构成规模上向大、小两个方向发展：发展超大容量，超高性能PLC用来满足现代化工业控制中大规模的复杂的生产需要；发展价格低廉，功能简单的专用PLC来替代继电器。 产品更加规范化、标准化：PLC生产厂家在不断推出新产品的同时，积极提高产品的标准化属性，使产品更容易被使用者接受，同时将PLC的各个标准部件如输入输出模块、接线端子、通信协议等方面的技术规格更加标准和规范，使不同产品可以互相兼容和组网，使用户可以方便的应用PLC控制各种标准机械化设备。 2.2.5 三菱公司FX-1N系列PLC性能介绍 FX1N系列 PLC是三菱公司FX系列PLC（包括FX1s、FX1N、FX2N、FX2NC）中推出的一种造价低廉、功能强大的普及型PLC。FX1N系列PLC有13种基本单元，可以组成14~128个I/O点的系统，并能使用特殊功能模块、显示模块和扩展板。用户存储器容量为8000步，有内置的实时钟。 PID指令用于实现模拟量闭环控制，一个单元可以同时输出2点100kHz的高速脉冲，有7条特殊的定位指令，有两个内置的设置参数用的小电位器。 通过通信扩展板或特殊适配器可以实现多种通信或数据链接，例如CC-Link、AS-i网络，RS-232C、RS-422和RS-485串行通信，N:N链接、并行连接、计算机链接和I/O链接。 2.2.6 FX_1N三菱PLC的优点 （1） 可靠性高、环境适应性强:可编程控制器输入、输出口均采用继电器和光电耦合器件，采取了隔离和抗干扰能力 （2）通用性好：由于可编程控制器采用模块化结构，一般有CPU模块、电源模块、PID模块、模拟输入和输出模块等，可以用这些模块灵活的组成各种不同的控制系统，对不同的控制系统，只需选取不同的模块即可，因而具有很好的适用性 （3）使用方便、灵活：对于不同的控制系统，当硬件结构选定后，如果输入输出作很小的变动时，只需修改相应的程序即可，无需对系统连线做较大的修改，减少了对现场调试的工作量，使用起来方面 （4）具有顺序、周期性的工作特征 （5）体积小:由于在制造时采用了大规模集成电路和微处理器，用软件编程代替了硬连线，便于安装，实现了小型化 3 立体仓库的硬件组成及控制原理 3.1 立体仓库模型的基本结构 立体仓库模型是用来储存、分类货物的模型