畢業(yè)設(shè)計(jì)---基于plc的立體倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是由 VB 程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言編寫的 DLL（動(dòng)態(tài)連接庫(kù)）文件，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序中包含符合各種設(shè)備通訊協(xié)議的處理程序，將設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的特征數(shù)據(jù)采集進(jìn)來(lái)或發(fā)送出去。MCGS 負(fù)責(zé)在運(yùn)行環(huán)境中調(diào)用相應(yīng)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，將數(shù)據(jù)傳送到工程中各個(gè)部分，完成整個(gè)系統(tǒng)的通訊過(guò)程。每個(gè)驅(qū)動(dòng)程序獨(dú)占一個(gè)線程，達(dá)到互不干擾的目的。MCGS 如何產(chǎn)生動(dòng)畫(huà)效果：MCGS 為每一種基本圖形元素定義了不同的動(dòng)畫(huà)屬性，如：一個(gè)長(zhǎng)方形的動(dòng)畫(huà)屬性有可見(jiàn)度，大小變化，水平移動(dòng)等，每一種動(dòng)畫(huà)屬性都會(huì)產(chǎn)生一定的動(dòng)畫(huà)效果。所謂動(dòng)畫(huà)屬性，實(shí)際上是反映圖形大小、顏色、位置、可見(jiàn)度、閃爍性等狀態(tài)的特征參數(shù)。我們?cè)诮M態(tài)環(huán)境中生成的畫(huà)面都是靜止的，在工程運(yùn)行中產(chǎn)生動(dòng)畫(huà)效果的方法是：圖形的每一種動(dòng)畫(huà)屬性中都有一個(gè)“表達(dá)式”設(shè)定欄，在該欄中設(shè)定一個(gè)與圖形狀態(tài)相聯(lián)系的數(shù)據(jù)變量，連接到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中，以此建立相應(yīng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，MCGS 稱之為動(dòng)畫(huà)連接。MCGS 如何實(shí)施遠(yuǎn)程多機(jī)監(jiān)控：MCGS 提供了一套完善的網(wǎng)絡(luò)機(jī)制，可通過(guò)TCP/IP 網(wǎng)、Modem 網(wǎng)和串口網(wǎng)將多臺(tái)計(jì)算機(jī)連接在一起，構(gòu)成分布式網(wǎng)絡(luò)測(cè)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)間的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)同步、歷史數(shù)據(jù)同步和網(wǎng)絡(luò)事件的快速傳遞。同時(shí)，可利用MCGS 提供的網(wǎng)絡(luò)功能，在工作站上直接對(duì)服務(wù)器中的數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行讀寫操作。分布式網(wǎng)絡(luò)測(cè)控系統(tǒng)的每一臺(tái)計(jì)算機(jī)都要安裝一套 MCGS 工控組態(tài)軟件。MCGS 把各種網(wǎng)絡(luò)形式，以父設(shè)備構(gòu)件和子設(shè)備構(gòu)件的形式，供用戶調(diào)用，并進(jìn)行工作狀態(tài)、端口號(hào)、工作站地址等屬性參數(shù)的設(shè)置。“運(yùn)行策略”窗口，建立用戶運(yùn)行策略。MCGS 提供了豐富的功能構(gòu)件，供用戶選用，通過(guò)構(gòu)件配置和屬性設(shè)置兩項(xiàng)組態(tài)操作，生成各種功能模塊（稱為“用戶策略” ） ，使系統(tǒng)能夠按照設(shè)定的順序和條件，操作實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)畫(huà)窗口的任意切換，控制系統(tǒng)的運(yùn)行流程和設(shè)備的工作狀態(tài)。所有的操作均采用面向?qū)ο蟮闹碑厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文）10觀方式，避免了煩瑣的編程工作。第 3 章 硬件部分 立體倉(cāng)庫(kù)的基本結(jié)構(gòu)該立體倉(cāng)庫(kù)主體由底盤、二層四倉(cāng)位庫(kù)體、運(yùn)動(dòng)機(jī)械及電氣控制等四部分組成。機(jī)械部分采用滾珠絲杠、滑杠、普通絲杠等機(jī)械元件組成，采用步進(jìn)電機(jī)作為拖動(dòng)元件。自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)主要有三部分組成： (1)倉(cāng)庫(kù)庫(kù)體 倉(cāng)庫(kù)本體分為兩個(gè)區(qū)，分別為轉(zhuǎn)貨區(qū)和存貨區(qū)。轉(zhuǎn)貨區(qū)主要是由載貨臺(tái)組成的，用來(lái)周轉(zhuǎn)貨物，當(dāng)貨物入庫(kù)以及貨物出庫(kù)時(shí)，都是通過(guò)轉(zhuǎn)貨區(qū)來(lái)完成的。儲(chǔ)貨區(qū)由 4 個(gè)倉(cāng)位組成，分為 2 行 2 列，主要用于存儲(chǔ)不同的貨物。在轉(zhuǎn)貨區(qū)、儲(chǔ)貨區(qū)都分別安裝了檢測(cè)傳感器，用于檢測(cè)對(duì)貨物的定位。 (2)巷道起重機(jī) 巷道起重機(jī)由二軸行走機(jī)構(gòu)、貨臺(tái)、驅(qū)動(dòng)器等組成。巷道起重機(jī)總共具有 3 個(gè)自由度，能實(shí)現(xiàn)水平移動(dòng)、垂直移動(dòng)、前后移動(dòng)等操作，貨物的轉(zhuǎn)移主要是由它完成的。：復(fù)位到初始位置 水平移動(dòng)到載貨臺(tái)位置 取貨 水平、垂直移動(dòng)指定倉(cāng)位 放貨 復(fù)位到初始位。：復(fù)位到初始位置 水平垂直移動(dòng)指定倉(cāng)位 取貨 水平、垂直移到載貨臺(tái) 放貨 復(fù)位到初始位。 (3)PLC 控制單元 PLC 控制單元采用西門子公司生產(chǎn)的 S7200 CPU226 型 PLC,型號(hào)為 CPU226CN DC/DC/DC,所有操作控制指令都是由 PLC 發(fā)出的。 立體倉(cāng)庫(kù)的主要硬件原理 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的基本組成和工作原理及應(yīng)用步進(jìn)電機(jī)是數(shù)字控制系統(tǒng)中的執(zhí)行電動(dòng)機(jī)，當(dāng)系統(tǒng)將一個(gè)電脈沖信號(hào)加到步進(jìn)電機(jī)定子繞組時(shí)，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)一步，當(dāng)電脈沖按某一相序加到電動(dòng)機(jī)時(shí)，轉(zhuǎn)子沿某一方向轉(zhuǎn)動(dòng)的步數(shù)等于電脈沖個(gè)數(shù)。因此，改變輸入脈沖的數(shù)目就能控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）11轉(zhuǎn)子機(jī)械位移的大小；改變輸入脈沖的通電相序，就能控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子機(jī)械位移的方向，實(shí)現(xiàn)位置的控制，實(shí)現(xiàn)寬廣范圍內(nèi)速度的無(wú)級(jí)平滑控制。為了驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，必須由一個(gè)決定電動(dòng)機(jī)速度和旋轉(zhuǎn)角度的脈沖發(fā)生器（在該立體倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)中采用 PLC 作脈沖發(fā)生器進(jìn)行位置控制） 、一個(gè)使電動(dòng)機(jī)繞組電流按規(guī)定次序通斷的脈沖分配器、一個(gè)保證電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行的功率放大器，以及一個(gè)直流功率電源等組成一個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器是把控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化為步進(jìn)電機(jī)的角位移，或者說(shuō)：控制系統(tǒng)每發(fā)一個(gè)脈沖信號(hào)，通過(guò)驅(qū)動(dòng)器就使步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一步距角。所以步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與脈沖信號(hào)的頻率成正比。 傳感器的工作原理和應(yīng)用（1）反射式傳感器的工作原理：當(dāng)物體相對(duì)于傳感器移動(dòng)時(shí)，反射回來(lái)的信號(hào)與原先的信號(hào)相比較，產(chǎn)生頻移，集成電路再把微弱的頻移信號(hào)進(jìn)行放大，再經(jīng)多普勒檢測(cè)、放大、限幅等措施，最后取得和物體移動(dòng)信號(hào)相關(guān)的直流信號(hào)輸出電平。在該立體倉(cāng)庫(kù)中采用反射式傳感器作為貨物的檢測(cè)裝置。（2）對(duì)射式傳感器的工作原理：當(dāng) 24V 電壓加到發(fā)光二極管 LED1 時(shí)，它將光發(fā)射給發(fā)光二極管 LED2，LED2 接收到光導(dǎo)通，三極管導(dǎo)通，輸出為 ON；當(dāng)發(fā)光二極管 LED1 發(fā)射出的光被物體擋住使發(fā)光二極管 LED2 接收不到時(shí)，LED2 不導(dǎo)通，三極管也不導(dǎo)通，輸出為 OFF。在該立體倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)中，采用 8 個(gè)對(duì)射式傳感器作為限位控制。 PLC 的選擇 PLC I/O 點(diǎn)的選擇根據(jù)控制要求，將各輸入設(shè)備和被控設(shè)備詳細(xì)列表，準(zhǔn)確的統(tǒng)計(jì)出被控設(shè)備對(duì)數(shù)需求量，然后在實(shí)際統(tǒng)計(jì)的 I/O 點(diǎn)數(shù)的基礎(chǔ)上增加 15%～20%的備用量，以便以后調(diào)整和擴(kuò)充。同時(shí)要充分利用好輸入和輸出擴(kuò)展單元，提高主機(jī)的利用率，例如S7200 CPU224 分為 14 輸入、10 輸出，S7200 CPU226 分為 24 輸入、16 輸出，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(guò)擴(kuò)展模塊實(shí)現(xiàn)，降低了經(jīng)濟(jì)投入。在確定好 I/O 點(diǎn)數(shù)后，還要注意它的性質(zhì)，類型和參數(shù)。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）12根據(jù)本次設(shè)計(jì)的立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)的輸入、輸出信號(hào)，其中外部輸入元件包括：檢測(cè)元件、按鈕、取、存、急停、限位開(kāi)關(guān)等；輸出有三個(gè)電機(jī)的正反向、動(dòng)作指示等。 PLC 型號(hào)的選擇本課題根據(jù) I/O 的信號(hào)數(shù)量，類型及控制要求，同時(shí)考慮到維護(hù)和保養(yǎng)，改造和經(jīng)濟(jì)等諸多因素，根據(jù)以上分析已知應(yīng)選用 S7200 CPU226。其中 PLC 選擇的一般原則為：? PLC 機(jī)型選擇的基本原則是，在功能滿足要求的前提下，選擇最可靠、維護(hù)使用最方便以及性能價(jià)格比的最優(yōu)化機(jī)型。 ? 在工藝過(guò)程比較固定、環(huán)境條件較好（維修量較小）的場(chǎng)合，建議選用整體式結(jié)構(gòu)的 PLC；其它情況則最好選用模塊式結(jié)構(gòu)的 PLC。 ? 對(duì)于開(kāi)關(guān)量控制以及以開(kāi)關(guān)量控制為主、帶少量模擬量控制的工程項(xiàng)目中，一般其控制速度無(wú)須考慮，因此，選用帶 A/D 轉(zhuǎn)換、D/A 轉(zhuǎn)換、加減運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送功能的低檔機(jī)就能滿足要求。 ? 而在控制比較復(fù)雜，控制功能要求比較高的工程項(xiàng)目中（如要實(shí)現(xiàn) PID 運(yùn)算、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)等） ，可視控制規(guī)模及復(fù)雜程度來(lái)選用中檔或高檔機(jī)。其中高檔機(jī)主要用于大規(guī)模過(guò)程控制、全 PLC 的分布式控制系統(tǒng)以及整個(gè)工廠的自動(dòng)化等。 S7200 PLC 的介紹西門子公司的SIMATIC S7200系列屬于小型PLC,用于代替繼電器的簡(jiǎn)單控制場(chǎng)合，也可用于復(fù)雜的自動(dòng)化控制系統(tǒng)。由于它具有強(qiáng)大的通信功能，在大型網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中也能充分發(fā)揮器作用。 S7200 的可靠性高，可以用梯形圖、語(yǔ)句表和功能圖三種語(yǔ)言來(lái)編程。它的指令豐富，指令功能強(qiáng)，易于掌握，操作方便，內(nèi)置有高速計(jì)數(shù)器，高速輸出，PID控制器，RS485 通信/編程接口、PPI 通信協(xié)議、MPI 通信協(xié)議和自由端口模式通信功能，最大可以擴(kuò)展到 248 點(diǎn)數(shù)字量 I/O 或 35 路模擬量 I/O，最多有 30 多 KB 程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）13第 4 章 軟件部分 STEP7Micro/WIN 編程軟件STEP7Micro/WIN是專門為S7200設(shè)計(jì)的，在個(gè)人計(jì)算機(jī)Windows操作系統(tǒng)下運(yùn)行的編程軟件，它的功能強(qiáng)大，使用方便，簡(jiǎn)單易學(xué)。CPU通過(guò)PC/PPI電纜或插在計(jì)算機(jī)中的CP551CP5611通訊卡通訊。通過(guò)PC/PPI電纜，可以在Windows下實(shí)現(xiàn)多主站通信方式。STEP7Micro/WIN的用戶程序結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單清晰，即通過(guò)一個(gè)主程序調(diào)用主程序，在中斷事件出現(xiàn)時(shí)調(diào)用中斷程序，還可以通過(guò)數(shù)據(jù)塊進(jìn)行變量的初始化設(shè)置。用戶可以用語(yǔ)句表、梯形圖和功能塊圖編程，不同的編程語(yǔ)言編制的程序可以相互轉(zhuǎn)換，可以用符號(hào)表來(lái)定義程序中使用變量地址對(duì)應(yīng)的符號(hào)，例如指定符號(hào)啟動(dòng)按鈕對(duì)應(yīng)，使程序便于設(shè)計(jì)和理解。STEP7Micro/WIN可以為用戶提供兩套指令集，即SIMATIC指令集（S7200）和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)指令集（IEC611313方式）。通過(guò)調(diào)制解調(diào)器可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程編程，可以用單次掃描和強(qiáng)制輸出等方式來(lái)調(diào)試程序和進(jìn)行故障。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）14 PLC編程界面的構(gòu)成 編程規(guī)則如下：（1）外部輸入/輸出繼電器、內(nèi)部繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等器件的接點(diǎn)可多次重復(fù)使用，無(wú)需用復(fù)雜的程序結(jié)構(gòu)來(lái)減少接點(diǎn)的使用次數(shù)。（2）梯形圖每一行都是從左母線開(kāi)始，線圈接在右邊。接點(diǎn)不能放在線圈的右邊，在繼電器控制的原理圖中，熱繼電器的接點(diǎn)可以加在線圈的右邊，而 PLC 的梯形圖是不允許的。（3）線圈不能直接與左母線相連。如果需要，可以通過(guò)一個(gè)沒(méi)有使用的內(nèi)部繼電器的常閉接點(diǎn)或者特殊內(nèi)部繼電器的常開(kāi)接點(diǎn)來(lái)連接。（4）同一編號(hào)的線圈在一個(gè)程序中使用兩次稱為雙線圈輸出。雙線圈輸出容易引起誤操作，應(yīng)盡量避免線圈重復(fù)使用。（5）梯形圖程序必須符合順序執(zhí)行的原則，即從左到右，從上到下地執(zhí)行，如不符合順序執(zhí)行的電路就不能直接編程。（6）在梯形圖中串聯(lián)接點(diǎn)使用的次數(shù)是沒(méi)有限制，可無(wú)限次地使用。（7）兩個(gè)或兩個(gè)以上的線圈可以并聯(lián)輸出。 S7200 的通信 S7200 的通信協(xié)議S7200支持多種通信協(xié)議，例如點(diǎn)對(duì)點(diǎn)接口（PPI）、多點(diǎn)接口（MPI）和畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）15PROFIBUS。這些協(xié)議基于7層開(kāi)放系統(tǒng)互連模型（OSI），通過(guò)一個(gè)令牌環(huán)網(wǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，令牌環(huán)網(wǎng)遵循標(biāo)準(zhǔn)（IEC61185）和歐洲標(biāo)準(zhǔn)（EN50170），它們都是基于字符的異步通信協(xié)議，帶有起始位、8位數(shù)據(jù)、偶校驗(yàn)和1個(gè)停止位。S7200的通信接口是RS485，計(jì)算機(jī)可以使用RS232或USB通信接口，多主站PPI電纜用于計(jì)算機(jī)和S7200之間的通信，有RS232/PPI和USB/PPI兩種電纜。 在編程軟件中設(shè)置通信接口的參數(shù) 在STEP7Micro/WIN中選擇菜單命令“檢視”→“元件”→“設(shè)置PG/PC接口”或雙擊瀏覽或指令數(shù)中的“設(shè)置PG/PC接口”圖標(biāo)，都可以進(jìn)入設(shè)置接口對(duì)話框如下圖。圖 PC/PPI 協(xié)議 在“設(shè)置 PG/PC 接口”對(duì)話框中設(shè)置的是計(jì)算機(jī)通信接口的參數(shù)。此外還應(yīng)該為 S7200 設(shè)置波特率和站地址，在 STEP7Micro/WIN 中選擇菜單命令“檢視”→“元件”→“系統(tǒng)塊”或雙擊指令樹(shù)中的系統(tǒng)塊文件夾下面的“通信端口”圖標(biāo)，將打開(kāi)設(shè)置的通信參數(shù)的選項(xiàng)卡如圖 。設(shè)置好參數(shù)后把系統(tǒng)塊下載到中才會(huì)起作用。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）16 PC/PPI的通訊 在STEP7Micro/WIN中雙擊瀏覽欄或指令樹(shù)中的 “通信”圖標(biāo)，或執(zhí)行菜單命令“檢視”→“元件”→“通信”，將出現(xiàn)“通信”的對(duì)話框。在將新的設(shè)置下載到S7200之前，應(yīng)設(shè)置遠(yuǎn)程站即的地址，使它與的地址相同。 雙擊上圖中“雙擊刷新”旁邊的藍(lán)色箭頭組成的圖標(biāo)，編程軟件將會(huì)自動(dòng)搜索連接在網(wǎng)絡(luò)上的 S7200，并用圖標(biāo)顯示搜索到的 S7200。選中“通信”對(duì)話框左下角的“搜索所有波特率”復(fù)選框，可以實(shí)現(xiàn)全波特率的搜索。下圖顯示計(jì)算機(jī)連接到 S7200。圖 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）17 I/O 地址分配 根據(jù)立體倉(cāng)庫(kù)的控制要求，對(duì) PLC 控制系統(tǒng)的輸入點(diǎn)分配如下表。表 PLC 輸入輸出 I/O 分配輸入與輸出 選擇庫(kù)位1按鈕 X軸限位 選擇庫(kù)位2按鈕 X軸原點(diǎn) 選擇庫(kù)位3按鈕 Y軸限位 選擇庫(kù)位4按鈕 Y軸原點(diǎn) 啟動(dòng)按鈕 Z軸原點(diǎn) 停止按鈕 Z軸限位 取貨按鈕 X軸CP 存貨按鈕 Y軸CP 庫(kù)位1傳感器 X軸方向 庫(kù)位2傳感器 Y軸方向 庫(kù)位3傳感器 Z軸前伸 庫(kù)位4傳感器 Z軸回縮 手動(dòng)控制開(kāi)關(guān) 步進(jìn)電機(jī)的控制與交直流電動(dòng)機(jī)不同，僅僅接上供電電源，步進(jìn)電機(jī)不會(huì)運(yùn)行的。為了驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，必須由一個(gè)決定電動(dòng)機(jī)速度和旋轉(zhuǎn)角度的脈沖發(fā)生器（在該立體倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)中采用 PLC 作脈沖發(fā)生器進(jìn)行位置控制） 、一個(gè)使電動(dòng)機(jī)繞組，電流按規(guī)定次序通斷的脈沖分配器、一個(gè)保證電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行的功率放大器，以及一個(gè)直流功率電源等組成一個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，如下圖所示。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）18圖 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的組成 將 PLC 的輸出端口 和 接在步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的 X 軸和 Y 軸脈沖端口，用于給步進(jìn)電機(jī)發(fā)送高速脈沖，通過(guò)改變輸入脈沖的數(shù)目就能控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子機(jī)械位移的大小，將 PLC 的 和 接在步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 X 軸和 Y 軸方向端口，通過(guò)改變輸入脈沖的通電相序，就能控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子機(jī)械位移的方向，實(shí)現(xiàn)位置的控制。接線圖如下： 步進(jìn)電機(jī)接線部分 堆垛機(jī)三維位置定位 本系統(tǒng)中堆垛機(jī)由水平、垂直及伸叉機(jī)構(gòu)三部分組成。水平、垂直部分運(yùn)動(dòng)分別由X軸、Y軸步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠完成，伸叉機(jī)構(gòu)由上層的鏟叉和底層的絲杠傳動(dòng)畢業(yè)設(shè)計(jì)