基于PLC的自动化仓库系统研究 - 图文

本科毕业论文（设计）

题 目 基于PLC的自动化仓库系统研究 指导教师 职称 助教 学生姓名 学号 专 业 自动化 班级 一班 院 （系） 电子信息工程学院 完成时间 2014年3月30日

目 录

摘 要 ........................................... Ⅱ 英文摘要 ........................................ Ⅲ 第1章 绪论 ..................................... 4

1.1本课题设计的背景 .............................. 4

第二章 设计的综合分析 ........................... 6

2.1设计控制方案的确定 ............................... 6 2.2本课题设计的主要内容 ............................. 6 2.3本课题设计的意义 ................................ 7

第三章 系统具体要求和主要硬件介绍 ............... 8

3.1系统控制要求的分析 ............................ 8 3.2主要硬件简介 ................................ 11

3.2.1PLC 工作原理 .............................. 11 3.2.2功能特点 ................................. 13 3.2.3PLC机型的选择 ............................. 14

3.3系统其他主要硬件 ............................. 15

第四章 系统硬件设计 ............................ 18 4.1控制系统结构设计 .......................... 18

4.1.1可编程控制器的基本结构 ....................... 18 4.1.2控制功能的选择 ............................. 19

4.2步进电机的选择 .............................. 19

4.2.1步进电机的介绍 .......................... 19 4.2.2步进电机的结构 .......................... 20 4.3微动开关的选择 .............................. 20 4.4 电气原理图的设计 ............................ 20

第五章 软件设计的介绍 .......................... 22

5.1 编程语言的介绍 .............................. 22 5.2 编程软件 ................................... 22 5.3 梯形图程序的下载 ............................ 24 5.4 主程序梯形图见附录A ......................... 24 致 谢 ........................................... 25 参考文献 ......................................... 26 附录A ............................................ 27

I

基于PLC的自动化仓库系统研究

摘 要

随着科技的进步，世界各国的经济发展的步伐加快，货物的储存与提取的问题日益突出。传统的仓库占地面积大，而且仓库工作人员劳动强度大，费时费力，货物的存储与提取的难度大。此时自动化立体仓库应运而生，自动化立体仓库节约了大量的空间，充分利用了立体空间。机械化的立体仓库提高了效率，节约了人力成本。自动化立体仓库的出现为世界工业化进程做出了巨大的贡献。现如今大多数的自动化立体仓库都是用PLC进行控制的，很好地实现了弱电控制强电，进而实现货物的存取的机械化。本课题的主要电气控制是西门子s7-200,步进电机，直流电动机等组成。本文先对该课题简单介绍，再分析国内外的研究背景及意义，然后对自动化立体仓库具体细节进行介绍，最后对阐述工作原理，编写程序并调试，最后写总结。

关键词 自动化仓库/西门子/S7-200/PLC

II

Research of automatic warehouse system based on PLC

ABSTRACT

With the development of science and technology in the development of the world economy to speed up the pace of goods storage and retrieval has become increasingly prominent in the tradition of the covered area of large warehouse, warehouse staff labor intensity, labor and time, storage goods and their extraction it is difficult to rapid economic and trade development greatly limits of automatic stereoscopic warehouse of the automated warehouse and time, and save a lot of space to improve the efficiency of automated warehouse to make full use of three-dimensional space, the PLC control. Current portion of the automated warehouse and save labor cost, in order to achieve strong and weak control, the realization of the automated warehouse access machine of our national economy, plays an important role in the economic development of China is a major contribution this project's main electrical Siemens S7-200 control, stepping motor The DC motor is in the background and significance of the study of this article first introduced the topic, explains the operation principle, programming and debugging, please write a summary

KEY WORDS Automated warehouse ,Siemens ,S7-200, PLC

III

第1章 绪论

1.1本课题设计的背景

自动化立体仓库，是一个新概念物流和仓储的新兴。货架是钢或钢筋混凝

土结构的建筑物或构筑物，货架是一个标准大小的存储空间，巷道堆垛起重机通过之间的巷道，书架上全部的存取，挑选工作。

自动化立体仓库的出现是二战之后。随着世界工业进程的步伐的加快，旧时代的大仓库不能满足快速发展的物流需要，甚至阻碍了近代物流的发展。于是人们开始对新型仓库研究的探索。最早出现的自动化仓库是半自动的，是由工人师傅操作堆垛机进行货物的存取。之后才出现全自动化的立体仓库。1963美国开创了计算机技术完成对立体仓库的控制使用。德国马上引进该技术并发展起来，日本也紧跟其后。自那时以来，仓库已在美国、欧洲得到了迅速的发展，并形成了专门的学科。我国对自动化立体化仓库的钻研亦然紧跟其他国家。并且在之后的年代里，我国对自动化仓库的研究也取得了巨大的成就。例如我国沿海地区已有几百座自动化立体仓库了。

自动化立体仓库的应用领域很广。主要行业有：医药，汽车制造，机械制造，电子制造，烟草制造业。1993广州羊城制药厂建立了第一个国内药品生产系统此后，全国各大医药公司纷纷加入自动化立体仓库应用的行列。物流领域有：烟草配送，医药配送，机场货运，地铁。商品制造领域有：服装，酒，牛奶，化工,印刷出版图书等。如图1-1，就是大型的自动化立体仓库的具体例子。

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图1-1 自动化立体仓库

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第二章 设计的综合分析

2.1设计控制方案的确定

方案一：

以单片机为控制中心的控制单元。也就是基于单片机控制的自动化立体仓库。 它的优点就是单片机的价格很便宜，成本会降低很多。但是缺点也有很多，最主要的就是程序比较复杂，需要专业人员的编写。还有就是单片机的输入输出点不是很多，而且驱动能力也很有限的，需要另外添加驱动装置。另外单片机的输入输出点很少，不能应用于复杂的控制系统中，而且扩展后的单片机程序相当复杂。 方案二：

基于PLC的控制中心的控制系统。它与单片机控制单元的比较就显现出很大的优势，最重要的一点就是PLC的编程很简单，不需要专业的工作人员编写。梯形图程序很容易上手，不需要很深的编程基础。众所周知，单片机的编程可以使用汇编和C语言，都不容易被人们所掌握。在控制能力上也有很大的优势，PLC输出的信号直接可以驱动一些单元，不比附加驱动装置的。同样的控制系统，选用PLC具有很高的性价比。PLC内部输入和输出之间才用了有效的电隔离，采用的光耦合的抗干扰措施，所以说可编程控制器抗干扰的能力非常高；另外对于不同的控制系统，有相应的模块可以选择，具有很强适用性，所以应用很广泛的。使用也方便而且比较灵活：对于不同的控制系统，可以做出不同的调整。系统结构的硬件虽然选定以后，但是如果需要对输入输出作出小小的变更的时候，只需要相应的修正程序就可以了。无需对系统的连接进行大幅度减少或改正。而且生产现场的工作调试，也灵活使用方便。大大地节约了维修调整所花的时间，创造了巨大的价值。

综合两个方案的比较以及成本的高低，还有性价比的高低，最后根据学校实验室的条件，选择了基于PLC控制的自动化立体仓库。

2.2本课题设计的主要内容

S7-200型PLC性价比还是挺高的，而且开发的周期比较短，综合考虑所以

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就选择了S7-200型PLC作为控制中心，进行输入输出端口信号的采集，然后进行采集后数据的逻辑运算，最终通过输出端口输出来完成对步进电机运动控制的实现。本设计还能要能够实现手动和自动两种不同的工作模式，通过按键可以对设备进行操作。PLC输出的动作都是有对应的LED表示，分别代表前进、后退、上升、下降、取货、送货，还可以显示仓库号等等。当小车上有货物的时候，被要求执行取货，或者当仓库里有货物的时候让小车执行送货的指令的时候，对应的表示错误的LED就会亮起。

2.3本课题设计的意义

本课题的研究再现了基于PLC的自动化立体仓库存取货物的全过程。通过对本课题的研究加深对自动化立体仓库操作的理念。本课题所设计的自动化立体仓库采用了先进的企业管理。先进企业管理的使用优化了物流系统。做到每种货物在仓库已存放的时间，能够做到降低库存货物腐败的量。减少了不必要的经济损失。减小了货物的存取时间。降低了工人劳动强度。节省了人力成本。提高了生产效率。降低了库存资金积累。

利用自动化立体栈房还可以带来很大的社会经济效果。在现代社会各个角落，尤其是发达地区，更是寸土寸金。新型自动化立体仓库它运用了高层货架的存放。使存储区间大大地向上发展，极大地提高了空间的利用率；自动化立体仓库利用层积式的寄存，连接计算机系统，很容易完成先入先出，以防货物的自然老化、败坏；采用自动化技术后，还可以很好地满足光线差、低温度、高污染、有剧毒和易燃易爆等一些特殊场合的物品存储的要求；由于计算机控制已能准确存储各种信息的计算，大大减少了信息处理过程中的错误；并借助计算机的存储容量可以有效地发挥最大的作用，便于检查和合理降低库存，减短资金的运行周期，增加流动性，并提高仓库管理水平。由于自动化立体仓库的使用，形成了比较科学的企业管理，很大程度地减少大量的浪费，很好地保证生产的均衡。

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第三章 系统具体要求和主要硬件介绍

3.1系统控制要求的分析

本系统的传动结构主要运用丝杠滚珠和滑杠。而电机则选取直流电机和步进电机。最关键的部分就是堆垛机，它可以是水平运动，垂直运动和叉取。 其水平运动和垂直运动用两台步进电机带动滚珠丝杠实现，伸叉实现则是由一台直流电机控制的。它分为上层和下层，上层是货台，可以向前向后伸缩，下层有丝杠等传动的机构。当0位置时，平台移动到指定的货架堆垛机货叉机构，电机驱动平台可以放进或取出的货物时，取货物时，或采取了货叉向后退缩。自动化立体仓库是一种集电气和机械，电子和电气控制相结合的新产品。它主要包括货物的存储，访问，传输，控制和管理系统。货物搁架由货物仓储，货物的访问，访问的功能的产品的储存和传送系统假定存储，货物存取和传送系统包括一个小车或轨堆垛机，存储输送，装卸机械。为了保证小车不会超出运动轨迹的界限，还要在每个方向设置限位的开关.

（1）仓库的设计必须满足以下功能： 1.垛机能够向上、向下、向左、向右； 2.堆垛机的运动由步进电机驱动；

3.堆垛机向前、向后和向上、向下移动时必须有限位的保护； 4.每个位置都必须有一个检测装置（开关）检测信号；

5.根据位置数，而不是按或从顶部，可以按下取消按钮，取消此操作。 6.为了防止事故的发生，整个电气系统必须有紧急停止按钮，

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的。

（2）微处理CPU是PLC的核心部件。

（3）电源部件中央处理器单元包括系统程序存储器、微处理器和用户程序存储器。电源单元装置将交流电转换为直流电源，提供了高质量的电源。

4.1.2控制功能的选择

根据自动控制需要的设计，主要介绍了下列功能的选择。

（1）控制功能

PLC主要是顺序逻辑控制。常常采用单电路和多回路的控制器解决模拟量的控制。

（2）编程功能

编程完成以后，程序员切将模式换到运行模式下，此时CPU控制生产现场的设备，并且程序员不能再对PLC编程。在线编程：主机CPU担当现场控制，工作人员可以在线进行编程或者修改程序。离线编程：编程工作人员使用计算机编程软件进行梯形图的编写，然后下载到PLC存储器中。

（3）诊断功能

根据PLC的工作原理再结合输出状态的变化判断故障的出处。

4.2步进电机的选择

4.2.1步进电机的介绍

步进电机将对发动机输入的电脉冲信号转变转速的一角，它的运动方式就是一步。之所以这被称为步进电机因为它是如此的运动，故也被称为脉冲电流的脉冲电动机。步进电机的驱动信号不需要进行控制信号的转换。直接可以把数字脉冲信号转换成线位移或角位移。故它非常适合作为数字控制系统的伺服单元。另外在其能承受的负荷范围内，这些关系与电压高低、负载大小、环境等外部环境的各种干扰因素无关的。由于步进电机每走一周都有一个不变的步数。不需要机械制动装置的添加，就可以代表一个封闭的控制系统。现代科学技术的发展，都给步进电动机的应用开辟了广阔的远景。如数控机，拉丝机，自动记录仪表，远程控制装置和空气系统等，都使用了大量的步进电机。

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4.2.2步进电机的结构.其内部结构如下图4-2

图4-2步进电机内部绕组结构

有三套控制定子绕组，每组两个系列的集中控制绕组分别绕在两个磁极径向相对。这种方式结构简单制造容易，精度确保角能够做的最小，易于实现启动和运行频率高。

4.3微动开关的选择

这个仓库控制系统的3个仓库（二层再加一个0号的仓库的位置），分别采用三只微动开关进行货物的检测，当相应的开关检测到货物时，错误时仓库不会被损坏。如图4-3

图 4-3

微动开关

4.4 电气原理图的设计

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图4-4电气原理图的设计

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第五章 软件设计的介绍

5.1编程语言的介绍

面向图形的语言有LAD和FBD。通过连接每个联系人创建一个串联或并联结构的小伙子的控制方案，并在FBD是通过和，或块互连在一起。梯形图由于其更直观和易于接受的普通程序员的欢迎。所谓的公共母线就是梯形图的两侧垂直的总线。

程序编写一般遵守这样的原则：

（1）为每个继电器线圈及其与相同数量的接触，在接触的次数没有限制为每个元素使用时。

（2）每个网格只能有一个输出点，不能同时几个输出点。

5.2 编程软件

V4.0 STEP 7 Micro WIN SP3 编程软件是西门子公司研制开发的。它基于window系统的操作平台的，和window XP系统具有很好的兼容性。用户可以使用该软件进行编译、调试、监控程序的运行情况。

5.2.1计算机主机与PLC的硬件安装与拆卸，

用RS-232电缆将PLC的编程接口与计算机的RS-232接口相连接，连接如下图所示

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图

5-1 PLC与计算机的连接

5.2.2参数的设置

当PPI多主站编程电缆与S7-200建立主从通信或者自由通信时，常用的参数设置如下

如图5-2所示，双击指令树“项目”下的图标。就设置PLC类型及CPU版本

图5-2 PLC设置

将编程设备（如计算机）的通信地址设为0，CPU的默认地址为2 计算机的接口一般使用COM1 传输的波特率一般选择9.6kbit/s

5.2.3界面及各部分的功能

双击 STEP 7 Micro WIN图标，就可以打开编程软件了其外观如下图5-3

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图

5-3 STEP 7 Micro WIN编辑器窗口

编辑器 该编辑器包括程序编辑器和局部变量表。在程序编辑器的底部有主程序 和子程序。最初安装版本是英文版的，可以选择中文语言进行汉化。

5.3 梯形图程序的下载

V4.0 STEP 7 Micro WIN SP3编程软件，既可以编写梯形图程序又可以对PLC主机CPU的下载。 将编辑好的梯形图程序，用计算机下载到PLC存储器里。

5.4主程序梯形图见附录A

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致 谢

首先要感谢陈景召老师的帮助，陈老师知识的渊博和超强的动手能力给了我很大程度上的指导。正是由于老师的指导我才能这么顺利地完成毕业设计。感谢老师对我的悉心培养，培养了我独立工作的能力，也培养了我的动手能力。在去年接到选题通知之后，我就慎重地选择了该课题。在寒假的日子里，就开始搜集各种资料，开始对自动化立体仓库的理解。开学之后又去请教了老师自己不懂的地方，老师的耐心的指导与教诲让我更加深恶了对该课题的理解。然后我到图书馆查阅了PLC相关的书籍，还有基于PLC控制的具体事例。又在网上找了很多，慢慢的基于PLC控制下的自动化立体仓库具体在自己的脑海中呈现出来了。紧接着就开始了论文的编写，期间向老师请教了论文的格式。不久论文的初稿就呈现出来了。在这将近半年的时间内，我学到了很多东西，我学会了怎样查找各种文献，翻译文献，以及word的熟练应用。在大学即将结束的日子里，我把四年所学的东西都融会贯通了一遍，把学到的东西真正地用到了实处。为以后的工作和进一步的深造奠定了深厚的基础。毕业设计完成之后，我才意识到PLC的应用对于世界工业发展起着多么巨大的作用。毕业设计是第一次理论和实践相结合的产物，它的成功完成给了我很大的鼓励。

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参考文献

[1] 殷洪义.PLC原理与实践.北京： 清华大学出版社，2008 ，56～59

[2]黄智伟 .全国大学生电子设计竞赛系统设计.北京：北京航天航空大学出版社，2006， 110～115

[3]邱关源.电路.北京：高等教育出版社，2006，260～265

[4] (美)查普曼|译者:满永奎 .电机原理及驱动——电机学基础.北京：清华大学，2008，99～101

[5] 何立民.红外技术应用:光电光子器件及传感器.北京：化学工业出版社，2004，33～36 [6] 段九洲.放大电路实用设计手册.辽宁：辽宁科学技术出版社，2002，74～79 [7] 魏永广.现代传感技术.沈阳：东北大学出版社，2001，37～41

[8] 康华光.电子技术基础模拟部分.北京：高等教育出版社 ，2008，58～61 [9] 李丰.模拟电子基础.徐州：中国矿业大学出版社，2007，131～132

[10] 王永华.现代电气控制及PLC应用技术.北京：北京航空航天大学出版社，2003，56～57

[11] 张立科.PLC应用开发技术与工程实践. 北京：人民邮电出版社 ，2005 ，26～32

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附录A

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/6t27.html