回转库电气自动化控制的设计

毕 业 设 计

回转库电气自动化控制的设计

学生姓名 年 级 教学单位 专 业 指导教师

目 录

摘要………………………………………………………………………………（1） 关键词……………………………………………………………………………（1） 一、回转库基本组成结构………………………………………………………（1） 二、设计方案……………………………………………………………………（2） （一）自由口通讯模式下收发数据……………………………………………（2） （二）通讯程序的设计…………………………………………………………（2） 三、自动化回转库电控系统方案………………………………………………（4） 结束语……………………………………………………………………………（7） 致谢………………………………………………………………………………（8） 参考文献…………………………………………………………………………（9）

回转库电气自动化控制的设计

【摘 要】联机方式是系统工作的主要方式，上位机首先检查下位机的工作状态，判断下位机工作是否正常，如果下位机处于正常状态，则向下位PLC下达运行指令，存取指令，以及货物的分捡单。下位机接到指令后，迅速做出判断，在人机界面中显示出货物的分捡的信息。并沿最短路径，平稳、迅速运行到指定的货位。等待操作员对货物进行操作。在本机操作方式下，操作员可以在操作面板上选择：手动或自动方式运行。

【关键词】回转库 联机 人机界面

数控垂直回转立体库(简称回转库)是典型的现代化自动仓储产品。其采用可大大提高仓库的管理水平，提高劳动效率，降低劳动强度,降低仓储成本，是进几年来国内新兴的几种新型仓储产品之一。回转库是以链传动为主要机械原理的存储机械。以箱斗为认址单元，并进行最优路径的选取，从而使物料快捷的到达操作者手中，非常适合摆放在生产区附近，用于存放产品的零备件，生产工具及数控刀具等。做到取送物品无人力搬运，可最大限度的节约人力充分利用现有空间。远程控制系统可以实现电脑联网控制，提高工作现场和库房管理水平，实现物料管理的现代化。该产品广泛应用于航空、航天、烟草、机械、石化、医药、电子、档案、码头、铁路、汽车等行业。

回转库是企业或公司管理系统（CIMS）的组成部分之一，通常归结在仓库管理信息系统之下。与仓库管理系统不同之处在于它不仅含有对底层自动化设备的控制和管理，而且是针对某一具体的自动化仓库的基本数据库管理系统。从关系上来看，它相对而言是一个比较独立的子系统。而仓库管理信息系统一般要管理一个企业或公司下属的所有仓库中的信息。

一、回转库基本组成结构

从组成上可以划分为5个子系统构成：在库材料数据管理系统;信息自动检测与录入系统；仓库自动化设备监控系统；设备自动控制系统和设备及货物运行实时监控系统。仓库材料数据管理子系统主要涉及具体材料的在库情况统计管理。信息自动检测与录入子系统的主要任务是对入库物品的外形进行检测，并扫描出入库物品的条码信息。而仓库自动化设备监控子系统负责在计算机屏幕上用动化等方式显示出设备的载货状态，运行位置等实时信息。设备自动控制子系统主要实现对设备的运行控制。设备及货物运行实时监控系统通过影像摄制，传输，显示系统，直观明了地观察整个自动化立体仓库中设备的运行及货物流转情况。当前回转库系统，主要有两种组成方案：PLC集中控制系统；FieldBus控制系统。这里主要应用PLC集中控制系统。

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上位机 操作器（输入,显示） 主控器 （PLC） 位置检测系统(水平,垂直,货叉) 堆垛机状态,安全检测系统 挑速控制系统 (运行，升起，伸叉) 执行装置（运行，升起，伸叉驱动）

图1-1 PLC集中控制系统

PLC集中控制系统（如图1所示）是当前应用最广泛的一种堆垛机自动控制系统。它以PLC为中心，通过通信接口，接收来自上位机的任务信息采集设备传感系统的各种信息，通过PLC的控制软件，控制PLC的输出，控制设备的各项运动，对货物进行存，取作业，实现货物的流转与存储。同时通过通信接口，向上位机发送设备的实时状态信息，以实现仓库实时监控系统对自动化立体仓库所有设备的实时监控功能。

二、设计方案

本设计应用西门子公司的SIMATIC S7-200系列PLC，并用VB来实现PLC与PC的串行通讯。西门子公司的SIMATIC S7-200系列是广泛适用于中小型设备控制的工业可编程控制器，其良好的通讯能力使其在工业控制中得到越来越广泛的应用。在现在工业控制领域中，PLC作为下位机完成现场各种信号数据的采集，运算和控制，上位机则提供人机交互界面，实现数据处理以及现场数据的实时显示等监视和远程控制功能。 （一）自由口通讯模式下收发数据

配置自由口通讯模式后，就可以进行数据的收发了。发送数据指令XMT。其命令格式为XMT Table，Port。可以用XMT指令方便地发送数据，XMT的第一个数据指明了要发送的字节数，Port指明了用于发送的端口，可以发送一个或多个字符，最多有255个字符的缓冲区。接收数据指令RCV其命令格式为RCV Table，Port。可以用RCV指令方便地接收信息，RCV指令可以接收一个或多个字符，最多有255个字符，这些字符存储在缓冲区中。 （二）通讯程序的设计 1、自由口通讯程序

通讯程序的设计需遵循一定的规则，如中断通讯处理程序要短小精悍，要避免XMT与RCV指令同时在一个端口执行等。整个PLC通讯程序包括主程序，通讯初始化子程序，校验子程序，读写数据子程序，发送完成中断服务程序和接收完成中断服务子程序。其中，通讯主程序是PLC实现接收，发送功能的主框架，其流程图3：

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开始 N 接收完标志 Y 校验 N 校验正确 Y 命令类型 读数据 写数据 开始连续上传 停止连续上传 下一周期

图2-1 程序流程图

而通讯初始化子程序设置自由口通讯的有关参数，对接收信息控制寄存器SMB87写入控制字，定义起始字符，结束字符等。校验子程序功能是当每次PLC接收完1帧数据，就调用此子程序进行校验。而读，写数据子程序的任务是把PLC存储区中的数据发给上位机后把上位机传来的数据写入PLC存储区，二者的流程相似，只是数据流向不同，进入子程序后，先停止接收，然后完成数据传输，最后发送应答报文，不同之处就是应答报文中的状态字节在读操作时时1，写操作时是2。接收，发送完成中断服务子程序的任务是当PLC接收到结束字符后产生中断或数据发送结束后产生中断，这个服务程序被执行。接收完，先把接收标志置1，然后再次启动接收。发送完，先清除校验正确标志，再把接收缓冲区中的结束字符和计算出的接收结果清零，最后再次启动接收。由于是半双工通讯，因此PLC无论是发送还是接收完数据后，都必须将通讯口设置成接收状态。 2、上位机的通讯程序设计

由于VB具有强大的图形显示功能，可以开发出界面良好的Windows标准风格的图形用户界面，因此上位机通讯软件是用VB开发的。由于VB6.0中自带专门管理串行通讯的MSComm控件，通过设置其属性参数就可以实现串行通讯，所以大大简化了程序设计。

可编程逻辑控制器与上位机之间的通讯应用，可以有效地提高控制系统的整体自动化

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程度。利用Visual Basic等计算机语言，可以方便的开发出PLC和上位机通讯应用软件，PLC完成对现场开关量，模拟量的控制处理，上位机实现对过程参数的监控分析、统计、修改等。

三、自动化回转库电控系统方案

系统的结构形式：

系统采用德国SIEMENS的PLC（S7-200）作为控制系统的核心。

1、 系统采用德国SIEMENS的触摸屏TP070作为人机交互界面，使系统的可操作性、

可视性、可维护性提高。

2、 系统采用目前流行的现场总线技术，完成上位机和PLC之间的数据传输。 3、 对库的旋转、定位采用先进的德国SIEMENS变频驱动器MM440。

4、 回转库还具有入口安全保护装置，当系统检测到有物体在出入口处时，系统将自

动停止运行，并发出报警。

上位机 下位机（PLC） 人机界面 下位机 (PLC) 人机界面 变频器 变频器 终端 终端 图3-1 系统的结构

系统主要的技术参数：

1、 认址方式：系统采用编码器认址。 2、 通讯方式： ? ?

采用自由口通讯协议； 波特率：9600bps；

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3、 电源：380V±10%，三相四线制，频率：50HZ。 系统的工作方式：

联机：联机方式是系统工作的主要方式，上位机首先检查下位机的工作状态，判断下位机工作是否正常，如果下位机处于正常状态，则向下位PLC下达运行指令，存取指令，以及货物的分捡单。下位机接到指令后，迅速做出判断，在人机界面中显示出货物的分捡的信息。并沿最短路径，平稳、迅速运行到指定的货位。等待操作员对货物进行操作。操作员可根据人机界面中显示出货物的分捡的信息，进行货物的存取，操作完毕后按下系统的应答按钮，告诉上位机操作是否完成，上位机则记下操作结果，并发送下一条操作命令。在下位机运行过程中上位机时刻监视下位机的状态，并显示相应的系统信息。

3-2联机操作方式画面

本机：在本机操作方式下，操作员可以在操作面板上选择：手动或自动方式运行，如选择手动，操作员搬动面板上的上升、下降搬把开关系统就可以向上或向下移动。到达位置后，松开搬把开关，系统立刻停车。如选择自动方式，操作员在触摸屏设定层位置输入要到的层号，按下启动按钮系统迅速做出判断，并沿最短路径，平稳、迅速运行到指定的货位。

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3-3本机操作画面

安全保护装置：

1、 急停：系统在操作员操作位置设置有急停开关，如在系统运行过程中遇到紧急情

况，操作员按下急停开关，系统迅速停车。并发出报警。

2、 入口保护：当系统运行过程中，如果检测到入口处是否有物体存在，系统将自动

停止运行，并发出报警。

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结 束 语

经过一段时间的运行证明，本系统成功的实现提高仓库的管理水平，提高劳动效率，并实现了降低劳动强度，降低仓储成本不是一个简单的控制问题，它涉及到自动化、机械学、力学、电子信息等方面的知识。以便操作人员及时的回转库的运行，在控制策略的实现过程中，我们更是利用了优化控制的算法，这种基于PC及PLC和回转库电器自动化的设计，涵盖了现代控制理论中有关决策过程中的最优化问题，通过研究可知回转库在今后的自动化仓储控制领域中将会有更加广阔的应用前景，相信随着现代计算机自动控制技术的飞速发展，类似的系统的应用前途将会越来越广泛。本系统成功的实现提高仓库的管理水平，提高劳动效率,并实现了降低劳动强度,降低仓储成本不是一个简单的控制问题，它涉及到自动化、机械学、力学、电子信息等方面的知识。以便操作人员及时的回转库的运行,在控制策略的实现过程中，我们更是利用了优化控制的算法，这种基于PC及PLC和回转库电器自动化的设计，涵盖了现代控制理论中有关决策过程中的最优化问题，通过研究可知回转库在今后的自动化仓储控制领域中将会有更加广阔的应用前景,相信随着现代计算机自动控制技术的飞速发展，类似的系统的应用前途将会越来越广泛。

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致 谢

在本篇论文编写的过程中，得到了许多指导老师和同事给予我很多有益的建议，提供了热情帮助和大力支持。承蒙指导老师对毕业设计的指导，提出了许多宝贵意见，同时作了大量细致的工作。在此向他们一并表示衷心的感谢。

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参 考 文 献

[1]余俊.中国机械设计大典.南昌: 江西科学技术出版社，2002. [2]余俊.现代机械设计方法(第一卷).江西科学技术出版社，2002. [3]魏国辰.物流机械设备的运用与管理.中国物资出版社，2002. [4]廖常初.PLC编程及应用.机械工业出版社，2002.

[5]范逸之，陈立元.Visual Basic与RS-232串行通信控制.中国青年出版社，2002.

[6]SIMATIC.S7-200可编程控制器系统手册（西门子公司）.国防工出版社，2000. [7]赵炯，张树京.基于状态图的自动化立体仓库存取方式研究. 起重运输机械，2001.

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/dfb5.html