1、西安航空职业技术学院 毕业设计论文 I 基于 S7-200 SMART PLC 的立体仓库控制系统 【摘要】 随着国民经济的飞速发展，智能仓库必然会在各行各业中得到越来越广泛的应用。智能仓库系统是现代物流系统的一个重要组成部分，广泛应用于各行各业中。目前，它已经成为企业生产和管理信息化的标志之一。 该系统采用 PLC 控制，通过 PLC 输出的脉冲信号来控制步进电机的运行，两者之间通过步进电机驱动器连接，此外还用到一些传感器，如微动开关和反射式传感器。 此次设计的效果可以改变参数输入，通过模拟生产情况及波动对系统造成的冲击，从而避免 了在理想化状态下系统设计所无法预料的各种因素，对系统的堵塞有
2、着形象和直观的解决方案。 总之，智能仓库因其较小的占地面较佳空间利用率，应用正逐渐普及。为满足现代化生产和流通的需要，就必须采取以计算机控制主要手段的智能仓库。 关键词： 立体仓库 可编程控制器（ PLC） 步进电机 物流管理 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 II Abstract: With the rapid development of national economy, the intelligent warehouse will get more and more widely used in all walks of life. Intelligent warehouse sy
3、stem is an important part of modern logistics system, widely used in all walks of life. At present, it has become one of the symbols of enterprise production and management informatization. This system adopts PLC control, through the PLC output pulse signal to control the running of step motor, the
4、connection by stepper motor drives, and also use some sensors, such as micro switch and reflection type sensor. Effect can change the parameters of the design input, through the simulated production situation and the fluctuation of system caused by the impact, so as to avoid the under ideal conditio
5、n system design unpredictable factors, congestion on the system is based on image and intuitive solutions. In short, intelligent warehouse because of its smaller take up little better space utilization, application is gradually popular. To meet the needs of modern production and circulation, must be
6、 taken, by means of computer control main intelligent warehouse. Key words: Stereoscopic warehouse,Programmable controller (PLC),Stepper motor , Logistics management西安航空职业技术学院 毕业设计论文 1 前 言 . 1 1 智能仓库 . 3 1.1 智能仓库的概述 . 3 1.2 智能仓库的的优点及分类 . 3 1.2.1 智能仓库的优点 . 3 1.2.2 智能仓库的分类 . 5 2 系统控制方案的确定 . 5 2.1 智能仓库
7、系统设计的基本步骤 . 5 2.2 智能仓库的系统控制方案 . 7 2.3 智能仓库技术参数的确定 . 8 2.4 系统控制方案 . 9 2.4.1 立体仓库系统运行说明 . 9 3 硬件设计 . 12 3.1 控制系统的结构设计 . 12 3.2 PLC 的选型 . 13 3.2.1 PLC 概述 . 13 3.2.2 PLC 的选型 . 13 3.3 PLC 输入输出 I/O 的分配 . 16 4 智能仓库系统控制软件设计 . 16 4.1 PLC 梯形图概述 . 16 4.2 梯形图的设计 . 17 5 MCGS 组态软件设计立体仓库监控 . 31 5.1 基于 MCGS 仿真实现的意义
8、 . 31 5.2 MCGS 实现立体仓库工程画面 . 31 5.3 MCGS 实时数据库的读写实现 . 32 5.3.1 MCGS 实时数据库简介 . 32 5.3.2 数据对象的类型 . 32 5.3.3 立体仓库控制系统数据库的构造 . 33 5.4 MCGS 与 PLC 设备的通信 . 34 5.5 监视画面的设定与动画的连接 . 35 5.6 编制控制流程 . 38 5.6.1 脚本程序的简介 . 38 5.6.2 立体仓库脚本程序的编制 . 38 6 系统调试 . 39 6.1 梯形图程序的下载 . 39 6.2 程序运行 . 40 结 束 语 . 41 谢 辞 . 42 文 献
9、. 43 前 言 可编程控制器（简称 PLC 或 PC）是一种新型的具有极高可靠性的通用工业西安航空职业技术学院 毕业设计论文 2 自动化控制装置。它具有控制能力强、可靠性高、配置灵活、编程简单、使用方便、易于扩展等优点。目前，可编程控制器成为工业自动化领域中最重要、应用最多的控制装置，居工业生产自动化三大支柱（可编程控制器、机器人、计算机辅助设计与制造） 的首位。其应用的深度和广度成为衡量一个国家工业自动化程度高低的标志。应用 PLC 成为世界的潮流， PLC 将在我国得到更全面的推广应用。 随着 企业现代化生产规模的不断扩大和深化，使得仓库成为生产物流系统中的一个重要且不可缺少的环节。智能
10、仓库正以它最小的占地面积和最佳的空间利用率，逐步替代面积利用率极低且陈旧落后的平面仓库，这种替代促使仓储物流业的水平提高。为满足现代化生产与流通的需要，就必须采用的计算机控制技术为主要手段组成的智能仓库。智能仓库为现代物流系统的主要设备，是一种多层存放货物的高层仓库系统。也 是 CIMS 的集成环节之一，在 FMS 和 FAS 中占有非常重要的地位 。 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 3 1 智能仓库 1.1 智能仓库的概述 智能仓库简称高架仓库，一般是指采用几层、十几层乃至几十层的货架来储存单元货物，并用相同的搬运设备进行货物入、出库作业的仓库。由于这类仓库能充分利用空间储存货物，故常形
11、象地将其称为 “智能仓库 ”。根据国际自动化仓库会议的定义，所谓智能仓库就是采用高层货架存放货物，以巷道堆垛起重机为主，结合入库出库周边设备来进行作业的一种仓库。它把计算机与信息管理和设备控制集成起来，按照控制指令自动完成货物的存取作业 ，并对库存货物进行管理。显而易见它是物流系统的核心之一，并在自动化生产系统中占据了非常重要的地位。 20 世纪 80 年代到 90 年代，智能仓库产品的设计与制造有了很大的发展，全国有几十家科研单位和生产单位在进行智能仓库的开发、设计、制造。近年来，仓储物流行业的学术组织定期在国内交流学术经验，针对目前我国智能仓库的设计制造水平，参照国外标准制定了一系列行业标
12、准、规范，使智能仓库的设计制造进入了规范化发展阶段不同的智能仓库，高度、货架形式、通道宽度都和现代化仓库是不同的，仓库内设备的配置应与仓库的类型相适应。 1.2 智能仓库的的优点及分类 1.2.1 智能仓库的优点 智能仓库的优越性是多方面的，主要在以下几个方面。 1.提高空间利用率 早期智能仓库构想的基本出发点是提高空间利用率，充分节约有限且昂贵的场地，在西方有些发达国家提高空间利用率的观点已有更广泛、深刻的含义，节约土地已与节约能源、保护环境等更多方面联系起来。有些甚至把空间利用率作为考核仓库系统合理性和先进性的重要指标。仓库空间利用率与其规划紧密相连，一般来说，智能仓库的空间利用率为普通仓
13、库的 2 5 倍。 2.先进的物流系统提高企业生产 管理水平 传统的仓库只是货物的储存场所，保存货物是其唯一的功能，属于静态储存。智能仓库采用先进的自动化物料搬运设备，不仅能使货物在仓库内按需要西安航空职业技术学院 毕业设计论文 4 自动存取，而且还可以与仓库以外的生产环节进行有机地连接，并通过计算机管理系统和自动化物料搬运设备使仓库成为企业物流中的重要环节。企业外购件和自制件进入智能仓库短时储存是整个生产的一个环节，是为了在指定的时间自动输出到下一道工序进行生产，从而形成自动化的物流系统环节，属于动态储存，是当今智能仓库发展的明显技术趋势。以上所述的物流系统又是整个企业生产管理系统 (从订货
14、 、设计和规划、计划编制和生产安排、制造、装配、试验以及发运等 )的一个子系统，建立物流系统与企业生产管理系统间的实时连接是目前智能仓库发展的另一个明显技术趋势。 3.加快货物存取，减轻劳动强度，提高生产效率 建立以智能仓库为中心的物流系统，其优越性还表现在智能仓库具有快速的入出库能力，妥善地将货物存入智能仓库，及时自动地将生产所需零部件和原材料送达生产线。同时，智能仓库系统减轻了工人综合劳动强度。 4.减少库存资金积压 通过对一些大型企业的调查，我们了解到由于历史原因造成管理手段落后，物资管理零散，使生产管理和生产环节的紧密联系难以到位。为了达到预期的生产能力和满足生产要求，就必须准备充足的
15、原材料和零部件，这样，库存积压就成为较大的问题。如何降低库存资金积压和充分满足生产需要，已经成为大型企业面对的大问题。智能仓库系统是解决这一问题的最有效手段之一。 5.现代化企业的标志 现代化企业采用的是集约化大规模生产模式，这就要求生产过程中各环节紧密相连，成为一个有机整体，要求生产管理科学实用，做到决策科学化。建立智能仓库系统是其有力的措施之一。由于采用计算机管理和网络技术使企业领导宏 观快速地掌握各种物资信息，且使工程技术人员、生产管理人员和生产技术人员及时了解库存信息，以便合理安排生产工艺，提高生产效率。国际互联网和企业内部网络更为企业取得与外界在线连接，突破信息瓶颈，开阔视野及外引内
16、联提供了广阔的空间和坚实强大的技术支持。 以上所述的物流系统又是整个企业生产管理大系统（从订货、必要的设计和规划、计划编制和生产安排、制造、装配、试验、发运等）的一个子系统，建立物流系统与企业大系统间的实时连接，是目前自动化高架仓库发展的另一个明显的技术趋势。 现代化企业对管理提出了更高的要求 ，“管理出效益”的思维方式已成为大多数的现代企业管理者的共识。 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 5 1.2.2 智能仓库的分类 1.按照智能仓库的高度分类 （ 1） 低层智能仓库。低层智能仓库高度在 5 米以下，主要是在原来老仓库的基础上进行改建的，是提高原有仓库技术水平的手段。 (2)中层智能仓库
17、。中层智能仓库的高度在 5 15 米之间，由于中层智能仓库对建筑以及仓储机械设备的要求不高，造价合理，是目前应用最多的一种仓库。 (3)高层智能仓库。高层智能仓库的高度在 15 米以上，由于对建筑以及仓储机械设备的要求太高，安装难度大，应用较 少。 2.按照货架结构进行分类 (1)货格式智能仓库。货格式智能仓库是应用较普遍的智能仓库，它的特点是每一层货架都由同一尺寸的货格组成，货格开口面向货架之间的通道，堆垛机械在货架之间的通道内行驶，以完成货物的存取。 (2)贯通式智能仓库。它又称为流动式货架仓库，这种仓库的货架之间没有间隔，不设通道，货架组合成一个整体。货架纵向贯通，贯通的通道具有一定的坡
18、度，在每一层货架底部安装滑道、锟道等装置，使货物在自重的作用下，沿着滑道或锟道从高处向低处运动。 (3)自动化柜式智能仓库。自动 化柜式智能仓库是小型的可以移动的封闭智能仓库，有柜外壳、控制装置、操作盘、储物箱和传动装置组成，主要特点是封闭性强、小型化和智能化、有很强的保密性。 (4)条形货架智能仓库。是专门用于存放条形和筒形货物的智能仓库 2 系统控制方案的确定 2.1 智能仓库系统设计的基本步骤 智能仓库系统设计与调试的主要步骤，如图 2-1 所示： 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 6 图 2-1 智能仓库控制系统结设计步骤 在深入了解和分析智能仓库 控制系统的设计过程中主要考虑到以下
19、几点： 1、深入了解和分析智能仓库的工艺条件和控制要求。 2、确定 I/O 设备，根据智能仓库控制系统的功能要求确定系统所需要的用户输入、输出设备。 3、根据 I/O 口的点数选择合适的 PLC 类型。 确定课题 研究课题内容 确 定 方 案查找资料 查找资料 设计原理图 根据控制要求确定硬件配置 根据控制要求编写程序 系统结构的设计 调试程序 记录运行结果并分析 总 结 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 7 4、分配 I/O 点以及 PLC 的输入输出点，编制输入输出分配表及输入输出端子的接线图。 5、设计智能仓库控制系统的梯形图程序，根据工作要求设计出完整的梯形图程序，这是整个智能仓库系
20、统设计的核心工作。 6、将程序输入 PLC 进行软件测试，查找错误 ，是系统程序更加完善。 7、智能仓库整体调试，在 PLC 软硬件设施和现场施工完成后，就可以进行整个系统的练级调试，调试中发现的问题可以逐一排除，直到调试成功。 2.2 智能仓库的系统控制方案 立体仓库系统共由称重区、货物传送带、托盘传送带、机器手装置、码料小车和一个立体仓库组成，系统俯视图如图 2-2 所示。 仓 库 区货 物 传 送 带称 重 区托 盘 传 送 带M 1M 2M 4码 料小 车M 3机 械 手S Q 4S Q 1S Q 2S Q 3图 2-2 立体仓库系统俯视图 系统运行过程如下：货物首先经过称重区称重，然
21、后经过货物传送带将货物运送至 SQ2 位置，然后由机 械手将货物取至 SQ4 处的托盘上，然后由码料小车将货物连同托盘运送至仓库区，码放至不同的存储位置。其中仓库区的正视图如图 2-3 所示。 由图 2 -3 可知，立体仓库共有 9 个存储位置。已知每个存储位置最多可承受 100KG 的重量，而货物重量一般在 0-100 千克之间，经称重模块称重后，将西安航空职业技术学院 毕业设计论文 8 重量信号转换成 0-10V 电压信号。在码放货物时，按照A1-A2-A3-B1-B2-B3-C1-C2-C3 的规则进行码放。模拟量信号可以使用前面板提供的 0-10V 电压给出。 A 区 C 区B 区二
22、层一 层三 层图 2-3 立体仓库正视图 立体仓库系统由以下电气控制回路组成：货物传送带由电机 M1 驱动【 M1为三相异步电机由变频器进行多段速控制 , 变频器参数设置为第一段速为15Hz，第二段速为 30Hz，第三段速为 45Hz，加速时间 1.2 秒 ,减速时间 0.5 秒三相异步电机，只进行单向正转运行】。托盘传送带由电机 M2 驱动【 M2 为三相异步电机，只进行单向正转运行】。码料小车的左右运行由电机 M3 驱动【 M3为伺服电机；伺服电机参数设置如下：伺服电机旋转一周需要 1600 个脉冲】。码料小车的上下运行由电机 M4 驱动【 M4 为步进电 机；步进电机参数设置如下：步进电机旋转一周需要 1000 个脉冲】。 电机旋转以“顺时针旋转为正向 ,逆时针旋转为反向”为准。 2.3 智能仓库技术参数的确定 智能仓库的具体参数如表 1 所示： 表 1 智能仓库技术参数 出入货柜台最重物品 20Kg 每个仓位的高度 4.5CM 仓位的上下距离 0.5CM
