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1、2013届毕业生论文说明书课题名称:PLC自动仓储系统的设计学生姓名:朱豪杰学 号:201001340210系 别:电气工程系专 业: 铁道供电指导老师:首珩、李庆梅目 录摘 要1ABSTRACT2第1章 绪论31.1本课题的目的及意义31.2自动化立体仓库的历史及国内外现状31.3自动化立体仓库的优越性3第2章 自动化立体仓库系统概述52.1本课题设计的内容52.2 自动化立体仓库的模块设计5第3章 立体仓库的硬件设计63.1系统结构63.2传感与检测系统设计73.3 S7200系列PLC与通信系统的连接103.4 PLC模块的选择113.5立体仓库驱动设计123.6立体仓库PLC控制系统的
2、设计14第4章 PLC的软件设计18第5章 基于组态软件仓储监控管理系统的设计335.1 工程组态软件MGCS的应用335.2 组态软件的模型的设计33结束语34致 谢35参考文献36摘 要随着现代化生产技术的飞速发展以及社会物质的不断繁荣,平面化仓库对于货物的存放已经远远不能满足当前的需求,因此立体仓库己成为生产和生活中的一个重要的组成部分,对于立体仓库的研究也在不断的深入。本文主要设计了一个自动化的立体仓库系统,首先对设计方案进行讨论,确定了系统的模块组成、功能以及各模块之间的联系,并对设计中出现的问题进行讨论,提出解决方案。其次对于立体仓库的控制系统也进行了设计,主要采用可编程控制器件来
3、对其进行控制,通过PLC编程软件对立体仓库的整个运作进行了PLC程序的设计,主要以手动和自动两种不同的方式控制,并对意外情况的发生也作了意外处理程序的设计。为了更好的验证此立体仓库的设计,根据设计思想制作了一个12仓位的立体仓库模型,该模型系统采用了先进的PLC控制器控制,通过内部PLC程序的设计,能根据控制要求灵活方便地进行系统配置,并能通过步进电机、运动机械装置等组成的自动化控制系统对货物进行准确的送取。另外,为了监控和管理立体仓库的运行状态,利用组态王软件对于立体仓库的运行情况设计了一个实时监控系统。该系统能对现场数据进行采集处理,管理人员只要通过运行监控系统就可以实时监控立体仓库的工作
4、状态,保证了正常运作,对出现的问题作出及时的判断和处理。最后通过该系统的模拟运行,验证了此立体仓库运行平稳,送取货物定位准确,安全可靠。关键词:立体化仓库,PLC控制,组态王软件,实时监控。AbstractWith the rapid development of modem production technology,as well as the continuing social and material prosperity,planar warehouse for the storage cannot meet the current demand,warehouse has beco
5、me an important component for normal social life and manufacturingThe tridimensional warehouse keeps its constantly in-depth studyFirstly it focuses on design of system modules,functions,and the linkages between the various modules and then makes some proposed solutions for expected problemsSecondly
6、,the tridimensional warehouse control systems has been designed primarily to use programmable control device to control,through the PLC programming soft ware for the entire tridimensional warehouse operation of the PLC program design, developed manual and automatic two way control,and the design of
7、unexpected accidents treatment program is also conductedIn order to verify the design of tridimensional warehouse better,according to design innovations,I built a 12 storage rooms tridimensional warehouse model,the model system adopts advanced PLC controller,the internal PLC programmed sign control
8、requirements for a flexible and convenient way of system configuration,the automatic control systems made up with stepper motors and other mechanical devices ensures all accurate delivery of goodsIn addition,in order to monitor and manage the operation of tridimensional warehouse status,with the inp
9、ut of configuration software for the operation of tridimensional warehouse has arealTime monitoring systemThe system is capable of onsite data collection and processing,the operator could launch the monitoring system to get areal-time updates of the working status of the warehouse,to ensure a safe o
10、peration and immediate error shooting and correction treatmentFinally,the whole system has been verified as a safe,reliable,accurate,and stable operational tridimensional warehouse through virtual testKeywords:Tridimensional Warehouse,PLC control,King view software,Real-time Monitoring System. Key w
11、ords: stereoscopic warehouse, PLC control, configuration software, real-time monitoring.第1章 绪论1.1本课题的目的及意义随着仓储水平的提高,自动化立体仓库在仓储业中应用越来越广泛。随着自动化立体仓库的出现,人们对仓储空间的利用率逐渐提高,改变了传统的仓储模式。本次设计是用组态软件来模拟一个小型自动化立体仓库,来体现自动化立体仓库的便捷性、控制性。1.2自动化立体仓库的历史及国内外现状立体仓库产生和发展是第二次世界大战之后生产和技术发展的结果。2007年,我国自动化立体仓库建设总量与2006年基本持平。据
12、不完全统计,全国共建成自动化立体仓库50余座,总产值在7亿人民币左右。用户主要集中在医药生产、医药配送、食品、烟草生产及烟草配送、制造业、服装加工等行业领域。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比较大的差距.由于自动化立体仓库在当今物流和制造业中的广泛应用、计算机技术和网络技术的推波助澜,使得立体仓库的发展十分迅速,其发展趋势主要有:1 仓储作业管理自动化水平逐步提高。随着生产的进一步发展,对物流的要求将更加严格。具体来说,就是在要求的时间内、在准确的地点、按准确的顺序与方法、提供准确的品种和数量的货物。2. 智能技术将会获得应用。人工智能技术的发展,推
13、动了自动化技术向其高级阶段一智能化方向发展,已经在仓库的设计、搬运系统的控制和储运设备的选用等方面应用了专家系统。3. 仓库作业向柔性化发展。随着柔性化的普及,自动化仓库的储运作业也将向柔性化发展。国外已经开始出现一批可拆卸的或移动式的仓库结构。1.3自动化立体仓库的优越性 随着生活水平的提高,生产力的提高,现代物流业逐渐显现出快速增长的趋势,传统的仓储模式已经不能满足巨大的货存,所以立体仓库就显示出它的功效。它具有节约用地、减轻劳动强度、消除差错、提高仓储自动化水平及管理水平、提高管理和操作人员素质、降低储运损耗、有效地减少流动资金的积压、提高物流效 率等诸多优点。归纳于:1) 提高空间利用
14、率2)便于形成先进的物流系统,提高企业生产管理水平3)减少商品的破损率4)提高仓储作业效率第2章 自动化立体仓库系统概述2.1本课题设计的内容本文研究的主要内容包括三个部分:基于电子标签技术的仓储物流管理系统:基于西门子S7一200PLC的下位执行机构自动控制系统的实现以及PLC程序的编制:管理层、监控层、控制层三层之间的通信实现。在管理系统中,研究内容涉及到:自动化立体仓库的出入库方式、存储策略及货位分配原则:根据自动化立体仓库中存放货品的特点,提出了采用分类随机存储和定位存储相结合的货品存储策略。结合电子标签技术,根据货品出入库频度划分货品的大致存储区域:在此基础上,使用货位自动均匀分配算
15、法实现货位的均匀分配与货品的就近出入库;最后根据此算法实现了批量出入库作业和单件出入库作业。在执行系统中,研究内容涉及到:构建一个实验室规模的自动化立体仓库系统;分析整个控制系统的构成以及电气控制原理,进而对下位执行系统进行总体功能设计,并对各单元PLC的控制功能模块进行了分析;最后迸行PLC程序的编写,局部调通之后再将三个部分整合在一起进行调试,实现三个单元的顺序控制。在管理层 、监控层、控制层的网络结构与通信实现中主要研究OPC通讯实现过程中,组态软件MCGS设置:监控层与控制层的基于现场总线PROFIBUS的具体组网通讯实现以及MCGS本的编写,最终实现管控一体化。 2.2 自动化立体仓
16、库的模块设计在立体仓库的模块中,根据各模块的功能,排列了各个部件之间的位置,设计的一个整体图:图2-1 功能模块图第3章 立体仓库的硬件设计3.1系统结构本设计的控制对象可分为三个控制区域,即传送带、机械手及立体仓库。1.传送带输送机控制本系统中共有二台辊道输送带,其传动采用交流变频调速系统控制,可进行速度调节设定及正、反转控制。每台输送机可由安装在其上面的光电开关根据程序设计自动控制启/停及正/反转,完成货物送入、取出动作。在实验台的按钮板上有一些转换开关和按钮,用于手动控制操作。2. 机械手的控制机械手的动作由气缸驱动,而气缸由对应的电磁阀控制,当下降电磁阀通电时,机械手下降,当下降电磁阀
17、断电时机械手停止,只有当上升电磁通电时,机械手才上升,断电时才停止。机械手的放松和夹紧由一个线圈两位置电磁阀控制。3. 立体仓库及自动堆垛机控制在立体货库中配有一台全自动堆垛机,由二台步进电机和一台直流电机控制,可进行行走、升降及叉货控制。主要根据设计程序,进行立体仓库进货的自动存储及出货的自动提取。堆垛机在行走方向共有三个限位开关:左/右极限限位开关和行走认址限位开关,行走的位置靠碰到限位开关计数来完成。堆垛机在升降方向共有四个限位开关:上/下极限限位开关、一个入库认址限位开关和一个出库认址限位开关,升降的位置靠碰到限位开关计数来完成。在实验台的按钮板上有一些转换开关和按钮,用于手动控制操作
18、。在发生紧急情况时,可按下紧停按钮,用以切断步进电机控制模块的电源。图3-1 储存单元图3.2传感与检测系统设计传感器(英文名称:transducer/sensor)是一种检测装置,能感受到被测量的信息,并能将检测感受到的信息,按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出,以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节1) 光电传感器又分为PNP集电极开路输出和NPN集电极开路输出,传感器本系统只使用了NPN集电极开路输出。下图是光电传感器的原理图:图3-2 光电传感器原理图2)漫反射式传感器的工作原理:在立体仓库中采用EE-SPY402凹槽型、
19、反射型接插件式传感器作货物检测。采用能抗周围外来刚干扰的变调光式;采用变调光式,与直流光式比,不易受外来光干扰的影响;电源电压为DC5-24V的大量程电压输出型;带有容易调整的光轴标识;带有便于调整,动作确认的入光显示。工作原理:当物体相对于传感器移动时,反射回来的信号与原先的信号相比较,产生频移,集成电路再把微弱的频移信号进行放大,再经多普勒检测、放大、限幅等措施,最后取得和物体移动信号相关的主流信号输出电平。图3-3 漫射型光电传感器接线图漫反射型光电传感器是在探测物体挡在传感器正面使传感器接收到足够的光线时输出信号。可以通过调节灵敏度调节VR调节检测的距离。其对不同颜色的检测距离不相同,
20、反射性能越好检测的距离越远。3)电容传感器:图3-4电容传感器基本原理图及接线图电容传感器也分为NPN集电极开路输出和PNP集电极开路输出两种形式,在本系统只使用了PNP集电极开路输出型。当被测物接近传感器时输出信号,PNP型在没有检测到物体输出为悬空状态,检测到物体输出为高电平状态。在本单元所使用的传感器的位置及型号如下表所示:表3-1 传感器的位置及型号3.3 S7200系列PLC与通信系统的连接本自动化立体仓库模型整个整个下位控制系统三大组成部分:传送带、机械手、堆垛机的自动控制实现用到的可编程控制器均是S7200系列PLC。同其它的PLC一样基本组成也是由单元加编程器,在需要进行系统扩
21、展时,系统组成中还包括:数字扩展单元模块、模拟量扩展单元模块、通信模块、网络、人机界面HMI等。采用PC/PPT电缆建立个人计算机与S7200CPU的连接。具体实现过程如下:设置PC/PPI电缆开关(下0,上1);在DIP开关上:选择计算机所支持的波特率:9600(123设置为010) 选择11位(4设置为0) 选择DCE(5设置为0)PC/PPI电缆的RS232端(标有PC)连接到PC的通信口:COM或COM2。PC/PPI电缆的RS485端(标有PPI)连接到CPU的通信口。图3-5 PU的通信口的连接图图3-6 C24V输入/输出点的基本原理图(源型接法)3.4 PLC模块的选择本设计选
22、用的可编程控制器是西门子公司的S7-200系列小型PLC-CPU226。本机集成24输入/16输出共40个数字量I/0点。可连接7个扩展模块,最大扩展至248路数字量I/0点或35路模拟量I/0点。13K字节程序和数据存储空间。6个独立的30kHz高速计数器,2路独立的20kHz高速脉冲输出,具有PID控制器。2个RS485通讯/编程口,具有PPI通讯协议、和自由方式通讯能力,还有体积小、功能强、性价比高等优点,而且具有高速脉冲输出(PTO)功能,可以驱动步进电机运动。步进驱动模块步进驱动模块由步进电机和步进驱动器组成。下图是CPU226外围典型接线图图3-7 CPU226外围典型接线图3.5
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