基于PLC的自动化立体仓库控制系统设计.doc

《基于PLC的自动化立体仓库控制系统设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于PLC的自动化立体仓库控制系统设计.doc（36页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、前言随着企业持续稳定发展，经济全球化步伐也迅速加快，我国工业也出现了翻天覆地变化，一方面高科技加工工艺越来越得到推广，加工效率也得到了大大提高。及此同时原有物流与仓储系统已不能满足新形势要求,建立一个集物流、信息流与资金流于一身自动化物流管理中心,从而降低企业综合物流成本,提高企业综合效益便成为目前亟待解决问题。自动化立体仓库是指在不直接进行人工处理情况下,自动地完成物品仓储与取出系统,它以高层立体货架为主体,以成套搬运设备为基础,是集自动控制技术、通信技术、机电技术于一体高效率、大容量存储机构。PLC作为一种工业控制计算机,具有模块化结构、配置灵活、高速处理速度、精确数据处理能力、多种控制功

2、能、网络技术与优越性价比等性能,是目前广泛应用控制装置之一。自动化立体仓库出现,实现了仓库功能从单纯保管型向综合流通型转变， 而且自动化立体仓库是现代物流及仓储系统重要组成部分，具有货物存取效率高与自动化程度高、很强入出库能力等优点。而PLC功能强大，可靠性高，抗干扰能力强，维修方便，易于实现机电一体化。完全满足立体仓库工作环境与控制系统要求。但是由于立体仓库前期投入大，需要专业人才从事维护，维持费用高， 只有资本雄厚企业才会重视立体仓库，成本成为立体仓库发展限制因素，因此如何降低立体仓库成本或者设计中小型立体仓库自然成为重中之重更利于推广及普及。本设计就是针对那些中小型企业而设计采用三菱FX

3、1N系列PLC作为核心控制元件中小型字体仓库，而且结构可以灵活调整，它既可以是单排或者双排货架自动化立体仓库，也可以是自动化立体车库，可以根据需求调整。采用专用键盘作为人机接口部件，具有手动与自动操作，可根据用户需求人机之间进行信息交换，作控制步进电机来驱动一个有三自由度小车在高强度导轨上做三维运动来完成一系列动。1 绪论 自动化立体仓库发展情况及发展趋势随着现代工业生产发展，柔性制造系统(FlexibleManufacturing System)、计算机集成制造系统(Computer Integrated Manufacturing System)与工厂自动化(Factory Automat

4、ion)对自动化仓库提出更高要求。射频数据通信、条形码技术、扫描技术与数据采集越来越多地应用于仓库堆垛机、自动导引车与传送带等运输设备上，移动式机器人也作为柔性物流工具在柔性生产、仓储与产品发送中日益发挥重要作用。实现系统柔性化，采用灵活传输设备是实现物流与仓储自动化趋势。 美国学者JAWhite将自动化立体仓库发展分为五个阶段：人工仓储阶段、机械化仓储阶段、自动化仓储阶段、集成化仓储阶段与智能自动化仓储阶段。目前，智能自动化仓储技术虽然还处于初级发展阶段，但它将是主要发展方向。 立体仓库产生与发展是第二次世界大战之后生产与技术发展结果。50年代初，美国出现了采用桥式堆垛起重机立体仓库；50年

5、代末60年代初出现了司机操作巷道式堆垛起重机立体仓库；1963年美国率先在高架仓库中采用计算机控制技术，建立了第一座计算机控制立体仓库。此后，自动化立体仓库在美国与欧洲得到迅速发展，并形成了专门学科。60年代中期，日本开始兴建立体仓库，并且发展速度越来越快，成为当今世界上拥有自动化立体仓库最多国家之一。 我国对立体仓库及其物料搬运设备研制开始并不晚，1963年研制成第一台桥式堆垛起重机（机械部北京起重运输机械研究所），1973年开始研制我国第一座由计算机控制自动化立体仓库（高15米，机械部起重所负责），该库1980年投入运行。到2003年为止，我国自动化立体仓库数量已超过200座。现在，自动化

6、物流技术与成套设备研发已经发展成了一个庞大产业。目前，国外自动化立体仓库采用扫描技术， 提高信息传输速度与准确性：采用射频数据通信技术，数据采集、处理与交换能够在搬运工具及中央计算机之间快速进行，使物品存取与发送信息做到快速、实时、可靠与准确。另外，近年来迅猛发展多媒体技术也在自动化立体仓库中得到越来越广泛应用，普遍应用于人员培训、操作指导、远程现场监视、异地故障分析与诊断及防火防盗等方面。 但是国内自动化立体仓库系统具有一定局限性，主要以单机为主，系统整体集成能力与集成水平低；因为资金不足，许多外围设备如AGV系统、码垛与拆垛等无法应用于物流系统，从根本上限制了这些设备研制与发展；仓储作业计

7、算机管理水平较低。因此不论从自动化物流系统设备品种及技术水平，还是在应用广度与深度上及国际水平都还存在着相当大差距。 1.2 自动化立体仓库发展趋势 随着自动化技术与信息技术在自动化立体仓库中广泛运用，自动化立体仓库发展将呈现以下趋势： (1)仓储作业管理自动化水平将会逐步提高。 (2)智能技术将会获得应用。 (3)仓库作业向柔性化方向发展。 (4)建设自动化立体仓库方面更加注重实用性与安全性1.3 本课题研究意义及研究目自动化立体仓库又称立库、自动存取系统AS/RS(AutomaticStorage&RetrievalSystem)，是一种用高层立体货架(托盘系统)储存物资，用电子计算机控制

8、管理与用自动控制堆垛运输车进行存取作业仓库。 使用自动化立体仓库可以产生巨大社会效益与经济效益。它通过高层货架存储，使存储区大幅度地向高空发展，提高了空间利用率；自动化立体仓库采用层积式存放，结合计算机管理，可以很容易实现先入先出，防止货物自然老化、变质与损坏；通过自动存取系统(AS/RS),加快了运行与处理速度，提高了劳动生产率，降低操作人员劳动强度；采用自动化技术后，还能较好地适应黑暗、低温、污染、有毒与易爆等特殊场合物品存储需要；计算机控制能够始终准确无误地对各种信息进行存储与管理，减少了货物处理与信息处理过程中差错；同时借助于计算机管理还能有效地利用仓库存储能力，便于清点与盘库，合理减

9、少库存，加快资金周转，节约流动资金，从而提高仓库管理水平。自动化仓库信息系统可以及企业生产信息系统集成，实现企业信息管理自动化。同时，由于使用自动化仓库，促进企业科学管理，减少了浪费，保证均衡生产，也提高了操作人员素质与管理人员水平。自动化物流控制系统具有信息处理、系统控制、系统监视、系统管理等多种功能，集信息流与物流于一体，是现代化企业物流与信息流管理重要组成部分。 自动化控制系统在现代物流系统中起着承上启下重要作用，根据上位调度管理计算机下达作业任务，控制系统自动完成对设备运行、停机、故障、报警等各项过程控制。同时将作业完成情况与设备状况实时上报上位调度管理层，使上位系统实现对设备运行状况

10、、物流位置与物流数据管理及监控。自动化控制系统作为自动化物流系统中一个重要组成部分，对于提高物流系统物流控制功能与作业效率，具有关键作用。 自动化立体仓库是一个复杂综合自动化系统是现代物流技术领域中出现一种新型仓储方式。自动化立体仓库自诞生以来就受到了极大关注，对其相关技术与管理研究从未停止过。在现代社会，随着生产方式与技术革命性变革，自动化立体仓库已经成长为支持企业与社会经济活动重要因素，其经济与社会效益逐渐被人接受，自动化立体仓库也成为企业与社会投资重点。而且自动化立体仓库其优越性是多方面，对于企业来说,可从以下几个方面得到表达： 1 提高空间利用率 ，早期立体仓库构想，其基本出发点就是提

11、高空间利用率，充分节约有限且宝贵土地。在西方有些发达国家，提高空间利用率观点已有更广泛深刻含义，节约土地，已及节约能源、环境保护等更多方面联系起来。有些甚至把空间利用率作为系统合理性与先进性考核重要指标来对待。 立体库空间利用率及其规划紧密相连。一般来说，自动化高架仓库其空间利用率为普通平库2-5倍。这是相当可观。2 便于形成先进物流系统，提高企业生产管理水平 传统仓库只是货物储存场所，保存货物是其唯一功能，是一种“静态储存”。自动化立体仓库采用先进自动化物料搬运设备，不仅能使货物在仓库内按需要自动存取，而且可以及仓库以外生产环节进行有机连接，并通过计算机管理系统与自动化物料搬运设备使仓库成为

12、企业生产物流中一个重要环节。企业外购件与自制生产件进入自动化仓库储存是整个生产一个环节，短时储存是为了在指定时间自动输出到下一道工序进行生产，从而形成一个自动化物流系统，这是一种“动态储存”，也是当今自动化仓库发展一个明显技术趋势。 本课题研究目在于，随着自动化立体仓库系统控制技术蓬勃发展，探索自动化立体仓库新控制技术，结合现代科技发展水平，用技术创新思想，在实现自动化立体仓库Integrated(集成化)、Intelligent(智能化)、Information(信息化)方面进行研究。为提高自动化立体仓库先进性、可靠性，提高其经济效益与社会效益，提高我国物流技术水平做出我们应有贡献。堆垛机控

13、制系统与货位优化分配研究已经取得了较大进展，但随着现代物流发展，问题复杂程度与求解精度要求不断提高，现有研究方法还不能满足现代物流控制要求，需要发展更为高效优化方案。 1.4 本课题研究内容本课题主要研究中小型自动化立体仓库自动控制系统，具有专用人机信息交流界面控制面板，可以实现手动与自动货物存取功能。存取货物还可以实现全自动，为节省PLC成本，采用三菱矩阵输入指令等高级宏指令，扩展了PLC输入与输出点数。而且利用PLC软件实现货架上有无货物检测，节省了货物检测传感器成本投入，步进电机也是通过PLC软件进行控制其正转、翻转与加减速。根据自动化立体仓库运行基本原理，通过大学阶段所学知识设计一套基

14、于PLC自动化立体仓库运动控制系统，具有根据用户输入，三个坐标方向电机能够准确移动、定位以实现物品正确存放功能。具体完成任务如下： （1）命令键盘设计。 （2）熟练掌握PLC程序设计方法。 （3）应用PLC完成硬件电路设计。 （4）设计出相应程序，并且通过调试。 （5）在立体仓库模型上进行物品装卸试验。 通过对仓库模型控制系统设计研究，能够对自动化立体仓库设计基本工作原理有一定认识，并且对大学阶段所学知识能够进一步深化，对理论知识与实际应用之间相互转化有更具体理解，特别是对PLC技术、数字电路、机电一体化技术有了更进一步认识。以及PLC程序设计有了更认真地学习与运用。 另外，通过对此课题学习研

15、究，还可以培养自己独立解决实际问题能力，为以后学习打下基础1.5 方案论证目前自动化立体仓库已随着经济发展开始越来越流行起来，其设计也在不断趋向于完美化，本仓库模型系统设计也有很多不同方法。我们对仓库模型控制作了两种设计方案，并对其进行了研究与讨论方案一：基于单片机仓库模型控制系统设计。采用单片机作为主控制器来控制步进电机控制系统，系统所要设计控制电路较多，较为复杂。而且整个控制系统开发周期长。由于需设计电路居多，所以系统软件程序设计复杂，难于实现12。方案二：基于PLC仓库模型控制系统设计，它具有很多其他设计方法不可比拟优点： （1）可靠性高、环境适应性强：可编程控制器输入/输出端口均采用继

16、电器与光电耦合器件，采取了隔离与抗干扰措施，所以具有很高抗干扰能力； （2）通用性好：由于可编程控制器采用模块化结构，一般有CPU模块、电源模块、PID模块、模拟输入与输出模块等，可以用这些模块灵活组成各种不同控制系统，对不同控制系统，只需选取不同模块即可，因而具有很好适用性14。 （3）使用方便、灵活：对于不同控制系统，当硬件结构选定后，如果输入/输出作很小变动时，只需修改相应程序即可，无需对系统连线做较大修改，减少了现场调试工作量，使用起来灵活方便。 （4）具有顺序、周期性工作特征。 （5）体积小；由于在制造时采用了大规模集成电路与微处理器，用软件编程代替了硬连线，便于安装，实现了小型化。

17、 综上所述：我们选择方案二，即PLC作为设计中主控制系统，能够很好满足设计要求，达到设计目。本章首先从国内与国外两个方面简要介绍了自动化立体仓库发展状况，并指出了自动化立体仓库未来发展方向；其次简要介绍了本课题研究背景、意义及目；最后给出了本次设计自动化立体仓库研究内容即本设计系统所能完成功能；还有我们为什么会选择使用PLC完成对本系统控制，及其优点。2 可编程控制器介绍2.1 PLC定义及功能简介可编程序控制器，英文称ProgrammableController，简称PC。但由于PC容易与个人计算机（Personal Computer）混淆，故人们仍习惯地用PLC作为可编程序控制器缩写。它是

18、一个以微处理器为核心数字运算操作电子系统装置，专为在工业现场应用而设计，它采用可编程序存储器，用以在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时/计数与算术运算等操作指令，并通过数字式或模拟式输入、输出接口，控制各种类型机械或生产过程。PLC是微机技术及传统继电接触控制技术相结合产物，它克服了继电接触控制系统中机械触点接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性与灵活性差缺点，充分利用了微处理器优点，又照顾到现场电气操作维修人员技能及习惯，特别是PLC程序编制，不需要专门计算机编程语言知识，而是采用了一套以继电器梯形图为基础简单指令形式，使用户程序编制形象、直观、方便易学；调试及查错也都很方便。用户在购到所需

19、PLC后，只需按说明书提示，做少量接线与简易用户程序编制工作，就可灵活方便地将PLC应用于生产实践。可编程序控制器一直在发展中，所以至今尚未对其下最后定义。国际电工学会（IEC）曾先后于1982.11；1985.1与1987.2发布了可编程序控制器标准草案第一，二，三稿。在第三稿中，对PLC作了如下定义：可编程序控制器是一种数字运算操作电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术运算等操作指令，并通过数字，模拟输入与输出，控制各种类型机械或生产过程。可编程序控制器及其有关外围设备，都应按易于及工业控制系统形成一个整体、易

20、于扩充其功能原则设计。PLC是近年来发展极为迅速、应用极为广泛工业控制装置。它将传统继电器控制技术、自动化技术、计算机控制技术与通信技术融为一体专门为工业控制而设计，具有可靠性高、功能强、编程简单、使用方便、环境适应性好以及体积小、功耗低等特点；具有基本控制功能、步进控制功能、模拟控制功能、定位控制功能、网络通信功能、自诊断功能、显示监控功能等，可以满足对工业生产进行监视与控制绝大多数场合需要。PLC最常用语言是面向控制梯形图语言，它采用了及实际电器原理图非常接近图形编程方式，易学易用16。具体特点如下： （1）所有I/O接口电路均采用光电隔离，使工业现场外部电路及PLC内部电路之间电气上隔离

21、，使其安全工作。 （2）各输入端均采用RC滤波器，其滤波时间常数一般为1020ms； （3）各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰。 （4）采用性能优良开关电源。 （5）一旦电源或其他硬件等设备发生异常情况，CPU立即采用有效措施，以防止故障扩大。 （6）PLC可以真对不同工业现场信号有相应I/O模块及工业现场器件或设备17。 2.2 PLC分类自动化立体仓库通常有以下几种分类方式，按建筑形式可以分为整体式与分离式；按自动化仓库及生产连接紧密程度可分为独立型(也称离线型)、半紧密型与紧密型仓库(在线型)；按货物存取形式可以分为单元货架式、拣选货架式；按照在生产流通中作用可以分为生产性仓库与流通性

22、仓库；按货架结构形式可以分为单元货格式、贯通式、水平循环式与垂直循环式，其中以单元货格式仓库使用最广。按容量与功能分为小型机、中型机、大型机。小型PLC一般以开关量控制为主，它输入/输出点数适合于接触器、继电器控制场合，还能直接驱动电磁阀等执行元件。这类PLC价格低廉、体积小巧，适合于控制单台设备，开发机电一体化产品。中型PLC不仅有开关量与模拟量控制功能，还具有数值计算能力。为了将温度、压力、流量等模拟量转化为数字量，一般都带有A/D转化器，中型机指令也比小型机丰富。还有微分、积分、比例、整数、浮点运算等模块功能。适用于有温度控制与开关动作复杂机械及连续生产过程。大型机已经于工业控制计算机相

23、近，它具有计算、控制与调节功能，还具有网络结构与通讯联网能力。这类机型点数都在100点以上，内存容量64K以上。大型机适用于设备自动化控制，过程自动化控制与过程监控系统中。2.3 PLC选型2.5 PLC各个组成部件及工作原理PLC工作原理具体如下： PLCCPU采用顺序逻辑扫描用户程序运行方式，即如果一个输出线圈或逻辑线圈被接通或断开，该线圈所有触点（包括其常开或常闭触点）不会立即动作，必须等到扫描到该触点时才会动作18。 当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行与输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLCCPU以一定扫描速度重

24、复执行上述三个阶段18。具体过程如下： （1）输入采样阶段 在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有状态与数据，并将它们存入I/O映象区中相应单元内，输入采样结束后，转入用户程序执行与输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态与数据发生变化，I/O映象区中相应单元数据与状态也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。 （2）用户程序执行阶段 在用户程序执行阶段，PLC总是由上而下顺序依次地扫描用户程序（梯形图）。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边由各触点构成控制线路，并按照先左后右、先上后下顺序对由触点构成控制

25、线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定特殊功能指令。 （3）输出刷新阶段 当用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应状态与数据刷新所有输出锁存电路，在经输出电路驱动相应外设。这时，才是PLC真正输出19。 是PLC核心部分。及通用微机CPU一样，CPU在PC系统中作用类似于人体神经中枢。其功能：（1）用扫描方式（后面介绍）接收现场输入装置状态或数据，并存入输入映象寄存器或数据寄存器；（2）接收并存储从编程器输入用户程序与数据；（3

26、）诊断电源与PC内部电路工作状态及编程过程中语法错误；（4）在PC进入运行状态后：a）执行用户程序产生相应控制信号（从用户程序存储器中逐条读取指令，经命令解释后，按指令规定任务产生相应控制信号，去启闭有关控制电路）b）进行数据处理分时、分渠道地执行数据存取、传送、组合、比较、变换等动作，完成用户程序中规定逻辑或算术运算任务c）更新输出状态输出实施控制（根据运算结果，更新有关标志位状态与输出映象寄存器内容，再由输入映象寄存器或数据寄存器内容，实现输出控制、制表、打印、数据通讯等）系统程序存储器存放系统工作程序（监控程序）、模块化应用功能子程序、命令解释、功能子程序调用管理程序与系统参数*不能由用

27、户直接存取用户存储器用户程序存储器存放用户程序。即用户通过编程器输入用户程序。功能存储器（数据区）存放用户数据PC用户存储器通常以字（16位/字）为单位来表示存储容量。注意：系统程序直接关系到PC性能，不能由用户直接存取，所以，通常PC产品资料中所指存储器形式或存储方式及容量，是指用户程序存储器而言。输入输出接口是PLC及工业现场控制或检测元件与执行元件连接接口电路。PLC输入接口有直流输入、交流输入、交直流输入等类型；输出接口有晶体管输出、晶闸管输出与继电器输出等类型。晶体管与晶闸管输出为无触点输出型电路，晶体管输出型用于高频小功率负载、晶闸管输出型用于高频大功率负载；继电器输出为有触点输出

28、型电路，用于低频负载。现场控制或检测元件输入给PLC各种控制信号，如限位开关、操作按钮、选择开关以及其他一些传感器输出开关量或模拟量等，通过输入接口电路将这些信号转换成CPU能够接收与处理信号。输出接口电路将CPU送出弱电控制信号转换成现场需要强电信号输出，以驱动电磁阀、接触器等被控设备执行元件。1)输入接口输入接口用于接收与采集两种类型输入信号，一类是由按钮、转换开关、行程开关、继电器触头等开关量输入信号；另一类是由电位器、测速发电机与各种变换器提供连续变化模拟量输入信号。以图2所示直流输入接口电路为例，R1是限流及分压电阻，R2及C构成滤波电路，滤波后输入信号经光耦合器T及内部电路耦合。当

29、输入端按钮SB接通时，光耦合器T导通，直流输入信号被转换成PLC能处理5V标准信号电平(简称TTL)，同时LED输入指示灯亮，表示信号接通。微电脑输入接口电路一般由寄存器、选通电路与中断请求逻辑电路组成，这些电路集成在一个芯片上。交流输入及交直流输入接口电路及直流输入接口电路类似。图2直流输入接口电路滤波电路用以消除输入触头抖动，光电耦合电路可防止现场强电干扰进入PLC。由于输入电信号及PLC内部电路之间采用光信号耦合，所以两者在电气上完全隔离，使输入接口具有抗干扰能力。现场输入信号通过光电耦合后转换为5VTTL送入输入数据寄存器，再经数据总线传送给CPU。2)输出接口输出接口电路向被控对象各

30、种执行元件输出控制信号。常用执行元件有接触器、电磁阀、调节阀(模拟量)、调速装置(模拟量)、指示灯、数字显示装置与报警装置等。输出接口电路一般由微电脑输出接口电路与功率放大电路组成，及输入接口电路类似，内部电路及输出接口电路之间采用光电耦合器进行抗干扰电隔离。微电脑输出接口电路一般由输出数据寄存器、选通电路与中断请求逻辑电路集成在芯片上，CPU通过数据总线将输出信号送到输出数据寄存器中，功率放大电路是为了适应工业控制要求，将微电脑输出信号放大。3)其它接口若主机单元I/O数量不够用，可通过I/O扩展接口电缆及I/O扩展单元(不带CPU)相接进行扩充。PLC还常配置连接各种外围设备接口，可通过电

31、缆实现串行通信、EPROM写入等功能。编程器作用是将用户编写程序下载至PLC用户程序存储器，并利用编程器检查、修改与调试用户程序，监视用户程序执行过程，显示PLC状态、内部器件及系统参数等。编程器有简易编程器与图形编程器两种。简易编程器体积小，携带方便，但只能用语句形式进行联机编程，适合小型PLC编程及现场调试。图形编程器既可用语句形式编程，又可用梯形图编程，同时还能进行脱机编程。目前PLC制造厂家大都开发了计算机辅助PLC编程支持软件，当个人计算机安装了PLC编程支持软件后，可用作图形编程器，进行用户程序编辑、修改，并通过个人计算机与PLC之间通信接口实现用户程序双向传送、监控PLC运行状态

32、等。PLC电源将外部供给交流电转换成供CPU、存储器等所需直流电，是整个PLC能源供给中心。PLC大都采用高质量工作稳定性好、抗干扰能力强开关稳压电源，许多PLC电源还可向外部提供直流24V稳压电源，用于向输入接口上接入电气元件供电，从而简化外围配置。2.4 三菱FX系列PLC简介及型号说明三菱公司FX系列PLC是比较具有代表性微型PLC，除具有基本指令表编程以外，还可以采用梯形图编程及对应机械动作流程进行顺序设计SFC（Sequential Function Chart）顺序功能图编程，而且这些程序可以相互转换。在FX系列PLC中还设置了高速计数器、各种应用指令及模块，大大扩大展了本系列PL

33、C功能与应用领域。FX系列PLC型号含义如下：其中系列名称：如0、2、0s、1s、0N、1N、2N等单元类型： M 基本单元 E输入输出混合扩展单元 Ex扩展输入模块 EY扩展输出模块输出方式：R继电器输出 S晶闸管输出 T晶体管输出特殊品种：DDC电源，DC输出 AlAC电源，AC（AC100120V）输入或AC输出模块 H大电流输出扩展模块 V立式端子排扩展模块 C接插口输入输出方式 F输入滤波时间为1ms扩展模块例如FX2N32MTD表示FX2N系列，32个I/O点基本单位，晶体管输出，使用直流电源，24V直流输出型。2.5 本章小结本章系统全面介绍了有关PLC基本知识，其型号、优势、功

34、能及组成与各部分作用，使读者能够对可编程控制器有总体全面了解。3 自动化立体仓库系统设计立体仓库基本组成自动化立体仓库是机械与电气、强电控制与弱电控制相结合产品。它主要由货物储存系统、货物存取与传送系统、控制与管理等三大系统所组成。货物存储系统由立体货架货格(托盘或货箱)组成，货架按照排、列、层组合而成立体仓库储存系统；货物存取与传送系统承担货物存取、出入仓库功能，它由有轨或无轨堆垛机、出入库输送机、装卸机械等组成；自动化立体仓库视情况不同采取不同控制方式：有仓库只采取对存取堆垛机、出入库输送机单台PLC控制，机及机无联系；有仓库对各单台机械进行联网控制。更高级自动化立体仓库控制系统采用集中控

35、制、分离式控制与分布式控制，即由管理计算机、中央控制计算机与堆垛机、出入库输送等直接控制可编程序控制器组成控制系统。 第 36 页3.2 自动化立体仓库设计原则及设计过程3.2 本输送系统基本控制要求1 接通电源，将选择开关置于手动位置，分别按下、后观察各方向运动情况，小车在高强度丝杠上运行平稳，在接近极限位置时，执行限位保护。2 将选择开关置于自动位置，通电状态下，各机构复位，即返回零位。立体仓库坐标定位以零位开始。3 当送货时候，选择欲送货物仓位号，按动仓位号对应按钮，控制面板数码管显示仓位号。按送货按钮后，货物自动送入指定仓位号对应仓库位里。若被指定仓位号里有货物，则送货命令不被执行。送

36、货完成后，小车自动返回原来位置。4 当取货时候，选择欲取货物仓位号后，在控制面板数码管里显示出来，按动取货按钮后，可以自动将货物取出。如果小车里有货物，则取货命令不被执行。取货及送货装有互锁开关，防止发生故障。5 取货与送货指令完成后，机构自动返回原来位置。6 当小车内有货物时，若无外部操作，就绪指示灯亮，十秒后程序把最大仓位号里货物转运至没有放货物比它小仓位号所对应仓位里。上述自动优化放货只对16号仓库适用。7 需用手动取货时，必须在断电状态下进行。8 通过控制面板可以控制步进电机，正反转与加减速。可提高送货效率。了保护人身、设备与货物安全，堆垛机必须具有完 善安全保护措施： 1 ) 堆垛机

37、在行走、载货台升降与货又伸缩终端处都设有 机械与电气限位装置。 2 ) 货物检测载货台上设有货物超高、超长与超宽检测装 置。在货物进入载货台时，当检测到货物超过设定高度、长 度或宽度时， 堆垛机便停止运行并报警。 一般允许误差为3 0 4 0 m m，检测元件采用对射或反射式光电传感器。 3 ) 载货台上还设有检测货又是否回位、货叉上有无货物 与货位中有无货物装置。如货叉没有回位，堆垛机不能水 平运行；如货叉上已有货物，则不能再取货；入库时，必须 检测货位中有无货物，以避免发生事故。 4 ) 断电保护 如载货台升降过程中忽然断电， 则通过提升 电动机制动使载货台停在当前位置，不会掉下来。3.3

38、 本仓库系统基本物流过程及控制面板取货指令Dxf送货指令仓位号显示数码管控制面板接受指令PLC检测有无货物无/指令不执行有/指令不执行无/有 有/无有/执行取货无/执行送货动作完成后，返回原点等待下一个命令的执行物流过程示意图控制面板示意图3.4 输入及输出点数（I/O）分配输入：X0按钮0X7按钮7X16送X23X轴2位置行程开关X1按钮1/手动向左X42自动X17取X24X轴3位置行程开关X2按钮2/手动向下X100电源X18左限位开关X25X轴4位置行程开关X3按钮3/手动向右X10按钮8X19右限位开关X26X轴5位置行程开关X4按钮4/手动向外X11按钮9X20Z轴里侧限位开关X27

39、X轴6位置行程开关X5按钮5/手动向上X12手动X21Z轴外限位开关X28X轴7位置行程开关X6按钮6/手动向里X15停X22X轴1位置行程开关X29X轴8位置行程开关X32Y轴1位下限位X33Y轴1位上限位X34Y轴2位下限位X30X轴9位置行程开关X35Y轴2位上限位X36Y轴3位下限位X37Y轴3位上限位X31X轴10位置行程开关X38Y轴4位下限位X39Y轴4位上限位X40Y轴5位下限位X41Y轴5位上限位注：X5057 矩阵输入输出：Y8就绪指示灯Y9取货指示灯Y10送货指示灯Y11小车沿X轴右行Y12小车沿X轴左行Y13小车沿Y轴上行Y14小车沿Y轴下行Y15小车沿Z轴里行Y16小

40、车沿Z轴外行注：Y0Y7 数码管显示输出 、Y20Y26矩阵输出3.5.1 编程过程中问题及其解决方法由于PLC输入及输出点数直接决定了其价格，因此在实现更多功能基础上，为了降低成本，程序设计基本原则是尽量减少其I/O点数。1、若用PLC直接驱动数码管，需要占用大量点数，本设计中采用，三菱PLC高级应用指令7段数码管扫描应用指令。 该指令使用范例：当触点闭合后，将D1值送到Y0Y7外部布线七段数码管显示。4位数数据送到七段数码管必须使用12次扫描时间，传送完毕时，M8029触点闭合。执行SEGL指令时，扫描时间大于10ms。晶体管输出PLC输出电压为1.5V，必须选用合适数码管。四位数一组七段

41、灯管及PLC输出外部接线如图2、以上数码管显示要由十键输入指令来配合一起使用，本指令也是三菱FX系列PLC高级指令。控制面板上十个按键就是配合十键输入指令进行信息输入。其具体用法及接线图如下：当X100闭合时，从指定X0开始十个输入端，代表09，如下图 假设按键顺序为X5、X6、X3、X10，则将结果5638保存在D0寄存器中。 D0最多容纳9999，超过四位数时，最前面位数溢出。 若使用32位DTKY指令，则D0最多为99999999。本设计中不用它。当触点X100断开时，前面输入值继续保留。3、从设计基本原则出发，且由于本仓库系统有库位50个，要检测每个库位，是否有货物，若用50个传感器则

42、必定大大增加成本，若在软件中完成检测，如果每个仓库位都分别定义话，增加50个输入点数，势必使PLC成本升高。因此用矩阵输入指令，就可以解决这个问题。其具体用法解释如下：使用矩阵输入外部布线图如下：详细布线图请点击下超级链接： S表示连接输入端起始号，从该号码开始算起连续8点位矩阵输入端，本设计中指定为X50 D1则是指定矩阵扫描起始号码，配合n值来决定点数，本设计中起始号为Y20，n=7 程序在执行时是，顺序扫描Y20Y26. D2表示读入结果起始号码，例如本设计中用M10，则代表M10M17、M20M27、M30M37、M40M47、M50M57、M60M67、M70M77。 使用本指令每列

43、读取时间大约为20ms，本设计中为7列，时间为大约140ms。因此ON/OFF速度快于140ms输入信号就不适用及本指令。3.5.2 程序中应用复杂指令PLC接线及解释七段灯译码表如下：十进制4Bit七段灯Y7Y6Y5Y4Y3Y2Y1Y0显示值100010000011012001001011011230011010011113401000110011045010101100111560110011111016701110010011178100001111111891001011011119000000011111103.5.3 PLC程序编制4 步进电机选择及控制步进电机作为本系统动力驱动元

44、件，控制其稳定性是至关重要本章将具体介绍，三相六拍式步进电机控制原理。步进电机介绍及选型步进电机主要为本设计执行元件，之所以选择步进电机就是因为其适用于开环控制，而且其控制精度较高，在供电电源切断时，混合式步进电机具有自定位转矩，因此仍能保持原来位置，同时也是一种将电脉冲转化为角位移执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定方向转动一个固定角度(称为“步距角”)，因此，可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位目。现在比较常用步进电机包括反应式步进电机（VR）、永磁式步进电机（PM）、混合式步进电机（HB）与单相式步进电机等。它时序为脉冲正序列为AABBBCCC

45、A,反序列为CACBCBABA。按照时序循环输入就可以通过软件控制来实现。当将时序输入按照及正转时序相反顺序输入时，就可以实现步进电机反转。4.2 步进电动机驱动器工作原理及型号不管是那一种类型步进电机，其运动控制系统都是相似。均属于开环控制系统，一般主要由步进电机运动控制器（本设计中步进电机运动控制器为PLC）、步进电机驱动器与步进电机三部分组成。 本设计步进电机驱动器主要包括环形分配器与功率放大器两部分。其中环形分配器又称脉冲分配器，它根据运行指令按一定逻辑关系分配脉冲，通过功率放大器加到步进电机各相绕组，使步进电机按一定方式运行；并实现正、反转控制与定位控制。由于输出功率极小，所以脉冲分配器不能直接驱动步进电机工作，必须通过功率放大器进行放大，才能给步进电机各相绕组提供足够电流。 步进电机运动控制器则是控制系统核心部分，它根据控制要求提供给步进电机驱动控制信号，该控制信号包括脉冲信号、脉冲方向信号、控制方式信号。运动控制器提供给步进电机驱动信号是标准信号，不论哪种驱动器都接受这样标准信号，从而为开放式控制提供了标准接口。这样为步进电机设计运动控制器就可根据不同需要及不同驱动器连接使用21。 为了控制方便，步进电机一般可以有两种不同控制模式可供选择。控制模式就是由控制方式信号来设置。一种是方向/脉冲模式，在这种控制模式下，