立体仓库控制系统设计 (2).doc

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1、北京理工大学远程教育学院毕业设计（论文）题 目：自动化立体仓库系统设计专 业： 机械电子工程 班级(教学站) ：_学生姓名 ： 冀波飞 指导教师 ： 何永熹 日 期 ： 2020-4-6 北京理工大学本科毕业设计（论文）任务书、毕业设计（论文）题目： 自动化立体仓库系统设计 、毕业设计（论文）使用的原始资料（数据）及设计技术要求： 文中在介绍德国西门子PLC S7200在立体仓库控制系统中的应用的基础上，详细阐述了本控制系统的设计思想，以及整个系统的硬件实现和软件设计。论文依据立体仓库的有关设计参数，对堆垛机电气控制的硬件系统进行了设计，为了提高堆垛机的性能，本文采取了速度、位置反馈的双闭环控

2、制，以满足系统的调速要求。 、毕业设计（论文）工作内容：主要研究内容如下：1. 介绍自动化立体仓库的概念、组成、发展历史。2. 针对本课题的实际，概述了自动化立体仓库的总体方案设计。控制系统由S7-200PLC CPU226及其扩展模块EM235通过变频器MM440控制交流电动机，采用光电式传感器反馈位移信号和速度信号，实现对位移的闭环控制和对速度的闭环控制。货叉伸叉系统由S7-200PLC CPU226通过步进电动机驱动器控制三相六拍步进电动机。3. 根据系统的控制要求进行了传感器、PLC、变频器、电机和电机驱动器等的选型，并给出了系统的硬件接线图、PLC输入输出端口分配表等。 北京理工大学

3、继续教育学院毕业设计(论文)摘 要自动化仓库是如今现代物流系统的不能或缺的重要部分，它是一个多层多列存放货物的控制仓库系统。自动智能仓库主要有立柱，叉车，传感器，变频器，电动机，计算机以及内部和外部运输车辆组成。 有许多优点，例如：仓库自动化级别，管理级别和提高的物流效率。为了提高卡车的性能，本文研究了双重速度和位置反馈控制，以满足系统速度控制的要求。主要研究以下内容：1.本设计介绍了立体仓库的概述，组成方式和发展的过路历程。2.就本主题而言，我们将概述自动化仓库的整体结构。这个控制系统通过S7-200PLC-CPU226和EM235扩展模块用MM44变频器实现对电机的动作控制。光电传感器用于

4、反馈位移信号和速度信号，实现位移控制和速度控制。 拨叉系统由S7-200PLC CPU226通过步进电机驱动器控制，以控制三相六步步进电机。3.根据系统控制要求选择传感器，PLC，逆变器，电动机和电动机驱动器，并指定系统的硬件连接图，PLC输入和输出连接图等。关键词：立体仓库；PLC；堆垛机；PIDABSTRACTAuthor：Boffy Tutor：He yongxiIn the context described in the Germany Siemens PLC S7-200 in warehouse control system on the basis of the applica

5、tion of detailed analysis of the system hardware and software design section. System hardware chart design out of the stacker, complete PLC control I/0 port assignment and parts of the system process flow chart and the table. Specific implementation of horizontal movement of the stacker, lifting mot

6、ion, Telescopic fork movement features such as for system reliability, flexibility, and practicality. The main research contents are as follows. Introduction to automated warehouse, composition, history and content concepts. For the subjects actual, outlines the overall design of automated warehouse

7、. System uses the absolute recognition sites. By S7-200PLC CPU226 and its control system extension module EM235 by step motor drive and step motor controlled by inverter MM440, using optical feedback displacement sensor signal and speed signal, enabling the displacement of the closed-loop control an

8、d closed-loop control for speed. According to the system requirements for the sensor, PLC, inverters, motors and motor drive selection, and gives the system hardware such as wiring diagrams, PLC input/output port allocation table. Uses of Siemens programmed software, designed the stacker control pro

9、gram, and give the systems control flow. Implementation of horizontal movement of the stacker, lifting and telescopic fork movement, and other functions. Application of PID control unit inside the system to achieve accurate positioning system and simulation of MATLAB software.Keyword: warehouse；PLC；

10、 stacking machine； PID 目录摘 要I目录III1 绪论11.1 三维立体化仓库简述11.1.1 自动化立体仓库的组成11.1.2 自动化立体仓库的优点11.2 立体仓库应用和未来的发展11.3 本次毕业设计的主要内容22 立体仓库PLC控制总方案的设计42.1 PLC控制的主要设计内容42.1.1 设计的基本步骤42.1.2 电气控制设计的几点原则42.1.3 立体仓库设计要求42.2 自动化立体仓库的组成52.3 立体仓库的模型62.4 货架模块72.5 堆垛机92.5.1 堆垛机设计92.5.2 堆垛机控制模块的功能分析102.5.3 堆垛机的控制方式的选择112.5

11、.4 堆垛机的速度控制112.5.4 堆垛机的位置控制122.5.5 认址几种方式132.5.6 堆垛机认址方式确定142.5.7 堆垛机的闭环控制142.6 通信方式153 立体仓库电控的硬件设计163.1 PLC及其资源配置163.1.1 S7-200系列PLC简要说明163.1.2 控制系统CPU型号选择173.1.3 模拟量扩展模块的选择183.1.4 系统输入扩展模块选择183.2 传感器的选择193.2.1 光电式传感器193.2.2 条码识别193.2.3 光电选择确定203.2.4 安全保护设计203.3 步进电机的选择203.3.1 步进电机的规格选型213.3.2 步进电机

12、驱动器基本介绍223.3.3 步进电机的控制模式223.4 三相异步电动机的选择223.4.1 三相异步电机的工作原理简述233.4.2三相异步电机调速设计233.4.3 三相异步电机的变频设计233.4.4 异步电机的选型243.5 变频器的选择243.5.1 变频器的特点243.5.2 变频器的选型243.5.3 MM440变频器的功能253.5.4 变频器的调速系统设计253.6 立体仓库控制系统的硬件选择263.6.1 系统控制程序的地址分配表263.6.2 元器件的选型284 立体仓库控制的软件设计294.1 PLC编程语言294.2 PLC控制程序设计294.2.1 主程序的设计2

13、94.2.2 plc自动控制程序设计314.2.3 手动控制程序设计324.2.4 立体仓库控制系统出入库程序流程图334.3 堆垛机的PLC控制354.3.1 列向运行PLC程序实现354.3.2 行向运行PLC程序实现374.3.3 货叉伸缩运行PLC程序实现38结论40致谢41参考文献42 V北京理工大学继续教育学院毕业设计(论文)1 绪论1.1 三维立体化仓库简述十几年来，自动化仓库突破了质的发展，成为了如今物流中不可分割的组成部分。 又称自动存取系统，一般由高层货架，物料搬运设备（堆垛起重机）及其他设施构成。主要由以下运动形式：升降和移动、放货和取货。1.1.1 自动化立体仓库的组成

14、智能立体仓库的常用组成结构有：货架，存储检索机（SRM：storage Retrieve Machine,俗称，堆垛机），滚筒式输送机，PLC和WCS(仓库管理系统)。我们设计使用的智能库仓库由PLC，堆垛机，WCS，货架以及输送机组成。 设备包括框架，底盘，载货台，托盘，货叉和导轨。1.1.2 自动化立体仓库的优点（1）所有的仓库操作都实现了机械化和自动化，从而节省了员工并提高了生产率；（2）由PLC和软件控制，出入库和盘点很便捷，减少了浪费的库存位。（3）减小商品的破损率，各个货物都有固定的存放地点，安全放心；（4）提供了非仓库生产流程和用于构建仓库和自动化物料的计算机化管理系统的有机链接

15、。企业生产物流的重要组成部分；（5）可以自动访问，操作和处理货位速度快；（6提高了空间利用率，充分利用存储空间和空间，减少占地面积；1.2 立体仓库应用和未来的发展在1953年的时候，美国是最早日出并使用立体仓库的国家，但是它的发展和广泛应用却是在日本，在日本引进后实现广泛的了推广。为了适应工厂发展的新趋势，出现了具有小规模，快速响应和广泛应用范围的自动3D仓库系统。结合先进的控制技术，分段运输和计划的线路运输应用程序，以保持高度的灵活性和高生产率，以满足工业库存处理的需求。由于信息系统（特别是ERP系统）的发展，自动化3D仓库信息系统和ERP系统共享信息，在网络概念下集成，集中体现集成化的结

16、果。而在处理故障和物资分配时，智能化提供了最佳的解决办法看来，自动化3D立体仓库在设计，制造反面，自动化和软件管理都超前。最近十几年，中国的立体三维仓库技术发展特别的迅速，并开展了很多的研究方向，比如控制和模糊控制等研究工作。其主要的发展趋势有：智能改进。随着计算机和网络技术的发展，人工智能应用变得百花齐放百家争鸣，自动花应用的的发展也日新月异。它使用专家系统进行仓库设计，装卸系统控制和存储设备。存储系统复杂，存储项目多样化。管理水平提高。现代仓库物流系统是WCS、PLC控制和工业网络组成的。用WMS控制物料的管理和运输。具体而言，可以在所需的时间和位置以特定的顺序和方法提供确切的产品类型和数

17、量1.3 本次毕业设计的主要内容 本次审计文主要是设计小的立体三维仓库，包括以下内容：（1）简要说明了自动化仓库的结构和优势，并分析了其发展历史；（2）描述了3D物流立体仓库的大体方案设计。采用S7-200PLC CPU226型号的PLC及其扩展模块EM235通过变频器MM440控制交流电机，并采用光电式传感器反馈位移信号和速度信号，实现对位移和速度的闭环控制。（3）对内部变频器、PLC、传感器、断路器等电子元件进行了采集，规划处了了硬件接线图、PLC输入，PLC输出端口分配图示表。（4） 编制了堆垛机的PLC逻辑程序，给出了软平台控制的操作框图。完成的X水平运动、提升运动、拨叉Z向伸展运动。

18、（5） 选择PID调节算法都撒谎并青岛编程实现系统大的精确定位，并用MATL打AB软件进3大概行仿真。有货要入库存放的时候，就可以从堆垛机入口的输送机点准确的取托盘放入货架之上。如果有出库任务，则是从货架取货安全的放到输送机的出口点。整个动作过程如下：（1）堆垛机可以精准定位的按照水平轨道运动（X方向）准确无误的动作；（2）载货台可以进行纵向垂直运动（Y方向），停准要精确，避免安全隐患；（3）载货平台上的货叉可以Z反向伸叉和缩叉动作，平稳取托盘；（4）即时通讯：与上位机包括WCS，WMS，PLC的通讯设计。（5）安全保护功能：提供其他机械方面和电气控制的保护。图 1_1 三维立体仓库大致图2

19、立体仓库PLC控制总方案的设计2.1 PLC控制的主要设计内容2.1.1 设计的基本步骤历来PLC控制设计依据参考的六个步骤：（1）控制分析。深入研究分析，明确控制任务，弄清楚什么任务，需要什么信号，什么电气元件等等。（2）确定控制系统总体方案。一般来说，控制系统的设计是一个从整体到局部、逐步细化、不断完善的过程。（3）确定输出输入点的plc型号，人机界面，可远程控制系统运行和观察系统运行的状况。（4）引脚分配，控制面板，就地操作，控制系统的运行，绘制接线图。（5）编制应用程序，安装硬件电器，考虑系统运行的稳定性和可靠性，进行项目的软件编程和硬件组态有可能尽量用模拟软件仿真运行一下，尽早发现不

20、足之处。（6）程序从编程软件STEP 7中下载到cpu，调用测试。2.1.2 电气控制设计的几点原则在本次毕业设计的PLC电控系统时按要求遵循的以下几点原则：（1）可以实现生产，出入库的要求和生产工艺的控制。（2）在实现出入库，调拨等工艺下，还能简单，合理。（3）电子元件选用对的，不许选贵的，充分满足所有控制动作要求。（4）适应未来的生产改进，设备能力留有备选的余量。2.1.3 立体仓库设计要求（1）当堆垛机要取放货物，必须让堆垛机准确地停放在指定位置，并将定位偏差控制在允许的误差范围内。（2）为了提高提高工作效率，必须对堆垛机制定速度。防止货物倾卸和堆放的影响，并确保停车的准确性。（3）货叉

21、能准确的满足从指定A点到指定B点的任务。 货叉速度可设计两个档位，高速和低速。（4）保护功能，使堆垛机能够安全的运行，不会出现划出跑道的现象。2.2 自动化立体仓库的组成 图2.1显示了自动化仓库系统的配置。它由五个部分组成：西门子200PLC，货架，出入口的滚筒输送机，堆垛机和上位系统。堆剁车是立体仓库的重要组成部分，由传感器，电机和载货台组成。图2-1 自动化立体仓库组成示意图（1）仓库货架：故名思意，用于存放货物，托盘放入货架上，确保货与货之间的空间雨量。 我们设计的任务主要是建立一个小型3D仓库，设计它为4x5货架并有2条巷路。（）堆垛机：用于自动将货物装载到货架区域并完成仓储和交付操

22、作。 仓库中的所有货物必须由堆垛机进行存放和移出。堆垛机使用效率，可靠性和稳定性在整个任务中起着重要作用。在整个任务中，堆剁车的挺准位置和取货位置很重要。（）库滚筒输送机：通过电机带动滚筒的运动，把托盘上的货物送到出库口或者入库口。（）上位机wicc监控：收集设备的故障信息，监控SRM堆垛机的运行状态。（5）传感器：是一种可以探测物体存在与否的电子产品，然后把反射收到的信号通过某种原理转化成可识别的数字电路信号输出，以满足信息的存储、显示处理，传输，控制，记录等要求。（6）电机变频器：一种功率控制器，它使用功率半导体的开关功能将商用频率的功率转换为另一频率。（7）三相步进电机：可以把电的脉冲信

23、号转化为角位移信号，驱动转子转动。（8）三相交流异步电机：机械能量可以交流电流相互转化。 2.3 立体仓库的模型12345YXZ6 1、货架 2、立柱 3、X水平轨道 4、托盘货物 5、货叉 6、动作小车 图 2-2 立体仓库的结构模型图 这是一个三维立体仓库结构图解，水平轨道堆垛机行走方向为X方向，垂直载货台运动的方向是Y方向，货叉的伸缩方向是Z方向。 在此，托盘可以在水平X方向或垂直Y方向上移动，而货叉只能在Z方向上移动。 本次设计任务是小型立体仓库，所以，设定此立体仓库共有两个巷道，四列货架。仓库的俯视示意图如下所示。1231、货架 2、巷道式堆垛机 3、水平轨道图 2-3 立体仓库俯视

24、示意图 立体自动化仓库的整体布局设计，要注意的布局有货架区、出入库输送部分、电脑操作部分等位置的安排。本次设计，采用上下，左右贯通式格局，两个巷道对应两台堆垛机，可以同时出入库。具有布局简单，仓库通道分开，货箱操作与控制方便，效率高的优点。同一巷道堆垛机的定位地址，即货架层、货架高、左右。设立三维模型即水平方向定为x1、x2、x3，升降方向为y1、y2，巷道左右两侧可以编为z左、z右。这样，模型中的三维坐标可以唯一地确定位置地址。SRM通过光电定位自动检测当前位置。2.4 货架模块 货架是立体仓库的主体，确定货物单元的大小后，就可以确定货架的单元体积。所以，去顶货位的上空间尺寸是我们的一项的工

25、作。我们根据实际所用托盘的重量外形尺寸和外形来确定货架每个货位格的大小，并在托盘和货架交互时留有一定的空间。本次设计采用四行五列货架，同时保证一个单元格里存放一个托盘。A1A2A3B1B2B3 A1 托盘右侧间隙 A2 托盘左侧间隙 A3 托盘高度 B1 货物右侧间隙 B2 货物左侧间隙 B3 货物上侧间隙图2-4 货架图示 测量货物单元的体检大小后，就能选择确定货位格的大小。在额定尺寸的货位单元中，货位单元的尺寸主要取决于在货位单元周围所剩的间隙尺寸和货架架结构的相关尺寸。 差距太大空间也不大，影响库存量；空隙太小，不安全，没有给控制中造成的定位误差留有安全距离，影响堆垛机的存取作业的顺利完

26、成。所以，空隙太大或是太小，都是不合理的。 单元货物上部距离单元货格顶端的距离决定于货物的高低。每格货物要确认在出入库时不与货架结构相撞，必须保证货物高度与托盘高度的和小于单位货格高度，即，货物H + 托盘 H 单位货格H 。反之，货物宽度的标准，取决看于货格宽度的大小尺寸，货物宽度 货位格宽度。表2-1 X0Y面上数学模型定义 表2-2 Y0Z面上数学模型定义X1，Y4X2，Y4X3, Y4X4, Y4X5, Y4X1，Y3X2，Y3X3，Y3X4，Y3X5, Y3X1，Y2X2，Y2X3，Y2X4，Y2X5, Y2X1, Y1X2，Y1X3，Y1X4，Y1X5, Y1Z1，Y4Z2，Y4Z

27、1，Y3Z2，Y3Z1，Y2Z2，Y2Z1，Y1Z2，Y1最终可以定下，货架为四行五列的结构造型，每个货位的体积为1米*1200mm*2000mm,货架为5米*4米*2米。两个货架单元的相距1000mm。2.5 堆垛机堆垛机英文名Storage Retrieve Machine，是立体仓库中最重要的升降运输设备是整个设计的执行机构，由地轨，滑触线，载货台，立柱，和控制系统构成。2.5.1 堆垛机设计（1）堆垛机选择：适用于小型仓库，运行速度不高，载重不大，下图为堆垛机侧视图。 图2-5 堆垛机侧视示意图（2）堆垛机（SRM）货叉初步设计：我们采用了三层结构货叉。伸缩货叉运动形式上分为：单伸缩叉

28、和双伸货叉！单伸是指堆垛机(或巷道)两边各一个堆垛托盘货位，双伸是指堆垛机(或巷道)左右有两个存放堆垛托盘的位置。如下图所示，分别是货叉立体示意图和剖视图。 图 2-6 堆垛机货叉示意图2.5.2 堆垛机控制模块的功能分析 图 2-7 堆垛机控制功能模块图 堆垛机软件系控制主看是完成如上面的的几个部分，堆垛机可自动化立体3D仓库的不能少的核心设备。堆垛机控制系统的不好会导致整个仓库的效率下降。（1）立体运动方向控制：水平和垂直控制堆剁车、左右方向运动，即X、Y、Z方向，分别需要用三个电机。（2）位置控制：要求定位精准,在堆垛机到位后，定位系统进行定位检测，将光电传感器测量的位移信号和设定位移信

29、号做对比，如果位置偏差超出允许范围，则PLC控制返回位置。（3）保护模块：堆剁车的水平和举升运动以及货叉极限调节。在堆垛机水平轨道两端、升降轨道两端安装限位开关，以确保堆垛机不滑出轨道。在堆垛机货叉旁安装限位开关，保证货叉正常运行。在货位两侧安装限位开关，保证货物安放的安全。（4）通信模块：堆垛机与PLC、WCS进行通信，保证任务指令的准确实施。（5）堆垛机自动调节速度：堆垛机开始，先加速然后固定速度（高速状态），然后到到分配的位置时，SRM开始减速，直至停止在货位上，设备会根据激光测距检测到的距离适当执行的速度调节。2.5.3 堆垛机的控制方式的选择 堆剁车控制模式有：维修模式，手动模式和联

30、机模式，三种控制方法。（1）在维修模式下，堆剁车不接受上层任务，控制都为点动。（2）手动模式一般情况下都用于设备调试和维护工作。如果手动操作，系统将发出相应的警告信号。同时，系统会释放大多数保护控件。手动操作主要用于安装，调试和故障排除。（3）正常操作模式是自动操作。堆垛机完全自动的将单位载荷从迁移位置运送到分装系统内规定的隔室和前段设备，例如输入/输出站。2.5.4 堆垛机的速度控制堆垛机将货物向前装载并在有速度和惯性时接收停车指令，无法立即停车，仍需要继续前行一小段距离才会停止，所以需要在到达目的地前一点距离，提前制动，以缓解高速冲击，稳定精准的停到指定货位上。如下图所示。ABCVSS1S

31、2S3图 2-8 堆垛机速度曲线示意图根据光电传感器的反馈，将卡车的实际距离信号与预设距离进行比较，并相应设置逆变器的输出频率，以便卡车首先以较高的速度移至附近的目标位置，然后将速度均匀降低至较低的水平。停止速度后，叉车会在工作过程中沿水平和垂直运动收集实时数据，并连续比较和控制系统的默认位置，以实现精确定位，快速拾取和改善操作。 根据本次立体仓库的设计，具体分析下运行速度。货架为四行五列结构，以单独一行为例进行说明。首先，一个货位的长度为1000mm，先加速然后固定速度（高速状态）平稳行走，然后到分配制定的位置附近时，SRM开始减速，直至停止在货位。当货物快到指定位置时，即在还差一个单元货位

32、到达目的地时，开始减速，减速一个货位的距离，最后平稳的停在指定目的地。本设计的这个立体仓库，每次存货取货，都是从起点出发。例如，堆垛机的水平运动时，要把货物放到第四个货架上，也就是X4，那么，从起点启动，加速到X1，然后以高速匀速运行，直到到X3，开始减速，最后在X4货位上停稳。 图 2-9 堆垛机速度的具体分析2.5.4 堆垛机的位置控制 堆剁车是三维立体仓库和整个系统管理部门的重要组成部分。存货时将货物送到货位上，取货时将货物顺利送到输送机出口。堆垛机能不能安全出入货直接因素就是位置定位精确度。 通过对堆垛机运行流程上来看，堆垛机由水平行走小车、垂直升降载货台和叉式伸缩货叉机构三个部分组成

33、。行走小车让堆垛机到达指定列的位置，载货台控制托盘到达相应的层数，最后由货叉完成托盘的放货或者取货动作。 货架 堆垛机 仓库口货物入库货物出库图2-10 立体仓库模型堆垛机能不能精准的停止到系统指定的位置，直接影响到存取托盘的位置的整齐与否。堆垛冀是三个方向的立体动作，如何能让小车停准在指定行列，可靠的距离识别和无失误的定位是必不能少的。定位控制的目的就是能让堆垛机和载货台迅速准确安全的停止在固定的货位列和行。2.5.5 认址几种方式（1）绝对数字认证系统 这种方法是X方向和Y方向的所有的货位都绑定到一个独有的编码地址。绝对地址识别是给每个位置一个唯一的开关状态，为每个位置制作一个特殊的地址卡

34、，堆垛机运行时就用相应的检测装置，对标读取地址码来确定堆垛目前地址。这种PLC具有编程稍微简单、认址方式可靠等优点。但其缺点是：电路非常复杂，加工制造，安装调试成本很高。（2）相对地址认证 每次堆垛机通过一个位置并停止移动直到与给定位置编号匹配时，此方法都会记录一个数字。这种方法的电路简单，简便直观，但是刚干扰较弱，收到干扰时，基数会有茶屋。然而，如果SRM在正常时间范围之内通过货舱，则设置为警报可以有效避免计数错误。（3）绝对相对地址组成此方法首先使用相对计数，然后使用就地编号。第三种方法具有一种或两种方法的优点，并具有克服其缺点的实用价值。换句话说，无论是计数错误，位置错误还是不能超过位置

35、，都具有很高的可靠性，强大的抗干扰能力和软件保护功能。（4）激光测距定位激光测距是一项应用于现代堆叠器精确定位的新技术。堆叠器的当前位置是通过测量从堆叠器到参考点的距离并比较预存储的位置数据来确定的。该方法的准确性很高，但是在使用过程中，堆叠器与激光发射器和反射器之间没有目标。如果激光对射的传输路径将被物体阻塞，那么测距仪就不能正确的读取到数值，将无法定位准确。2.5.6 堆垛机认址方式确定（1）水平确认位置系统 水平方向行走机构有电机，行走小车，减速机、极限纤维等组成。水平方向定位使用激光测距仪，安装的时候把反光板安装到巷道的尽头用铁板固定，把激光测距仪安装到堆垛机立柱上。这样比较合理。 （

36、2）纵向认址系统堆垛机Y方货架层定位是实现载货台在竖直方向上寻址，确保在预定货位对应的高度处挺准，因为BPS扫码头可以同时扫描3个条型码，本文采用光电开关和BPS激光条码和光电认址组合，然后通过内置软件将这个位置精确到毫米级输出到PLC中，可以和好的确认货物。我们只需要在PLC中设置好每层货架的高低位值，然后配合货架横梁光电传感器确认挺准。 图2-11 堆垛机Y方向认址传感器示意图2.5.7 堆垛机的闭环控制闭环控制：通过对输入信号的检测并利用反馈信号，对输入信号调整而满足要求，闭环控制可以大大提高小车的工作效率和精度。堆垛机（SRM）小车水平移动满足闭环控制的逻辑。当起重机需要到达特定的目标

37、地址时，根据传感器提供的距离信号和预设的控制策略来调整输出频率值，以实现堆垛机开始高速运行。最后平稳减速并停在目的位置。2.6 通信方式（1）RS-232C接口标准只能用于点对点通信，但RS-485可以实现多点通信。使用RS-485，可以将32个发射器/接收器连接到天平电缆。在3D仓库控制系统中，监视系统必须连接到三个堆叠器控制系统，并且物理层协议必须支持点对多点通信。（2）RS-485通讯速率快，可达10Mb/m。传输的距离非称远，很强大的抗干扰能力。立体仓库因为工作环境比较复杂通常会有各种干扰信号，例如热，电和磁。为了保证能正确接收数据，通信网络必须具有强大的抗干扰功能。由于PLC具有串行

38、通信接口，因此可以将rs-485总线连接到计算机。串行通信最常用的物理层协议是RS-232C和RS-485。对比以上两个考虑本设计使用RS-485与PLC进行通信。 3 立体仓库电控的硬件设计3.1 PLC及其资源配置综合考虑实际应用，合理和程序控制中，我们采用S7-200系列PLC作为这次论文设计的核心控制机构，是最优选择。 3.1.1 S7-200系列PLC简要说明S7-200系列PLC是德国西门子公司生产的超紧凑型PLC。这是指大中型PLC的级别，但价格与小型PLC相同。可以独立运行或I / O扩展。它紧凑，可靠，快速并且具有丰富多彩的的指令和实时变动功能。丰富的扩展模块使其具有成本效益

39、。（1）基本单元：又称作CPU单元。具体来说，它具有中央处理器，内存，输和输出点，电源等一体，一起组成了PLC的控制部分。它是一个完整的控制，能单独执行一些程序的控制命令。（2）扩展单元：扩展I/O点数量的模块，因为基本单元的局限性，有些复杂的设计，单靠基础单元的出入输出点是不够的。（3）特殊功能模块：连接到西门子S7-200的CPU中完成某些特殊控制和连接一些特别的设施，主要用来完成一些特殊的功能控制任务，（4）其他相关设备：为了能更好的应用Smatic s7-200的程序和硬件资源，西门子公司开发了相关设备，为了匹配这些涉设备又相应的开发对应的程序软件，例如网络设备，编程设备和HMI。综合

40、以上所有原因，我们设计选用S7-200系列PLC是因为，如下。（1）它的结构紧凑，组态简单，体型娇小。（2）有配方和数据记录功能。（3）200系列plc，编程向导中有PID控制，可以自整定PID参数设计。（4）可以直接读写模拟I/O模块，不需要特别麻烦编程。（5）具有很强的位置控制功能，而且高速计算机和高速脉冲发生器调制器，可以集成12种操作模式可供选用。（6）S7-200的CPU模块有一个或两个RS-485接口，能用来编程和通信。如果与s7-200、变频器、电脑通讯。S7-200可以选择PPI、MPI接口。（7）程序结构简单，易于将程序块移植到别的项目。3.1.2 控制系统CPU型号选择（1

41、）西门子CPU简单概述S7-200的CPU模块结构包括电源，中央处理器(CPU)和输入输出的I / O点。可以扫描运营下载到内存的控制程序，诊断编程逻辑里的语法错误等。大概有四个型号的CPU单元可供选择。图3-1 CPU选型注：DC/DC/DC24VDC电源/24VDC输入电源/24VDC输入电源 AC/DC/继电器100230VAC电源/24VDC输入/继电器输出（2）控制的CPU型号的选择 根据控制点数的的估算，可以选择cpu-226。CPU226有24个输入/16个输出，可以扩展到248个数字量或35个模拟量。其原因是：具有24V电源，直接给传感器和执行器件等供电；具有强大的通讯端口；具

42、有高速脉冲的接线端子，可以完成电机的准确定位的工作；具有中断输入和模拟点位；数量庞大的I/O点，还拥有捕捉高于UPU扫描的脉冲信号的高速计数器等优点。3.1.3 模拟量扩展模块的选择以下介绍以下s7-200系列PLC模拟量扩展模块em235，这种模块有1个模拟量输输出和4个模拟量输入，用来控制水平和垂直动作的AC电动机。该模块模块型号见表3-1。表3-1 扩展模块选型系列号类别描述选型型号数量EM235输入/出扩展模块AI4/AO16ES7235-0KD22-0XA023.1.4 系统输入扩展模块选择根据以上信息得知CPU 226模块输入点只有24个，显然是不够用的，为了满足所设计的仓库的输入

43、点控制要求，必须进行扩展，我们选用EM221。它可以把输入点扩展到16个，满足本次设计。 表 3-2 扩展型模块选型系列号类别描述选型型号数量EM221输入扩展模块DI166ES7221-1BH22-0XA01控制系统整体体结构图如下图： 图 3-2 系统总体结构图3.2 传感器的选择 出库输送机是用来将货物送到出口，再由人工服务台进行货物分配。入库输送机负责将货物送入仓库系统里面，然后入货架。货物入库后，上位机会给传送链一个信号，要求把货物送到哪一个巷道，当系统正常工作，且货物少的情况下，一般不会出现什么差错，但当货物多，系统反应慢时，就需要进行自动控制当中的反馈调节，保证货物存放的准确性。

44、3.2.1 光电式传感器光电开关是通过将光转换为电信号来控制光强度的电子开关。结合本次设计，要完成对货物的跟踪，当轨道上激光被物体挡住，采用对射式光电开关获得信号；当轨道上有货物时，激光束被货物反射回来，反射式光电开关用于获取信号。反射式光电开关安装在传输链上，当货物通过完全遮挡的光线时，光电开关会生成检测开关信号。3.2.2 条码识别条码是由一组规律的线条、隔空等符号组成的编码，用来代表特定的字符，符号信息。同时扫码器可以识别到。条形码是最经济实用的识别技术，有如下几点优越性:1.可靠准确性，平均每三百错误一个字符，如果加上校验，出错率是千万分之一。2.经济便宜推广条码技术费用低。3.数据速度快。4.自由度大。5灵活，实用。可单独使用，也可配合其他组合使用。6.简单。操作容易，结构简单。7.制作方便，可用条码打印机直接打印。3.2.3 光电选择确定光电传感器是工业光电中很重要的分类，是一个很