基于PLC及MCGS的立体仓库{毕业设计}(共45页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上基于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，对系统的堵塞有着形象和直观的解决方案。 总之

2、，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 物流管理专心-专注-专业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 system is an important part of mo

3、dern 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 connection by stepper motor dri

4、ves, 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 condition system design unpredictable f

5、actors, 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 taken, by means of computer co

6、ntrol main intelligent warehouse.Key words: Stereoscopic warehouse,Programmable controller (PLC),Stepper motor , Logistics management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

7、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。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

8、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

9、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

10、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库的25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

11、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、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

12、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

13、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。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

14、手段。 (2)中层智能仓库。中层智能仓库的高度在515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

15、道具有一定的坡度，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：确定课题研究课题内容 确定方案查找资料根据控制要求确定硬件配置设计原理图系统结构的设计根据控制要求编写程序调试程序记录运行结果并分析总 结图2

16、-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。 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

17、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。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

18、，经称重模块称重后，将重量信号转换成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。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

19、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仓位的平行距0.5CM仓位的体积4PLC电源24V DC堆垛机电源220V AC，50Hz2.4 系统控制方案 2.4.1立体仓库系统运行说明 立体仓库系统设备具备两种工作模式，模式一：手动调试模式；模式二：自动运行模式。设备上电后

20、触摸屏进入欢迎界面，触摸界面任意位置，设备进入调试模式。1、调试模式 设备进入手动调试模式后，触摸屏出现调试画面，调试画面可参考图3进行制作。通过按下选择调试按钮，选择需要调试的电机，当前电机指示灯亮，触摸屏提示信息变化为“当前调试电机为：××电机”，按下SB1启动按钮，选中的电机将进行调试运行。每个电机调试完成后，对应的指示灯消失。图2-4 手动调试界面示意图（1）货物传送带电机M1调试过程 按下启动按钮SB1后，电机M1以15Hz启动，再按下SB1按钮M1电机30Hz运行，再按下SB1按钮M1电机45Hz运行，整个过程中按下停止按钮SB2，M1停止。（2）托盘传送带电机

21、M2调试过程 按下启动按钮SB1后，电机M2启动运行，3秒后停止，停2s后又开始运行，直到按下停止按钮SB2，电机M2调试结束。（3）码料小车水平移动电机（伺服电机）M3调试过程 码料小车水平移动电机（伺服电机）安装在丝杠装置上，其安装示意图如图2-5所示，其中SQ13、SQ12、SQ11分别为立体仓库A、B、C三个区的定位开关，SQ14、SQ15分别为极限位开关。伺服电机开始调试前，手动将码料小车移动至SQ11位置，在触摸屏中设定伺服电机的速度之后（速度范围应在60-150r/min之间），按下启动按钮SB1，码料小车开始向左运行，至SQ13处停止。然后重新设置伺服电机速度，再次按下SB1，

22、码料小车开始右行，至SQ11处停止，整个调试过程结束。图2-5 码料小车水平移动电机结构示意图（4）码料小车垂直移动电机（步进电机）M4调试过程 码料小车垂直移动电机（步进电机）不需要安装在丝杠装置上。步进电机开始调试前，首先在触摸屏中设定步进电机的速度之后（速度范围应在60-150r/min之间），按下启动按钮SB1，步进电机M4以正转5s-停2s-反转5s-停2s的周期一直运行，按下停止按钮SB2，M4停止。M4电机调试过程中，HL2以亮2S灭1S的周期闪烁。所有电机（M1M4）调试完成后按下SB3，系统将切换进入到自动运行模式。在未进入自动运行模式时，单台电机可以反复调试。2、自动运行模

23、式 切换进入到自动运行模式后，触摸屏自动进入运行模式画面，出现“自动运行模式”字样，画面可参考图5进行设计。画面要求：触摸屏画面应当有仓库位置指示，各仓库位置有货物进入时，对应位置的显示已存放货物的重量；此外，触摸屏中还应该有当前运送货物的重量。立体仓库工艺流程与控制要求：（1）系统初始化状态 码料小车处于一层C区（SQ11检测有信号），各气缸处于初始状态，小车内无货物。（2）运行操作 货物进入仓库之前，要先进行称重：即首先将货物放至称重区，待触摸屏中显示货物重量时，按下确认按钮SB4，系统自动记录当前货物重量。 根据称得的货物重量以及之前的码放情况，系统自动决定将货物码放至仓库的第几层的某一

24、区。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。在码放货物时，按照A1-A2-A3-B1-B2-B3-C1-C2-C3的规则进行码放。例如：第一个货物重50KG，将其放入A1仓位之后，第二个货物若小于50KG，则还将其放入A1位置，若大于50KG，则放入A2位置，依次类推。 称重过的货物会被放至货物传送带上，则SQ1会被压下，SQ1有信号后，M1电机启动正转，M1的速度根据货物重量自动调整，即大于60KG的货物，M1电机以15Hz速度运送；20-60KG之间的货物，M1电机以30Hz的速度运送；小于20KG的货物，M1电机以45Hz速度运送。直至货物被运送到

25、位，SQ2被压下，M1电机停止。 M1电机启动的同时， M2电机负责带动托盘传送带将托盘运送至SQ4位置：首先SQ3检测到传送带上有托盘，M2电机开始启动，当托盘被运送到位，SQ4被压下，M2电机停止。当货物和托盘都被运送到位之后，等待5s，期间机械手负责将货物抓放至托盘上。 货物被抓放至托盘上之后，系统开始正式的入库操作：首先码料小车从C1位置向右行驶2cm（M3电机带动滑块右行，速度为1r/s），然后等待5s（期间码料小车自动完成取货）；取货完成后，码料小车自动将货物送至相应的仓位，期间M3、M4的速度均为2r/s。已知码料小车每上升一层，步进电机M3需要正转10圈。例如码料小车需要将货物

26、运送至B2仓位，则取货完成后，M3、M4的动作流程如下：M3以2r/s的速度向左行驶，直至SQ12处停下；M4以2r/s的速度正转10r然后停下，此时码料小车到达B2仓位，等待2s（期间小车上的气缸将货物连同托盘推送至仓位中），之后M4以0.5r/s的速度反转1r，缓缓将货物放下，此时触摸屏中对应仓位的重量显示发生改变；货物放下后再等待2s（期间小车上的气缸缩回），之后M3向右运行至SQ11，M4反转9r，即码料小车回到原点。至此一个完整的码料过程完成，等待下一个货物。3 硬件设计3.1 控制系统的结构设计 本设计是运用PLC控制系统来控制智能仓库的运动的方式。能快速的对输入信号做出反应控制智

27、能仓库，便于检修。3.2 PLC的选型3.2.1 PLC概述1、PLC概述 PLC是由摸仿原继电器控制原理发展起来的。它以存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和运算等操作的指令；并通过数字输入和输出操作，来控制各类机械或生产过程。用户编制的控制程序表达了生产过程的工艺要求，并事先存入PLC的用户程序存储器中。不同型号的PLC，循环扫描周期在1微秒到几十微秒之间。PLC用梯形图编程，在解算逻辑方面，表现出快速的优点，在微秒量级，解算1K逻辑程序不到1毫秒。它把所有的输入都当成开关量来处理，16位（也有32位的）为一个模拟量。大型PLC使用另外一个CPU来完成模拟量的运算。把计算结果送给PLC的

28、控制器。 通用PLC应用于专用设备时可以认为它就是一个嵌入式控制器，但PLC相对一般嵌入式控制器而方具有更高的可靠性和更好的稳定性。实际工作中碰到的一些用户原来采用嵌入式控制器，现在正逐步用通用PLC或定制PLC取代嵌入式控制器。2、PLC的特点（1）可靠性高，适用于工业现场环境 原因：PLC在软件和硬件上采取了提高可靠性的一些措施：硬件措施：屏蔽、滤波、电源调整与保护、联锁、模块化结构、环境检测与诊断电路；软件措施：自诊断程序、故障检测、信息保护与恢复（2）编程简单，使用方便（3）控制程序可变，具有很好的柔性（4）直接带负载能力强（5）接口简单、维护方便（6）功能完善、便于实现机电一体化（7

29、）通信、网络技术趋于标准化，便于实现计算机网络控制3.2.2 PLC的选型 在PLC系统设计时，首先应确定控制方案，下一步工作就是PLC工程设计选型。工艺流程的特点和应用的要求是设计选型的主要依据。因此，工程设计选型和估算时，应分析工艺过程的特点、控制要求，明确控制任务和范围确定所需要的操作和动作，然后根据控制要求，估算输入输出点数、所需存储器容量、确定PLC的功能、外部设备的特性等，最后选择有较高性价比的PLC和设计相应的控制系统。1、输入输出I/O点数的估算 I/O点数估算适应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，在增加10%20%的扩展。最终换需要根据制造厂商PLC的产品特点，对输

30、入输出点数进行圆整。根据估算该智能仓库的I/O口的点数为输入40点，输出21点。2、存储器容量的估算 存储器容量是PLC本身能提供的硬件存储单元大小，程序容量是存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储容量。设计阶段，由于用户应用程序还未编制，因此程序容量在设计阶段还是未知的，须在程序调试之后才知道。为了设计选型时能对程序容量有一定的估算，通常采用存储器容量的估算来替代。 存储器的估算没有固定的公式，许多文献资料上给出了不同的公式，大体上都是按数字量I/O点数的1015倍，加上模拟I/O点数的100倍，以此数为内存的总字数（16位一个字），另外再按此数的25%考虑余量。因此

31、该课题的PLC内存容量选择应为能存储5000条梯形图，这样才能在以后的改造过程中有足够的空间。3、控制功能的选择 该选择包括运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等特性的选择。根据该课题设计的需要，主要介绍以下几种功能的选择：（1）控制功能 PLC主要用于顺序逻辑控制，因此，大多数场合常采用单回路或多回路控制器解决模拟量的控制，有时也采用专用的智能输入输出单元完成所需要的控制功能，提高PLC的处理速度和节省存储器容量。（2）编程功能 离线编程方式：PLC和编程器共用一个CPU，编程器在编程模式时，CPU只为编程器提供服务，不对现场设备进行控制。完成编成后编程器切换到运行模式

32、，CPU对现场设备进行控制，不能进行编程。离线编程方式可以降低系统的成本，但使用和调试不方便。在线编程方式：CPU和编程器有各自的CPU，主机CPU负责现场控制，并在一个扫描周期内与编程器进行数据交换，编程器把在线编制的程序或数据发送到主机上，下一扫描周期主机就根据新收到的程序运行。这种方式成本较高，但系统调试和操作方便，在大中型PLC中常采用。（3）诊断功能 PLC的诊断功能包括硬件和软件的诊断。硬件诊断通过硬件的逻辑判断确定硬件的故障位置，软件诊断分为内诊断和外诊断。通过软件对PLC内部的性能和功能进行诊断是内诊断，通过软件对PLC的CPU与外部输入输出等部件信息交换功能进行诊断是外诊断。

33、 PLC的诊断功能的强弱，直接影响对操作和维护人员的技术能力的要求，并影响平均维修时间。4、PLC机型的选择 由于实验室提供的是西门子S7-200 SMART的PLC控制器，所以下面对其优点进行简单介绍。 提供不同类型、I/O 点数丰富的CPU 模块，单体I/O 点数最高可达60 点，可满足大部分小型自动化设备的控制需求。另外，CPU 模块配备标准型和经济型供用户选择，对于不同的应，可满足大部分。 新颖的信号板设计可扩展通信端口、数字量通道、模拟量通道。在不额外占用电控柜空间的前提下，信号板扩展能更加贴合用户的实际配置，提升产品的利用率，同时降低用户的扩展成本。 配备西门子专用高速处理器芯片，

34、基本指令执行时间可达0.15 s ，在同级别小型PLC 中遥遥领先。一颗强有力的“芯”，能让您在应对繁琐的程序逻辑，复杂的工艺要求时表现的从容不迫。 CPU 模块本体标配以太网接口，集成了强大的以太网通信功能。一根普通的网线即可将程序下载到PLC 中，方便快捷，省去了专用编程电缆。通过以太网接口还可与其它CPU 模块、触摸屏、计算机进行通信，轻松组网。 CPU 模块本体最多集成3 路高速脉冲输出，频率高达100 kHz，支持PWM/PTO输出方式以及多种运动模式，可自由设置运动包络。配以方便易用的向导设置功能，快速实现设备调速、定位等功能。 本机集成Micro SD 卡插槽，使用市面上通用的M

35、icro SD 卡即可实现程序的更新和PLC 固件升级，极大地方便了客户工程师对最终用户的服务支持，也省去了因PLC 固件升级返厂服务的不便。 在继承西门子编程软件强大功能的基础上，融入了更多的人性化设计，如新颖的带状式菜单、全移动式界面窗口、方便的程序注释功能、强大的密码保护等。在体验强大功能的同时，大幅提高开发效率，缩短产品上市时间。SIMATIC S7-200 SMART 可编程控制器，SIMATIC SMART LINE 触摸屏和SINAMICS V20 变频器完美整合，为OEM 客户带来高性价比的小型自动化解决方案，满足客户对于人机交互、控制、驱动等功能的全方位需求。3.3 PLC输

36、入输出I/O的分配根据该智能仓库PLC输入输出的控制要求，可以得出PLC输入输出I/O的分配，如表2所示： 表2 I/O口分配表4 智能仓库系统控制软件设计4.1 PLC梯形图概述 梯形图是使用的最多的图形编程语言，被称为PLC的第一编程语言。梯形图与电气控制系统的电路图很相似，具有直观易懂的优点，很容易被工厂电气人员掌握，特别适用于开关逻辑控制。梯形图被称为电路或程序梯形图的设计称为编程。 PLC梯形图中的某些编程元件沿用了继电器这一名称，如输入继电器、输出继电器、内部辅助继电器等，但是它们不是真实的物理继电器，而是一些存储单元（软继电器），每一软继电器与PLC存储器中映像寄存器的一个存储单

37、元相对应。该存储单元如果为“1”状态，则表示梯形图中对应软继电器的线圈“通电”，其常开触点接通，常闭触电断开，称这种状态的软继电器的“1”或“ON”状态。如果该存储单元为“0”状态，对应软继电器的线圈和触点的状态与上述的相反，称该软继电器为“0”或“OFF”状态。使用中也常将这些“软继电器”成为编程元件。 开关量 按电压水平分为：220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分为：有继电器隔离和晶体管隔离。 模拟量 按其精度可分为12bit、14bit、16bit等；按信号类型可以分为电流型（420mA，020mA）、电压型（010V，05V，-1010V）等。 除了上述通用I/O口外，还

38、有特殊I/O模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。 梯形图两侧的垂直公共线称为母线。在分析梯形图的逻辑关系时，为了借用继电气电路图的分析方法，可以想象左右两侧之间有一个左正右负的直流电源电压，母线之间有“能流”从左向右流动。右母线可以不画出。 根据梯形图中各个触点的状态和逻辑关系，求出与图中各线圈相对应的编程元件的状态，称为梯形图的逻辑解算。梯形图中逻辑解算是按从左至右、从上到下的顺序进行的。解算的结果马上可以被后面的逻辑解算所利用。逻辑解算是根据输入映像寄存器中的值，而不是根据解算瞬时外部输入触电的状态来进行的。 PLC与电气回路的接口是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O模块集成了PLC

39、的I/O电路，其输入暂存器反应输入信号的状态，输出点反应输出锁存器的状态。输入模块将电信号转变为数字信号进入PLC系统，输出模块相反。I/O分为开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）等模块。4.2梯形图的设计 PLC硬件电路连接完毕后，控制功能的完成还要依靠软件程序的运行，两者缺一不可。该智能仓库的梯形图程序如下：SR主程序M1调试子程序M2调试子程序M1，M2运行子程序ST主程序M3调试M4调试M3M4运行5 MCGS组态软件设计立体仓库监控5.1 基于MCGS仿真实现的意义 利用MCGS可视化仿真技术，可以实现满足要求的在仿真界面，能提供一个多角度、

40、多层次的观察仿真过程。计算机上实现工程的模拟测试和仿真，用户可以根据需要直接修改各种仿真参数，从而大大降低了开发费和难度。同时可以通过组态仿真使读者能够设计出更加实用的控制系统，从而可以在较短的时间内，以较少的代价完成较好的效果。基于MCGS组态软件设计的基本步骤可以概括为以下几点： 查看资料，组织材料。 设计窗口。 建立设备管理和构造实时数据库。 制作工程动画和动画连接。 编写脚本控制流程程序。 整体运行、程序调试。 MCGS组态软件所建立的工程由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库窗口和运行策略五部分构成，每一部分分别进行不同的组态设计，完成不同的工作，具有不同的特性。组成MCGS公车

41、各要素间的关系。5.2 MCGS实现立体仓库工程画面 工程画面的制作是整个工程制作的主要步骤之一，其主要目的是以实际的控制对象为模板通过绘制和动画功能的设置能够实时模拟系统的运行。它是在用户窗口中完成，由新建窗口组建。立体仓库画面制作具体步骤如下：（1）在“用户窗口”中单击“新建窗口”按钮，建立“窗口0”。 （2）选中“窗口0”，单击“窗口属性”，进入“用户窗口属性设置”。 （3）将窗口名称改为：“欢迎界面”；其它不变，单击“确认”。如图4所示: 图4 画面建立 （4）重复上述过程建立“调试界面”，“运行界面”，“报警界面”。5.3 MCGS实时数据库的读写实现5.3.1 MCGS实时数据库简

42、介MCGS用数据对象来表述系统中的实时数据，用对象变量代替传统意义的值变量。我们把用数据库技术管理的所有数据对象的集合称为实时数据库。实时数据库是MCGS的核心，是应用系统的数据处理中心，系统各部分均以实时数据库为数据公用区，进行数据交换、数据处理和实现数据的可视化处理。设备窗口通过设备构件驱动外部设备，将采集的数据送入实时数据库；由用户窗口组成的图形对象，与实时数据库中的数据对象建立连接关系，以动画形式实现数据的可视化；运行策略通过策略构件，对数据进行操作和处理。5.3.2 数据对象的类型 在MCGS组态软件中，数据对象有开关型、数值型、字符型、事件型、组对象等五种类型。不同类型的数据对象，

43、属性不同，用途也不同。开关型：记录开关信号（0或非0）的数据对象称为开关型数据对象，通常与外部设备的数字量输入输出通道连接，用来表示某一设备当前所处的状态，也用于表示MCGS中某一对象的状态，如对应于一个图形对象的可见度状态。 数值型：数值型数据对象除了存放数值及参与数值运算外，还提供报警信息，与外部设备的模拟量输入输出通道连接。数据对象的数值范围是：负数是从 -3.E38 到 -1.E-45，正数从 1.E-45 到3.E38。 字符型：字符型数据对象是存放文字信息的单元，用于描述外部对象的状态特征，其值为多个字符组成的字符串，字符串长度最长可达64KB。事件型：用来记录和标识某种事件产生或

44、状态改变的时间信息。事件型数据对象的值是19个字符组成的定长字符串，用来保留当前最近一次事件所产生的时刻：“年，月，日，时，分，秒”。组对象：数据组对象是MCGS引入的一种特殊类型的数据对象，类似于一般编程语言中的数组和结构体，用于把相关的多个数据对象集合在一起，作为一个整体来定义和处理。5.3.3 立体仓库控制系统数据库的构造MCGS中定义的数据对象的作用域是全局的，像通常意义的全局变量一样，数据对象的各个属性在整个运行过程中都保持有效，系统中的其它部分都能对实时数据库中的数据对象进行操作处理。而数据对象是实时数据库的基本单元。构造实时数据库的过程，就是定义数据对象的过程。通过对2*3立体仓

45、库工作要求的分析，要实现对仓库控制系统的仿真我们需要以下实时数据库及数据对象。如下图5所示： 图5 立体仓库部分实时数据库5.4 MCGS与PLC设备的通信设备窗口是MCGS系统的重要组成部分，负责建立系统与外部硬件设备的连接，使得MCGS能从外部设备读取数据并控制外部设备的工作状态，实现对应工业过程的实时监控。 MCGS实现设备驱动的基本方法是：在设备窗口内配置不同类型的设备构件，并根据外部设备的类型和特征，设置相关的属性，将设备的操作方法。系统运行过程中，设备构件由设备窗口统一调度管理，通过通道连接，向实时数据库提供从外部设备采集到的数据，从实时数据库查询控制参数，发送给系统其它部分，进行

46、控制运算和流程调度，实现对设备工作状态的实时检测和过程的自动控制。 MCGS设备驱动分类方法 MCGS中设备通信的选择 双击“通用TPC/IP父设备”对其设备属性进行编辑，其中“最小采集周期”为200ms，设置本地IP为192.138.0.1，远程IP为192.168.0.5， PLC与MCGS的通道连接 图6 PLC与MCGS设备调试5.5监视画面的设定与动画的连接 由图形对象搭制而成的图形画面是静止不动的，需要对这些图形对象进行动画设计，真实地描述外界对象的状态变化，达到过程实时监控的目的。 MCGS实现图形动画设计的主要方法是将用户窗口中图形对象与实时数据库中的数据对象建立相关性连接，并设置相应的动画属性。在系统运行过程中，图形对象的外观和状态特征，由数据对象的实时采集值驱动，从而实现了图形的动