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1、毕业设计（论文）目 录第1章 绪论11.1 课题研究意义11.2 课题分析与研究计划21.3 社会经济效益分析3第2章 立体仓库模型硬件构造52.1 模型控制需求及硬件清单52.2 主要模块工作原理图52.3 驱动模块62.4 步进电机8第3章 PLC程序设计93.1 PLC社会发展93.2 PLC的应用领域及特点93.3 设计思想及流程图103.4 PLS指令113.4.1 PLS指令定义113.4.2 识别S7-200高速输出指令113.4.3 PTO操作123.4.4 单段管线作业133.4.5 多段管线作业133.4.6 PTO/PWM控制寄存器173.5 PLC编程223.5.1 连
2、线表和地址说明表223.5.2 PLC程序分析233.5.3 手动控制303.5.4 自动控制313.5.5 点动控制32第4章 监控系统的设计334.1 监控系统介绍334.2 监控画面设计34第5章 通信365.1 PLC与PC机通信365.2 PC和触摸屏通信395.3 PLC和触摸屏通信40第6章 维护41总 结42致 谢43参考文献44I第1章 绪论1.1 课题研究意义自动化立体仓库是一种新型仓库，也是一种处于发展中的技术。国外自动化立体仓库经过几十年的发展与完善，显示出了它的许多优点。然而，由于国内外的资源状况、经济体制、管理水平都各不相同，自动化立体仓库在国外显示的许多优点，并不
3、一定就能在国内也表现出优势。所以，我国在采用自动化立体仓库这项技术时，一定要从实际出发，考虑我国近期的情况，特别要立足于本单位的实际情况。立体仓库的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。50年代初，美国出现了采用桥式堆垛起重机的立体仓库；50年代末60年代初出现了司机操作的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的立体仓库。此后，自动化立体仓库在美国和欧洲得到迅速发展，并形成了专门的学科。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的国家之一。到目前为止立体仓库已经功能强大
4、并且应用十分广泛。我国对立体仓库及其物料搬运设备的研制开始并不晚，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的自动化立体仓库（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。立体仓库由于具有很高的空间利用率、很强的入出库能力、采用计算机进行控制管理而利于企业实施现代化管理等特点，已成为企业物流和生产管理不可缺少的仓储技术，越来越受到企业的重视。我国自动化仓库已经有三十余年的历史，可以相信，随着国民经济的发展，经济体制的日趋完善，生产水平的大大提高，自动化立体仓库将得
5、到更好地应用与发展。 实践已充分证明，使用自动化立体仓库，可带动企业其他部门人员素质的提高，还会产生很大的社会效益和经济效益，如提高装卸速度等。1.2 课题分析与研究计划关于立体仓库模型触摸屏监控系统设计重点和难点大体分以下三点：（1）上位机控制关于触摸屏的程序设计包括：人机界面的美观，操作的简单、可靠性等的设计。（2）PLC程序的控制设计主要关于脉冲输出PLS指令的应用。脉冲输出（PLS）指令被用于控制在高速输入（Q0.0和Q0.1）中提供的脉冲串输出（PTO）和脉宽调制（PWM）功能。PTO提供方波（50%占空比）输出，配备周期和脉冲数用户控制功能。PWM提供连续性变量占空比输出，配备周期
6、和脉宽用户控制功能。脉冲输出范围 Q0.0至Q0.1。（3）步进电动机伺服驱动控制的应用。自动化立体仓库不是单一设备堆积而成的仓库，它是一个仓库系统。有了自动化立体仓库，必然少不了自动化仓库管理系统，只有使用强大的仓库管理系统才能使得仓库管理和业务流程上一个台阶，才能将先进的硬件设备发挥作用和产生效益，针对这一仓库管理系统的设计我选择了PLC和触摸屏的结合进行实现，选择PLC是因为它的稳定性比单纯的使用单片机要稳定的多，所能实现的功能也强大的多。应用触摸屏对PLC进行监测和控制是因为这样可以省去PC机的使用和与现实工业中对各中控制广泛应用触摸屏的一种发展趋势，用触摸屏实现了比PC机运行的更加稳
7、定和操作的简单化，方便操作人员的学习使用，使操作人员更加快速的上手和准确的使用。在实现立体仓库货物自动堆垛功能，堆垛机是一个重要组件，稳定可靠的堆垛机在货物堆放流程中可以代替繁重的人力搬运，以及已损坏物品的忧虑。堆垛机的控制系统通常采用PLC为主的控制方式，由于堆垛机的操作位置是随着货物的堆放位置变化而变化的，其通讯控制是移动变化中进行的，对位置的移动精度有较高的要求因此用两个步进电动机来确定所要寻找物料的仓位，这样可以对物料进行的精确存取，至于取物和送物的精度要求就不是很高，对于此采用直流电机实现此功能，节约了成本。操作面板功能键高度集成，采用人机对话友好界面，操作步骤、作业状况清晰易懂，即
8、使是初次使用也毫无困难。既可手自动切换，实现高效运行；又可点动操作，以便于检修。根据需要和运行的状态，系统有以下操作方法及特点：手动操作；自动操作；点动操作；设计模块化；维修极为方便、快捷。立体仓库模型触摸屏监控系统设计的框架思想如图1.1所示实现触摸屏与PLC结合对立体仓库模型的控制和监测及信息管理功能，尽可能的仿真出实际环境中立体仓库的功能及应用。图1.1 系统设计框架1.3 社会经济效益分析（1）高层货架存储，由于使用高层货架存储货物，存储区可以大幅度地向高空发展，充分利用仓库地面和空间，因此节省了库存占地面积，提高了空间利用率。目前世界上最高的立体仓库已达50M。立体仓库单位面积的存储
9、量是普通仓库的510倍。采用高层货架储存可以防止货物的自然老化、变质、生锈或发霉。立体仓库也便于防止货物的丢失及损坏，对于防火防潮等大有好处。集装箱化的存储也有利于防止货物搬运过程中的破损。（2）自动存取，使用机械和自动化设备，运行和处理速度快，提高了劳动生产率，降低操作人员的劳动强度。同时，能方便地纳入企业的物流系统，使企业物流更趋合理化。（3）计算机控制，计算机控制能够始终准确无误地对各种信息进行存储和管理，能减少货物处理和信息处理过程中的差错，而人工管理做不到这一点。同时借助于计算机管理还能有效地利用仓库储存能力，便于清点和盘库，合理减少库存，加快资金周转，节约流动资金，从而提高仓库的管
10、理水平。如某汽车厂的仓库，在采用自动化仓库后，库存物资金额比过去降低了50%，节约资金数百万元。自动化立体仓库的信息系统可以与企业生产信息系统联网，实现企业信息管理的自动化。同时，由于使用自动化仓库，促进企业的科学管理，减少了浪费，保证均衡生产，提高了操作人员素质和管理人员的水平。 1第2章 立体仓库模型硬件构造2.1 模型控制需求及硬件清单系统采用滚珠丝杠、滑杠和普通丝杠作为主要传动机构，电机采用步进电机和直流电机，其关键部分是堆垛机，它由水平移动、垂直移动及伸叉机构三部分组成，其水平和垂直移动分别用两台步进电机驱动滚珠丝杠来完成，伸叉机构由一台直流电机来控制。它分为上下两层，上层为货台，可
11、前后伸缩，低层装有丝杠等传动机构。当堆垛机平台移动到货架的指定位置时，伸叉电机驱动货台向前伸出可将货物取出或送入，当取到货物或货已送入，则铲叉向后缩回。硬件清单如下表2.1所示表2.1 硬件清单机械部件一个有13个方格组成的货架、滚珠丝杠两根、滑杠六根、普通丝杠一根、货叉一个、支架台一个、I/O面板两块、货物托架四块电气部件一个继电器输出PLC和EM235扩展模块、一个220V交流转5V和24V直流的电源盒、步进电机及驱动模块两对、直流电机一个、双相24V继电器两个、行程开关15个2.2 主要模块工作原理图如图2.1所示为整个立体仓库硬件控制的连接图，控制器为可编程序控制器PLC，通过PLC给
12、驱动器的信号来控制步进电机的运行实现立体仓库叉车的定位。图2.1 硬件控制原理图2.3 驱动模块（1）电气规格见表2.2表2.2 电气规格说明最小值典型值最大值单位供电电压182440V均值输出电流0.2111.50A逻辑输入电流61530mA步进脉冲响应频率100kHz脉冲低电平时间51s（2）表2.3为电流设定，其中SW1,SW2,SW3为驱动模块上用来设定电流值的三个开关。表2.3 电流设定电流值SW1SW2SW3 0.21AOFFONON0.42AONOFFON0.63AOFFOFFON0.84AONONOFF1.05A0FFONOFF1.26AONOFFOFF1.50AOFFOFFO
13、FF（3）细分设定见表2.4表2.4 细分设定细分倍数步数/圈（1.8整步）SW4SW5SW61200ONONON2400OFFONON4800ONOFFON81600OFFOFFON163200ONONOFF326400OFFONOFF6412800OFFONOFF由外部确定动态改细分/禁止工作OFFOFFOFF（4）信号接线描述见表2.5表2.5 信号接线信 号功 能PUL脉冲信号：上升沿有效，每当脉冲由低变高时电机走一步DIR方向信号：用于改变电机转向，TTL平驱动OPTO光耦驱动电源ENA使能信号：禁止或允许驱动器工作，低电平禁止GND直流电源地+V直流电源正极，典型值+24VA+电机
14、A相A-电机A相B+电机B相B-电机B相（5）PLC控制器与步进电机驱动器工作原理如图2.2所示：图2.2 步进电机驱动器工作原理图2.4 步进电机采用二相八拍混合式步进电机，主要特点：体积小，具有较高的起动和运行频率，有定位转矩等优点。本模型中采用串联型接法，其电气图如下图2.3所示：图2.3 步进电机电气图第3章 PLC程序设计3.1 PLC社会发展随着人类进步、社会发展、科学技术的应用，工业产品的品种就要不断更新换代，从而要求产品的生产线级附属的控制系统不断地修改甚至更换。在20世纪60年代，生产线的控制主要采用继电器控制。修改一条生产线，要更换许多硬件设备，进行复杂的接线，既浪费了许多硬件又大大拖延了施工周期，增加了产品的成本。于是人们寻找研制一种新型的通用控制设备，逐渐就产生了可编程控制器。可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作指令，并通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械动作过程。可编程控制器及其相关设备，
