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1、立体仓库位置控制系统设计立体仓库位置控制系统设计摘要 立体仓库用来对货物进行储存和分类。送货时，根据货物的性质将不同的货物送入到指定的仓位中去；取货时，根据需求从指定的仓位中取出货物。无论取货或送货均属于定点位置控制。定点位置控制需要考虑两方面的内容：一是定位控制的点数和精度；二是速度控制。 本课题以12个仓位的立体仓库模型为控制对象，采用滚珠丝杠、直线导轨、普通丝杆作为传动装置，由S7-200 PLC编程实现X、Y、Z轴的位置和速度控制。软件设计的关键是对S7-200 PLC的脉冲输出的频率及脉冲输出的数量进行控制，以达到对巷道式堆垛起重机的位置与速度控制。本课题主要是对控制系统的硬件电路及
2、软件控制程序进行设计。关键词：立体仓库；位置控制；速度控制；巷道式堆垛起重机Design of The Position Control System of Three-dimensional Warehouse ModelAbstract Three-dimensional warehouse is used for shortage and classification of goods.When it delivers the goods,according to the nature of the goods ,it will deliver the different goods t
3、o specified position.When it picks up the goods,it will pick up the different goods to specified position when necessary.Whatever it pick up or deliver the goods,they all belong to point position control. Point position control needs to consider two aspects:One is the points and accuacy of positioni
4、ng control;The other is the velocity control. This topic is used the 12 positions of three-dimensional warehouse as the control object.It adpots ball screw,linear guides,ordinary screw as gearing.It uses S7-200 PLC to program to achieve the position and velocity control of the X,Y,Z axis. The key of
5、 software design is control frequency and quantity of pulse output of S7-200 PLC to achieve position and velocity control of roadway stacking cranes.This topic is mainly to design the hardware circuits and software control procedures. Key words: three-dimensional warehouse;position control;velocity
6、control; roadway stacking cranes.目录引言11 S7-200 PLC的结构、工作原理、特点和应用21.1 S7-200 PLC结构21.1.1 中央处理单元（CPU）31.1.2 存储器单元31.1.3 电源单元41.1.4 输入/输出单元41.1.5 接口单元41.1.6 外部设备51.2 S7-200 PLC的工作原理51.3 S7-200 PLC的特点71.4 S7-200 PLC的应用72 步进电动机的结构、工作原理、选择和直流电动机82.1步进电动机的结构82.2步进电动机的工作原理102.3步进电动机的选择102.4 直流电动机123 步进电动机驱动
7、器123.1步进电动机驱动器的选择133.2 步进电动机驱动器的接线144 光电开关、微动开关及系统接线154.1 光电开关154.1.1 反射式传感器164.1.2 对射式传感器174.2 微动开关175 系统的硬件配置及接线185.1 立体仓库系统的的控制框图185.2 系统的I/O分配185.3 硬件系统设计196 控制程序的设计216.1立体仓库的主要功能216.2 立体仓库的工作流程226.3 系统的PLC控制程序设计246.3.1 键盘装置扫描检测及显示系统的梯形图程序设计246.3.2 绝对坐标系统下立体仓库位置控制的PLC程序设计276.3.3 立体仓库的入、出库控制系统的PL
8、C程序设计29结论35致谢语36参考文献37附录138立体仓库位置控制系统设计引言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
9、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
10、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。立体仓库的特点及具体构成如下：1、立体仓库一般都较高。其高度一般在5米以上，最高达到40米，常见的立体仓库在725米之间。 2、立体仓库必然是机械化仓库。由于
11、货架在5米以上，人工已难以对货架进行进出货操作，因而必须依靠机械进行作业。而立体仓库中的自动化立体仓库，则是当前技术水平较高的形式。 3、立体仓库中配置有多层货架。由于货架较高，所以又称为高层货架仓库。立体仓库的运动机械部分由滚珠丝杠、滑轨、普通丝杆等组成，采用步进电动机和直流电动机作为拖动元件。立体仓库的电气控制系统是由PLC、步进电动机及其驱动电源模块、直流电动机、开关电源、位置传感器等组成。自动化立体仓库的核心是PLC，通过编制PLC程序能够完成把货物自动存放在立体仓库的具体某位置，也能够自动完成从立体仓库中某位置中的货物取出。动作出错时会自动报警，给管理者提供了很大的方便。而且提高了出
12、入库的效益和效率。所以自动化立体仓库将会在国内得到越来越广泛的应用。本次设计需要完成的内容：（1）根据工作过程设计工作循环图。（2）进行PLC选型及I/O分配。（3）设计PLC硬件系统。（4）设计PLC梯形图。（5）对系统所需要的电气元器件选型，编制电气元器件明细表。（6）按要求撰写毕业设计说明书。（7）绘制设计图样。1 S7-200 PLC的结构、工作原理、特点和应用1.1 S7-200 PLC结构 S7-200 PLC是一种工业控制用的专用计算机，在设计理念上，是计算机技术与继电-接触器控制电路相结合的产物，因而它与工业控制对象有非常强的接口能力。由于S7-200 PLC本质上仍然是一台适
13、合于工业控制的微型计算机，所以基本结构和组成也具备一般微型计算机的特点：以中央处理器（CPU）为核心，在系统程序的管理下运行。S7-200 PLC与控制对象的接口由专门设计的I/O部件来完成，通常还需要配以专用的供电电源及其他专用功能模块。S7-200 PLC的基本组成部件如图1-1所示。图1-1 S7-200 PLC的基本组成1.1.1 中央处理单元（CPU）与一般微处理器的概念相同，CPU是PLC的核心部件，负责完成逻辑运算，数字运算及协调系统内各部分的工作。它在系统程序的管理下运行，主要功能有： 接收并存储由编程器输入的用户程序和数据； 诊断电源故障及用户程序的语法错误； 读取输入状态和
14、数据并存储到相应的存储区； 读取用户程序指令，解释执行用户指令，完成逻辑运算，数字运算，数据传递等任务，刷新输出映像，将输出映像内容送至输出单元。1.1.2 存储器单元 S7-200 PLC的存储器单元分为两个部分：系统程序存储器和用户程序存储器。 1.系统程序存储器 系统程序存储器用于存放PLC生产厂家编写的系统程序，系统程序在出厂时已经被固化在PROM和EPROM中。这部分存储区不对用户开放，用户程序不能访问和修改。PLC的所有功能都是在系统程序的管理下实现的。2.用户程序存储器用户程序存储器可分为程序存储区和数据存储区。程序存储区用于存放用户编写的控制程序，数据存储区存放的是程序执行过程
15、中所需要的或者所产生的中间数据，包括输入/输出过程映像、定时器、计数器的预置值和当前值等。用户程序存储器容量的大小才是我们真正关心的，通常情况下，厂家提供的PLC存储器容量，若无特别说明，均指用户程序存储器容量。1.1.3 电源单元电源单元将外界提供的电源转换成PLC的工作电源后，提供给PLC。有些电源单元也可以作为负载电源，通过PLC的I/O接口向负载提供直流24V电源。PLC电源一般采用开关电源，输入电压范围宽，抗干扰强。电源单元的输入与输出之间有可靠的隔离，以确保外界的扰动不会影响到PLC的正常工作。电源单元还提供掉电保护和后备电池电源，以维持部分RAM存储器的内容在外界电源断电后不会丢失。在控制面板上通常有发光二极管指示电源的工作状态，便于判断电源工作是否正常。1.1.4 输入/输出单元PLC的输入/输出单元也叫I/O单元，对于模块式的PLC来说，I/O单元以模块形式出现，所以又称为I/O模块。I/O单元是PLC与工业现场的接口，现场信号与PLC之间的联系通过I/O单元来实现。工业现场的输入和输出信号包括数字量和模拟量两类，因此，I/O单元也有数字I/O和模拟I/O两种，前者又称
