【正文】 ............................... 31 揚州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 論 本課題的目的及意義 隨著 人類社會的不斷進(jìn)步 ， 我國國民經(jīng)濟飛速的發(fā)展和企業(yè)現(xiàn)代化生產(chǎn)規(guī)模不斷的擴大，現(xiàn)代物流系統(tǒng)從六十年代剛剛起步到現(xiàn)在蓬勃發(fā)展，其中立體倉庫控制系統(tǒng)是不可缺少的重要部分。立體倉庫控制系統(tǒng)是以 PLC 作為控制核心，集自動控制技術(shù)、計算機技術(shù)、通訊技術(shù)和機電一體化技術(shù)于一 體的高科技控制設(shè)備。 作為現(xiàn)代物流技術(shù)的典型代表，自動化立體倉庫 AS/Rs（ Automated storage and Retrieval System)是當(dāng)代倉儲技術(shù)、通訊技術(shù)、自動化技術(shù)與計算機技術(shù)高度集成化的產(chǎn)物，具有存儲容量大、占地面積小、自動化程度高、能與 ERP 系統(tǒng)信息集成等多方面的優(yōu)點，在產(chǎn)品管理和制造系統(tǒng)中占有非常重要的地位，也是計算機集成制造系統(tǒng)的集成環(huán)節(jié)之一。自動化倉庫是生產(chǎn)物流的重要組成部分，擔(dān)負(fù)著物資的接受、分類、計量、包裝、分揀配送、存檔等多種功能。是實現(xiàn)高效率物流和大容量儲藏，適應(yīng) 現(xiàn)代化生產(chǎn)和商品流通的有效手段。 使用自動化立體倉庫可以產(chǎn)生巨大的社會效益和經(jīng)濟效益。它通過高層貨架存儲，使存儲區(qū)大幅度地向高空發(fā)展，提高了空間利用率；自動化立體倉庫采用層積式存放，結(jié)合計算機管理，可以很容易實現(xiàn)先入先出，防止貨物的自然老化、變質(zhì)和損壞；通過自動存取系統(tǒng) (AS/RS),加快了運行和處理速度，提高了勞動生產(chǎn)率，降低操作人員的勞動強度；采用自動化技術(shù)后，還能較好地適應(yīng)黑暗、低溫、污染、有毒和易爆等特殊場合的物品存儲需要；計算機控制能夠始終準(zhǔn)確無誤地對各種信息進(jìn)行存儲和管理，減少了貨物處理和信息處 理過程中的差錯；同時借助于計算機管理還能有效地利用倉庫存儲能力，便于清點和盤庫，合理減少庫存，加快資金周轉(zhuǎn)，節(jié)約流動資金，從而提高倉庫的管理水平。自動化倉庫的信息系統(tǒng)可以與企業(yè)的生產(chǎn)信息系統(tǒng)集成，實現(xiàn)企業(yè)信息管理的自動化。同時，由于使用自動化倉庫，促進(jìn)企業(yè)的科學(xué)管理，減少了浪費，保證均衡生產(chǎn)，也提高了操作人員素質(zhì)和管理人員水平。 自動化物流控制系統(tǒng)具有信息處理、系統(tǒng)控制、系統(tǒng)監(jiān)視、系統(tǒng)管理等多種功能，集信息流和物流于一體，是現(xiàn)代化企業(yè)物流和信息流管理的重要組成部分。 自動化控制系統(tǒng)在現(xiàn)代物流系統(tǒng)中起 承上啟 下的重要作用，根據(jù)上位調(diào)度管理計算揚州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 機下達(dá)作業(yè)任務(wù)，控制系統(tǒng)自動完成對設(shè)備的運行、停機、故障、報警等各項過程的控制。同時將作業(yè)完成情況和設(shè)備狀況實時上報上位調(diào)度管理層，使上位系統(tǒng)實現(xiàn)對設(shè)備運行狀況、物流位置和物流數(shù)據(jù)的管理與監(jiān)控。自動化控制系統(tǒng)作為自動化物流系統(tǒng)中的一個重要組成部分，對于提高物流系統(tǒng)的物流控制功能和作業(yè)效率，具有關(guān)鍵的作用。 自動化立體倉庫是一個復(fù)雜的綜合自動化系統(tǒng)是現(xiàn)代物流技術(shù)領(lǐng)域中出現(xiàn)的一種新型倉儲方式。自動化立體倉庫自誕生以來就受到了極大關(guān)注，對其相關(guān)技術(shù)和管理的研究從未停止過 。在現(xiàn)代社會，隨著生產(chǎn)方式和技術(shù)革命性的變革，自動化立體倉庫已經(jīng)成長為支持企業(yè)和社會經(jīng)濟活動的重要因素，其經(jīng)濟和社會效益逐漸被人接受，自動化立體倉庫也成為企業(yè)和社會投資的重點。 本課題研究的目的在于 ， 隨著倉儲水平的提高，自動化立體倉庫在倉儲業(yè)中應(yīng)用越來越廣泛。隨著自動化立體倉庫的出現(xiàn)，人們對倉儲空間的利用率逐漸提高，改變了傳統(tǒng)的倉儲模式。 因此，本課題提出設(shè)計開發(fā)基于 PLC 的小型立體設(shè)計，用組態(tài)王實現(xiàn)仿真模擬 ，來體現(xiàn)自動化立體倉庫的便捷性、控制性 。為學(xué)生今后的工作打下一個較好的基礎(chǔ)，同時本課題具有實用性，對解 決工礦企業(yè)的自動化物流技術(shù)問題具有重要的意義。 自動化立體倉庫的歷史及國內(nèi)外現(xiàn)狀 立體倉庫產(chǎn)生和發(fā)展是第二次世界大戰(zhàn)之后生產(chǎn)和技術(shù)發(fā)展的結(jié)果。 20 世紀(jì) 50 年代初美國出現(xiàn)了采用橋式堆垛起重機的立體倉庫； 50 年代末至 60 年代初，出現(xiàn)了司機操作的巷道 式堆垛起重機立體倉庫； 1963 年美國率先在高架倉庫中采用計算機控制技術(shù)，建立了第一座由計算機控制的立體倉庫。此后，自動化立體倉庫在美國和歐洲得到迅速發(fā)展，并形成了專門的科學(xué)。 60 年代中期，日本開始興建立體倉庫，并且發(fā)展速度越來越快，成為當(dāng)今世界上擁有自動化 立體倉庫最多的國家之一。 據(jù)不完全統(tǒng)計，美國有各種類型的自動化立體倉庫 20210 多座，日本有 38000 多座，德國有 10000 多座，英國有 4000 多座，前蘇聯(lián)有 1500 多座。 堆垛機 是自動化立體倉庫的主要作業(yè)機械，擔(dān)負(fù)著出庫、進(jìn)庫、盤庫等任務(wù)，是自動化立體倉庫的核心部件，自動化立體倉庫的發(fā)展就是以堆跺機的發(fā)展為主要標(biāo)志的，目前巷道式堆跺機為主要 發(fā)展方向 。 我國對立體倉庫及其物料搬運設(shè)備的研制 起步較晚 ， 1963 年研制成第一臺橋式堆垛起重機， 1973 年開始研制我國第一座由 計算機控制 的自動化立體倉庫 (高 15 米，機械部揚州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 起重所負(fù)責(zé) )，該庫 1980 年投入運行，由北京機械工業(yè)自動化研究所等單位研制建成我國第 一座自動化立體倉庫，并在北京汽車制造廠投產(chǎn) 。從此以后，立體倉庫在我國得到了迅速的發(fā)展。據(jù)不完全統(tǒng)計，目前我國己建成的立體倉庫近 300 個，其中全自動化的立體倉庫有 30 多個。 1995 年建成的儀征化纖工業(yè)聯(lián)合公司滌綸長絲自動化立體倉庫，是目前我國獨立設(shè)計和制造的綜合自動化程度最高的立體倉庫。近些年我國自動化倉庫技術(shù)發(fā)展很快，己實現(xiàn)了與其它信息決策系統(tǒng)的集成，并正在做智能控制和模糊控制的研究工作。盡管如此，至今在我國已建成的集成化倉 儲系統(tǒng)還不多，我國的自動化立體倉庫與國外發(fā)達(dá)國家相比，無論是從數(shù)量上還是從建設(shè)水平上都有著比較大的差距。 自動化立體倉庫的優(yōu)越性 自動化立體倉庫其優(yōu)越性是多方面的，對于企業(yè)來說 ,可從以下幾個方面得到體現(xiàn)： 。 早期立體倉庫的構(gòu)想，其基本出發(fā)點是提高空間利用率，充分節(jié)約有限且寶貴的土地。在西方有些發(fā)達(dá)國家，提高空間利用率的觀點已有更廣泛深刻的含義，節(jié)約土地，已與節(jié)約能源、環(huán)境保護(hù)等更多的方面聯(lián)系起來。有些甚至把空間的利用率作為系統(tǒng)合理性和先進(jìn)性考核的重要指標(biāo)來對待。 立體庫的空間利 用率與其規(guī)劃緊密相連。一般來說，自動化高架倉庫其空間利用率為普通平庫的 25 倍。這是相當(dāng)可觀的。 ，提高企業(yè)生產(chǎn)管理水平 。 傳統(tǒng)倉庫只是貨物儲存的場所，保存貨物是其唯一的功能，是一種“靜態(tài)儲存”。自動化立體倉庫采用先進(jìn)的自動化物料搬運設(shè)備，不僅能使貨物在倉庫內(nèi)按需要自動存取，而且可以與倉庫以外的生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行有機的連接，并通過計算機管理系統(tǒng)和自動化物料搬運設(shè)備使倉庫成為企業(yè)生產(chǎn)物流中的一個重要環(huán)節(jié)。企業(yè)外購件和自制生產(chǎn)件進(jìn)入自動化倉庫儲存是整個生產(chǎn)的一個環(huán)節(jié)，短時儲存是為了在指定的時間 自動輸出到下一道工序進(jìn)行生產(chǎn)，從而形成一個自動化的物流系統(tǒng)，這是一種“動態(tài)儲存”，也是當(dāng)今自動化倉庫發(fā)展的一個明顯的技術(shù)趨勢。 論文的主要 目標(biāo)和工作 內(nèi)容 本次設(shè)計主要綜合了大學(xué)四年所學(xué)的專業(yè)知識 ,運用三菱的 GX Developer 軟件，使揚州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 用 FX 系列的 PLC 進(jìn)行設(shè)計 ， 實現(xiàn)小型立體倉庫的控制 ， 并使用組態(tài)王來仿真， 監(jiān)控 小型立體倉庫 的 運動方式 和工作原理。 此次設(shè)計以 PLC 控制及 組態(tài)軟件仿真為主，并介紹自動化立體倉庫的工作原理和工作流程，用組態(tài)軟件來 監(jiān)控 小型 立體倉庫的 運行 方式。 本設(shè)計的工作內(nèi)容為： 相關(guān)的書籍及資料 初步了解小型立體倉庫 ； 立體倉庫的控制方案，然后設(shè)計出流程框圖，再根據(jù)流程框圖編寫最后總程序； ； 。 揚州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 PLC 的功能 特點與應(yīng)用 PLC， 可編程序控制器 ， 它是一個以微處理器為核心的數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)裝置，專為在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用而設(shè)計，它采用可編程序的存儲器，用以在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時 /計數(shù)和算術(shù)運算等操作指令，并通過數(shù)字式或模擬式的輸入、輸出接口，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。 PLC 在 近年來發(fā)展 極為迅速、應(yīng)用極為廣泛。它將傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)、自動化技術(shù)、計算機控制技術(shù)和通信技術(shù)融為一體專門為工業(yè)控制而設(shè)計，具有可靠性高、功能強、編程簡單、使用方便、環(huán)境適應(yīng)性好以及體積小、功耗低等特點；具有基本控制功能、步進(jìn)控制功能、模擬控制功能、定位控制功能、網(wǎng)絡(luò)通信功能、自診斷功能、顯示監(jiān)控功能等，可以滿足對工業(yè)生產(chǎn)進(jìn)行監(jiān)視和控制的絕大多數(shù)場合的需要。 PLC 最常用的語言是面向控制的梯形圖語言，它采用了與實際電器原理圖非常接近的圖形編程方式，易學(xué)易用 。 PLC 是綜合了繼電器接觸器控制的優(yōu)點及計算機靈活、方便的優(yōu) 點而設(shè)計制造和發(fā)展的，這就使 PLC具有很多控制器所無法相比的特點： 1. 可靠性高，抗干擾能力強。一般 PLC 的平均無故障時間可達(dá)幾萬小時以上。 2. 通用性強，使用方便。 3. 采用模塊化結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)組合靈活方便。 4. 編程語言簡單、易學(xué)，便于掌握。 5. 系統(tǒng)設(shè)計周期短。 6. 對生產(chǎn)工藝改變適應(yīng)性強。 7. 安裝簡單、調(diào)試方便、維護(hù)工作量小。 根據(jù) PLC的特點可以將它的應(yīng)用形式可歸納為：開關(guān)量邏輯控制、模擬量控制、過程控制、定時和計數(shù)控制、順序控制、數(shù)據(jù)處理、通信和聯(lián)網(wǎng)。 揚州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 PLC 的基本組成及工作原理 PLC 的基本組 成 PLC 的主機由微處理器（ CPU）、存儲器（ EPROM、 RAM）、輸入 /輸出 模塊、外設(shè)I/O 接口、通信接口及電源組成。 （ CPU） —— 是 PLC 的控制中樞。 CPU的具體作用為： 1）接收、存儲用戶程序 2）以掃描方式接收來自輸入單元的數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息，并存入相應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲區(qū)。 3）執(zhí)行監(jiān)控程序和用戶程序。完成數(shù)據(jù)和信息的邏輯處理，產(chǎn)生相應(yīng)的內(nèi)部控制信號，完成用戶指令規(guī)定的各種操作。 4）響應(yīng)外部設(shè)備（如編程器、打印機）的請求。 PLC 在 CPU 的控制下有條不紊地協(xié)調(diào)工作，從而實現(xiàn)對現(xiàn)場的各個 設(shè)備進(jìn)行控制。PLC 常采用的 CPU 通常有三種：通用微處理器（ 如 808 8028 80386 等 ）、單片機、位片式微處理器。 。 可編程控制器配有兩種存儲器，即系統(tǒng)存儲器（ EPROM）和用戶存儲器（ RAM）。系統(tǒng)存儲器用來存放系統(tǒng)管理程序，用戶不能訪問和修改這部分存儲器的內(nèi)容。用戶存儲器用來存放編制的應(yīng)用程序和工作數(shù)據(jù)狀態(tài)。存放工作數(shù)據(jù)狀態(tài)的用戶存儲器部分也稱為數(shù)據(jù)存儲區(qū)。它包括輸入、輸出數(shù)據(jù)映像區(qū)，定時器 /計數(shù)器預(yù)置數(shù)和當(dāng)前值的數(shù)據(jù)區(qū)，存放中間結(jié)果的緩沖區(qū)。 /輸出模塊。 對于各種型號的 輸入輸出模塊，我們可以按照信號的種類歸類，有直流信號輸入、輸出，交流信號的輸入、輸出；按照信號的輸入、輸出形式分有數(shù)字量輸入 /輸出，開關(guān)量輸入 /輸出，模擬量輸入 /輸出。 。 編程器是 PLC 的重要外部設(shè)備，利用編程器可將用戶程序送入 PLC 的用戶程序存儲器，調(diào)試程序、監(jiān)控程序的執(zhí)行過程。編程器類型從結(jié)構(gòu)上可分為三種：簡易編程器 ，圖形編程器和通用計算機編程。 揚州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 PLC 的基本工作過程 PLC 執(zhí)行程序的方式稱為掃描工作方式。 PLC 從 0000 號存儲地址縮存放的第一條用戶程序開始，在無中斷或跳 轉(zhuǎn)的情況下，按存儲地址號遞增的方向順序逐條執(zhí)行用戶程序，直到 END 指令結(jié)束。然后再從頭開始執(zhí)行，并周而復(fù)始地重復(fù)，直到停機或從運行（ RUN）切換到停止（ STOP）工作狀態(tài)。另外， PLC 對輸入、輸出信號是集中批處理，而不是微型計算機的實時處理。 PLC 掃描工作方式主要分為三個階段：輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新。 PLC 在開始執(zhí)行程序前，首先掃描輸入端子， 按順序?qū)⑺休斎胄盘枺x入到寄存輸入狀態(tài)的輸入映像寄存器中，該過程稱為輸入采樣。 PLC 在運行程序時，所需的輸入信號不是現(xiàn)時取輸入端子上的信息，而 是取輸入映像寄存器中的信息。在本工作周期內(nèi)這個采樣結(jié)果的內(nèi)容不會改變，只有到下一個掃描周期輸入采樣才被刷新。 在用戶程序執(zhí)行階段， PLC 總是由上而下的順序依次地掃描用戶程序（梯形圖）。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構(gòu)成的控制線路，并按照先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運算，然后根據(jù)邏輯運算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng) RAM 存儲區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在 I/O映象區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。 刷新 在執(zhí)行到 END 指令，即執(zhí)行完用戶所有程序后， PLC 將輸出映像寄存器中的內(nèi)容送到輸出鎖存器中進(jìn)行輸出，驅(qū)動用戶設(shè)備。 PLC 掃描過程示意圖如圖 PLC 工作過程除了包括上述三個主要階段外，還要完成內(nèi)部處理、通信處理等工作。在內(nèi)部處理階段， PLC 檢查 CPU模塊內(nèi)部的硬件是否正常，將監(jiān)控定時器復(fù)位，以及完成一些別的內(nèi)部工作。在通信服務(wù)階段， PLC 與其他的帶微處理器的智能裝置實現(xiàn)通信。 揚州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 三菱 FX 系列 PLC 簡介 三菱公司的 FX 系列 PLC 是