【正文】 統(tǒng)要能夠?qū)崿F(xiàn)手動和自動兩種工作模式，通過鍵盤可以對設備進行控制。 本課題設計的目的和意義自動化立體倉庫在各行各業(yè)得到而來廣泛的應用，進行PLC立體倉庫的設計對于節(jié)約土地資源，節(jié)省勞動力方面都有著不可代替的作用。PLC作為工業(yè)自動化三大支柱的重要一部分，因為其可靠性高、抗干擾能力強、設計安裝容易等特點而被廣泛的應用于自動化控制的各個領(lǐng)域。PLC控制系統(tǒng)可以很好的完成立體倉庫的控制有助于其實現(xiàn)自動化。因此，進行立體倉庫的PLC控制系統(tǒng)的設計，可以推動機械手行業(yè)的發(fā)展，擴大PLC在自動控制領(lǐng)域的應用，具有一定的經(jīng)濟和理論研究的價值。 小結(jié)本章以課題設計為中心，分別介紹了課題設計的背景、內(nèi)容、目的和意義。立體倉庫發(fā)展速度越來越快，采用計算機進行控制管理而利于企業(yè)實施現(xiàn)代化管理等特點，已成為企業(yè)物流和生產(chǎn)管理不可缺少的倉儲技術(shù)，越來越受到企業(yè)的重視。PLC憑借著其可靠性高、抗干擾能力強、使用方便、設計安裝容易等特點能很好的完成立體倉庫控制系統(tǒng)的設計。自動化立體倉庫是機械和電氣、強電控制和弱電控制相結(jié)合的產(chǎn)品。它主要由貨物儲存系統(tǒng)、貨物存取和傳送系統(tǒng)、控制和管理等三大系統(tǒng)所組成。貨物存儲系統(tǒng)由立體貨架的貨格(托盤或貨箱)組成，貨架按照排、列、層組合而成立體倉庫儲存系統(tǒng)；貨物存取和傳送系統(tǒng)承擔貨物存取、出入倉庫的功能，它由有軌或無軌堆垛機、出入庫輸送機、裝卸機械等組成；自動化立體倉庫視情況不同采取不同的控制方式：有的倉庫只采取對存取堆垛機、出入庫輸送機的單臺 PLC 控制，機與機無聯(lián)系；有的倉庫對各單臺機械進行聯(lián)網(wǎng)控制。更高級的自動化立 體倉庫的控制系統(tǒng)采用集中控制、分離式控制和分布式控制，即由管理計算機、中央控制計算機和堆垛機、出入庫輸送等直接控制的可編程序控制器組成控制系統(tǒng)。 立體倉庫系統(tǒng)的功能圖21 立體倉庫模型圖在此設計的立體倉庫需要滿足一下功能：（1）堆垛機（機械手）要有三個自由度，即：前進、后退；上、下；左、右；（2）堆垛機的運動由步進電機驅(qū)動；（3）堆垛機前進（或后退）運動和上（或下）運動可同時進行；（4）堆垛機前進、后退和上、下運動時必須有超限位保護；（5）每個倉位必須有檢測裝置（微動開關(guān)），當操作有誤時發(fā)出錯誤報警信號；（6）當按完倉位號后，沒按入或取前，可以按取消鍵進行取消該操作。（7）整個電氣控制系統(tǒng)必須設置急停按鈕，以防發(fā)生意外。系統(tǒng)控制面板如下圖22所示： 圖 22 控制面板因此本課題設計的具體控制功能如下： （1）將選擇開關(guān)置于自動位置，通電狀態(tài)下，各機構(gòu)復位，即返回零位。立體倉庫坐標定位以零位開始。 （2）當送貨的時候，選擇欲送貨物的倉位號，按動倉位號對應的按鈕，控制面板數(shù)碼管顯示倉位號。按送貨按鈕后，貨物自動送入指定的倉位號對應的倉庫位里。若被指定的倉位號里有貨物，則送貨命令不被執(zhí)行。送貨完成后，小車自動返回原來的位置。 （3）當取貨的時候，選擇欲取貨物的倉位號后，按動取貨按鈕后，在控制面板的數(shù)碼管里顯示出來，堆垛機可以自動將貨物取出。如果小車里有貨物，則取貨命令不被執(zhí)行。（4）取貨和送貨指令完成后，機構(gòu)自動返回原來位置。 （5） 整個電氣控制系統(tǒng)必須設置急停按鈕，以防發(fā)生意外。 采用 PLC 控制立體倉庫的優(yōu)點PLC 的應用非常廣泛，按PLC編程功能可分為 4 大類[2]：開關(guān)量順序控制、通信功能、模擬量控制、運動控制。PLC的應用大大提高了控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、適用性、并且降低了系統(tǒng)成本。其控制系統(tǒng)簡單，更改容易，施工周期短；系統(tǒng)維護容易。自動化立體倉庫，少不了自動化倉庫管理系統(tǒng)，只有使用強大的倉庫管理系統(tǒng)才能使得倉庫管理和業(yè)務流程上一個臺階，才能將先進的硬件設備發(fā)揮作用、 產(chǎn)生效益，針對這一倉庫管理系統(tǒng)，我選擇了PLC。選擇 PLC是因為它的穩(wěn)定性比單純的使用單片機要穩(wěn)定的多，所能實現(xiàn)的功能也強大的多?？偟膩砜?，基于PLC的自動化立體倉庫可以總結(jié)為如下幾點優(yōu)點：低成本、范圍廣、高速、便捷、永遠在線、結(jié)構(gòu)靈活、數(shù)字化等。表23立體倉庫具體參數(shù)：出/入貨柜臺最重物品20Kg每個倉位的高度4．5CM倉位的上下距離0．5CM倉位的平行距0．5CM倉位的體積4 M3可編程控制器（PLC）電源24V DC堆垛機電源220V AC,50Hz在立體倉庫控制系統(tǒng)的設計過程中主要要考慮以下幾點：（1）深入了解和分析立體倉庫的工藝條件和控制要求。（2）確定I/O設備。根據(jù)立體倉庫控制系統(tǒng)的功能要求，確定系統(tǒng)所需的用戶輸入、輸出設備。（3）根據(jù)I/O點數(shù)選擇合適的PLC類型。（4）分配I/O點，分配PLC的輸入輸出點，編制出輸入輸出分配表或者輸入輸出端子的接線圖。（5）設計立體倉庫系統(tǒng)的梯形圖程序，根據(jù)工作要求設計出周密完整的梯形圖程序，這是整個立體倉庫系統(tǒng)設計的核心工作。（6）將程序輸入PLC進行軟件測試，查找錯誤，使系統(tǒng)程序更加完善。（7）立體倉庫整體調(diào)試，在PLC軟硬件設計和現(xiàn)場施工完成后，就可以進行整個系統(tǒng)的聯(lián)機調(diào)試，調(diào)試中發(fā)現(xiàn)的問題要逐一排除，直至調(diào)試成功。立體倉庫系統(tǒng)設計與調(diào)試的主要步驟，如圖24所示：圖24 課題設計步驟本章圍繞系統(tǒng)方案的確定，首先對自動化立體倉庫進行了簡單的介紹。自動化立體倉庫是機械和電氣、強電控制和弱電控制相結(jié)合的產(chǎn)品。主要由貨物儲存系統(tǒng)、貨物存取和傳送系統(tǒng)、控制和管理等三大系統(tǒng)所組成。其次闡述了本課題設計的自動化立體倉庫實現(xiàn)的功能與總體的控制步驟。第三節(jié)講述了PLC的優(yōu)點和選擇PLC進行控制的原因。最后確定了立體倉庫的具體參數(shù)，并詳細介紹了本課題設計的基本步驟。第3章 系統(tǒng)硬件設計本課題設計采用的是運用 PLC ,而且檢修起來較為方便?？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下圖 31 所示。圖 31 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖可編程控制器的基本結(jié)構(gòu)由輸入/輸出模塊、中央處理單元、電源部件和編 程器等組成。PLC與計算機的基本組成一致，它實際上就是一種工業(yè)控制計算器[3]。 （1）輸入/輸出模塊在PLC中，CPU是通過輸入/輸出模塊與外界連接的。 輸入模塊用于將控制現(xiàn)場輸入信號變換成CPU能接收的信號，并對其進行濾波、電平轉(zhuǎn)換、隔離和放大等；輸出模塊用于將 CPU的決策輸出信號變換成驅(qū)動控制對象執(zhí)行機構(gòu)的控制信號，并對輸出信號進行功率放大、隔離PLC內(nèi)部和外部執(zhí)行元件等。（2）中央處理單元 （3）電源部件中央處理器單元包括微處理器、系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序存儲器。微處理器 CPU 是PLC的核心部件。電源部件是把交流電轉(zhuǎn)換成直流電源的裝置，它向PLC提供所需的高質(zhì)量直流電源。（PLC）的特點 （1）可靠性高，抗干擾強。 （2）功能強大，性價比高。 （3）編程簡易，現(xiàn)場可修改。 （4）配套齊全，使用方便。 （5）壽命長，體積小，能耗低。 （6）系統(tǒng)的設計、安裝、調(diào)試、維修工作量少，維修方便。該選擇包括運算功能、控制功能、通信功能、編程功能、診斷功能和處理速度等特性的選擇。根據(jù)本課題所設計的自動門控制的需要，主要介紹以下幾種功能的選擇[4]。（1）控制功能PLC主要用于順序邏輯控制，因此，大多數(shù)場合常采用單回路或多回路控制器解決模擬量的控制，有時也采用專用的智能輸入輸出單元完成所需的控制功能，提高PLC的處理速度和節(jié)省存儲器容量。（2）編程功能離線編程方式：PLC和編程器公用一個CPU，編程器在編程模式時，CPU只為編程器提供服務，不對現(xiàn)場設備進行控制。完成編程后，編程器切換到運行模式，CPU對現(xiàn)場設備進行控制，不能進行編程。離線編程方式可降低系統(tǒng)成本，但使用和調(diào)試不方便。在線編程方式：CPU和編程器有各自的CPU，主機CPU負責現(xiàn)場控制，并在一個掃描周期內(nèi)與編程器進行數(shù)據(jù)交換，編程器把在線編制的程序或數(shù)據(jù)發(fā)送到主機，下一掃描周期，主機就根據(jù)新收到的程序運行。這種方式成本較高，但系統(tǒng)調(diào)試和操作方便，在大中型PLC中常采用。五種標準化編程語言：順序功能圖（SFC）、梯形圖（LD）、功能模塊圖（FBD）三種圖形化語言和語句表（IL）、結(jié)構(gòu)文本（ST）兩種文本語言。（3）診斷功能PLC的診斷功能包括硬件和軟件的診斷。硬件診斷通過硬件的邏輯判斷確定硬件的故障位置，軟件診斷分內(nèi)診斷和外診斷。通過軟件對PLC內(nèi)部的性能和功能進行診斷是內(nèi)診斷，通過軟件對PLC的CPU與外部輸入輸出等部件信息交換功能進行診斷是外診斷。PLC的診斷功能的強弱，直接影響對操作和維護人員技術(shù)能力的要求，并影響平均維修時間。 PLC 機型的選擇（1）輸入電源電壓：24VDC 還是 220VAC，根據(jù)供電系統(tǒng)電壓來選擇，一般來說，不建議直接從動力電源直接取電，最好用隔離變壓器把動力電源和控制電源隔離開來，同時做好濾波等抗干擾措施。本設計采用 24V 直流電。（2）輸入輸出點數(shù)：所謂的輸入輸出點數(shù)指的是整個控制系統(tǒng)需要用到的 PLC的輸入點個數(shù)和輸出點個數(shù)。一般來說，當然是預先設計好整套系統(tǒng)方案， 然后算出所有的輸入輸出點個數(shù)，如果是第一次設計的方案，建議預留點數(shù)。經(jīng) 過估算本設計中需要輸入端口40個，輸出端口 21個。（3）輸出觸點類型：是繼電器輸出類型還是晶體管輸出類型。根據(jù)所控制的 執(zhí)行機構(gòu)電源電壓及功率來決定輸出觸點類型，如果系統(tǒng)里有需要用到高速脈沖 輸出控制步進電機或伺服系統(tǒng)時，一定要選擇晶體管輸出類型。本設計因為有步 進電機的控制所以選擇晶體管輸出類型。西門子S7系列PLC體積小、速度快、 標準化，具有網(wǎng)絡通信能力，功