【正文】 垛機在貨物堆放流程中可以代替繁重的人力搬運，以及已損壞物品的憂慮。堆垛機的控制系統(tǒng)通常采用 PLC 為主的控制方式，由于堆垛機的操作位置是 隨著貨物的堆放位置變化 而變化的，其通訊控制是移動變化中進行的，對位置的移動精度有較高的要求因此用兩個步進電動機來確定所要尋找物料的倉位，這樣可以對物料進行的精確存取，至于取物和送物的精度要求就不是很高，對于此采用直流電機實現(xiàn)此功能，節(jié)約了成本。 操作面板功能鍵高度集成，采用人機對話友好界面，操作步驟、作業(yè)狀況清晰易懂，即使是初次使用也毫無困難。既可手自動切換， 實現(xiàn)高效運行 ； 又可 點 動操畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 作 ， 以 便于檢修 。根據(jù)需要和運行的狀態(tài)，系統(tǒng)有以下 操作方法及特點： 手動操作；自動操作； 點動操作； 設(shè)計模塊化；維修極為方便、快捷。 立體倉庫模型觸摸屏監(jiān) 控系統(tǒng)設(shè)計的框架思想如圖 所示實現(xiàn)觸摸屏與 PLC結(jié)合對立體倉庫模型的控制和監(jiān)測及信息管理功能，盡可能的仿真出實際環(huán)境中立體倉庫的功能及應(yīng)用。 圖 系統(tǒng)設(shè)計框架 社會 經(jīng)濟效益 分析 （ 1）高層貨架存儲 ， 由于使用高層貨架存儲貨物，存儲區(qū)可以大幅度地向高空發(fā)展，充分利用倉庫地面和空間，因此節(jié)省了庫存占地面積，提高了空間利用率。目前世界上最高的立體倉庫已達 50M。立體倉庫單位面積的存儲量是普通倉庫的5～ 10 倍。采用高層貨架儲存可以防止貨物的自然老化、變質(zhì)、生銹或發(fā)霉。立體倉庫也便于防止貨物的丟 失及損壞，對于防火防潮等大有好處。集裝箱化的存儲也有利于防止貨物搬運過程中的破損。 （ 2）自動存取 ， 使用機械和自動化設(shè) 備，運行和處理速度快，提高了勞動生產(chǎn)率，降低操作人員的勞動強度。同時，能方便地納入企業(yè)的物流系統(tǒng)，使企業(yè)物流更趨合理化。 （ 3） 計算機控制 ， 計算機控制能夠始終準確無誤地對各種信息進行存儲和管理，能減少貨物處理和信息處理過程中的差錯，而人工管理做不到這一點。同時借畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 助于計算機管理還能有效地利用倉庫儲存能力，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。如某汽車 廠的倉庫，在采用自動化倉庫后，庫存物資金額比過去 降低了 50%，節(jié)約 資金數(shù)百萬元。 自動化立體倉庫的信息系統(tǒng)可以與企業(yè)生產(chǎn)信息系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，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，促進企業(yè)的科學(xué)管理，減少了浪費，保證均衡生產(chǎn)，提高了操作人員素質(zhì)和管理人員的水平。 畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 第 2 章 立體倉庫模型 硬件 構(gòu)造 模型 控制 需求及硬件清單 系統(tǒng)采用滾珠絲杠、滑杠和普通絲杠作為主要傳動機構(gòu)，電機采用步進電機和直流電機，其關(guān)鍵部分是堆垛機，它由水平移動、垂直移動及伸叉機構(gòu)三部分組成，其水平和垂直移動分別用兩臺步進 電機驅(qū)動滾珠絲杠來完成，伸叉機構(gòu)由一臺直流電機來控制。它分為上下兩層，上層為貨臺，可前后伸縮，低層裝有絲杠等傳動機構(gòu)。當堆垛機平臺移動到貨架的指定位置時，伸叉電機驅(qū)動貨臺向前伸出可將貨物取出或送入，當取到貨物或貨已送入，則鏟叉向后縮回。 硬件 清單如下表 所示 表 硬件清單 機械 部件 一個有 13 個方格組成的貨架 、 滾珠絲杠 兩根 、滑杠 六根 、普通絲杠 一根、貨叉一個、支架臺一個、 I/O 面板兩塊、貨物托架四塊 電氣 部件 一個繼電器輸出 PLC 和 EM235 擴展模塊、一個 220V 交流轉(zhuǎn) 5V 和 24V 直流的電源盒 、步進電機及驅(qū)動模塊兩對、直流電機一個、雙相 24V 繼電器兩個、行程開關(guān) 15 個 主要模塊 工作原理 圖 如 圖 所示為整個立體倉庫硬件控制的連接圖，控制器為可編程序控制器PLC，通過 PLC 給驅(qū)動器的信號來控制步進 電機的運行實現(xiàn)立體倉庫叉車的定位。 畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 圖 硬件控制原理 圖 驅(qū)動模塊 （ 1） 電氣規(guī)格 見表 表 電氣規(guī)格 說明 最小值 典型值 最大值 單位 供電電壓 18 24 40 V 均值輸出電流 1 A 邏輯輸入電流 6 15 30 mA 步進脈 沖響應(yīng)頻率 — — 100 kHz 脈沖低電平時間 5 — 1 μs （ 2） 表 為電流設(shè)定，其中 SW1,SW2,SW3 為驅(qū)動模塊上用來設(shè)定電流值的三個開關(guān)。 表 電流設(shè)定 電流值 SW1 SW2 SW3 OFF ON ON ON OFF ON OFF OFF ON ON ON OFF 0FF ON OFF 畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 ON OFF OFF OFF OFF OFF （ 3） 細分設(shè)定 見表 表 細分 設(shè)定 細分倍數(shù) 步數(shù) /圈（ 整步） SW4 SW5 SW6 1 200 ON ON ON 2 400 OFF ON ON 4 800 ON OFF ON 8 1600 OFF OFF ON 16 3200 ON ON OFF 32 6400 OFF ON OFF 64 12800 OFF ON OFF 由外部確定 動態(tài)改細分 /禁止工作 OFF OFF OFF （ 4） 信號 接線 描述 見表 表 信號接線 信 號 功 能 PUL 脈沖信號：上升沿有效，每 當脈沖由低變高時電機走一步 DIR 方向信號：用于改變電機轉(zhuǎn)向， TTL 平驅(qū)動 OPTO 光耦驅(qū)動電源 ENA 使能信號：禁止或允許驅(qū)動器工作，低電平禁止 GND 直流電源地 +V 直流電源正極，典型值 +24V A+ 電機 A 相 A 電機 A 相 B+ 電機 B 相 B 電機 B 相 （ 5） PLC 控制器與步進電機驅(qū)動器工作原理如圖 所示 ： 畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 圖 步進電機驅(qū)動器工作原理圖 步進電機 采用二相八拍混合式步進電機，主要特點：體積小，具有較高的起動和運行頻率 ，有定位轉(zhuǎn)矩等優(yōu)點。本模型中采用串聯(lián)型接法，其電氣圖如下 圖 所示： 圖 步進電機電氣圖 畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 第 3 章 PLC 程序設(shè)計 PLC 社會發(fā)展 隨著人類進步、社會發(fā)展、科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用， 工業(yè)產(chǎn)品的品種就要不斷更新?lián)Q代，從而要求產(chǎn)品的生產(chǎn)線級附屬的控制系統(tǒng)不斷地修改甚至更換。在 20 世紀 60年代，生產(chǎn)線的控制主要采用繼電器控制。修改一條生產(chǎn)線，要更換許多硬件設(shè)備，進行復(fù)雜的接線，既浪費了許多硬件又大大拖延了施工周期，增加了產(chǎn)品的成本。于是人們尋找研制一種新型的通用控制設(shè)備，逐漸就產(chǎn)生 了可編程控制器。 可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程的存儲器，用來在其內(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和輸出 ，控制各種類型的機械動作過程?？删幊炭刂破骷捌湎嚓P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則設(shè)計。 可編程控制器的出現(xiàn)，立即引起了各國的注意。日本于 1971 年引進可編程控制器技術(shù)；德國于 1973 年引進可編程控制器技術(shù)。中國于 1973 年開始研制可編程控制器， 1977 年應(yīng)用到生產(chǎn) 線上 。 PLC 的應(yīng)用 領(lǐng)域及特點 PLC 的應(yīng)用非常廣泛，例如：電梯控制、防盜系統(tǒng)的控制、交通分流信號燈控制、樓宇供水自動控制、消防系統(tǒng)自動控制、供電系統(tǒng)自動控制、噴水池自動控制及各種生產(chǎn)流水線的自動控制等。按 PLC 編程功能來分可分為 4 大類：開關(guān)量順序控制 ； 模擬量控制 ； 運動控制 ； 通信功能。 PLC 的應(yīng)用大大的提高了控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、適用性、并且降低了系統(tǒng)成本其主要在于它具有的特點：學(xué)習(xí) PLC 編程容易；控制系統(tǒng)簡單，更改容易，施工周期短；系統(tǒng)維護容易。 畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 設(shè)計思想及 流程圖 PLC 在立體倉庫系統(tǒng)中 起到了主要的控制作用，通過對 PLC 的編程設(shè)計使立體倉庫的自動化更加完善和強大，操作起來更加的方便穩(wěn)定， 根據(jù)實際情況對立體倉庫應(yīng)該具有的基本功能進行實現(xiàn)，從時間、經(jīng)濟、可操作性進行分析設(shè)計，實現(xiàn)了自動和手動及故障檢修功能。自動功能方便快捷的對貨物進行存儲，具體工作流程：貨物放到中轉(zhuǎn)倉等待人員操作，如果在一定時間內(nèi)無任何操作則自動存儲貨物到最小號的空倉位，在等待的過程中，操作人員可以根據(jù)自身意愿指定存取的倉位。手動功能更加快速的實現(xiàn)了貨物在倉位之間的調(diào)整，大大縮短了操作時間。故障檢修功能完全的實現(xiàn)了點動功能，方 便了操作人員對設(shè)備的檢修和維護。具體的程序流程圖如圖 所示 故 障手 / 自 動有 無 操 作自 動取 / 送脈 沖 數(shù)計 算開 始 進 行 取有取脈 沖 數(shù)計 算送開 始 進 行 送脈 沖 數(shù)計 算開 始 自 動 存無手 動倉 位 選擇脈 沖 數(shù)計 算到 達 指 定 倉位手 動 取倉 位 選擇返 回 初 始 位置 結(jié) 束開 始脈 沖 數(shù)計 算到 達 指 定 倉位手 動 送無X 軸 左 右Y 軸 左 右伸 叉 收 叉脈 沖 數(shù)計 算堆 垛 機 運 動叉 車 伸 / 收 運動有圖 程序流程圖 畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 PLS 指令 PLS 指令定義 脈沖輸出（ PLS） （見圖 ） 指令被用于控制在高速輸入（ 和 ）中提供的 脈沖串輸出 （ PTO）和 脈寬調(diào)制 （ PWM）功能。 PTO 提供方波（ 50%占空比）輸出，配備周期和脈沖數(shù)用戶控制功能。 PWM 提供連續(xù)性變量占空比輸出，配備周期和脈寬用戶控制功能。脈沖輸出范圍 至 特殊內(nèi)存 PTO / PWM 高速輸出寄存器 圖 PLS指令 識別 S7200 高速輸出指令 S7200 有兩臺 PTO/PWM 發(fā)生器，建立高速脈沖串或脈寬調(diào)節(jié)信號信號波形。一臺發(fā)生器指定給數(shù)字輸出點 ，另一臺發(fā)生器指定給數(shù)字輸出點 。一個指定的特殊內(nèi)存（ SM）位置為每臺發(fā)生器存儲以下數(shù)據(jù)：一個控制字節(jié)（ 8 位值）、一個脈沖計數(shù)值（一個不帶符號的 32 位值）和一個周期和脈寬值（一個不帶符號的 16 位值）。 PTO/PWM 發(fā)生器和過程映像寄存器共用 和 。 PTO 或 PWM 功能在 或 位 置 使 用時， PTO/PWM 發(fā)生器控制輸出，并禁止輸出點的正常使用。輸出信號波形不受過程映像寄存器狀態(tài)、點強迫數(shù)值、執(zhí)行立即輸出指令的影響。PTO/PWM 發(fā)生器非現(xiàn)用時，輸出控制轉(zhuǎn)交給過程映像寄存器。過程映像寄存器決定輸出信號波形的初始和最終狀態(tài)，使信號波形在高位或低位開始和結(jié)束。 注釋： （ 1）在啟用 PTO 或 PWM 操作之前，將用于 和 的過程映像寄存器設(shè)為 0。 （ 2）所有的控制位、周期、脈寬和脈沖計數(shù)值的默認值均為 0。 （ 3） PTO/PWM 輸出必須至少有 10%的額定負載，才能完成從關(guān)閉至打開以及畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 從 打開至關(guān)閉的順利轉(zhuǎn)換。 脈沖串（ PTO）功能提供方波（ 50%占空比）輸出或指定的脈沖數(shù)和指定的周期。脈寬調(diào)制（ PWM）功能提供帶變量占空比的固定周期輸出。 每臺 PTO/PWM 發(fā)生器有一個控制字節(jié)（ 8 位），一個周期值和脈寬值（不帶符號的 16 位值）和一個脈沖計值（不帶符號的 32 位值）。這些值全部存儲在特殊內(nèi)存（ SM）區(qū)域的指定位置。一旦設(shè)置這些特殊內(nèi)存位的位置，選擇所需的操作后，執(zhí)行脈沖輸出指令（ PLS）即啟動操作。該指令使 S7200 讀取 SM 位置，并為PTO/PWM 發(fā)生器編程。 通過修改 SM 區(qū)域中（包括控制字 節(jié)）要求的位置，您可以更改 PTO 或 PWM的信號波形特征，然后執(zhí)行 PLS 指令。 您可以在任意時間向控制字節(jié)（ 或 ）的 PTO/PWM 啟用位寫入零，禁用 PTO 或 PWM 信號波形的生成，然后執(zhí)行 PLS 指令。 注釋：所有控制位、周期、脈寬和脈沖計值的默認值均為零。 注釋： PTO/PWM 輸出必須至少有 10%的額定負載，才能完成從關(guān)閉至打開以及從打開至關(guān)閉的順利轉(zhuǎn)換。 PTO 操作 PTO 為指定的脈沖數(shù)和指定的周期提供方波（ 50%占空比）輸出。 PTO 可提供單脈沖串或多脈沖串（使用脈沖輪廓） 。 指定脈沖數(shù)和周期（以微秒或毫秒遞增）。 圖 脈沖串 周期范圍從 10 微秒至 65,535 微秒或從 2 毫秒至 65,535 毫秒。 脈沖計數(shù)范圍從 1 至 4,294,967,295 次脈沖。 周期指定基數(shù) 為 微秒或毫秒（例如 75 毫秒） ，否則 會引起占空比的失真。 脈沖計數(shù)和周期限制如表 畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 表 脈沖計數(shù)和周期限制 脈沖計數(shù)／周期 反應(yīng) 周期 2 個時間單位 周期的默認值為 2 個時間單位 脈沖計數(shù) = 0 脈沖計數(shù)的默認值為 1 次脈沖 狀態(tài)字節(jié)（ 或