【文章內(nèi)容簡介】 管理系統(tǒng)：基于西門子 S7 一 200PLC 的下位執(zhí)行機(jī)構(gòu)自動(dòng)控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)以及 PLC 程序的編制：管理層、監(jiān)控層、控制層三層之間的通信實(shí)現(xiàn)。在管理系統(tǒng)中，研究內(nèi)容涉及到：自動(dòng)化立體倉庫的出入庫方式、存儲(chǔ)策略及貨位分配原則：根據(jù)自動(dòng)化立體倉庫中存放貨品的特點(diǎn)，提出了采用分類隨機(jī)存儲(chǔ)和定位存儲(chǔ)相結(jié)合的貨品存儲(chǔ)策略。結(jié)合電子標(biāo)簽技術(shù)，根據(jù)貨品出入庫頻度劃分貨品的大致存儲(chǔ)區(qū)域：在此基礎(chǔ)上，使用貨位自動(dòng)均勻分配算法實(shí)現(xiàn)貨位的均勻分配與貨品的就近出入庫。最后根據(jù)此算法實(shí)現(xiàn)了批量出入庫作業(yè)和單件出入庫作業(yè)。在執(zhí)行系統(tǒng)中，研究內(nèi)容涉及到：構(gòu)建一個(gè)實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的自動(dòng)化立體倉庫系統(tǒng)。分析整個(gè)控制系統(tǒng)的構(gòu)成以及電氣控制原理，進(jìn)而對下位執(zhí)行系統(tǒng)進(jìn)行總體功能設(shè)計(jì)，并對各單元 PLC 的控制功能模塊進(jìn)行了分析。最后迸行 PLC 程序的編寫，局部調(diào)通之后再將三個(gè)部分整合在一起進(jìn)行調(diào)試，實(shí)現(xiàn)三個(gè)單元的順序控制。在管理層 、監(jiān)控層、控制層的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與通信實(shí)現(xiàn)中主要研究 OPC 通訊實(shí)現(xiàn)過程中，組態(tài)軟件 WinCC 中的相應(yīng)設(shè)置：監(jiān)控層與控制層的基于現(xiàn)場總線湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)（論文）8PROFIBUS 的具體組網(wǎng)通訊實(shí)現(xiàn)以及 WinCC 中全局腳本的編寫，最終實(shí)現(xiàn)管控一體化。 系統(tǒng)的總體方案在立體倉庫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中主要考慮以下幾點(diǎn)：確定 I/O 設(shè)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(shè)備。根據(jù) I/O 點(diǎn)數(shù)選擇合適的 PLC 類型。分配 I/O 點(diǎn)，分配 PLC 的輸入輸出點(diǎn)，編制出輸入輸出分配表或者輸入輸出端子的接線圖。設(shè)計(jì)立體倉庫系統(tǒng)的梯形圖，根據(jù)工作要求設(shè)計(jì)出周密完整的梯形圖程序，這是整個(gè)立體倉庫系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心工作。將程序輸入 PLC 進(jìn)行軟件測試，查找錯(cuò)誤，使系統(tǒng)程序更加完善。立體倉庫整體調(diào)試，在 PLC 軟硬件設(shè)計(jì)和現(xiàn)場施工完成后，就可以進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)的聯(lián)機(jī)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。以下是設(shè)計(jì)步驟框圖：湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)（論文）9確定課題研究課內(nèi)容確定方案查找資料設(shè)計(jì)電氣原理圖根據(jù)控制要求確定硬件配置根據(jù)要求編寫程序系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)調(diào)試程序記錄運(yùn)行結(jié)果并分析總結(jié)錯(cuò)誤圖 2—1 立體倉庫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)（論文）10 第三章 立體倉庫的硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)本文設(shè)定倉庫類型為單元貨格式自動(dòng)化立體倉庫。倉庫規(guī)模設(shè)定為 4 巷道 3排 4 列 3 層共計(jì) 12 個(gè)貨位:倉庫中相關(guān)設(shè)備主要有巷道式堆垛機(jī)、出入庫臺(tái)(位于貨架同側(cè))、傳送帶輸送系統(tǒng)等設(shè)備，以上設(shè)備均通過 S7—200PLC 進(jìn)行控制。工作方式為單元出入庫作業(yè)和揀選出入庫作業(yè)。同時(shí)設(shè)定管理級與監(jiān)控級位于同一臺(tái)計(jì)算機(jī)上，此不需要進(jìn)行遠(yuǎn)程訪問，現(xiàn)場 PC 一 PLC 之間通信距離較短時(shí)，采用簡單的 PC 用 PI 電纜來進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)的連結(jié)，PLC 采用現(xiàn)場總線 PROFIBUS 一DP 網(wǎng)組成網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換與實(shí)時(shí)控制。 圖 31 存儲(chǔ)單元示意圖在現(xiàn)如今傳統(tǒng)的立體倉庫在控制方式上主要有聯(lián)機(jī)自動(dòng)控制（即上位機(jī)控制）、自動(dòng)控制（即本機(jī)自動(dòng)） 、半自動(dòng)控制及手動(dòng)控制四種。　本設(shè)計(jì)中自動(dòng)化立體倉庫主要采用手動(dòng)控制方式，此方法是由控制按鈕和湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)（論文）11限位開關(guān)控制堆垛機(jī)、升降臺(tái)、傳送帶運(yùn)行至指定庫位，執(zhí)行預(yù)定任務(wù),通過手動(dòng)控制按鈕可以方便的查詢庫位是否已存貨物,大大的節(jié)省了立體倉庫的成本,手動(dòng)控制立體倉庫適用于小型的自動(dòng)化立體倉庫,適于發(fā)展型地區(qū)廣泛使用實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上的控制對象可分為三個(gè)控制區(qū)域，即傳送帶、機(jī)械手及對堆垛機(jī)的控制。三個(gè)部分的自動(dòng)控制采用的可編程控制器均為西門子 57 一 20 系列PLC。三個(gè)部分可獨(dú)立作為一個(gè)課題來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)開發(fā)研究，也可以將三個(gè)部分綜合起來作為一個(gè)完整控制系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)開發(fā)。本系統(tǒng)中共有二條傳送帶，其傳動(dòng)采用交流變頻調(diào)速系統(tǒng)控制，可進(jìn)行速度調(diào)節(jié)設(shè)定及正、反轉(zhuǎn)控制。每臺(tái)輸送機(jī)可由安裝在其上面的光電開關(guān)根據(jù)程序設(shè)計(jì)自動(dòng)控制啟/停及正/反轉(zhuǎn)，完成貨物送入、取出動(dòng)作。在實(shí)驗(yàn)臺(tái)的按鈕板上有一些轉(zhuǎn)換開關(guān)和按鈕，用于手動(dòng)控制操作。2. 機(jī)械手的控制機(jī)械手的動(dòng)作由氣缸驅(qū)動(dòng)，而氣缸由對應(yīng)的電磁閥控制，當(dāng)下降電磁閥通電時(shí)，機(jī)械手下降，當(dāng)下降電磁閥斷電時(shí)機(jī)械手停止，只有當(dāng)上升電磁通電時(shí)，機(jī)械手才上升，斷電時(shí)才停止。機(jī)械手的放松和夾緊由一個(gè)線圈兩位置電磁閥控制。3. 堆垛機(jī)的控制在立體貨庫中配有一臺(tái)全自動(dòng)堆垛機(jī)，由二臺(tái)步進(jìn)電機(jī)和一臺(tái)直流電機(jī)控制，可進(jìn)行行走、升降及叉貨控制。主要根據(jù)設(shè)計(jì)程序，進(jìn)行立體倉庫進(jìn)貨的自動(dòng)存儲(chǔ)及出貨的自動(dòng)提取。堆垛機(jī)在行走方向共有三個(gè)限位開關(guān)：左/右極限限位開關(guān)和行走認(rèn)址限位開關(guān)，行走的位置靠碰到限位開關(guān)計(jì)數(shù)來完成。堆垛機(jī)在升降方向共有四個(gè)限位開關(guān)：上/下極限限位開關(guān)、一個(gè)入庫認(rèn)址限位開關(guān)和一個(gè)出庫認(rèn)址限位開關(guān)，升降的位置靠碰到限位開關(guān)計(jì)數(shù)來完成。在實(shí)驗(yàn)臺(tái)的按鈕板上有一些轉(zhuǎn)換開關(guān)和按鈕，用于手動(dòng)控制操作。在發(fā)生緊急情況時(shí)，可按下緊停按鈕，用以切斷步進(jìn)電機(jī)控制模塊的電源。 傳感與檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 什么叫傳感器？從廣義上講，傳感器就是能感知外界信息并能按一定規(guī)律將這些信息轉(zhuǎn)換成可用信號的裝置；簡單說傳感器是將外界信號轉(zhuǎn)換為電信號的裝置。所以它由敏感元器件（感知元件）和轉(zhuǎn)換器件兩部分組成，有的半導(dǎo)體敏感元器件可以直接輸出電信號，本身就構(gòu)成傳感器。敏感元器件品種繁多，就其感知外界信息的原理來講，可分為①物理類，基于力、熱、光、電、磁和聲等物理效應(yīng)。②化學(xué)類，基于化學(xué)反應(yīng)的原理。③生物類，基于酶、抗體、和激素等分子識別功能。通常據(jù)其基本感知功能可分為熱敏元件、光敏元件、氣敏元件、力敏元件、磁敏元件、濕敏元件、聲敏元件、放射線敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大類（還有人曾將傳感器分 46 類） 。下面對常用的光電傳感器及電感傳感器介紹如下。湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)（論文）12 圖 32 光電傳感器在探測物體擋在發(fā)射器與接收器之間是接受其不能接受到足夠的光線時(shí)輸出信號 圖 33 電感傳感器接線圖：表 31 傳感器的位置及型號湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)（論文）13 PLC 的連接將氣缸移動(dòng)到相應(yīng)磁性傳感器位置，觀察 PLC 相應(yīng)輸入點(diǎn)的指示燈以及傳感器自身的指示燈將相應(yīng)機(jī)械行程開關(guān)按下，觀察 PLC 相應(yīng)輸入點(diǎn)的指示燈；用手、弓箭活其他物體放在傳感器檢測為止，觀察 PLC 相應(yīng)輸入點(diǎn)的指示燈以及傳感器自身的指示燈。 圖 34 傳感器與 PLC 的接線 S7—200 系列 PLC 與通信系統(tǒng)的連接本自動(dòng)化立體倉庫模型整個(gè)整個(gè)下位控制系統(tǒng)三大組成部分：輥道、機(jī)械手、堆垛機(jī)的自動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)用到的可編程控制器均是 S7－200 系列 PLC。同其它的 PLC 一樣基本組成也是由單元加編程器，在需要進(jìn)行系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)，系統(tǒng)組成中還包括：數(shù)字?jǐn)U展單元模塊、模擬量擴(kuò)展單元模塊、通信模塊、網(wǎng)絡(luò)、人機(jī)界面 HMI 等。 采用 PC/PPT 電纜建立個(gè)人計(jì)算機(jī)與 S7－200CPU 的連接。具體實(shí)現(xiàn)過程如下：設(shè)置 PC/PPI 電纜開關(guān)（下＝0，上＝1） ；在 DIP 開關(guān)上：選擇計(jì)算機(jī)所支持的波特率：9600（123 設(shè)置為 010） 選擇 11 位（4 設(shè)置為 0） 選擇 DCE（5 設(shè)置為 0）PC/PPI 電纜的 RS－232 端（標(biāo)有 PC）連接到 PC 的通信口：COM１或 CO