【導(dǎo)讀】機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀，簡單介紹了立體倉庫的發(fā)展方向。址之間的比較，選擇合適的變頻器，對(duì)電機(jī)的運(yùn)行速度進(jìn)行控制。并在應(yīng)用新的定位方式。的基礎(chǔ)上，對(duì)變頻調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行位置速度雙閉環(huán)控制，并解決新方案中的硬件設(shè)置問題。3設(shè)計(jì)了碼垛機(jī)運(yùn)行系統(tǒng)的控制程序，包括碼垛機(jī)各種工作方式下的控制程序。PLC控制系統(tǒng)的搭建；，確定包裝碼垛系統(tǒng)原理。[2]孫承志，徐智，張家海，吉順平．西門子S7-200/300/400PLC基礎(chǔ)與應(yīng)用技術(shù)[M]．北。[4]劉昌棋，董良．自動(dòng)化立體倉庫設(shè)計(jì)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2021：13-21，132-138，[5]王勇軍，周奇才．自動(dòng)化倉庫碼垛機(jī)的高速運(yùn)行控制技術(shù)研究[J]．起重運(yùn)輸機(jī)械，數(shù)選擇及電控系統(tǒng)的需求，PLC的選型，確定此系統(tǒng)的布置形式，并用軟件進(jìn)行調(diào)試。2021年05月：完成畢業(yè)設(shè)計(jì)論文，準(zhǔn)備答辯。生產(chǎn)線的工作過程進(jìn)行自動(dòng)控制，對(duì)運(yùn)行過程中出現(xiàn)的故障或供料不足等，進(jìn)行聲光報(bào)警。它是集喂料、流量測量和控制于一身的設(shè)備。奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。2021年01月：撰寫開題報(bào)告。

　　

【正文】 統(tǒng)的構(gòu)建十分簡單當(dāng)需要增加新設(shè)備時(shí)，只需要將新設(shè)備也連接到計(jì)算機(jī)，系統(tǒng)的擴(kuò)展也較容易。為了利用計(jì)算機(jī)帶有的 RS232 接口與下層的各個(gè)模塊通信，在計(jì)算機(jī)上需要安裝 232485 轉(zhuǎn)換器。 在自動(dòng)化立體倉庫控制系統(tǒng)中選用 Modbus 通訊協(xié)議作 [21]為其通信網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)鏈路層的協(xié)議。 Modbus 通訊協(xié)議是 Modicon 公司設(shè)計(jì)的一種適用于工業(yè)控制的 主從結(jié)構(gòu)式串口通訊協(xié)議，已經(jīng)成為通用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。 Modbus 串行鏈路協(xié)議是一個(gè)主從協(xié)議，采用請(qǐng)求 響應(yīng)方式，主站發(fā)出帶有從站地址的請(qǐng)求報(bào)文，具有該地址的從站收到后發(fā)出響應(yīng)報(bào)文進(jìn)行應(yīng)答。采用該協(xié)議，不同廠商生產(chǎn)的控制設(shè)備可以互連成工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控。許多工控產(chǎn)品，例如 PLC、變頻器、人機(jī)界面、DCS 和自動(dòng)化儀表等，都在廣泛地使用 Modbus 協(xié)議。本系統(tǒng)中使用的變頻器和北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 PLC 都支持 Modbus 協(xié)議。而且 Modbus 協(xié)議編程簡單、容易實(shí)現(xiàn)。在筆者所研制的自動(dòng)化立體倉庫控制系統(tǒng)中得到了很好的應(yīng)用，數(shù)據(jù)傳輸準(zhǔn)確、 可靠。 輸入輸出點(diǎn)分配 為方便系統(tǒng)施工時(shí)的硬件連接，方便上位機(jī)查詢、修改系統(tǒng)的輸入 /輸出點(diǎn)狀態(tài)，在系統(tǒng)程序編寫前，需對(duì)系統(tǒng)的輸入輸出點(diǎn)進(jìn)行合理的規(guī)劃分配。分配 1/0 點(diǎn)時(shí)，應(yīng)注意系統(tǒng)公共點(diǎn)的帶載能力，以免燒毀設(shè)備。在進(jìn)行 1/0 分配時(shí)，將相同設(shè)備、相似功能的輸入輸出點(diǎn)集中在一起，即便于線路連接、記憶，又便于上位機(jī)查詢系統(tǒng)的工作狀態(tài)及設(shè)備的位置。 碼垛機(jī)控制系統(tǒng)采用的 PLC 是 S7200 CPU226，總共使用了所有的 24 個(gè)輸入點(diǎn)和 11 個(gè)輸出點(diǎn)，具體 I/O 點(diǎn)分配如表 24 所示碼垛機(jī)控制系統(tǒng)使用擴(kuò)展 I/O 模塊 EM221，其 I/O 分配表如表 25。擴(kuò)展模塊 EM235 是模擬量 4 輸入 /1 輸出模塊，在本文所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)中，只用到兩個(gè)擴(kuò)展模塊 EM235 的輸出通道 MO、 VO，接變頻器 MM440 的端口 3 和 4。 表 24 PLC（ CPU226）輸入輸出 I/O 點(diǎn)分配 序號(hào) 控制元件 編程地址 序號(hào) 控制元件 編程地址 1 啟動(dòng) 19 貨叉右伸按鈕 2 停止 20 貨叉左伸按鈕 3 復(fù)位 21 貨叉原位按鈕 4 存貨 22 貨叉電機(jī)脈沖輸出 5 取貨 23 堆垛機(jī)上升 6 自動(dòng) 24 堆垛機(jī)下降 7 水平編碼器反饋 A 25 貨叉方向改變 8 水平編碼器反饋 B 26 堆垛機(jī)前進(jìn) 9 手動(dòng) 27 堆垛機(jī)后退 10 貨叉右伸到位 28 低貨位指示燈 11 貨叉到中位 29 高貨位指示燈 12 貨叉左伸到位 30 水平停準(zhǔn)指示燈 北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 13 垂直編碼器反饋 A 31 垂直停準(zhǔn)指示燈 14 垂直編碼器反饋 B 32 警示燈 15 前進(jìn)按鈕 33 水平電動(dòng)機(jī)停機(jī) 16 后退按鈕 17 上升按鈕 18 下降按鈕 表 25 EM 221 模塊 I/O 點(diǎn)分配 序號(hào) 控制元件 編程地址 序號(hào) 控制元件 編程地址 1 水平左限位 9 縱向認(rèn)址下對(duì)準(zhǔn) 2 水平右限位 10 左端歪斜傳感器 3 垂直上限位 11 右端歪斜傳感器 4 垂直下限位 12 左探有貨傳感器 5 水平前對(duì)準(zhǔn) 13 右探有貨傳感器 6 水平認(rèn)址計(jì)數(shù) 14 低速按鈕 7 縱向認(rèn)址上對(duì)準(zhǔn) 15 中速按鈕 8 縱向認(rèn)址計(jì)數(shù) 16 高速按鈕 本章小節(jié) 本章依據(jù)設(shè)計(jì)立體倉庫的有關(guān)參數(shù)，對(duì)碼垛機(jī)電氣控制的硬件系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。包括碼垛機(jī)作業(yè)流程圖、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，碼垛機(jī)的控制方式、通訊方案及認(rèn)址 方式的選擇，并設(shè)置了相應(yīng)的安全保護(hù)措施，對(duì)碼垛機(jī) PLC 控制系統(tǒng)輸入瑜出點(diǎn)的分配進(jìn)行了詳細(xì)論述。 北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 3 PLC 及資源配置 PLC 控制的優(yōu)點(diǎn)及 S7200 系列概述 ① 高可靠性； （ 1）所有的 I/O 接口電路均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場的外電路與 PLC 內(nèi)部電路之間電氣上隔離。 （ 2）各輸入端均采用 RC 濾波器，其濾波時(shí)間常數(shù)一般為 10~20ms. （ 3）各模塊均采用屏蔽措施，以防止輻射干擾。 （ 4）采用性能優(yōu)良的開關(guān)電源。 （ 5）對(duì)采用的器件進(jìn)行嚴(yán)格的篩選。 （ 6）良好的自診斷功能，一旦電源或其他軟，硬 件發(fā)生異常情況， CPU 立即采用有效措施，以防止故障擴(kuò)大。 （ 7）大型 PLC 還可以采用由雙 CPU 構(gòu)成冗余系統(tǒng)或有三 CPU 構(gòu)成表決系統(tǒng) ,使可靠性更進(jìn)一步提高。 ② 豐富的 I/O 接口模塊； PLC 針對(duì)不同的工業(yè)現(xiàn)場信號(hào)，如：交流或直流；開關(guān)量或模擬量；電壓或電流；脈沖或電位； 強(qiáng)電或弱電等。有相應(yīng)的 I/O 模塊與工業(yè)現(xiàn)場的器件或設(shè)備，如：按鈕；行程開關(guān)；接近開關(guān)；傳感器及變送器；電磁線圈；控制閥等直接連接。 另外為了提高操作性能，它還有多種人 機(jī)對(duì)話的接口模塊 。 為了組成工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)，它還有多種通訊聯(lián)網(wǎng)的接口模塊， 等等。 ③ 采用模塊化結(jié)構(gòu)； 為了適應(yīng)各種工業(yè)控制需要，除了單元式的小型 PLC 以外，絕大多數(shù) PLC 均采用模塊化結(jié)構(gòu)。 PLC 的各個(gè)部件，包括 CPU，電源， I/O 等均采用模塊化 PLC，由機(jī)架及電纜將各模塊連接起來，系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶的需要自行組合。 ④ 編程簡單易學(xué)； PLC 的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式，對(duì)使用者來說，不需要具備計(jì)算機(jī)的專門知識(shí)，因此很容易被一般工程技術(shù)人員所理解和掌握。 ⑤ 安裝簡單，維修方便； 工業(yè)環(huán)境下直接運(yùn)行。使用時(shí)只需將現(xiàn)場的各種設(shè)備與 PLC 相應(yīng)的 I/O 端相北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 連接， 即可投入運(yùn)行。各種模塊上均有運(yùn)行和故障指示裝置，便于用戶了解運(yùn)行情況和查找故障。 由于采用模塊化結(jié)構(gòu)，因此一旦某模塊發(fā)生故障，用戶可以通過更換模塊的方法，使系統(tǒng)迅速恢復(fù)運(yùn)行。 根據(jù)實(shí)際的控制點(diǎn)數(shù)和系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)的控制要求，選用西門子的 S7200 系列的 PLC 作為控制中心。 S7200 系列 PLC 概述 S7200系列 PLC是德國西門子公司生產(chǎn)的一種超小型 PLC,超小型是指其功能具有大、中型 PLC 的水平，而價(jià)格卻和小型 PLC 的價(jià)格一樣?？梢詥螜C(jī)運(yùn)行，也可以輸入 /輸出擴(kuò)展。它結(jié)構(gòu)小巧，可靠性高，運(yùn)行速度快 ，繼承和發(fā)揮了它在大、中型 PLC 領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢，又極豐富的指令集，具有強(qiáng)大的多種集成功能和實(shí)時(shí)特性，配有功能豐富的擴(kuò)展模塊，性能價(jià)格比非常高。因此，它一經(jīng)推出，即受到了廣泛的關(guān)注。特別是 S7200CPU22*系列 PLC[28](它是 21*系列的替代產(chǎn)品），由于它具有多種功能模塊和人機(jī)界面可供選擇，可以很容易的組成 PLC 網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)具有功能齊全的編程和工業(yè)控制組態(tài)軟件，使得 S722*系列 PLC 來完成控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)更加簡單，系統(tǒng)的集成非常方便，幾乎可以完成任何功能的控制任務(wù)。 S7200 硬件系統(tǒng)的配置方式 采用整體式加積木式，即主機(jī)中包含一定數(shù)量的I/O 輸入輸出，同時(shí)還可以擴(kuò)展各種功能模塊。 （ 1） 基本單元：基本單元有時(shí)又稱作 CPU 模塊，也有的稱之為主機(jī)或本機(jī)。特包括 CPU、存儲(chǔ)器、基本輸入輸出點(diǎn)和電源等，使 PLC 的主要部分。它實(shí)際上就是一個(gè)完整的控制系統(tǒng)，可以單獨(dú)的完成一定的控制任務(wù)。 （ 2）擴(kuò)展單元：主機(jī) I/O 數(shù)量不能滿足控制系統(tǒng)的要求時(shí)，用戶可以根據(jù)需要擴(kuò)展各種 I/O 模塊，所能連接的擴(kuò)展單元的數(shù)量和實(shí)際所能使用的 I/O 點(diǎn)數(shù)是多種因素共同決定的。 （ 3）特殊功能模塊：當(dāng)需要完成某些特殊功能的控制任務(wù)時(shí)， 可與 SIMATIC S7200 主機(jī)相連，已完成某種特殊的控制任務(wù)而特制的一種裝置。 （ 4）相關(guān)設(shè)備：相關(guān)設(shè)備是為了充分和方便的利用 SIMATIC S7200 系統(tǒng)的硬件和軟件資源而開發(fā)和使用的一些設(shè)備，主要有編程設(shè)備、人際操作界面和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等。 （ 5）工業(yè)軟件：工業(yè)軟件 [16]是為更好的管理和使用這些設(shè)備而開發(fā)的與之相北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 配套的程序，它主要有標(biāo)準(zhǔn)工具、工程工具、運(yùn)行軟件和人機(jī)接口等幾大類構(gòu)成。 CPU 型號(hào)選擇 （ 1）西門子 CPU 的介紹 SIMATIC S7200[2]的 CPU 模塊包括一個(gè)中央處理單元 、電源以及數(shù)字 I/O 點(diǎn)，這些都被集成在一個(gè)緊湊、獨(dú)立的設(shè)備中。 CPU 負(fù)責(zé)執(zhí)行程序，以便對(duì)工業(yè)自動(dòng)化控制任務(wù)或過程進(jìn)行控制。輸入部分則輸出控制信號(hào)，控制工業(yè)過程中的設(shè)備。 西門子第二代產(chǎn)品的 CPU 模塊位 CPU 22*，是在本世紀(jì)初投放市場的。其速度快，具有極強(qiáng)的通訊能力。它具有四種不同結(jié)構(gòu)配置的 CPU 單元。 ① CPU 221： CPU 221 具有 6 輸入 /4 輸出，共計(jì) 10 個(gè)點(diǎn)的 I/O，無擴(kuò)展能力，有 6KB 程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。還具有 4 個(gè)獨(dú)立的 30kHz 高數(shù)計(jì)數(shù)器， 2 路獨(dú)立的20kHz 高數(shù)脈沖輸出端，一個(gè) RS485 通訊 /編程端口，具有 PPI 通訊協(xié)議、 MPI 通訊協(xié)議和自由通訊方式。非常適合小點(diǎn)數(shù)的控制系統(tǒng)。 ② CPU 222： CPU 222 除了具有 CPU 221 的功能外，其不同在于：它有 8 輸入 /6 輸出，共計(jì) 14 點(diǎn) I/O，可以擴(kuò)展 8 路模擬量和最多 64 個(gè) I/O,因此使更廣泛的全功能控制器。 ③ CPU 224：它在 CPU 222 的基礎(chǔ)上使主機(jī)的輸入輸出點(diǎn)數(shù)增為 24 點(diǎn)，最大可擴(kuò)展為 168 點(diǎn)數(shù)字量或者 35 點(diǎn)模擬量的輸入和輸出；存儲(chǔ)量也進(jìn)一步增加，還增加了一些數(shù)學(xué)指令和高數(shù)計(jì)數(shù)器的數(shù)量，具有較強(qiáng)的控制能力。 ④ CPU 226：這種模塊在 CPU 224 的基礎(chǔ)上功能又進(jìn)一步增強(qiáng)，主機(jī)輸入和輸出點(diǎn)增加到 40 點(diǎn)，最大可擴(kuò)展為 248 點(diǎn)數(shù)字量和 35 點(diǎn)模擬量；增加了通訊口的數(shù)量，通訊能力大大增強(qiáng)；它可用于點(diǎn)數(shù)較多、要求較高的小型或中型控制系統(tǒng)。 （ 2） CPU 型號(hào)的選擇 根據(jù)控制點(diǎn)數(shù)來計(jì)算，可以選用 CPU226 這個(gè)型號(hào)的 CPU， CPU226 有 24 輸入 /16 輸出，最大可以擴(kuò)展為 248 點(diǎn)數(shù)字量或 35 點(diǎn)模擬量。其特點(diǎn)如下： ① 集成的 24V 電源：可直接連接到傳感器和變送器、執(zhí)行器，可用作負(fù)載電源。 ② 高速脈沖輸出：具有 2 路高速脈沖輸出端，輸出 脈沖頻率可達(dá) 20KHZ，用于控制步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)，實(shí)現(xiàn)定位任務(wù)。 北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 ③ 通信口： CPU226 具有 2 個(gè) RS485 通信口，支持 PPI、 MPI 協(xié)議，有自由口通信能力。 ④ 模擬電位器： CPU226 有兩個(gè)模擬電位器，用來改變特殊寄存器中的數(shù)值，以改變程序運(yùn)行的參數(shù)，如定時(shí)器、計(jì)數(shù)器的預(yù)設(shè)值，過程量的控制參數(shù)。 ⑤ 中斷輸入允許以極快的速度對(duì)過程信號(hào)的上升沿做出響應(yīng)。 ⑥ 數(shù)字量輸入 /輸出點(diǎn)： CPU226 具有 24 輸入 /16 輸出，輸出點(diǎn)為 24V 直流雙向偶看光電耦合輸入電路，輸出有繼電器和直流兩種類型，可擴(kuò)展模塊為 7 個(gè) 。 ⑦ CPU226 有 6 個(gè) 30KHZ 的高速計(jì)數(shù)器，用于捕捉比 CPU 掃描頻率更高的脈沖信號(hào)。 PLC 模塊選型 由于 S7200CPU226 的集成 24 輸入 /16 輸出不能滿足設(shè)計(jì)的要求，所以又選用了 EM221 擴(kuò)展模塊和 EM235 擴(kuò)展模塊，正好滿足設(shè)計(jì)的需要。所選模塊型號(hào)如表 31 所示。 表 31 擴(kuò)展模塊選型表 系列號(hào) 類別 描述 選型型號(hào) 數(shù)量 EM221 輸入擴(kuò)展模塊 DI16 6ES72211BH220XA0 1 EM235 輸入 /輸出擴(kuò)展模塊 AI4/AO1 6ES72350KD220XA0 2 由于 CPU226 的輸入點(diǎn)只有 24 個(gè)，不能滿足設(shè)計(jì)的輸入點(diǎn)的需要，所以加入一個(gè) EM221 模塊，該模塊有 16 個(gè)數(shù)字輸入點(diǎn)，總體上可以滿足系統(tǒng)輸入的要求。另外加入兩個(gè) EM235 模擬量輸入 /輸出模塊是為控制水平和垂直運(yùn)行的交流電機(jī)。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖如 31 所示： 北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 上位機(jī)CPU 226EM 221EM 235EM 235輸入?yún)^(qū)手動(dòng)開關(guān)光電編碼器限位開關(guān) 指示燈 、 繼電器步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器MM 440 變頻器MM 440 變頻器二相混合式步進(jìn)電機(jī)三相交流異步電動(dòng)機(jī)單相交流異步電動(dòng)機(jī)輸出區(qū)RS 485 圖 31 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖 北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 4 碼垛機(jī)控制程序設(shè)計(jì) S7200 可編程控制器 [