【導(dǎo)讀】?jī)?nèi)容摘要前言．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1. 第一節(jié)控制系統(tǒng)PLC程序流程．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6. 主要涉及PLC的定位控制系統(tǒng)的控制方案、控制設(shè)備選型及軟件設(shè)計(jì)。情況，確定控制方案為PLC控制系統(tǒng)。PLC控制系統(tǒng)可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)；該系統(tǒng)占用45個(gè)點(diǎn)數(shù)字量I/O，它最大具有256. 單，易于現(xiàn)場(chǎng)操作人員學(xué)習(xí)、使用、及維護(hù)。

　　

【正文】 的變 頻電機(jī)等選擇設(shè)定不同梯度的運(yùn)行頻率，根據(jù)堆垛機(jī)的具體運(yùn)行和控制要求由 PLC根據(jù)外部環(huán)境的輸入輸出信號(hào)進(jìn)行程序控制切換和設(shè)定，如用控制用行程開(kāi)關(guān)、光電接近開(kāi)關(guān)等作為信號(hào)輸入控制單元等，以達(dá)到調(diào)速、定位停準(zhǔn)的目的；但該變頻調(diào)速手段的輸出偏差或位置控制的誤差分布范圍大，特別是當(dāng)自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)巷道堆垛機(jī)的運(yùn)行速度較高時(shí)，會(huì)造成速度轉(zhuǎn)換后的加、減速距離的增加，加、減速平穩(wěn)性控制難度的增加以及控制單元敏感性下降、故障率上升等，其應(yīng)用具有很大的應(yīng)用局限性 。 2） 當(dāng)運(yùn)行控制速度、控制定位精度較高時(shí)，一般選用閉環(huán)無(wú)級(jí)運(yùn)行控制 模式，電氣工程系畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)） 31 即：對(duì)堆垛機(jī)的運(yùn)行速度、運(yùn)行位移量或位置定位點(diǎn)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)無(wú)級(jí)運(yùn)行控制模式，從而從根本上實(shí)現(xiàn)到達(dá)目的地址時(shí)的制動(dòng)停準(zhǔn)和根據(jù)運(yùn)行距離實(shí)現(xiàn)的平穩(wěn)換速、適時(shí)調(diào)整變頻器的運(yùn)行控制頻率，以實(shí)現(xiàn)最佳平穩(wěn)運(yùn)行速度的要求，并能縮短作業(yè)周期，提高作業(yè)效率；該變頻調(diào)速手段控制精度高，運(yùn)動(dòng)控制平穩(wěn)，具體場(chǎng)合的適應(yīng)性好，系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性高，易調(diào)試，但一次性投資成本較高。主要表現(xiàn)在閉環(huán)反饋信號(hào)元件的控制精度選擇與配置（如：激光測(cè)距儀及其接口電路或板卡）、 PLC 配置上的高端化、上位機(jī)控制軟件及硬件與 PLC的接口電路或板卡等，其軟件編 程的高端和復(fù)雜化以及軟件開(kāi)發(fā)調(diào)試具有一定的難度等。 第七節(jié) 變頻調(diào)速系統(tǒng)控制 堆垛機(jī)沿巷道運(yùn)行，行程長(zhǎng)，為了提高出入庫(kù)的數(shù)率和精確定位，完成小車的多檔速度控制采用變頻調(diào)速控制，小車電機(jī)變頻調(diào)速采用臺(tái)達(dá)公司 VFDA 型變頻器 [6]，變頻調(diào)速的硬件電路見(jiàn)圖 314 所示。 圖 314 變頻調(diào)速控制 手動(dòng)操作時(shí)，中間繼電器 KA 常開(kāi)觸電閉合，萬(wàn)能轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān) SA2 的操作手柄在位置 1 時(shí)，變頻器 DCM 與 REV 端連通，變頻器輸出正相序電源，三相交流異步電動(dòng)機(jī) M1 正轉(zhuǎn)， SA2 在位置 2 時(shí)， DCM 與 FWD 連通，變頻器輸出反向 序電源，電動(dòng)機(jī) M1 反轉(zhuǎn)。 SA2 在位置 0 時(shí) REV 與 FWD 均無(wú)效，電動(dòng)機(jī) M1處于停止?fàn)顟B(tài)。 自動(dòng)操作時(shí)， KA 常開(kāi)觸電斷開(kāi)， SA2 在位置 0，當(dāng) PLC 的輸出點(diǎn) 有效時(shí)， DCM 與 REV 端連通， M1 正轉(zhuǎn)； 有效時(shí)， DCM 與 FWD 連通， M1反轉(zhuǎn)。 電氣工程系畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)） 32 第四章 系統(tǒng)調(diào)試 本章主要論述定位控制程序調(diào)試。調(diào)試采用 S7200PLC 仿真器，進(jìn)行分階段分部分的調(diào)試。 第一節(jié) 仿真系統(tǒng)簡(jiǎn)介及使用 S7200仿真軟件的介面如下： 停止?fàn)顟B(tài) 電氣工程系畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)） 33 運(yùn)行狀態(tài)： 第二節(jié) 軟件調(diào)試 軟件設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)，這樣給我們調(diào)試帶來(lái)極大的方便。進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試，就是按照程序流程進(jìn)行的。 按下設(shè)備的“啟運(yùn)”（ START）按鈕開(kāi)始運(yùn)行，首先調(diào)用子程序檢測(cè)位置信號(hào)，取得當(dāng)前位置記數(shù)，然后將位置計(jì)數(shù)存入在變量 VD100（行記數(shù)）、 VD120（列記數(shù)）中，以便程序判斷是否已經(jīng)到達(dá)指定的位置。 電氣工程系畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)） 34 程序初始化由網(wǎng)絡(luò) 1 和網(wǎng)絡(luò) 2 完成。（網(wǎng)絡(luò)是 PLC 梯形圖的一個(gè)基本單位，通?？梢岳斫鉃橐粋€(gè)程序行。）這是一段簡(jiǎn)單的初始化過(guò)程程序， S7200 只讀特殊內(nèi)存 ，只有在首次掃描循環(huán)時(shí)打開(kāi)， 所以這段初始化程序只在程序開(kāi)始運(yùn)行的時(shí)候執(zhí)行一次。這里執(zhí)行的兩條指令對(duì)變更 VW102以及 VW132進(jìn)行初始化，這兩個(gè)變量分別為小車運(yùn)行中所經(jīng)過(guò)的行計(jì)數(shù)以及列計(jì)數(shù)。 由于要涉及到小車完成任務(wù)的過(guò)程以及完成任務(wù)以后返回的過(guò)程，所以程序在執(zhí)行的過(guò)程中必須要明確其運(yùn)動(dòng)方式和目的，是前進(jìn)或后退運(yùn)動(dòng)、升降運(yùn)動(dòng)或者是機(jī)械手臂的伸縮運(yùn)動(dòng)等。因此，在以下的程序中，每一個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程都必須加上很明確的標(biāo)志和條件限制來(lái)確定其運(yùn)動(dòng)的方式和運(yùn)動(dòng)的目的，這樣才不至于因?yàn)槟康牟幻鞔_而造成錯(cuò)誤的判斷以及錯(cuò)誤的動(dòng)作，造成存取貨物的失敗。 電氣工程系畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)） 35 程序按照流程在前進(jìn)過(guò)程，抬升過(guò)程，存取貨物過(guò)程，返回過(guò)程中都能按照指定的要求正確執(zhí)行，程序調(diào)試正確。 S7200 的特性 S7200 系列產(chǎn)品具有高性能的中央處理器，因此模塊化的靈活設(shè)計(jì)而具有廣泛的適用范圍，同時(shí)具有極高的性價(jià)比。 S7200 無(wú)論單機(jī)運(yùn)行，還是互相或者與其他設(shè)備組成網(wǎng)絡(luò)，都具有友誼的表現(xiàn)。 S7200 的主要特性有： ? 快速的中央處理運(yùn)算能力。 ? 極豐富的編程指令集。 ? 響應(yīng)快速的數(shù)字量和模擬量輸入 /輸出通道。 ? 操作邊界，易于掌握。 ? 強(qiáng)大的通訊能 力。 ? 豐富的擴(kuò)展模塊。 S7200CPU繼承了豐富的內(nèi)置功能： ? 高速計(jì)數(shù)器輸入。 ? 短暫脈沖捕捉功能。 ? 高速脈沖輸出。 ? I/O 硬件中斷事件。 ? 特殊功能相關(guān)的中斷功能。 ? PID 控制， PID 自整定功能。 ? 支持多種生產(chǎn)工藝配方。 ? 數(shù)據(jù)記錄 (歸檔 )。 此外， S7200 還支持以下功能： ? 用戶自定義的庫(kù)指令，便于模塊化編程。 ? 完善的密碼和知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)功能。 ? 在 RUN(運(yùn)行 )狀態(tài)下的在線編程能力。 ? 直接讀 /寫實(shí)際 I/O。 ? 可調(diào)整的數(shù)字量和模擬量的輸入濾波。 ? 定義數(shù)字量和模擬量在 STOP(停止 )時(shí)的狀態(tài)。 ? 多種數(shù)據(jù)保持設(shè) 置。 ? 一個(gè)可由用戶定義的 LED 狀態(tài)指示燈。 電氣工程系畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)） 36 第五章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 本論文 (設(shè)計(jì) )是以智能立體倉(cāng)庫(kù)的設(shè)計(jì)為例，利用 S7200 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)定位控制系統(tǒng)。 第一節(jié) 系統(tǒng)工作過(guò)程 根據(jù)設(shè)計(jì)要求將整個(gè)定位控制的全過(guò)程分成多個(gè)階段：小車前進(jìn)到指定貨架列的過(guò)程，將貨物抬升到指定貨架行的過(guò)程，機(jī)械手放置貨物或者取得貨物的過(guò)程，放置或者取得貨物之后返回的過(guò)程。在各個(gè)階段，對(duì)象的特性相對(duì)穩(wěn)定，并且小車在前進(jìn)和抬升貨物的過(guò)程控制方面是基本一致的。 下面對(duì)各個(gè)階段進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹。 （ 1）小車前進(jìn)的過(guò)程：在這個(gè)過(guò)程中， 處于自動(dòng)或者手動(dòng)控制狀態(tài)的小車由起始點(diǎn)出發(fā)，經(jīng)過(guò)位置的校對(duì)，到達(dá)預(yù)先指定的貨架的列。 （ 2）抬升貨物的過(guò)程：在這個(gè)過(guò)程中，貨物被抬升到預(yù)先指定的貨架的行。 （ 3）存取貨物的過(guò)程：在這個(gè)過(guò)程中，通過(guò)控制機(jī)械手臂的運(yùn)動(dòng)，使機(jī)械手到達(dá)預(yù)先指定的位置。然后根據(jù)實(shí)際的需要完成存放或者取得貨物的操作。 （ 4）返回過(guò)程：在完成指定的操作之后，小車應(yīng)該返回起始位置。 第二節(jié) 系統(tǒng)軟件的功能 作為一個(gè)定位控制系統(tǒng)，必須實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)如下： (1) 一般控制系統(tǒng)要求的自動(dòng)、手動(dòng)的控制功能。 (2) 能根據(jù)使用者發(fā)出的指令做出相應(yīng) 的動(dòng)作。 (3) 能夠根據(jù)實(shí)際的情況進(jìn)行自動(dòng)的校。正 第三節(jié) 系統(tǒng)硬件功能 智能立體倉(cāng)庫(kù)由貨架、堆垛機(jī)、自動(dòng)控制裝置等部分組成，有自動(dòng)和手動(dòng)兩電氣工程系畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)） 37 種操作方式。立體倉(cāng)庫(kù)中間為巷道，兩側(cè)為雙行貨架，堆垛機(jī)在巷道上、固定的天、地導(dǎo)軌之間運(yùn)行。 本系統(tǒng)僅設(shè)置 X和 Y層的貨架一行，另一行貨架僅為虛擬行，以便安裝和參觀學(xué)習(xí)。堆垛機(jī)由固定在小車上的門式框架、沿門式框架上導(dǎo)軌提升運(yùn)動(dòng)的升降臺(tái)以及在升降臺(tái)上做伸縮運(yùn)動(dòng)的貨叉（機(jī)械手）等 3部分組成，堆垛機(jī)設(shè)計(jì)成一個(gè) 3 自由度系統(tǒng)，貨物放在升降臺(tái)的貨叉上能實(shí)現(xiàn)上下、左右和前后的運(yùn)動(dòng)。 水平方向的前后運(yùn)動(dòng)，由小車電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，小車電動(dòng)機(jī)為 220W 的三相交流異步電動(dòng)機(jī)。 堆垛機(jī)垂直方向，由提升電機(jī)驅(qū)動(dòng)升降臺(tái)沿門式框架結(jié)構(gòu)做升降運(yùn)動(dòng)，提升速度小于 5m/min，提升電動(dòng)機(jī)功率為 220W 的錐型轉(zhuǎn)子單相交流異步電動(dòng)機(jī)，具有斷電抱閘制動(dòng)的功能。固定在升降臺(tái)上的機(jī)械手可帶動(dòng)貨物一起做伸縮運(yùn)動(dòng)，伸縮量為左右各 300mm，用于貨物的存取操作。速度按機(jī)械手 5m/min 的速度要求設(shè)定。 電氣工程系畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)） 38 總 結(jié) 這次我們搞的課題是基于 S7200PLC 的智能倉(cāng)庫(kù)定位自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)主要是采用 PLC 來(lái)設(shè)計(jì)。目前較為 先進(jìn)的 PLC不僅具有滿足順序控制要求的基本邏輯指令，而且還提供了豐富的功能指令。如果說(shuō)基本邏輯指令是對(duì)繼電器控制原理的一種抽象提高的話，那么功能指令就像是對(duì)匯編語(yǔ)言的一種抽象提高。 BCD 碼數(shù)據(jù)撥盤是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中常用到的十進(jìn)制撥盤數(shù)據(jù)輸入裝置。撥盤共有 0～ 9一共 10個(gè)位置，每一位置都有相應(yīng)的數(shù)字指示。一個(gè)撥盤可代表一位十進(jìn)制數(shù)據(jù)，若需輸入多位數(shù)據(jù)，可以用多片 BCD 碼撥盤并聯(lián)使用。 巷道式堆垛機(jī)是立體倉(cāng)庫(kù)中的一種自動(dòng)裝運(yùn)設(shè)備。本章給出了一個(gè)簡(jiǎn)單的定位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路，針對(duì)設(shè)備自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的幾個(gè)問(wèn)題如堆垛 機(jī)信息顯示及作業(yè)地址、作業(yè)指令的輸入方法、位置檢測(cè)、定位方法使用等提出自己觀點(diǎn)供大家參考。 選取用 BCD 碼撥盤裝置應(yīng)用于 PLC 控制的系統(tǒng)，無(wú)需再設(shè)計(jì)數(shù)碼輸入顯示電路，有效地節(jié)省了 PLC 的輸入點(diǎn)，簡(jiǎn)化了硬件電路，并利用先進(jìn)的功能指令實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和傳輸，因此能極方便地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的在線輸入或修改（如計(jì)數(shù)器設(shè)定值的修改等）。若配合簡(jiǎn)單的硬件譯碼電路，就可顯示有關(guān)參數(shù)的動(dòng)態(tài)變化（如電機(jī)步數(shù)的遞減變化等）。為避免在系統(tǒng)運(yùn)行中撥動(dòng)撥盤可能給系統(tǒng)造成的波動(dòng)，最好設(shè)置一個(gè)輸入鍵，當(dāng)確認(rèn)各片撥盤都撥到位后再按該鍵，這時(shí)數(shù)據(jù)才被 PLC讀入并處理。 在這次設(shè)計(jì)過(guò)程中，我收獲良多，獲得了許多珍貴的知識(shí)，學(xué)到了在許多書(shū)本上不可能收錄的東西。 經(jīng)過(guò) 3 年 的專業(yè)學(xué)習(xí)，本專業(yè)的學(xué)生已經(jīng)基本掌握了一定的基礎(chǔ)知識(shí)，但知識(shí)的綜合應(yīng)用能力仍有待提高。為培養(yǎng)和提高該專業(yè)學(xué)生的綜合應(yīng)用能力，特選擇了“智能立體倉(cāng)庫(kù)定位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)”這一課題，作為該專業(yè)部分學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)題目 。 在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中， 培養(yǎng) 了我們 綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和技能，理論聯(lián)系實(shí)際，獨(dú)立分析，解決實(shí)際問(wèn)題的能力，使本專業(yè)工作和進(jìn)行相關(guān)的基本訓(xùn)練 ， 能夠準(zhǔn)確地掌握大學(xué)階段所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，基本學(xué)會(huì)綜合運(yùn) 用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行科學(xué)研究的方法，對(duì)所研究的題目有一定的心得體會(huì) ,我體會(huì)到了學(xué)習(xí)的重要性，在設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到了很多困難，在這里我要感謝我的指導(dǎo)老師 —— 陳剛老師，感謝他給予了我很大的支持，讓我在設(shè)計(jì)中面對(duì)難題能個(gè)個(gè)擊破，同時(shí)也學(xué)習(xí)掌握了大量專業(yè)的知識(shí) 電氣工程系畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)） 39 致 謝 經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的忙碌，本次畢業(yè)論文設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲， 這次畢業(yè)論文設(shè)計(jì)可以說(shuō)是一波三折，之所以能夠得以成功我一定要感謝一個(gè)人，他就是我的指導(dǎo)老師 —— 陳剛老師！剛剛開(kāi)始我抱著應(yīng)付的態(tài)度，在他的嚴(yán)厲批評(píng)和指導(dǎo)下 使我對(duì)于這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)工作有了正確的認(rèn)識(shí) ，從思想上為完成好這次畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)做好了準(zhǔn)備。 他嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作風(fēng)，深深地感染和激勵(lì)著我。從課題的選擇到項(xiàng)目的最終完成，陳剛老師都始終給予我細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持。陳老師不僅在學(xué)業(yè)上給我以精心指導(dǎo)，同時(shí)還在思想上給我以無(wú)微不至的關(guān)懷，除了敬佩陳剛老師的專業(yè)水平外，他的治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)和科學(xué)研究的精神也是我永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)的榜樣，并將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。在此謹(jǐn)向陳老師致以誠(chéng)摯的謝意和崇高的敬意。 它的意義在于這不僅僅是完成一個(gè)項(xiàng)目，更主要的是對(duì)你大學(xué) 幾 年來(lái)的學(xué)習(xí)成果的檢驗(yàn)，在這次設(shè) 計(jì)中我所能夠?qū)W到的和所會(huì)運(yùn)用到的知識(shí)，都是對(duì)我以后的工作和學(xué)習(xí)有著非常重要的幫助 。 電氣工程系畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)） 40 [參考文獻(xiàn) ] 1．王永華 《 現(xiàn)代電氣控制及 PLC 應(yīng)用技術(shù) 》 , 北京航空航天大學(xué)出版社 2．廖常初 《 可編程序控制器應(yīng)用技術(shù) 》 , 清華大學(xué)出版社 3．汪曉平 《 PLC 可編程控制器系統(tǒng)開(kāi)發(fā)實(shí)例導(dǎo)航 》 ，人民郵電出版社 .P 4. 趙炯 《立體倉(cāng)庫(kù)中堆垛機(jī)待命位的動(dòng)態(tài)確定及應(yīng)用研究》 5. 丁立言 《倉(cāng)儲(chǔ)自動(dòng)化》，北京，清華大學(xué)出版社， 2021 年 9 月， P156159 6 秦明森 《實(shí)用物流技術(shù)》 ,北京 ,中 國(guó)物資出版社， 2021， P7174 7 郝淵曉 《現(xiàn)代物流信息化》，廣州，中山大學(xué)出版社， 2021， P107112 8 張鐸 《物流系統(tǒng)工程》，北京，清華大學(xué)出版社， 2021， P97104 9 劉志學(xué) 《現(xiàn)代物流手冊(cè)》，北京，中國(guó)物資出版社， 2021， P812