1、毕业设计( 论文) 任务书课题名称 基于 S7-200 PLC 控制的小型自动化立体仓库设计学 院 电气信息学院专业班级 自动化 084 班姓 名学 号毕业设计(论文) 的主要内容及要求：（1）了解自动化立体仓库的组成及基本功能，熟悉 PLC 控制系统设计的一般步骤。（2）结合相关资料设计立体仓库的系统结构图； 本课题所设计的立体仓库具有以下功能：1、堆垛机（机械手）要有三个自由度，即：前进、后退；上、下；左、右2、堆垛机的运动由步进电机驱动3、堆垛机前进（或后退）运动和上（或下）运动可同时进行4、堆垛机前进、后退和上、下运动时必须有超限位保护5、每个仓位必须有检测装置（微动开关） ，当操作有
2、误时发出错误报警信号6、当按完仓位号后，没按入或取前，可以按取消键进行取消该操作7、整个电气控制系统必须设置急停按钮，以防发生意外起止时间：2012 年 2 月 21 日至 2012 年 6 月 5 日共 15 周指 导 教 师签 字系 主 任签 字院 长签 字XXXX大学 毕业设计论文I装订线摘要自动化立体仓库是现代物流系统中迅速发展的一个重要组成部分,是一种多层存放货物的高架仓库系统，由自动控制与管理系统、高位货架、巷道堆垛机、自动入库、自动出库、计算机管理控制系统以及其他辅助设备组成。它具有节约用地、减轻劳动强度、消除差错、提高仓储自动化水平及管理水平、提高管理和操作人员素质、降低储运损
3、耗、有效地减少流动资金的积压、提高物流效率等诸多优点。如今我国国民经济的飞速发展,自动化立体仓库必然会在各行各业中得到越来越广泛的应用。本课题的电气控制主要由西门子公司的 PLC、步进电机驱动器、步进电动机、直流电动机等器件组成。本文首先对本课题进行简要的介绍，包括背景，研究意义，现状等；其次对该系统的硬件组成、结构、原理进行了阐述和分析；再次对本系统用到的器件分别进行介绍，重点对 PLC 程序进行了编写；最后对设计本课题所学到的知识进行归纳和总结。关键字：立体仓库 可编程控制器（PLC） 西门子 S7-200 XXXX大学 毕业设计论文II装订线AbstractThe automated w
4、arehouse is one of the important parts in modern logistics. Its a multi-layer overhead warehouse system to store goods. By the automatic control and management system, high shelf, roadway stacker, automatic storage, automatic library, computer control systems, and other auxiliary equipment, it has a
5、 land conservation, and reduce labor intensity and eliminate errors, improve the level of warehouse automation and management level, to improve the quality of management and operations staff, reduce outages, and effective in reducing the backlog of liquidity and improve logistics efficiency and many
6、 other advantages. Today, with the rapid development of Chinas national economy, the automated warehouse will inevitably application in all walks of life.The subject is mainly made of Siemens PLC, stepper motor drives, stepper motors, direct current motor other devices. First, a brief introduction t
7、o the topic, including background, significance, status; Second, the system hardware, the structure, principles are described and analyzed; Third, the devices that are used in this system were introduced, focusing on the preparation of PLC program; Finally, the knowledge learned and conclusions on t
8、he topic are summarized.Keywords : Stereoscopic warehouse Programmable controller Siemens S7-200XXXX大学 毕业设计论文III装订线目 录第 1 章 绪论 .11.1 本课题设计的背景 .11.2 本课题设计内容 .11.3 本课题设计的目的和意义 .21.4 小结 .2第 2 章.系统控制方案的确定 .32.1 自动化立体仓库的简介 .32.2 立体仓库系统的功能 .32.3 采用 PLC 控制立体仓库的优点 .52.4 立体仓库技术参数的确定 .52.5 系统设计的基本步骤 .52.6 小结
9、.6第 3 章 系统硬件设计 .73.1 控制系统结构设计 .73.2 可编程控制器的选型 .73.2.1 可编程控制器的基本结构 .73.2.2 可编程控制器（PLC）的特点 .83.2.3 控制功能的选择 .83.2.4 PLC 机型的选择 .83.3 步进电机的选择 .93.3.1 步进电机的介绍 .93.3.2 步进电机的结构 .103.3.3 步进电机的工作原理 .103.3.4 步进电机的控制 .123.3.5 步进电机的特点 .143.3.6 步进电机驱动系统的基本组成 .143.3.7 步进电机的选择计算 .153.4 步进电动机驱动器的选择 .173.5 传感器的选择 .19
10、3.6 微动开关的选择 .203.7 并联型开关稳压电源 .203.8 PLC 输入输出分配表 .213.9 电气原理图的设计 .223.10 小结 .22第 4 章 系统软件设计 .23XXXX大学 毕业设计论文IV装订线4.1 编程语言的介绍 .234.2 系统流程图 .244.3 主要程序的设计 .254.4 小结 .30结论 .31致谢 .32参考文献 .33附录 A 梯形图设计 .34XXXX大学 毕业设计论文共 57 页 第 1 页装订线第 1 章 绪论1.1 本课题设计的背景立体仓库的产生和发展是第二次世界大战之后生产和技术发展的结果。50 年代初，美国出现了采用桥式堆垛起重机的
11、立体仓库；50 年代末 60 年代初出现了司机操作的巷道式堆垛起重机立体仓库；1963 年美国率先在高架仓库中采用计算机控制技术，建立了第一座计算机控制的立体仓库。此后，自动化立体仓库在美国和欧洲得到迅速发展，并形成了专门的学科。60 年代中期，日本开始兴建立体仓库，并且发展速度越来越快，成为当今世界上拥有自动化立体仓库最多的国家之一。我国对立体仓库及其物料搬运设备的研制开始并不晚，1963 年研制成第一台桥式堆垛起重机（机械部北京起重运输机械研究所） ，1973 年开始研制我国第一座由计算机控制的自动化立体仓库（高 15 米，机械部起重所负责） ，该库 1980 年投入运行。到 2003 年
12、为止，我国自动化立体仓库数量已超过 200 座。立体仓库由于具有很高的空间利用率、很强的入出库能力、采用计算机进行控制管理而利于企业实施现代化管理等特点，已成为企业物流和生产管理不可缺少的仓储技术，越来越受到企业的重视。本论文主要是基于 PLC 所设计的立体仓库电气控制系统。下面简单阐述 PLC的发展背景。1968 年美国最大的汽车制造商通用汽车公司为了适应汽车型号不断更新，提出把计算机的完备功能、灵活性、通用性好等优点和继电器-接触器控制系统的简单易懂、操作方便、价格低等优点结合到一起，做成了一种能适应工业环境的通用控制装置，并把其编程方法及程序输入方法简化，使不熟悉计算机的人员也能够快速掌
13、握其使用技术。根据这一设想，美国数字设备公司于 1969 年率先研制出第一台可编程控制器(简称 PLC)，并在通用汽车公司的自动装配线上试用获得成功。由于 PLC 的可靠性高，操作简单，可以大大减少设备的维修和停产所造成的经济损失。当前 PLC 已经成为了电气自动化控制系统中应用最为广泛的核心 控制装置。1985 年国际电工委员会（ IEC）对 PLC 的定义如下：“可编程控制器是一种进行数字运算的电子系统，是专为在工业环境下的应用而设计的工业控制器，它采用了可以编程的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计算和算术运算等操作的指令，并通过数字或模拟式的输入和输出，控制各种类型
14、机械的生产过程 1。 ”因此，进行立体仓库的 PLC 控制系统的设计，可以推动机械手行业的发展，扩大 PLC 在自动控制领域的应用，具有一定的经济和理论研究的价值。1.2 本课题设计内容本设计用西门子 S7-200 系列的控制器作为控制核心，实现一个十二仓位的立体仓库的入库出库功能。立体仓库主体有底盘、四层十二仓位库体、运动机械及电气控制等四部分组成。电气控制部分由西门子生产的 S7-200 型的可编程控制器、步进XXXX大学 毕业设计论文共 57 页 第 2 页装订线电机驱动、各种位置电磁传感器和一些低压电器元件组成。S7-200 型可编程控制器作为控制核心，采集输入端口信号后完成各种逻辑控
15、制和数据的运算，然后通过输出端口完成电机的运动和各种信号的现实。该系统要能够实现手动和自动两种工作模式，通过键盘可以对设备进行控制。1.3 本课题设计的目的和意义自动化立体仓库在各行各业得到而来广泛的应用，进行 PLC 立体仓库的设计对于节约土地资源，节省劳动力方面都有着不可代替的作用。PLC 作为工业自动化三大支柱的重要一部分，因为其可靠性高、抗干扰能力强、设计安装容易等特点而被广泛的应用于自动化控制的各个领域。PLC 控制系统可以很好的完成立体仓库的控制有助于其实现自动化。因此，进行立体仓库的 PLC 控制系统的设计，可以推动机械手行业的发展，扩大 PLC 在自动控制领域的应用，具有一定的
16、经济和理论研究的价值。1.4 小结本章以课题设计为中心，分别介绍了课题设计的背景、内容、目的和意义。立体仓库发展速度越来越快，采用计算机进行控制管理而利于企业实施现代化管理等特点，已成为企业物流和生产管理不可缺少的仓储技术，越来越受到企业的重视。PLC 凭借着其可靠性高、抗干扰能力强、使用方便、设计安装容易等特点能很好的完成立体仓库控制系统的设计。XXXX大学 毕业设计论文共 57 页 第 3 页装订线第 2 章.系统控制方案的确定2.1 自动化立体仓库的简介自动化立体仓库是机械和电气、强电控制和弱电控制相结合的产品。它主要由货物储存系统、货物存取和传送系统、控制和管理等三大系统所组成。货物存
17、储系统由立体货架的货格(托盘或货箱)组成，货架按照排、列、层组合而成立体仓库储存系统；货物存取和传送系统承担货物存取、出入仓库的功能，它由有轨或无轨堆垛机、出入库输送机、装卸机械等组成；自动化立体仓库视情况不同采取不同的控制方式：有的仓库只采取对存取堆垛机、出入库输送机的单台 PLC 控制，机与机无联系；有的仓库对各单台机械进行联网控制。更高级的自动化立 体仓库的控制系统采用集中控制、分离式控制和分布式控制，即由管理计算机、中央控制计算机和堆垛机、出入库输送等直接控制的可编程序控制器组成控制系统。2.2 立体仓库系统的功能1 0 1 1 1 27 8 94 5 61 2 30承 重 仪堆 垛
18、机 伸 叉反射式传感器堆 垛 机 电 源 直 流 电 源行 走 步 进 电 机 驱 动 模 块堆 垛 机 控 制 器P L C升 降 步 进 电 机 驱 动 模 块XXXX大学 毕业设计论文共 57 页 第 4 页装订线图 2-1 立体仓库模型图在此设计的立体仓库需要满足一下功能：（1）堆垛机（机械手）要有三个自由度，即：前进、后退；上、下；左、右；（2）堆垛机的运动由步进电机驱动；（3）堆垛机前进（或后退）运动和上（或下）运动可同时进行；（4）堆垛机前进、后退和上、下运动时必须有超限位保护；（5）每个仓位必须有检测装置（微动开关） ，当操作有误时发出错误报警信号；（6）当按完仓位号后，没按入
19、或取前，可以按取消键进行取消该操作。（7）整个电气控制系统必须设置急停按钮，以防发生意外。系统控制面板如下图 2-2 所示：123 取消45671 1981 01 2送进取出就绪自动手动仓位号显示运行状态显示功能选择开关 小键盘取送急停图 2-2 控制面板因此本课题设计的具体控制功能如下： （1）将选择开关置于自动位置，通电状态下，各机构复位，即返回零位。立体仓库坐标定位以零位开始。 （2）当送货的时候，选择欲送货物的仓位号，按动仓位号对应的按钮，控制面板数码管显示仓位号。按送货按钮后，货物自动送入指定的仓位号对应的仓库位里。若被指定的仓位号里有货物，则送货命令不被执行。送货完成后，小车自动返
20、回原来的位置。 （3）当取货的时候，选择欲取货物的仓位号后，按动取货按钮后，在控制面板XXXX大学 毕业设计论文共 57 页 第 5 页装订线的数码管里显示出来，堆垛机可以自动将货物取出。如果小车里有货物，则取货命令不被执行。（4）取货和送货指令完成后，机构自动返回原来位置。 （5） 整个电气控制系统必须设置急停按钮，以防发生意外。2.3 采用 PLC 控制立体仓库的优点PLC 的应用非常广泛，按 PLC 编程功能可分为 4 大类 2：开关量顺序控制、通信功能、模拟量控制、运动控制。PLC 的应用大大提高了控制系统的稳定性、适用性、并且降低了系统成本。其控制系统简单，更改容易，施工周期短；系统
21、维护容易。自动化立体仓库，少不了自动化仓库管理系统，只有使用强大的仓库管理系统才能使得仓库管理和业务流程上一个台阶，才能将先进的硬件设备发挥作用、 产生效益，针对这一仓库管理系统，我选择了 PLC。选择 PLC 是因为它的稳定性比单纯的使用单片机要稳定的多，所能实现的功能也强大的多。总的来看，基于 PLC的自动化立体仓库可以总结为如下几点优点：低成本、范围广、高速、便捷、永远在线、结构灵活、数字化等。2.4 立体仓库技术参数的确定表 2-3 立体仓库具体参数：出/入货柜台最重物品 20Kg每个仓位的高度 45CM仓位的上下距离 05CM仓位的平行距 05CM仓位的体积 4 M3可编程控制器（PLC）电源 24V DC堆垛机电源 220V AC,50Hz2.5 系统设计的基本步骤在立体仓库控制系统的设计过程中主要要考虑以下几点：（1）深入了解和分析立体仓库的工艺条件和控制要求。（2）确定 I/O 设备。根据立体仓库控制系统的功能要求，确定系统所需的用户输入、输出设备。（3）根据 I/O 点数选择合适的 PLC 类型。（4）分配 I/O 点，分配 PLC 的输入输出点，编制出输入输出分配表或者输入输出端子的接线图。
