基于plc控制的小型自动化立体仓库设计_毕业设计(编辑修改稿)

基于plc控制的小型自动化立体仓库设计_毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

） 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。 （ 5） 设计立体仓库系统的梯形图程序，根据工作要求设计出周密完整的梯形图程序，这是整个立体仓库系统设计的核心工作。 XXXX大学 毕业设计论文 共 57 页 第 6 页 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ （ 6） 将程序输入 PLC 进行软件测试，查找错误，使系统程序更加完善。 （ 7） 立体仓库整体调试，在 PLC 软硬件设计和现场施工完成后，就可以进行整个系统的联机调试，调试中发现的问题要逐一排除，直至调试成功。 立体仓库系统设计与调试的主要步骤，如图 24 所示： 确 定 课 题分 析 课 题确 定 方 案资 料 搜 集确 定 硬 件 配 置设 计 系 统 结 构运 行 并 分 析课 题 总 结绘 电 气 原 理 图编 写 程 序调 试 程 序错 误 图 24 课题设计步骤 小结 本章围绕系统方案的确定，首先对自动化立体仓库进行了简单的介绍。 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。 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。 其次阐述了本课题设计的自动化立体仓库实现的功能与总体的控制步骤。 第三节讲述了 PLC 的优点和选择 PLC 进行控制的原因。 最后确定了立体仓库的具体参数，并详细介绍了本课题设计的基本步骤。 XXXX大学 毕业设计论文 共 57 页 第 7 页 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 第 3 章 系统硬件设计 控制系统结构设计 本课题设计采用的是运用 PLC 控制系统来控制立体仓库的运动 .这种设计的优点是能快速的对输入信号做出反应控制立体仓库 ,而且检修起来较为方便。 控制系统结构图如下图 31 所示。 承 承承 承 / 承 承承 承承 承承 承1 承 承 承 承1 2 承 承 承 承承 承 0 承 承 承承 承 1 2 承 承 承承 承 承 承承 承 承 承承 承 承 承承 承 承 承承 承 承 承承 承 承 承承 承 承 承承 承 承 承承 承 承 承承 承承 承承 承承 承承 承承 承承 承 承 承承 承 承 承承 承 承 承 承 承承 承 1 承 承 承承 承 1 2 承 承 承承 承PLC 图 31 控制系统结构图 可编程控制器的选型 可编程控制器的基本结构 可编程控制 器的基本结构由输入 /输出模块、中央处理单元、电源部件和编 程器等组成。 PLC 与计算机的基本组成一致，它实际上就是一种工业控制计算器 [3]。 （ 1）输入 /输出模块在 PLC 中， CPU 是通过输入 /输出模块与外界连接的。 输入模块用于将控制现场输入信号变换成 CPU 能接收的信号，并对其进行滤波、电平转换、隔离和放大等；输出模块用于将 CPU 的决策输出信号变换成驱动控制对象执行机构的控制信号，并对输出信号进行功率放大、隔离 PLC 内部和外部执行元件等。 （ 2）中央处理单元 XXXX大学 毕业设计论文 共 57 页 第 8 页 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ （ 3）电源部件中央处理器单元包括微处理器、系 统程序存储器和用户程序存储器。 微处理器 CPU 是 PLC 的核心部件。 电源部件是把交流电转换成直流电源的装置，它向 PLC 提供所需的高质量直流电源。 可编程控制器（ PLC）的特点 （ 1） 可靠性高，抗干扰强。 （ 2）功能强大，性价比高。 （ 3）编程简易，现场可修改。 （ 4）配套齐全，使用方便。 （ 5）寿命长，体积小，能耗低。 （ 6）系统的设计、安装、调试、维修工作量少，维修方便。 控制功能的选择 该选择包括运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等特性的选择。 根据本课题所设计的自动门控制的需要，主要介绍以下几种功能的选择 [4]。 （ 1）控制功能 PLC 主要用于顺序逻辑控制，因此，大多数场合常采用单回路或多回路控制器解决模拟量的控制，有时也采用专用的智能输入输出单元完成所需的控制功能，提高PLC 的处理速度和节省存储器容量。 （ 2）编程功能 离线编程方式： PLC 和编程器公用一个 CPU，编程器在编程模式时， CPU 只为编程器提供服务，不对现场设备进行控制。 完成编程后，编程器切换到运行模式，CPU 对现场设备进行控制，不能进行编程。 离线编程方式可降低系统成本，但使用和调 试不方便。 在线编程方式： CPU 和编程器有各自的 CPU，主机 CPU 负责现场控制，并在一个扫描周期内与编程器进行数据交换，编程器把在线编制的程序或数据发送到主机，下一扫描周期，主机就根据新收到的程序运行。 这种方式成本较高，但系统调试和操作方便，在大中型 PLC 中常采用。 五种标准化编程语言：顺序功能图（ SFC）、梯形图（ LD）、功能模块图（ FBD）三种图形化语言和语句表（ IL）、结构文本（ ST）两种文本语言。 （ 3）诊断功能 PLC 的诊断功能包括硬件和软件的诊断。 硬件诊断通过硬件的逻辑判断确定硬件的故障位置，软件 诊断分内诊断和外诊断。 通过软件对 PLC 内部的性能和功能进行诊断是内诊断，通过软件对 PLC 的 CPU 与外部输入输出等部件信息交换功能进行诊断是外诊断。 PLC 的诊断功能的强弱，直接影响对操作和维护人员技术能力的要求，并影响平均维修时间。 PLC 机型的选择 （ 1）输入电源电压： 24VDC 还是 220VAC，根据供电系统电压来选择，一般来说，不建议直接从动力电源直接取电，最好用隔离变压器把动力电源和控制电源隔离 XXXX大学 毕业设计论文 共 57 页 第 9 页 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 开来，同时做好滤波等抗干扰措施。 本设计采用 24V 直流电。 （ 2）输入输出点数：所谓的输入 输出点数指的是整个控制系统需要用到的 PLC的输入点个数和输出点个数。 一般来说，当然是预先设计好整套系统方案， 然后算出所有的输入输出点个数，如果是第一次设计的方案，建议预留点数。 经 过估算本设计中需要输入端口 40 个，输出端口 21 个。 （ 3）输出触点类型：是继电器输出类型还是晶体管输出类型。 根据所控制的 执行机构电源电压及功率来决定输出触点类型，如果系统里有需要用到高速脉冲 输出控制步进电机或伺服系统时，一定要选择晶体管输出类型。 本设计因为有步 进电机的控制所以选择晶体管输出类型。 西门子 S7 系列 PLC 体积 小、速度快、 标准化，具有网络通信能力，功能更强，可靠性更高。 S7 系列 PLC 产品可分为微型 PLC（如 S7200），小规模性能要求的 PLC（如 S7300）和中、高性能要求的 PLC（如 S7400）等。 S7 系列 PLC 有专门的高速脉冲输出端，可以方便的完成步进电机的控制。 根据控制功能要求选 择微型 PLC。 微型 PLC S7200 系列可编程控制器主机分为 12 40 点四档，还有各种输入和输出扩展单元，这样在增加 I/O 点数时，不必改变机型，可以通过扩展模块实现，降低了经济投 入。 本课题设计的立体仓库控制系统有输入信号 40 个，输出信号 21 个。 所选 I/O 点不得低于 61 点，结合实际情况，考虑到经济实惠所选本系统所采用的 PLC 是西门子 S7200 CPU226 DC24V，外加一个数字量扩展模块 EM223[1]。 步进电机的选择 步进电机的介绍 步进电动机是将电脉冲信号转换为相应的角位移或直线位移的一种特殊电机。 每输入一个电脉冲信号电机就转动一个角度，它的运动形式是步进式的，所以称为步进电动机。 又由于它输入的是脉冲电流所以也叫脉冲电动机 [14]。 步进电动机在不需 要变换的情况下，能直接将数字脉冲信号转换成角位移或线位移，因此它很适合作为数字控制系统的伺服元件。 此外，它还具有一系列的优点，一是输出角位移量或线位移量与其输入的脉冲数成正比，而转速或线速度与脉冲的频率成正比，在负载能力范围内，这些关系不受电压的大小、负载的大小、环境条件等外界各种因素的干扰。 二是它每转一周都有固定的步数，所以步进电动机在不失步的情况下运行，其步距误差不会长期积累。 三是控制性能好 ， 它可以在开环系统中在很宽的范围内通过改变脉冲的频率来调节电机的转速，并且能够快速启动制动和反转。 四是有些型式的步 进电动机在停止供电的状态下，还有定位转矩，有些型式在停机后某些相绕组仍保持通电状态，具有自锁能力，不需要机械制动装置等。 当采用速度和位置检测装置后，它可构成闭环控制系统。 计算机技术、电力电子技术和微电子技术的发展，给步进电动机的应用开辟了广阔的前景，应用非常广泛。 如数控机床、绘图机、自动记录仪表、遥控装置和航空系 XXXX大学 毕业设计论文 共 57 页 第 10 页 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 统等等，都大量使用步进电动机。 步进电机的结构 图 32 为三相反应式步进电动机的径向截面图。 定转子铁芯由硅钢片叠压而成，定子磁极为凸极式，磁极的极面上开有小齿。 定子上有三套控制绕组，每一 套有两个串联的集中控制绕组分别绕在径向相对的两个磁极上。 每套绕组叫一相，三相绕组接成星形，所以定子磁极数通常为相数的两倍，即 2p=2m （ p 为极对数， m 为相数）。 转子上没有绕组，沿圆周也有均匀的小齿，其齿距和定子磁极上小齿的齿距必须相等，而且转子的齿数有一定的限制。 这种结构形式的优点是制造简便，精度易于保证，步距角可以做得较小，容易得到较高的启动和运行频率。 图 32 步进电动机的结构 步进电机的工作原理 图 33是一台三相反应式步进电动机的原理图。 定子铁芯为凸极式，共有三对（六个）磁极， 每两个相对的磁极上绕有一相控制绕组。 转子用软磁性材料制成，也是凸极结构，只有四个齿，齿。