毕业论文-基于西门子s7一200plc的立体仓库控制系统的设计

毕业论文-基于西门子s7一200plc的立体仓库控制系统的设计内容摘要：

成的任务。 统计出用 PLC 控制整个系统所需要的模块和输入、输出点数，用三个 S7－ 200 系列 PLC 分别完成对辊道、机械手和堆垛机的控制。 在熟悉了 PLC 的控制原理以后，进入 到本次论文的重点：软件编程，先从局部着手，按照控制系统的三个组成部分，局部进行编程调试，当全部调通以后，再完成入库、出库的自动编程、手动编程以及网络连接编程。 同时要通过 PROFIBUS－ DP 现场总线网实现三台 PLC 之间的数据传递。 最后，完成与监控系统的通信，接收出入库命令，完成相应的出入库操作。 自动化立体仓库控制系统的整体功能分析 整个实验室规模的自动化立体仓库采用分布式控制，有三个控制对象：辊道、机械手、堆垛机，每个控制对象由一台具有通信功能的 57 一 20 系列 PLC 控制，并且相互之间通过三个 EM277(DP 扩展从站模块 )连接到 PROFIBUs 一 DP 现场总线网上，实现与上位机的通信，各个 PLC 之间通过组态软件 WinCC 的控制中心进行数据交换，如图今 3－ 2 所示。 13 整个控制系统的三个 PLC 首先需要完成独立的手、自动操作，最后将三个单元整合在一起，实现数据交换，接收监控系统发送过来的出入库指令、完成相应的出入库操作，并成功返回操作完成信号。 ３ .３ .2 自动化立体仓库控制系统各单元 I/O 点的分配 整个系统中，辊道控制系统所采用的 PCL 是 S7 一 200 CPU224，该部分系统总共使用了 13 个输入点、 9 个输出点，具体的 I/O 点分配如表 3－ 表 32 所示。 表 3－ 1 辊道输入元件地址分配表 控制元件 符号 编程地址 控制元件 符号 编程地址进货辊道后光电 SG3 出货变频器反转 SA71 出货辊道前光电 SG5 出货变频器正转 SA72 出货辊道后光电 SG6 停止按钮 SB13 颜色识别信号 启动按钮 SB14 铁/ 非铁识别信号 手动/ 自动 SA5 进货变频器反转 SA61 进货启动按钮 SB15进货变频器正转 SA62 表 3－ 2 辊道输出元件地址分配表 上位机 STMATIC200辊道 STMATIC200机械手 STMATIC200堆垛机 EM277 PROFIBUSDP EM277 PROFIBUSDP EM277 PROFIBUSDP PROFIBUS 图 3－ 2整个控制系统结构图 14 控制元件 符号 编程地址 控制元件 符号 编程地址进货辊道启/ 停 KA1 出货辊道正/ 反转 KA6 进货辊道正/ 反转 KA2 出货辊道速度设定1 KA7 进货辊道速度设定1 KA3 出货辊道速度设定2 KA8 进货辊道速度设定2 KA4 入库继电器 KA9 出货辊道启/ 停 KA5 机械手控制系统所采用的 PLC 是 S7— 200 CPU226，该部分控制系统总共使用了 23 个输入点、巧个输出点，具体的 I/O 点分配如表 3— 表 3— 4 所示。 表 3— 3 机械手输入元件地址分配表 控制元件 符号 编程地址 控制元件 符号 编程地址备用 抓手正转移动限位 SQ11 备用 抓手反转移动限位 SQ12 X 轴移动 SB7 X 轴中限位 SQ13 Y 轴移动 SB8 复位按钮 SB2 底盘旋转 SB11 功能按钮2 SB12 手腕旋转 SB9 自动/ 手动 SA3 X 轴前限位（抓手） SQ5 抓手动作 SB10 X 轴后限位 SQ6 紧停按钮 KA6 Y 轴上限位 SQ7 机械手送/ 取操作 Y 轴下限位 SQ8 机械手左/ 右排操作 转盘正转移动限位 SQ9 机械手启/ 停 转盘反转限位（源位） SQ10 表 3— 4 机械手输出元件地址分配表 控制元件 符号 编程地址 控制元件 符号 编程地址X 轴及底盘脉冲 CP 抓手电磁阀 KA5 Y 轴步进电机脉冲 CP 运行指示 HL5 X 轴及底盘方向 DIR 堆垛机允许运行 Y 轴步进电机方向 DIR 机械手位置1 X 轴步进电机C P 控制 KA1 机械手位置2 底盘步进电机C P 控制 KA2 备用 抓手电机正转 KA3 备用 抓手电机反转 KA4 堆垛机控制系统所采用的 PLC 是 S7— 200 CPU226，该部分控制系统总共使用了 24 个输入点、16 个输出点，具体的 I/O 点分配如表 3— 表 3— 6 所示。 所示。 表 3— 5 堆垛机输入元件地址分配表 15 控制元件 符号 编程地址 控制元件 符号 编程地址出货认证 认址器电路板 堆垛机运行允许 进货认证 认址器电路板 功能按钮1 SB6 行走认证 认址器电路板 手动/ 自动 SA2 伸叉左限 SQ4 伸叉按钮 SB3 伸叉中限 SQ5 升降按钮 SB4 伸叉右限 SQ6 行走按钮 SB5 升降上限 SQ7 机械手位置1 升降下限 SQ8 机械手位置2 单动/ 联动 SA1 备用 行走左限 SQ9 备用 行走右限 SQ10 紧停 KA1 复位按钮 SB1 备用 表 3— 6 堆垛机输出元件地址分配表 控制元件 符号 编程地址 控制元件 符号 编程地址行走步进电机脉冲 CP 机械手启/ 停 升降步进电机脉冲 CP 备用 行走步进电机方向 DIR 联动指示 HL2 升降步进电机方向 DIR 伸叉中限位 HL3 伸叉向左 KA3 备用 伸叉向右 KA2 堆垛机动作指示 HL4 机械手送/ 取操作 备用 机械手左/ 右排操作 备用 自动化立体仓库控制系统各单元 PLC 控制功能模块设计 根据总体控制系统方案，结合硬件原理图、软件编程、网络通信等相关方面，完成辊道进 /出货控制、四自由度机械手搬运货品控制和堆垛机运送货品控制的局部调试。 最后实现控制系统的顺序控制。 在实际自动化立体仓库系统中， PLC 控制器直接与物流自动线相连，处理从自动线输入的各种位置信号以及检测信号，同时根据自动线的运行情况，输出各种控制信号，来控制自动线上的各种操作。 因此， PLC 作为控制器协调系统的运行。 PLC 控制程序的编写，必须按照自动线的运行要求来编写。 在本文中， PLC 逻辑控制程序采用梯形图的方式进行编写，参考实际的 工作流程，根据传感器的信号去控制运行设备的不同动作，为使程序简单应把常用的程序段设置为子程序进行调用。 三个单元 PLC 实现顺序控制的程序流程大致 如图 3— 3 所示。 16 辊道进 /出货控制功能模块设计 根据变频器工作原理及其与 PLC 的连接，编写程序进行调试，完成辊道输送带的启 /停控制，正/反转控制，高 /低速控制，并且把进出货光电传感器的信号送入 PLC，通过 FO 送给组态监控软件WinCC，再用 OPC 方式把数据参数送给管理信息系统，并通过 ADO 技术把数据送 往数据库作为货品信息存储起来。 在 STEP 7— Micro/WIN 编程环境中作者主要设计的程序模块有 ： 主程序、进货辊道运行程序、出货辊道运行程序、初始化程序、 DP 网通信程序。 进货辊道运行程序主要完成从进货点动装置启动到进货完成的过程。 程序中还编制实现了进货变频器的正转和反转。 进货辊道上有一个进货辊道后光电开关。 出货辊道运行程序主要完成从接收机械手运行结束信号到货物出库完成的过程。 程序中同样编制实现了出货变频器的正转和反转 .出货辊道上有两个光电开关 ： 出货辊道前光电、出货辊道后光电。 DP 网通信程序主要 完成辊道与组态软件枯 WinCC 的变量组态连接。 根据对辊道进 /出货控制功能的分析，子程序 0 实现的功能 ： 开机检测，系统初始化 收到 WinCC 发送过来的入库操作信号 收到 WinCC 发送过来的出库操作信号 点动进货装置检测到货物，入库辊道动作，调用子程序 0 WinCC 将辊道进货运行结束信号发送给机械手 PLC 机械手动作，调用子程序 2 WinCC 将机械手运行结束信号发给堆垛机，堆垛机动作，调用子程序 3 入库结束将入库完成报告返回监控系统，堆垛机复位，等待下一 个指令。 堆垛机动作，调用子程序 4 WinCC 将堆垛机运行结束信号发送给机械手 PLC，机械手动作，调用子程序 5 WinCC 将机械手运行结束信号发送给辊道，出货辊道动作，调用子程序 1 出库结束，将出库完成报告返回监控系统，等待下一个出库操作命令 图 3— 3自动化立体仓库总体流程图 17 进货点动装置检测到货品后，入库辊道开始动作，当辊道上的光电开关检测到货品到达后，入库辊道停止运行。 子程 序 1 实现的功能 ： WinCC 将机械手运行结束信号传送给出库辊道。 出库辊道前端的光电开关检测到货品，出库辊道动作，当后端的光电开关检测到货品到达后，出库辊道停止运行。 一次出库操作完成，返回出库成功信息给 WinCC。 子程序 0 和子程序 1 的流程图，如图 3— 图 3— 5 所示 四自由度机械手控制功能模块设计 图 3— 6 四自由度机械手 1. 3 号辊道货台 2. 2 号辊道货台 4. 1 号辊道货台 垛机货台 初始化 收到 WinCC 发送来的入库指令 进货辊道 位是否为 1 进货辊道正转 进货辊道后光电位是否为 1 否 是 否 是 进货辊道停止运行 图 3— 4 子程序 0 流程图 初始化 收到 WinCC 发送来的机械手运行结束指令 出货辊道前光电位是否为 1 出货辊道正转 出 货辊道后光电位是否为 1 否 是 否 是 出货辊道停止运行 图 3— 5 子程序 1 流程图 18 机械手接收入库 光电传感器的开关指令。 利用步进电机的工作原理，编写程序，完成机械手的伸缩、升降、底盘回转和抓手抓紧等动作，同时运行到位后，向堆垛机发出启动命令。 在 SETP7— Micro/WIN 编程环境中作者主要设计的程序模块有 ： 主程序、入库程序、出库程序、初始化程序、 X 轴移动程序、 Y 轴移动程序、底盘转动程序、抓手动作程序、调试程序。 入库程序主要实现机械手从进货辊道抓取货物，通过 X 轴移动、 Y 轴移动以及底盘转动将货物放至入库台。 机械手具有 5 个位置 ： 0 号位 (复位位置 )、 1 号位 (对应右排出入库台 )、 2 号位 (对应出货辊道 )、 3 号位 (对应进货辊道 )、 4 号位 (对应左排出入库台 )。 入库启动时，机械手源位为 3 号位，目的位与堆垛机选择相符，若堆垛机选择左排，则目的位为 4 号位。 若堆垛机选择右排，则目的位为1 号位。 所以，入库程序分为入库启动 3 号位到 1 号位和入库启动 3 号 位到 4 号位两大块。 完成入库操作后，机械手自动复位。 X 轴移动程序主要实现机械手在 X 轴方向的动作。 X 轴移动通过步进电机进行控制。 采用高速脉冲数处理指令 PLS 来完成步进电机脉冲控制。 在 S7 一 200 中，只有输出继电器 和 具有高速脉冲输出功能。 使用 作为机械手 X 轴移动 高速脉冲串的输出端，采用 SMB67 作为高速脉冲输出的控制字节。 在进行设计以及通过多次运行调试后，最终确定 X 轴 1 号位前移脉冲数为 3600，X 轴 2 号位前移脉冲数为 33500， X 轴 3 号位前移脉冲数为 33500， X 轴 4 号位前移脉冲数为 35000。 采用 PLS 指令完成步进电机脉冲控制的 PLC 程序设计如图 3— 6 所示。 机械手 X 轴方向设置了三个限位开关 ： X 轴前限位、 X 轴中限位、 X 轴后限位。 Y 轴移动程序主要实现机械手在 Y 轴方向的升降动作。 Y 轴移动也是通过步进电机进行控制。 作者同样采用高速脉冲数处理指令 PLS 来完成步进电机脉 冲控制。 使用 作为机械手 Y 轴移动高速脉冲串的输出端，采用 SMB7 作为高速脉冲输出的控制字节。 作者在进行设计以及通过多次运行调试后，最终确定 Y 轴 1 号位下降脉冲数为 3800， X 轴 2 号位下降脉冲数为 3600， X 轴 3 号位下降脉冲数为 36500， X 轴 4 号位下降脉冲数为 3700。 相应的程序设计如图 初始化程序用于初始化 X 轴移动和 Y 轴移动时的脉冲设置。 底盘转动程序包括底盘限位计数、底盘当前位置、底盘转动三块。 底盘限位计数程序段中采用一个递增计数器进行计数，预设值为 10。 底盘转动也采用步进电机进行脉冲控制。 底盘转动 有两个限位开关 ： 底盘正转限位和底盘反转限位。 抓手动作程序完成机械手的取放货物动作。 抓手动作采用气泵进行控制。 调试程序用于进行实验调试，主要完成的工作是确定机械手 X 轴移动和 Y 轴移动在4 个位置时所需要的脉冲数，以确保机械手的准确动作。 DP 网通信程序主要用于机械手与组态软件 Wi nCC 之间的变量组态连接。 根据以上对机械手功能模块的分析。 子程序 2 实现的功能： WinCC 将入库辊道。