基于plc的自动化立体仓库控制系统设计

基于plc的自动化立体仓库控制系统设计内容摘要：

触点输出型电路，晶体管输出型用于高频小功率负载、晶闸管输出型用于高频大功率负载；继电器输出为有触点输出型电路，用于低频负载。 现场控制或检测元件输入给 PLC 各种控制信号，如限位开 关、操作按钮、选择开关以及其他一些传感器输出的开关量或模拟量等，通过输入接口电路将这些信号转换成 CPU 能够接收和处理的信号。 输出接口电路将 CPU 送出的弱电控制信号转换成现场需要的强电信号输出，以驱动电磁阀、接触器等被控设备的执行元件。 1)输入接口 输入接口用于接收和采集两种类型的输入信号，一类是由按钮、转换开关、行程开关、继电器触头等开关量输入信号；另一类是由电位器、测速发电机和各种变换器提供的连续变化的模拟量输入信号。 以图 2 所示的直流输入接口电路为例， R1 是限流与分压电阻， R2 与 C 构成滤波电路，滤波后 的输入信号经光耦合器 T 与内部电路耦合。 当输入端的按钮 SB 接通时，光耦合器 T 导通，直流输入信号被转换成 PLC 能处理的 5V标准信号电平 (简称 TTL)，同时 LED 输入指示灯亮，表示信号接通。 微电脑输入接口电路一般由寄存器、选通电路和中断请求逻辑电路组成，这些电路集成在一个芯片上。 交流输入与交直流输入接口电路与直流输入接口电路类似。 图 2 直流输入接口电路 滤波电路用以消除输入触头的抖动，光电耦合电路可防止现场的强电干扰进入 PLC。 由于输入电信号与 PLC 内部电路之间采用光信号耦合，所以两者在电气上完全隔离，使输入接口 具有抗干扰能力。 现场的输入信号通过光电耦合后转换为 5V的 TTL 送入输入数据寄存器，再经数据总线传送给 CPU。 2)输出接口 输出接口电路向被控对象的各种执行元件输出控制信号。 常用执行元件有Confidential Page 12 12/13/2020 12 作者： 12 9:27:41 AM 12 接触器、电磁阀、调节阀 (模拟量 )、调速装置 (模拟量 )、指示灯、数字显示装置和报警装置等。 输出接口电路一般由微电脑输出接口电路和功率放大电路组成，与输入接口电路类似，内部电路与输出接口电路之间采用光电耦合器进行抗干扰电隔离。 微电脑输出接口电路一般由输出数据寄存器、选通电路和中断请求逻辑电路集成在芯片上， CPU 通过数据总线将 输出信号送到输出数据寄存器中，功率放大电路是为了适应工业控制要求，将微电脑的输出信号放大。 3)其它接口 若主机单元的 I/O 数量不够用，可通过 I/O 扩展接口电缆与 I/O 扩展单元 (不带 CPU)相接进行扩充。 PLC 还常配置连接各种外围设备的接口，可通过电缆实现串行通信、 EPROM 写入等功能。 编程器作用是将用户编写的程序下载至 PLC 的用户程序存储器，并利用编程器检查、修改和调试用户程序，监视用户程序的执行过程，显示 PLC 状态、内部器件及系统的参数等。 编程器有简易编程器和图形编程器两种。 简易编程器 体积小，携带方便，但只能用语句形式进行联机编程，适合小型 PLC 的编程及现场调试。 图形编程器既可用语句形式编程，又可用梯形图编程，同时还能进行脱机编程。 目前 PLC 制造厂家大都开发了计算机辅助 PLC 编程支持软件，当个人计算机安装了 PLC 编程支持软件后，可用作图形编程器，进行用户程序的编辑、修改，并通过个人计算机和 PLC 之间的通信接口实现用户程序的双向传送、监控PLC 运行状态等。 PLC 的电源将外部供给的交流电转换成供 CPU、存储器等所需的直流电，是整个 PLC 的能源供给中心。 PLC 大都采用高质量的工作 稳定性好、抗干扰能力强的开关稳压电源，许多 PLC 电源还可向外部提供直流 24V稳压电源，用于向输入接口上的接入电气元件供电，从而简化外围配置。 三菱 FX 系列 PLC 简介 及型号说明 三菱公司的 FX 系列 PLC 是比较具有代表性的微型 PLC，除具有基本指令表编程以外，还可以采用梯形图编程及对应机械动作流程进行顺序设计的 SFC（ Sequential Function Chart）顺序功能图编程，而且这些程序可以相互转换。 在FX 系列 PLC 中还设置了高速计数器、各种应用指令及模块，大大的扩大 展 了本系列 PLC 的功能和 应用领域。 FX 系列 PLC 型号的含义如下： 青岛科技大学本科毕业设计 (论文 ) 13 其中系列名称：如 0、 0s、 1s、 0N、 1N、 2N 等 单元类型： M— 基本单元 E— 输入输出混合扩展单元 Ex— 扩展输入模块 EY— 扩展输出模块 输出方式： R— 继电器输出 S— 晶闸管输出 T— 晶体管输出 特殊品种： D— DC 电源， DC 输出 Al— AC 电源， AC（ AC100～ 120V）输入或 AC 输出模块 H— 大电流输出扩展模块 V— 立式端子排的扩展模块 C— 接插口输入输出方式 F— 输入滤波时间为 1ms的扩展模块 例如 FX2N— 32MT— D表示 FX2N 系列， 32 个 I/O 点基本单位，晶体管输出，使用直流电源， 24V 直流输出型。 本章小结 本章系统全面的介绍了有关 PLC 的基本知识，其型号、优势、功能及组成和各部分的作用 ，使读者能够对可编程控制器有 总体全面的了解。 3 自动化立体仓库的系统设计 立体仓库的基本组成 Confidential Page 14 12/13/2020 14 作者： 14 9:27:41 AM 14 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。 青岛科技大学本科毕业设计 (论文 ) 15 自动化立体仓库的设计原则与设计过程 Confidential Page 16 12/13/2020 16 作者： 16 9:27:41 AM 16 本输送系统的基本控制要求 1 接通电源，将选择开关置于手动位置，分别按下↑、↓、←、→后观察各方向运动情况，小车在高强度丝杠上运行平稳，在接近极限位置时，执行限位保护。 2 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。 3 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，控制青岛科技大学本科毕业设计 (论文 ) 17 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，小车自动返回原来的位置。 4 当取货的时候，选择欲取货物的仓位号后，在控制面板的数码管里显示出来，按动取货按钮后，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。 取货与送货装有互锁开关，防止发生故障。 5 取货和送货指令完成后，机构自动返回原来位置。 6 当小车内有货物时，若无外部操作，就绪指示 灯亮，十秒后程序把最大仓位号里的货物转运至没有放货物的比它小的仓位号所对应的仓位里。 上述自动优化放货只对 1～ 6 号仓库适用。 7 需用手动取货时，必须在断电状态下进行。 8 通过控制面板可以控制步进电机，正反转和加减速。 可提高送货效率。 了保护人身、设备和货物的安全，堆垛机必须具有完 善的安全保护措施： 1 ) 堆垛机在行走、载货台升降和货又伸缩终端处都设有 机械和电气限位装置。 2 ) 货物检测载货台上设有货物超高、超长和超宽检测装 置。 在货物进入载货台时，当检测到货物超过设定高度、长 度或 宽度时， 堆垛机便停止运行并报警。 一般允许误差为 3 0 ～ 4 0 m m，检测元件采用对射或反射式光电传感器。 3 ) 载货台上还设有检测货又是否回位、货叉上有无货物 和货位中有无货物的装置。 如货叉没有回位，堆垛机不能水 平运行；如货叉上已有货物，则不能再取货；入库时，必须 检测货位中有无货物，以避免发生事故。 4 ) 断电保护 如载货台升降过程中忽然断电， 则通过提升 电动机制动使载货台停在当前位置，不会掉下来。 本仓库系统的基本物流过程 与控制面板 Confidential Page 18 12/13/2020 18 作者： 18 9:27:41 AM 18 物流过程示意图 数码管 仓位号显示 送货指令 送货指令 取货指令 Dxf PLC 检测有无货物 无 /有 有 /无 送货指令 无 /执行送货 控制面板接受指令 有 /指令不执行 有 /执行取货 送货指令 无 /指令不执行 动作完成后，返回原点等待下一个命令的执行 青岛科技大学本科毕业设计 (论文 ) 19 1234567 890就绪取送数码管显示手动 自动 停取送电源控制面板控制面板示意图控制面板示意图 输入与输出点数（ I/O）的分配 输入： X0 按钮 0 X7 按钮 7 X16 送 X23 X轴 2位置行程开关 X1 按钮 1/手动向左 X42 自动 X17 取 X24 X轴 3位置行程开关 X2 按钮 2/手动向下 X100 电源 X18 左限位开关 X25 X轴 4位置行程开关 X3 按钮 3/手动向右 X10 按钮 8 X19 右限位开关 X26 X轴 5位置行程开关 X4 按钮 4/手动向外 X11 按钮 9 X20 Z 轴里侧限位开关 X27 X轴 6位置行程开关 X5 按钮 5/手 X12 手动 X21 Z 轴外限位开 X28 X轴 7位置行Confidential Page 20 12/13/2020 20 作者： 20。