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山东科技大学学士学位论文摘要1摘要本设计利用的立体仓库主体由底盘、四层十二仓位库体、运动机械及电气控制等四部分组成。其中电气控制是由西门子S7-200CPU226型可编程序控制器(PLC)、步进电机驱动模块、开关电源、位置传感器等器件组成。本论文首先对该课题的可行性及课题实现的现实意义和价值进行了介绍；其次对该系统的硬件组成、结构、原理进行了阐述和分析；再次对本控制系统的核心——软件进行了编写。论文中有相应的梯形图程序及利用组态软件对仓库信息的实时监控；论文最后对设计本课题所学到的知识和结论进行归纳和总结，并对立体车库今后的发展进行了科学的展望。关键词：立体车库；PLC；组态软件山东科技大学学士学位论文摘要2ABSTRACTThedesignofthethree-dimensionalgarageisconsistedofthemainchassis,fourfloorsof12positions,movemachineryandelectricalcontrolparts.TheelectricalcontrolisformedbySiemensS7-200CPU226programmablelogiccontroller(PLC),steppermotordrivepowermodules,switchingpowersupply,sensorsandotherdevices.Inthispaper,Iintroducethefeasibility,thepracticalsignificance,andthevalueofthesubjectfirstly.Secondly,Iexpoundandanalysethethree-dimensionalgaragecomposition,structureandprincipleofthesystem.Last,Icompiletheprogramwhichisthecoreofthecontrolsystem.Therearecorrespondingladderdiagramandreal-timemonitoringinformationofthewarehousebyconfigurablesoftwareinthearticle.Finally,Iconcludeandsummarizetheknowledgeandtheconclusionacquiredinthedesign.Then,Iprospectthefuturedevelopmentofthethree-dimensionalgaragesciencely.Keywords:three-dimensionalgarage;PLC;configurablesoftware山东科技大学学士学位论文目录1目录前言第1章绪论…………………………………………………………………11.1立体仓库的国内外发展概况国内外发展概况………………………11.2此课题的设计内容及主要思路………………………………………2第2章PLC的原理和应用……………………………………………52.1PLC的基本概念和基本结构………………………………………52.1.1PLC的基本概念……………………………………………………52.1.2PLC的基本结构……………………………………………………52.2PLC的硬件结构和工作原理…………………………………………62.2.1PLC的硬件结构…………………………………………………62.2.2PLC的工作原理…………………………………………………72.3PLC的程序设计……………………………………………………82.3.1PLC的编程语言…………………………………………………82.3.2PLC的程序结构…………………………………………………11第3章硬件部分…………………………………………………………123.1立体仓库的基本结构………………………………………………123.2立体仓库的硬件结构………………………………………………133.2.1步进电机的原理和应用………………………………………133.2.2步进电机驱动器的原理和应用………………………………143.2.3传感器的工作原理和应用……………………………………143.2.4开关型稳压电源的原理和应用………………………………153.3PLC的选择………………………………………………………173.3.1I/O点的选择………………………………………………17山东科技大学学士学位论文目录23.3.2PLC型号的选择……………………………………………183.3.3S7-200PLC的介绍…………………………………………18第4章软件部分………………………………………………………204.1STEP7-Micro/WIN编程软件………………………………………214.2S7-200的通信……………………………………………………214.2.1S7-200的通信协议…………………………………………214.2.2在编程软件中设置通信接口的参数………………………224.3I/O地址分配……………………………………………………234.4高速脉冲的产生和输出……………………………………………244.4.1S7-200高速输出指令……………………………………244.4.2PTO操作……………………………………………………244.4.2.1PTO/PWM控制寄存器…………………………………254.4.2.2PTO/PWM控制字节………………………………………264.4.2.3脉冲输出指令(PLS)…………………………………274.4.2.4PTO初始化-单段操作…………………………………274.5步进电机的控制………………………………………………………294.6堆垛机三维位置定位…………………………………………………294.7立体仓库程序流程图及程序编写……………………………………32第5章基于组态王的监控设计………………………………………275.1组态王软件介绍…………………………………………………275.2利用组态王实现上位机监控………………………………………285.2.1建立组态王新工程……………………………………………285.2.2创建组态画面…………………………………………………305.2.3定义I/O设备………………………………………………325.2.4构造数据库……………………………………………………355.2.5建立动画连接…………………………………………………36山东科技大学学士学位论文目录35.2.6运行和调试……………………………………………………38第6章结论与展望………………………………………………………396.1结论………………………………………………………………396.2展望………………………………………………………………40参考文献…………………………………………………………41致谢………………………………………………………………………42山东科技大学学士学位论文绪论11绪论1.1立体仓库的国内外发展概况国内外发展概况自动化立体仓库是以高层立体货架为主体，以成套搬运设备为基础，以计算机控制技术为主要手段组成的高效率物流，大容量贮藏系统。随着经济的高速发展，我国有关行业开始重视自动化立体仓库的研究，并亦有一些自动化立体仓库建成投入使用。现就自动化立体仓库的历史沿革，技术特点及发展方向作简要介绍。1.历史沿革1950年，在美国首次出现了自动化立体仓库的雏形，那时的自动化立体仓库，严格说只能算是立体仓库，还远谈不上自动二字。其后，在英，法等国也相继出现了类似的立体仓库。自动化立体仓库真正成为高效率的自动化设施，还是70年代的以后的事情。随着经济的起飞，为提高物流的效率和充分利用仓储空间，日本自1965年从欧美引入自动化立体仓库，并于70年代以后使其获得飞速发展。现在，自动化立体仓库技术已日趋成熟，并随着科学技术尤其是计算机技术的发展，而不断向前发展。80年代中期起，我国先后在无锡，湖北和大连等地出现多座利用微机控制巷道堆垛机的自动化仓库。但是，这些普通微机对环境和电源要求较高，部适合在工业现场和堆垛机上直接使用。可编程控制器PLC的引进和广泛使用，使国产自动立库的性能日趋完善。PLC是带处理器的通用工业控制器，器可靠性大大高于普通微机装置，适合在恶劣的现场使用，可直接装在堆垛机的电气柜内与接触器由同一电网供电。采用PLC作为实时控制装置已成为当前各先进工业国家一致的发展方向。2.技术特点现代化的自动化立体仓库集起重运输机械、自动控制、计算机管理及遥感技术于一体，整个系统实行计算机分级管理，通常由管理级，监控级山东科技大学学士学位论文绪论2和操作级组成，各个部分的基本组成。3.发展方向自动化立体仓库仓库技术仍处于不断发展之中，今后将向两个方向发展：一是开发储藏大型物体，如整台汽车，大型模具之类的自动化仓库;另一个是开发对录音带、录像带或半导体器件之类的轻量或超轻量物体的小型自动化立体仓库。随着科学技术的发展，自动化立体仓库将逐步向完整、人工智能化控制系统发展。1.2此课题的设计内容及主要思路该立体仓库主体由底盘、四层十二仓位库体、运动机械及电气控制等四部分组成。机械部分采用滚珠丝杠、滑杠、普通丝杠等机械元件组成，采用步进电机作为拖动元件。该控制系统主要由西门子公司生产的S7-200CPU226型可编程序控制器(PLC)、北京斯达特机电科技发展有限公司生产的SH-2H057步进电机驱动电源模块、开关电源、位置传感器等器件组成。小型立体仓库的电气控制系统由PLC来实现，控制系统分手动和自动两种方式。此系统实现的功能主要有：取（由零位出发到指定仓位号取货并送到入货台）；送（到零位取货并送入指定仓位号）等功能，在执行完任务后自动返回到零位等待下一指令。小型立体仓库的应具备的功能主要有几下几点：1、开机时首先要回零位操作，这样的目的就是给堆垛机有个工作参考点；2、堆垛机（机械手）要有三个自由度，即：前进、后退；上、下；左、右；3、堆垛机的运动由步进电机驱动，伸缩由直流电机控制（Z方向）；4、堆垛机前进（或后退）运动和上（或下）运动可同时进行；山东科技大学学士学位论文绪论35、堆垛机前进、后退和上、下运动时必须有超限位保护；6、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；7、仓位共有12个，4行3列；8、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。9、整个电气控制系统必须设置急停按钮，以防发生意外。本系统设计的主要思路是：1)查阅PLC以及步进电机相关资料,对设计中所用的西门子S7-200系列PLC和步进电机进行熟悉和掌握。2)从立体仓库的基本结构和所实现的功能入手，通过分析I/O地址的分配和利用PLC进行较复杂的位置控制及时序逻辑控制的要求，再根据实际应用的情形进行PLC程序的编制与调试，以达到对自动化立体仓库所要求实现的功能。3)通过组态王软件实现对仓库信息的实时监控。山东科技大学学士学位论文PLC的原理和应用4第2章PLC的原理和应用2.1PLC的基本概念和基本结构2.1.1PLC的基本概念PLC即可编程控制器(ProgrammabLogicController)是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。在1987年国际电工委员会(InternationalElectricalCommittee)颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义:PLC是一种专门在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算，顺序运算，计时，计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字或模拟式的输入输出控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。2.1.2PLC的基本结构从结构上分，PLC分为固定式和组合式