立体仓库控制系统硬件设计

立体仓库控制系统硬件设计一、[摘要]：可编程序控制器（ProgrammableLogicController）简称PLC,是一种以微处理器为基础、带有指令存储器和输入输出接口、综合了微电子技术、计算机技术、自动控制技术、通信技术的新一代工业控制装置。它能够存储和执行指令，进行位置控制、逻辑控制、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。本文介绍立体仓库控制系统硬件设计与选择,松下电工系列FP0型PLC的特点以及在立体仓库控制系统应用中的程序设计。与继电器控制系统相比，PLC具有软件简单易学，使用维护方便，运行稳定可靠，设计施工周期短等优点，对于立体仓库控制系统的应用，更具有普遍推广的价值。[关键词]：PLC立体仓库位置控制硬件ThehardwareprogramisdevisedinwarehousecontrollersystemJIAXIAOJI[Abstract]:ProgrammableLogicControllerisshortedPLC.Itisanewindustrycontrollerdevicewithtogetherelectronic,computer,automaticcontrol,communicationtechnology,whichhasthemicroprocessorasthebase、theordermemoryandtheinterfaceofinputandoutput.Itcandotheseoperationsuchassavingandexecutingorder,doingpositioncontrol、logiccontrolandsequencecontrol、timing,calculatingsumsandsoon.Itcanalsocontrolmachineandtheprocessofvarioustypesproductionbyusingthedigitalandtheanaloginputandoutput.Thearticleisintroducedthedesignofthehardwareandselection,whichusedintotheautowarehousecontrolsystem,thefeaturesofthePanasonicFP0programmablecontrollersandtheprogramsoftheautowarehousecontrolsystem.Comparewiththerelaycontrolsystem,PLChasmoreadvantagessuchassimplesoftware,convenienceinusingandmaintaining,stableandreliableoperation,theshortperiodofthedesign.Ithasthevaluableofgeneralspreadwiththeapplicationoftheautowarehousecontrolsystem.[Keywords]:PLCWarehousePositioncontrolHardware二、绪言在工业控制领域，为了实现弱电对强电的控制，使机械设备实现预期的要求，继电器系统曾被广泛使用并占主导地位。虽然它具有结构简单、易学易懂、价格便宜的优点，但其控制过程是由硬件接线的方式实现的。如果某一个继电器损坏，甚至仅仅是一对触点接触不良，就可能造成系统瘫痪，而故障的查找和排除又往往是困难的，需要花费很长时间。如果产品更新换代，则需改变整个系统的控制元件及其组合，重新进行复杂的接线。既要增加硬件的购置费用，又延长了施工周期。可见，继电器控制系统存在着可靠性低、适应性差的缺点，给人们在使用上带来很大的不便和遗憾。现代社会中各类产品的品种和型号不断地改进和翻新，可谓日新月异，所以产品生产具有多品种、小批量、低成本和高质量的特点。显然，传统的继电器系统己无法满足频繁变动的控制要求，人们开始寻求新的控制系统。20世纪60年代初，大规模生产提出了多机群控的要求，其所配置的继电器系统相当复杂。恰逢此时出现了小型计算机，于是，人们试图用小型计算机系统取代复杂的继电器系统来实现工业控制。传统的继电接触器控制采用的是固定接线方式，一旦生产过程有所变动，就得重新设计线路连线安装，不利于产品的更新换代。但小型计算机用于工业控制时存在价格昂贵、输入输出电路不匹配和编程技术复杂等问题，故未能得到推广应用。1968年，为使汽车型号不断翻新，以在激烈的市场竞争中取胜，美国通用汽车公司(GM)从用户角度提出了新型控制器应具备的十项条件进行招标，即有名的十项招标指标，之后立即引起了开发热潮。这十项招标指标是：①编程简单，可在现场修改和调试程序；②维护方便，采用插入式模块结构；③可靠性高于继电器控制系统；④体积小于继电器控制柜；⑤能与管理中心计算机系统进行通信；⑥成本可与继电器控制系统相竞争；⑦输入量是115V交流电压(美国电网电压110V)；⑧输出量为115V交流电压，输出电流在2A以上，能直接驱动电磁阀；⑨系统扩展时，原系统只需作很小变动；⑩用户程序存储器容量至少4K字节。从招标条件中可以看出，新型的工业控制器被设想为将硬件接线逻辑关系转变为软件程序计算，编程语言面向用户，系统易于设计修改，既保留继电器控制系统结构简单、易于掌握、价格便宜的优点，又结合吸收计算机的功能丰富、灵活通用、可靠性高的优点，并且一定要适合在工业环境下运行。美国数字设备公司(DEC)1969年中标，研制出符合要求的控制器，即世界上第一台可编程控制器，在通用汽车公司的汽车装配线上首次应用即获成功。很快，对这项新技术的研究应用从美、日、欧遍及到全世界。可编程序控制器得到不断地改进和发展，迅速成为现代工业控制的主导产品。最初的可编程控制器主要用于顺序控制，虽然采用了计算机的设计思想，但实际只能进行逻辑运算，故称作可编程逻辑控制器(ProgrammableLogicController)，简称PLC。70年代后期，随着计算机技术的发展及微处理器的应用，可编程控制器的功能不断扩展和完善，早已远远超出逻辑控制、顺序控制的范围，具备了模拟量控制、过程控制以及远程通信等强大功能。经过调查，美国电气制造商协会(NEMA)将其正式命名为可编程控制器(ProgrammableController)，简称PC。但为了与个人计算机(PersonalComputer)的专称PC相区别，常常把可编程控制器简称为PLC。对于立体仓库控制系统，采用PLC控制，将传统的继电器控制逻辑变为PLC的程序控制逻辑。PLC的内部继电器可代替所有用于逻辑控制的中间继电器，使噪音下降，使用设备寿命延长，体积减小。PLC的最大特点之一，就是采用易懂易学的梯形图语言，就是采用易学易懂的梯形图语言，它是以计算机软件技术构成人们惯用的继电器模型,形成一套独具风格得以继电器梯形图为基础的形象编程语言。梯形图控制符号和定义与常规继电器展开图完全一致,电气操作人员使用起来得心应手，不存在计算机技术和传统电气控制技术之间的专业“鸿沟”。在了解PLC简要工作原理和它的编程技术之后，就可结合实际需要进行应用设计，进而将PLC用于实际控制系统中。可编程序控制器的优点与这个“可”字有关，从软件来讲，它的程序可编、也不难编，从硬件上讲，它的配置可变、也易变。其主要特点为：(1)PLC的软件简单易学，不存在计算机技术和传统电器控制技术之间的“鸿沟”。(2)使用和维护方便，硬件配置方便，安装方便，使用方便，维护也方便。(3)运行稳定可靠，在设计过程中采取了多层次抗干扰和精选元件措施，可在恶劣的工业环境下与强电设备一起工作，运行的稳定性可靠性较高，内部处理不依赖于接点，元件的寿命几乎不用考虑。(4)设计施工周期短，在系统设计完成以后，现场施工和PLC程序设计可以同时进行，周期短，而且程序的调试和维修都很方便。我国在研制、生产自己PLC产品的同时，也引进国外的PLC，不少公司、或替国外的公司推销质量与档次较高的PLC产品，并负责售后服务；或与国外合资，生产各种档次的PLC产品，并远销海外，也向国内销售。可以预见，PLC的应用将会越来越广泛，我国的工业自动化程度必将提高到一个新水平。近年来，国外发展的一个明显的特征是产品的集成度越来越高，工作速度越来越快，功能越来越强，使用越来越方便，工作越来越可靠。PLC可进行模拟量控制，位置控制。特别是远程通信功能的实现，易于实现柔性加工和制造系统（FMS）,使得PLC如虎添翼。PLC现己广泛用于冶金、矿业、机械、轻工等领域，为工业自动化提供了有力的工具，加速了机电一体化的进程。现在，仅以立体仓库控制系统为例，介绍PLC的控制系统设计。三、立体仓库硬件设计(一)立体仓库主体结构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、直流电机作为拖动元件。电气控制是由松下电工生产的FP0型可编程序控制器(PLC)、步进电机驱动电源模块、开关电源、位置传感器等器件组成。控制面板上的开关及按钮功能及仓位号（见图一、二）图一控制面板上的开关及按钮功能图二控制面板上的仓位号表一、控制面板上的按钮功能表按键号功能选择定义l自动选择1号仓位手动机构水平向左移动2自动选择2号仓位手动机构垂直向下移动3自动选择3号仓位手动机构水平向右移动4自动选择4号仓位手动机构水平向后移动5自动选择5号仓位手动机构垂直向上移动6自动选择6号仓位手动机构水平向前移动7自动选择7号仓位手动无意义8自动选择8号仓位手动无意义9自动选择9号仓位手动无意义10自动选择10号仓位手动无意义11自动选择11号仓位手动无意义12自动选择12号仓位手动无意义(二)可编程序控制器的原理与选择1.PLC的一般结构PLC采用了典型的计算机结构，主要是由CPU、RAM、ROM和专门设计的输入输出接口电路等组成,PLC结构示意图如图三所示，PLC逻辑结构示意图如图四所示图三PLC结构示意图图四PLC逻辑结构示意图(1).中央处理机中央处理机是PLC的大脑，它是由中央处理器和存储器组成。①.中央处理机(CPU)一般由控制电路、运算器和寄存器组成,这些电路一般都集成在一块芯片上.CPU通过地址总线、数据总线和控制总线与存储单元、输入输出(I/O)接口电路相连接.不同型号的PLC可能使用不同的CPU部件，制造厂家使用CPU部件的指令系统编写系统程序，并固化到只读存储器ROM中。CPU按系统程序赋予的功能，接收编程器键入的用户程序和数据，存入随机存储器RAM中，CPU按扫描方式工作，从0000首址存放的第一条用户程序开始，到用户程序的最后一个地址，不停地周期性扫描，每扫描一次，用户程序就执行一次。CPU的主要功能：a.从存储器中读取指令b.执行指令c.准备取下一条指令d.处理中断②.存储器存储器是具有记忆功能的半导体电路，用来存储系统程序、用户程序、逻辑变量和其它一些信息。在PLC中使用两种类型存储器为RAM和ROM。a.只读存储器ROM，ROM中的内容是由PLC的制造厂家写入的系统程序，并且永远驻留（PLC去电后再加电,ROM内容不变）。系统程序一般包括检查程序、翻译程序和监控程序。b.随机存储器RAM，RAM是可读可写存储器，读出时，RAM中的内容不被破坏；刚写入的信息就会消除原来的信息。RAM中一般存放用户程序、逻辑变量和供内部程序使用的工作单元。(2).电源部件电源部件将交流电源转换成供给PLC的中央处理器、存储器等电子电路工作所需要的直流电源，使PLC能正常工作，PLC内部电路使用的电源是整体的能源供给中心，它的好坏直接影响PLC的功能和可靠性，因此目前大部分PLC采用开关式稳压电源供电。(3).输入、输出部分这是PLC与被控设备相连接的接口电路。用户设备需输入PLC的各种控制信号，如限位开关、操作按钮