基于S7－200PLC的堆垛机定位自动控制系统设计

论文编号:ZD790    论文字数:25707,页数:54

前   言
 堆垛机定位自动控制系统是近年来国内外发展迅速并得到越来越广泛使用的一种新型仓储方式。堆垛机定位自动控制系统是自动化生产的重要组成部分，用于存储配件、半成品、产品、工具、夹具和模具等。堆垛机定位自动控制系统是现代物流与仓储系统的重要组成部分。堆垛机定位自动控制系统集机械﹑电子﹑控制﹑计算机﹑通信网络、传感器和自动控制等多种技术技术于一体，具有科技含量高，货物存取效率高和自动化程度高等优点。堆垛机是自动化立体仓库中的主要设备，堆垛机控制系统的工作效率、可靠性及稳定性等的优劣在自动化立体仓库系统中起着至关重要的作用。而可编程控制器PLC对巷道堆垛机实施自动控制，来完成货物的自动入库、出库、盘库等作业。因此堆垛机PLC控制程序的优劣直接影响着整个自动化程序及各项质量性能指标，如系统工作效率、系统可靠性、系统可操作性等。而PLC功能强大，可靠性高，抗干扰能力强，维修方便，易于实现机电一体化。完全满足堆垛机定位自动控制系统工作环境和控制系统的要求。
 毕业设计是我在校期间的最后一次综合理论和实践进行设计，是对专业课程各方面的知识一次运用实践。在这次设计中通过老师的指导和查阅相关资料结合自己本身所学的知识来进行实际操作，也是对我所掌握的知识的一次考验。通过本次设计，培养自己对PLC的灵活运用和独立分析解决实际问题的能力。
 智能化测控制设备和产品广泛应用到各个领域，PLC技术产品和设备促进了生产技术水平的提高。企业迫切需要大量熟练掌握PLC技术，并能开发、应用和维护管理这些智能化产品的高级工程技术人才。
 企业现代化生产规模的不断扩大和深化，使得堆垛机成为生产物流系统中的一个重要且不可缺少的环节。为满足现代化生产与流通的需要，就必须采用以计算机控制技术为主要手段组成的自动化立体仓库。自动化立体仓库为现代物流系统的主要设备，是一种多层存放货物的高层仓库系统，它需要通过堆垛机定位自动控制系统来完成。随着PLC应用技术的迅速发展，S7-200系列PLC可以满足多种多样的自动化控制的需要。由于它具有紧凑的设计、良好的扩展性、低廉的价格、丰富的功能模块以及强大的指令系统，使得可以近乎完美地满足小规模的控制要求。本章以一个堆垛机定位自动控制系统的设计为例，介绍基于S7- 200PLC堆垛机定位自动控制系统的设计方法。

内容摘要
 本次设计主要是利用PLC实现对堆垛机货物定位与存取的工艺流程的自动控制。实现设备和设备间的联锁，并实现工艺规定的机械作业流程。本设计主要涉及PLC的定位控制系统的控制方案、控制设备选型及软件设计。
 堆垛机定位控制系统的工艺流程分为4部分，分别为：小车前进的过程，抬升货物的过程，存取货物的过程以及返回的过程。根据工艺流程及定位控制系统的设备情况，确定控制方案为PLC控制系统。PLC控制系统可靠性高、抗干扰能力强；应用灵活、编程方便、功能强、扩展能力强、安装调试方便，易于维护。
 本次设计首先根据堆垛机定位自动控制系统的工艺要求，根据系统工艺要求进行PLC控制系统的设计。该系统占用45个点数字量I/O，它最大具有256点的I/O处理能力，综合多个方面的考虑，选择了西门子S7-200系列的CPU224，该设备通讯能力强大，能够较好的与上位机进行联网。软件设计采用模块化选择控制方法编程，该程序能够很好的实现控制系统的各项要求，程序结构清晰，简单，易于现场操作人员学习、使用、及维护。

 关键词：PLC可编程控制器；定位控制系统； 堆垛机；

ABSTRACT
 This design is main in use PLC to achieve the system’process automation which name is the process conditions of intelligence stocks fix a position choose take or get goods. this design is to bring out interlock from equipage to equipage and bring out the whole system of the work of mechanism in the system’demand. the design is relate to control-program of  fix  a position control system in PLC. choose tape of equipment of PLC and software design of the system.
 There are 4 part in the flow path of the whole system which name is the process of  machine go forward, the process of machine to lift , the process of machine retreat，the process of machine go back. on the basis of the conditions flow path and condition of fix  a position control system of the equipage, PLC control -program is the main control programme in the system. PLC control-program’s advantage is it which in good dependable and in good resistance，it can apply flexibleiy. PLC control-program is easy to make program and in good function.its expandance is very good.it is easy to install and text.it can keep in good repair.so it is a good control-program.
 The first step of the whole design system is to know the system’ demand of grain allocate and transport, on the basis of system’demand it is time to draw the port of detection and start to design the PLC control-program system.the second step is to choose the right CPU.because the system has 45 I/O port .in the part, I thought of every thing about the grain allocate and transport system, so I choose CPU224 of siemens s7-200 .it possess 256 I/O port.CPU224 has good capactity of communication and it can keep in good touch with up-bit machine on net .software design is use the way of the form of models in section, it is bring out the system’demand very well. it can make the program clearly. it is easy to make people  study and keep in good repair.
  
 
 
 KEY WORDS：plc, position control system, intelligence stocks

目    录
前言  i
内容摘要  ii
Abstract  iii
第一章  绪论  1
 1.1  智能立体仓库发展现状  1
 1.1.1  立体仓库历史的发展  1
 1.1.2  立体仓库在我国的发展  1
 1.1.3  立体仓库未来的发展趋势  1
 1.2  课题背景  2
 1.3  课题意义  3
 1.4  本课题主要研究内容  4
第二章  系统总体设计  5
 2.1  系统工作过程  5
 2.2  系统硬件功能  5
 2.3  系统软件的功能  6
第三章  硬件设计   7
 3.1  用PLC实现对立体仓库机械手部分的控制  7
 3.1.1  四自由度机械手的结构及运动  7
 3.1.1  机械手的工作原理  7
  3.2  堆垛机工作环境   9
  3.3  系统管理模式  10
  3.4  堆垛机的控制方式  10
  3.5  速度控制  12
  3.6  位置定位  13
  3.7  变频调速系统控制  14
 3.8  货叉伸缩控制  14
 3.9  硬件设计控制原理分析  15
 3.10 硬件设计PLC选型及其资源配置  16
 3.10.1  PLC选型  17
 3.10.2  PLC的I/O资源配置  18
 3.10.3  其他资源配置  19
第四章  软件设计  20
 4.1  控制系统PLC程序流程图  20
 4.2  键盘输入和显示功能块  20
 4.3  故障检测与处理功能块  22
 4.4  故障检测与处理功能块  22
 4.5  通信功能块  22
 4.6  控制系统软件设计及其程序说明  23
第五章  软件调试  36
 5.1  系统功能概述  36
 5.2  S7-200 CPU和扩展模块  36
 5.3  S7-200仿真软件简介   39
  5.4  程序调试   39
第六章  总结   41
致谢   43
参考文献   48

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