-PAGEIVV摘要【摘要】立體倉庫控制系統主要按照十二個倉庫分別進行存貨和取貨的工藝設計需求，對系統進行每個倉庫的存貨與取貨設計，通過調試和仿真達到設計工藝的要求，滿足設計的需求。系統主要通過可編程控制器+觸摸屏控制方式進行設計，在分析該系統的工藝要求基礎上，提出詳盡的控制策略和總體設計思路。系統主要由西門子S7-200SMART可編程控制器、限位開關檢測單元、步進電動機執行機構等組成，系統分為總體設計、硬件圖紙設計、軟件流程及程序設計以及觸摸屏仿真設計等。在總體設計中對系統工藝進行詳細分析，并提出總體設計的思路；在硬件設計中重點對PLC及其他接線進行詳細設計和分析；在軟件設計中，重點對程序流程進行分析，并完成軟件程序以及觸摸屏組態設計。系統設計通過仿真設計和調試，達到了設計的基本控制要求，該立體倉庫控制系統控制邏輯清晰，功能設計滿足了工藝的需求.【關鍵詞】立體倉庫；步進控制；可編程控制器；觸摸屏

Abstract【ABSTRACT】Thethree-dimensionalwarehousecontrolsystemmainlydesignstheinventoryandpick-upofeachwarehouseaccordingtotheprocessdesignrequirementsoftenwarehouses.Throughdebuggingandsimulation,thesystemmeetstherequirementsofdesignprocessandmeetsthedesignrequirements.ThesystemismainlydesignedbyPLC+touchscreencontrolmode.Basedontheanalysisoftheprocessrequirementsofthesystem,detailedcontrolstrategyandoveralldesignideasareproposed.ThesystemismainlycomposedofSiemensS7-200smartPLC,limitswitchdetectionunit,steppingmotoractuator,etc.thesystemisdividedintogeneraldesign,hardwaredrawingdesign,softwareflowandprogramdesign,touchscreensimulationdesign,etc.Intheoveralldesign,thesystemprocessisanalyzedindetail,andtheoveralldesignideaisproposed;inthehardwaredesign,thePLCandotherwiringaremainlydesignedandanalyzedindetail;inthesoftwaredesign,theprogramflowismainlyanalyzed,andthesoftwareprogramandtouchscreenconfigurationdesignarecompleted.Throughsimulationdesignanddebugging,thesystemdesignhasachievedthebasiccontrolrequirementsofthedesign,thecontrollogicisclear,andthefunctionrealizationmeetstheprocessrequirements.【KEYWORDS】stereoscopicwarehouse;stepcontrol;programmablecontroller;touchscreen

目錄TOC\o"1-2"\h\z\t"標題3,3,樣式3,3,畢業論文標題2,2,畢業論文標題3,3"170671緒論 1228711.1課題研究的目的及意義 1204561.2國內外研究現狀 2253131.3課題研究的思路 247732立體倉庫系統的總體設計 490232.1系統的工藝要求 4173892.2系統的控制方案 550883立體倉庫控制的硬件設計 7209283.1可編程控制器的選型 79983.2步進電機及驅動器的選型 828973.3光電開關的選型 9143143.4I/O分配設計 9215663.5系統的圖紙設計 1063574立體倉庫控制的軟件設計 12160094.1系統的流程設計 12292974.2脈沖功能組態的設計 13105884.3程序的設計 1419594.3.1系統復位程序 14130154.3.2手動禁止輸出程序 15126734.3.3回位程序 15321314.3.4矩陣編碼程序 17100914.3.5存貨控制程序 1936114.3.6取貨控制程序 19169654.3.7取存取貨完畢控制程序 20278425立體倉庫控制的組態設計 22228575.1組態設計的工藝分析 22196925.2組態設計的過程 2237895.3系統的組態調試 27229086總結與展望 2821609參考文獻 2928391致謝 30-PAGE1-1緒論1.1課題研究的目的及意義立體倉庫在生活中應用很普遍，特別是物流行業和工廠成品倉庫，立體倉庫的主要特點是節省占用空間，能夠存儲更多物品，倉庫貨架可以按照倉庫的空間進行自行設計。立體倉庫在以往的控制，主要通過人工管理，人為控制碼垛機進行貨物的存取操作，往往容易出錯，工作效率不高，人工成本較大。本設計主要針對某立體倉庫進行自動化控制系統設計，實現自動存取貨物功能，并且對每個倉庫進行有無貨物顯示，便于管理和統計貨物。對于立體倉庫控制系統設計，該系統設計需要進行工藝設計分析、總體控制思路設計。并且進行硬件、軟件以及觸摸屏調試設計。進入新時代后，人多地少的格局對中國和全世界都是一個巨大的挑戰，而發展建設立體倉庫，就能實現對土地資源的縱向利用，從而緩解土地橫向使用造成的浪費。在相同面積的土地上，立體倉庫與傳統倉庫相比，不論是效率還是容量等都有巨大的提升，可以最大化的達到節約用地，提升效率的目的[1]。立體倉庫的研究與推廣可以在一定程度上解決人與土地日益突出的矛盾，緩解當前的用地不足情況，尤其是對國土面積和可利用面積相對較少的國家而言，立體倉庫的建設更是上升到國家層面，同時關乎這個國家的可持續發展。通過立體倉庫的普及完善來更好的服務人類社會發展。在現代化社會發展的進程中，往往需要將某些控制對象或管理對象采用電氣自動化控制，用以提高控制精度和工作效率，實現自動化控制的目的。對于控制系統來說，主要通過控制單元實現自動化控制，市場上常用的控制單元包含可編程控制器和單片機。單片機功能很強大，能夠對應用的控制系統實現各種功能，完成指定的工藝要求[2]。但可編程控制器是為工業現場專門生產的控制單元，具有很強的抗干擾性能和穩定性能，可編程控制器可以按照現場的要求，通過各種擴展模塊的添加實現現場的模擬量控制、通訊、高速計數等功能。本設計主要對立體倉庫控制系統進行研究，通過該設計的學習，對以往學習過的課程進行全面的復習和深入了解。特別是電氣控制的理論知識和可編程控制器的應用知識進行詳細的學習。對市場的應用產品和控制單元，以及各種控制樣例進行掌握，有利于以后的社會實踐，提升自己的工作能力。1.2國內外研究現狀隨著社會的快速發展，物流行業也迅速發展起來，特別在碼頭，倉庫存儲成為研究的重要課題，隨著物流行業的發展，開始研究立體倉庫，并且隨著立體倉庫的應用，碼垛機的使用也越來越廣泛。在上世紀八十年代，通過司機操作巷道式的碼垛機開始出現在立體倉庫的應用中，使立體倉庫的應用效率和管理得到了提升，所以人們開始進行基于碼垛機使用的立體倉庫研究，隨著計算機的發展，立體倉庫開始向智能化、自動化方向開始發展。從此以后，碼垛機成為立體倉庫中必不可少的重要設備[3]。立體倉庫發展至今已經經歷了五代：第一代是操作人員通過電器開關按鈕控制的機械式立體倉庫系統。第二代是實現了控制自動化的立體倉庫。第三代是計算機技術作用下的集成化立體倉庫系統。第四代是實現對出入庫任務和倉庫信息的全自動處理的智能立體倉庫。而目前立體倉庫的發展正處在對3I（intelligent，integrated，information）系統的過度階段。在國外，開始研究立體倉庫的國家為美國，上世紀六十年代，美國開始首次將計算機控制應用在立體倉庫中，并快速發展。但是發展至今，世界上立體倉庫數量最多研究水平最高的是日本。這是因為日本擁有一億多人口，可是土地面積卻十分狹小[4]。所以為了提升對土地資源的利用效率，舉國之力發展建設立體倉庫，并一躍成為當今世界立體倉庫行業的龍頭。也開始研究立體倉庫，并成為世界立體倉庫領域最先進的國家。我國自上世紀八十年代開始，進行立體倉庫的建設，在九十年代，我國的立體倉庫達到長足的發展，特別是將微機使用在立體倉庫，提升了立體倉庫的效率，并有利于現代化的管理，目前隨著物聯網的興起，立體倉庫的研究開始進入新的階段，將碼頭集裝箱的各個信息通過物聯網和立體倉庫連接起來，實現了信息共享、智能化的現代化立體倉庫。1.3課題研究的思路按照立體倉庫的控制設計內容，對立體倉庫進行系統的設計，系統設計主要包含總體工藝分析設計，系統的硬件圖紙設計以及軟件設計，系統的調試設計等。（1）在總體設計工藝分析中，對立體倉庫的控制工藝進行詳細的分析，明確系統的控制對象，對系統的總體設計策略和方案進行設計，明確輸入動作和輸出動作，以及相關的控制要求。確定系統的設計方案，對系統采用的控制單元、檢測部分和執行部分進行選型設計。（2）在系統的硬件設計中，明確硬件設計的要求，對系統的電路進行分部設計，詳細設計每個電路圖，對線路部分的接線要求和原理進行明確分析。（3）在系統的軟件設計中，對系統的I/O分配進行詳細設計，I/O分配的設計關系到系統設計的準確性和后期的調試使用。對系統的流程圖進行分析，明確各種動作要求和動作規范性，對程序進行分部設計，完成程序的各種功能實現，分析程序的設計思路和注釋。（4）對系統的觸摸屏進行設計，觸摸屏設計作為系統開發設計必不可少的環節，主要對系統當前的工作狀態進行顯示，并且能夠通過立體倉庫的可視化管理，達到自動管理倉庫的要求。（5）完成系統設計的總結，對本系統設計的優缺點進行分析，為后期的升級改造留有空間，并且進行設計的總結分析。2立體倉庫系統的總體設計2.1系統的工藝要求按照立體倉庫模型，主要存放成品產品，將成品打包為箱體，通過碼垛機存放在立體倉庫的具體區域。系統主要由存取按鈕、倉位選擇按鈕、上升下降步進電動機、前進后退步進電動機以及送貨臺等組成。碼垛機主要通過滾珠絲杠進行傳動，在前進后退中，當步進電動機正轉時，絲杠正向旋轉，此時將碼垛機進行前進動作，如果步進電動機反轉，絲杠反向旋轉，此時將碼垛機進行后退動作。對于上升和下降，采用相同的動作原理，進行滾珠絲杠的旋轉控制。對于送貨臺運動，通過直流電機進行控制，實現物料的送貨，將貨物送到指定的位置。立體倉庫的示意圖如下圖所示。圖2-1立體倉庫模型示意圖按照上圖可知，立體倉庫為行列式排列，一共四層，每層三列，一共十二個倉庫。系統設計立體倉庫主要工藝如下：（1）按下系統啟動，首先碼垛機進行回原點，當碼垛機的原點開關動作，將停止，進入工作就緒狀態；（2）系統分為存貨和取貨兩種方式，每個倉庫都有存貨按鈕、取貨按鈕。當某一倉庫有貨時，可以進行取貨，但不能進行存貨動作；當某一倉庫無貨時，可以進行存貨，但不能進行取貨動作。當碼垛機在執行某一任務時，按下其他的存貨按鈕或取貨按鈕，將不起作用。（3）在工作就緒狀態下，按下某個倉庫的存貨按鈕，碼垛機進行前進工作，當前進到該倉庫的正下方，該倉庫正下方時，碼垛機停止前進，開始上升，當上升到該倉庫樓層時，碼垛機停止上升，將貨物存放在指定倉庫，，碼垛機開始下降，當下降到一樓處，開始返回原點，當返回到原點后，碼垛機停止，進入工作就緒狀態。（4）在工作就緒狀態下，按下某個倉庫的取貨按鈕，碼垛機進行前進工作，當前進到該倉庫的正下方，該倉庫正下方時，碼垛機停止前進，開始上升，當上升到該倉庫樓層時，碼垛機停止上升，將貨物存指定倉庫取下后，碼垛機開始下降，當下降到一樓處，開始返回原點，當返回到原點后，碼垛機停止，進入工作就緒狀態。（5）系統的限位開關主要對步進電動機進行限位保護，當步進電動機動作到位后，通過限位保護，將步進電動機立即停止動作。（6）系統設計對前進和后退動作采用步進電動機進行驅動，對上升和下降動作采用步進電動機進行驅動。按照以上的碼垛機控制工藝，進行系統的控制策略研究和控制方案確定，并且進行硬件設計和選型，對軟件程序進行設計，并對功能流程進行設計，在觸摸屏設計中，要對系統進行可視化設計，實現動畫管理[5]。2.2系統的控制方案對于立體倉庫控制設計，按照工藝的設計要求，進行控制設計，采用可編程控制器作為本設計的控制單元，可編程控制器的開發設計本身是針對工業控制環境的特定要求而研制，可編程控制器結合當前研究最新成果，特別是計算機的技術發展、通信技術發展、傳感器應用發展等領域的研究，都可以通過可編程控制器的特定功能模塊得以實現[6]。所以可編程控制器的應用比較廣泛。通過統計外部的I/O分配點進行可編程控制器選型。對于前進和后退電動機，以及上升和下降電動機，采用步進電動機作為驅動單元進行設計，步進電動機屬于脈沖控制輸出的位移電動機，通過驅動器控制，輸出脈沖信號對步進電動機進行旋轉，脈沖信號的數量決定步進電動機的旋轉角度，脈沖的頻率決定步進電動機的旋轉速度。系統的具體策略如下：（1）采用可編程控制器作為本設計的控制單元，通過可編程控制器的硬件設計和軟件編程，來實現立體倉庫的控制設計，通過步進電動機進行前后移動以及上升下降的電機驅動，通過設計電動機硬件圖紙，達到控制設計要求。（2）系統設計分為存貨和取貨兩種工作方式，每個工作方式都有不同的工藝要求和順序控制要求。當存貨時，取貨動作不能執行，當取貨時，存貨動作不能執行。（3）系統的輸入部分主要包括外部系統啟停按鈕、1-12號的倉庫選擇按鈕、以及存貨、取貨按鈕、步進電機的限位傳感器等。（4）系統的輸出部分主要包括前后移動步進電機的脈沖信號和反轉信號、上升下降移動步進電機的脈沖信號和反轉信號、送貨臺電機驅動輸出等。（5）對于送貨臺的控制，按照啟動運行后，將貨物進行輸送，輸送到指定位置。（5）在設計中，主要對存貨邏輯狀態和取貨邏輯狀態和控制進行分別設計，特別對工作流程功能圖進行設計，詳細分析設計的基本原理[7]。3立體倉庫控制的硬件設計3.1可編程控制器的選型在西門子公司生產的小型PLC中，常用的有S7-200以及S7-200SMATRT產品，S7-200SMART系列PLC的應用場合較多，該可編程控制器使用的功能強大，能夠實現較為復雜的控制功能，編程的指令比較豐富，能夠實現PID控制功能和PTO脈沖輸出功能以及高速計數器功能等。通訊方式比較多，通過PPI通訊方式可以使用編程電纜進行程序的下載和上傳。通過程序編譯組態，可以實現設備與設備之間的MODBUS通訊和以太網通訊，通過通信端口進行硬件連接。S7-200SMART可編程控制器的功能模塊比較豐富，有常用的DI/DO模塊，AI/AO模塊，通信模塊，高速計數模塊等。CPU的類型也比較多，包含ST20-ST40，每個CPU型號的程序處理能力各不相同，等級越高，處理的能力越強。按照系統的設計要求，采用西門子S7-200SMARTST40可編程控制器作為系統的控制單元，完成系統的設計。該型號的可編程控制器可以實現本系統涉及的基本邏輯控制，能夠對外部輸入信號進行數據邏輯計算、特殊功能的使用，通過外部輸出將連接外部的執行單元[8]。通過端子計算和存儲容量計算，采用的工作電源為AC220V，采用的編程軟件為Step7-Micro/winSMART。產品如下所示。圖3-1S7-200SMART可編程控制器3.2步進電機及驅動器的選型步進電動機屬于脈沖控制輸出的位移電動機，通過驅動器控制，輸出脈沖信號對步進電動機進行旋轉，脈沖信號的數量決定步進電動機的旋轉角度，脈沖的頻率決定步進電動機的旋轉速度。步進電動機的旋轉角度和旋轉速度與脈沖的個數和脈沖的頻率有關，而且成正比例輸出的關系。步進電動機的旋轉方向和該電機內部的繞組相序有關，在具體應用時，通過步進驅動器發送脈沖單元，來控制步進電動機的速度頻率和具體的位移和方向。工業生產中，步進電動機的使用非常廣泛，特別是需要高精度加工行業，比如機床行業、伺服機械手行業、機器人行業等，都要用到步進電動機進行執行單元的驅動控制。按照立體倉庫的設計要求，對機械的控制精度和保持轉矩，欲選用2相混合式步進電動機。通過查詢資料和手冊，本系統設計選用的步進電動機制造廠家為普菲德公司生產的步進電動機。具體型號為HB202M，該型號步進電動機為兩相混合式步進電動機。按照該步進電動機的銘牌標識，固定步距角為1.8°，也就是說，每一個脈沖輸出，電動機旋轉的角度為1.8°。相電流為1.2A，電阻阻值為30Ω。該步進電動機的相電感37mH，保持轉矩2.8kg·cm，轉動慣量36g·cm2，軸徑5mm，機身長56mm[9]。該步進電動機的安裝體積較小，輸出轉矩滿足了本系統選擇的要求，控制精度也達到了位移控制的工藝要求。本系統按照控制策略，選用步進驅動器，該驅動器的輸入電源電壓為DC24V，脈沖輸入來自可編程控制器的脈沖信號，方向為可編程控制器的方向信號。步進驅動器可以通過撥碼開關進行步進電機最小步距角的選擇。按照系統的控制要求，撥碼開關選擇為步距角1.5度。在參數設定中，對步進電機的參數設置為兩相混合式，細分數要求為兩相八拍，最大的設定電流為3.0A。該步進驅動器自帶散熱風機，可以通過散熱風機為步進驅動器進行降溫。圖3-2HB202M硬件接線圖3.3光電開關的選型在工廠或生活的應用中，光電傳感器使用比較普遍，光電傳感器主要作用通過發射的光信號，檢測該范圍內的機械結構或物品等是否擋住該光信號，如果擋住將通過接收器收到信號，將該信號傳輸到控制單元。光電傳感器在使用過程中性能穩定，檢測的準確率比較高，反應靈敏，不與物體或機械之間發生接觸。采用非接觸的方式對物體進行位置檢測，達到控制的工藝目的。光電傳感器主要的組成部分為光束發射電路、光束接收電路、信號放大電路。光束發射電路主要發射光束，光束接收電路主要接收光束。當該范圍內的物體遮擋光束，將吸收光束的一部分能量，從而接收電路能感應到當前范圍內有物體存在，信號放大電路將該信號進行整定放大后，進行輸出。對于光電傳感器的電路原理圖如下圖所示。圖3-3光電傳感器的時序圖及電路圖按照本系統的設計要求，選用四線制的光電開關，將信號傳輸到可編程控制器。歐姆龍自動化公司生產的光電傳感器質量好、運行穩定、性價比高。擬選擇歐姆龍公司的產品，具體型號為EE-SPY402。3.4I/O分配設計對于立體倉庫控制系統的I/O分配設計，主要的作用是進行系統的外部輸入信號和輸出信號之間的地址分配，通過該地址分配設計，方便系統的硬件以及軟件的設計。特別在軟件設計中，需要在程序內部進行地址的分配，方便程序的設計和編譯，特別是后期的調試中，如果出現調試的問題，將通過查詢I/O分配地址表，得到相應的故障問題信息，進行問題判斷，大大方便了后期的系統調試。按照本設計的要求，通過工藝的分析確定了輸入功能和輸出功能，對這些輸入和輸出的功能進行具體的I/O分配設計，具體的分配設計如下表所示。表3-1I/O分配表輸入功能輸入地址輸出功能輸出地址微動開關I0.0X軸步進驅動器脈沖Q0.0組合按鈕1I0.1Y軸步進驅動器脈沖Q0.1組合按鈕2I0.2X軸方向輸出Q0.2組合按鈕3I0.3Y軸方向輸出Q1.0組合按鈕4I0.4送貨臺電機使能Q1.1組合按鈕5I0.5送貨臺電機方向Q1.2組合按鈕6I0.6七段數碼管Q1.4-Q1.5組合按鈕7I0.7按鍵指示輸出1Q0.4手自動開關I1.3按鍵指示輸出2Q0.5X軸限位I1.4按鍵指示輸出3Q0.6X軸原點I1.5按鍵指示輸出4Q0.7Y軸限位I1.6Z軸限位I1.0Y軸原點I1.7Z軸原點I1.1有料傳感器I1.2七段數碼管Q1.6-Q1.73.5系統的圖紙設計本系統的主電路設計為兩個步進電動機的電路設計，分別為前后移動步進電動機和上下移動步進電動機。步進驅動器接線主要分為三部分，電源輸入部分為DC24V，接入端子為DC+和DC-，可編程控制器輸出的端子接入步進驅動器，將脈沖輸出信號接入驅動器的CP端子，將方向輸出信號接入驅動器的DIR端子，步進電動機分別節驅動器的A+、A-、B+、B-.按照步進電動機的步距角進行撥碼開關設置，設置為1001000001。對于步進電動機，通過四個電機線，可以實現步進電動機的正轉和反轉控制。對于PLC來說需要提供DC24V的電源，DC24V電源應用于各種傳感器器、PLC以及各種儀表的場合，電源穩定安全，可以防止外界的干擾而引起信號不穩定的因素。開關電源輸入部分為常用的交流電AC220V，輸出部分有DC24V，按照系統對直流電源電壓等級的需求進行選擇。開關電源的的工作效率比較高，安裝方便，體積小巧，可以輸出比較穩定的直流電源，能夠很好的保護儀表及PLC。開關電源安裝方便，可以和可編程控制器一起安裝在DIN導軌上，開關電源輸入的電壓為AC220V，輸出電壓為DC24V，滿足系統硬件設計使用的要求。圖紙如下所示。圖3-4系統設計硬件接線圖4立體倉庫控制的軟件設計4.1系統的流程設計對于系統流程設計主要按照取貨和存貨兩種方式進行設計。系統在機構設計上采用滾珠絲杠、滑杠和普通絲杠作為主要傳動機構。當碼垛機平臺移動到貨架的指定位置時，送貨臺向前伸出可將貨物取出或送入，當取到貨物或貨已送入，則鏟叉向后縮回。整個系統需要三維的位置控制。在立體倉庫控制中，1-12號倉庫的存貨流程基本相同，不同的是步進電機的給定脈沖數量的位置；對于1-12號倉庫的取貨流程也基本相同，不同的也是步進電機的給定脈沖數量的位置。通過限位開關進行電動機的保護[10]。對于本設計來說，需要建立程序，分別為主程序、回原點子程序、存貨子程序和取貨子程序以及脈沖功能組態程序等?；卦c程序流程設計如下：圖4-1回原點程序功能圖當系統運行之初，調用回原點子程序，前后移步進電機開始工作后移，當碰觸到原點限位開關后，將立即停止，此時回原點子程序執行完成，系統進入運行就緒狀態。對于存取貨程序，當按下啟動按鈕后，允許進行立體倉庫運行的控制。在正常的情況下，按下某一倉位的按鈕和“取”或“送”按鈕，系統將進行相應的動作，此時控制面板上的數碼管顯示相應的倉位號。當出現故障時，電機停止運行。在緊急情況下，按下緊急按鈕，送貨物送回原來的位置，只有當故障排除后，才能重新運行。在執行該程序之前，首先進行判斷，判斷當前送貨臺是否有貨，通過監測開關監測。判斷存貨的制定倉庫是否有貨，如果沒有貨，才可以進行存貨。按下制定倉庫存貨按鈕，可以根據流程的設計進行動作。存取貨程序流程設計如下：圖4-2存取貨程序功能圖4.2脈沖功能組態的設計可編程控制器具有脈沖輸出功能，主要用于對需要脈沖控制的執行單元進行控制，比如PLC輸出脈沖控制固態繼電器，進行執行單元的電壓調節輸出，在伺服驅動器和步進驅動器的應用中，需要PLC進行脈沖輸出，達到速度控制和位移控制的目的。所以脈沖輸出功能的應用比較重要。對于本系統選擇的可編程控制器，擬采用Q0.0輸出端子作為脈沖輸出的端子。所以本節對Q0.0的輸出進行PTO/PWM的功能建立。打開編程軟件的PTO/PWM的脈沖輸出導向對話框，進行Q0.0和Q0.1的PTO/PWM功能選擇。需要進行制定一個脈沖發生器的輸出端口，按照本硬件設計，選擇Q0.0和Q0.1作為脈沖發生器的輸出端口。圖4-3脈沖組態調制導向圖該對話框需要對脈沖輸出的類型進行選擇，一般分為線性脈沖串輸出以及脈寬調節輸出。對于本設計來說，需要進行選擇線性脈沖串來進行脈沖的輸出，選擇PWM。也就是說脈沖串的占空比都相同，通過脈沖串的輸出頻率和個數進行驅動器的控制。電機速度和啟停速度的設置，該對話框建立了脈沖輸出的斜坡比率和最高脈沖頻率。本設計按照默認的選擇即可。4.3程序的設計4.3.1系統復位程序當系統上電后，SM0.1接通一次，將執行回復位程序，將所有的電動機進行靜止輸出，對系統的其他命令進行復位。stop程序是將脈沖輸出頻率、脈沖輸出控制、帶寬調頻等參數復位，并且將方向也復位。Stop-ch0是對x軸，Stop-ch1是對Y軸圖4-4系統復位程序4.3.2手動禁止輸出程序當外部按鈕為手動時，將所有的動作靜止輸出，包括QW0，將VW238復零，并調用CH0和CH1的停止子程序。并且返回。自動手動是取反的一種操作，一個位開和閉代表兩種狀態。圖4-5手動禁止輸出程序4.3.3回位程序當系統初始化或者執行貨物存取完畢，需要進行回原點控制。將出庫和入庫動作復位后，進行步進電機后移和下移操作。當后移和下移到位后，停止操作。在操作過程中對脈沖功能進行調用，設置好低速和高速，通過脈沖位置設定，進行復位操作。將X軸參數起始速度速度500，運行速度2000，位置值-5000送入CPU進行返回，Y軸參數起始速度500，運行速度2000，位置值-5000送入CPU進行返回。X在左限位，Y在下限位，Z在后限位則復位完成。圖4-6回位程序Pls-ch0該子程序是用于PLC發出三段包絡線的脈沖。對于給定了起始頻率、運行頻率以及行程的包絡線，可以根據公式計算出頻率上升的斜率，基于此原則，子程序是假定外部給定三個變量：起始頻率、運行頻率、脈沖數（即行程），計算出各段運行脈沖數。將步進電機的當前脈沖值#positoin:LD8存儲于VD4200中，通過運算得出設定值與當前脈沖值的差值AC0，即為步進電機將要行走的距離。然后將實際走行距離轉換成脈沖數量，通過直接外部輸入工程坐標值，系統就可以將其轉換成實際運行脈沖值。在本例中，由于要求的脈沖數，故其當量值為1。為實現電機正反轉操作。當步進電機的距離為正值時，方向信號Q0.2為正，電機向左運行，同時將走行距離直接傳送給AC2；當步進電機的距離為負值時，方向信號Q0.2復位，電機向右運行，同時將走行距離取反后直接傳送給AC2。將0.0和AC2的比較，同時在在系統上電時將3傳送至VB500。在用于將包絡表傳送給系統相應的存儲區。第一段包絡線。首先VD501用于存儲起始頻率，VD505用于存儲結束頻率，VD509用于存儲第一段包絡線所走的距離（脈沖個數）。經過上面的計算可知，對于固定的加速率，每個起始頻率、運行頻率都一一對應于一個脈沖值。所以當系統給定了速度以后，其加速段所走的距離是一個定值。第二包絡表里面的數據傳送給系統，由于恒速度運行，故其起始頻率和結束頻率相同。由前面可知，在加速段和減速段運行的脈沖值對于一個給定的系統是個定值，故將總共的脈沖數Pv減去加速段Pu和減速段Pd的數據就是在恒速運行區所走的脈沖值?；诖嗽瓌t，網絡8給出了計算過程，最終將差值AC0傳送給VD521。第三段包絡表里面的數據傳送給系統。由于加速區和減速區的脈沖值相同，只是周期增量的方向相反，故可將第一段的脈沖值傳送給VD533，起始頻率與結束頻率和第一段包絡相反為了所行距離過短導致意外產生而設計的[11]。當脈沖總粗線條Pv小于加速段和減速段的脈沖之和時，恒速區所走的脈沖值就是一個負值，導致系統運行不正常，故設定當VD521小于0時，即恒速區的脈沖值為負時，采用單段PTO輸出方式，速度恒度為800Hz。為了使包絡表可用。4.3.4矩陣編碼程序本設計采用矩陣編碼的方式進行倉庫號的選擇，通過外部信號輸入，將某一數值進行賦值，賦值到VW238，當VW238得到這個數值后，就可以判斷當前的要存取貨物的倉位號。按照此倉位號進行系統的選擇。圖4-7矩陣編碼程序在倉庫的管理系統中，各工件位置坐標是一個基本參數，關于坐標的計算方法，原本可歸結于一個數學問題，之所以單獨列出，是想提出一種利用PLC計算坐標系統的方案，為后面進行倉庫管理提供一個平臺。為了便于后面章節的引用，故程序采用子程序的方式進行編寫。子程序的入口參數為指定的工件位置號（從0-12），出口參數包括該工件位置的X軸坐標值和Y軸坐標值。在程序中用#DEPOT來代表指定的倉位號，用#OUT_X和#OUT_Y來代表該工件位置的X軸坐標值和Y軸坐標值。X軸坐標值分別存放在數據寄存區VD616、VD620、VD624、VD628中，Y軸的坐標值分別存放在數據寄存區VD600、VD604、VD608、VD612中。程序的第一段是用來計算倉庫0、倉庫1、倉庫2、倉庫3的X軸坐標值，第二段是用業計算倉庫1、倉庫4、倉庫7、倉庫10的Y軸坐標值。程序的第三段至第十段是分別計算各個工件位置的X軸、Y軸坐標值。由于倉位是一個長方形結構，故任何一個工件位置的坐標值都可以通過倉庫0～倉庫3的X軸坐標值和倉庫1、倉庫4、倉庫7、倉庫10的Y軸坐標值來表示。程序的第十一段是用于給其它程序傳送工件位置的坐標值。4.3.5存貨控制程序當選擇好倉位號后，并且當前倉位沒有貨時，按下V207.1按鈕，表示當前進行存貨控制。根據倉位號的判斷，進行命令輸送。將M6.1置位，表示當前為存貨狀態。圖4-8存貨控制程序4.3.6取貨控制程序當選擇好倉位號后，并且當前倉位有貨時，按下V200.0按鈕，表示當前進行取貨控制。根據倉位號的判斷，進行命令輸送。將M6.6置位，表示當前為取貨狀態。圖4-9取貨控制程序4.3.7取存取貨完畢控制程序當存取貨完畢后，輸入V200.7或者V20.0信號，將0賦值給VW238，表示當前存取貨完畢，將選擇貨物選擇信號復位。圖4-10取存取貨完畢控制程序系統送貨的思路是先對系統初始化以及傳送Y軸行走的偏差值,再進行X軸、Y軸的第一次的位移，到達指定的位置準備取貨。然后控制送貨臺向前伸到位，為提升貨物作準備。之后控制Y軸的上升，使貨物轉移到送貨臺上。再控制送貨的回縮，完成貨物從倉位到送貨臺的轉移。放貨時控制起重機第二次位移，到達預定的位置準備放貨。然后送貨臺向前伸到位，為放置貨物作準備。再Y軸進行下降，使貨物轉移到倉位上去。最后是控制送貨的的回縮，完成貨物從送貨臺到倉位的轉移。全部完成后復位，使其回到待命狀態，準備下一次的動作。5立體倉庫控制的組態設計5.1組態設計的工藝分析本系統采用WINCCFlexibleV3軟件進行組態設計，對立體倉庫控制系統的當前狀態、存貨指令輸入、取貨指令輸入、脈沖上限設置、位置參數、I/O監控等進行數據監控。該軟件的版本為V3SP2,開發的公司為西門子自動化有限公司。該軟件可以通過驅動程序與S7-200SMART進行通訊，和S7-200SMART之間采用的通訊協議為以太網，設置好IP地址。對可編程控制器內部的變量數據通過該通訊協議進行數據交互和讀寫。系統組態設計分為工程建立、驅動建立、畫面設計、變量添加設計、動畫設計等。通過以上的步驟進行本系統的組態設計開發[12]。從而達到設計的監控可視化要求。5.2組態設計的過程首先打開工程管理器，進行設備選擇,如下圖5-1所示。圖5-1設備選型圖在該設備選擇對話框中，可以進行本設計的觸摸屏型號選擇,本設計選擇SMART1000IE，按下確定后,就可以對此設備進行畫面、變量連接、驅動連接等設計。在項目設計中，可以對項目進行、驅動建立、畫面設計、變量添加設計、動畫設計等。本系統建立項目對話框時，需要對項目的存儲信息進行填寫。當建立好設備類型后，就需要對系統進行驅動連接，如下圖5-2所示。圖5-3連接組態圖設置PLC地址為192.168.0.0，對觸摸屏的地址為192.168.0.1。連接的驅動程序為SIMATICS7200Smart。當設置好鏈接地址后，就進行系統的變量設置。開始進行項目的變量表添加，變量表添加包括變量名稱、變量地址、以及變量的屬性設置。在變量管理中，對每個變量進行設置，包括對變量的基本屬性設置、報警定義設置等。對變量的類型進行設置并且對初始值、最小值和最大值等等都需要進行設置，更多時候都是保持默認設置即可。如下圖5-3示。圖5-3變量設置圖1圖5-4變量設置圖2圖5-5變量設置圖3當所有變量設計完畢后，就可以進行畫面的設計，在畫面設計中，有“工具”，可以根據工具進行畫面的背景設計、圖表添加設計、字符輸入設計以及簡單圖形設計，也可以完成對象的顏色設計、位圖設計、形狀變化設計等。在進行畫面設計時，按照本系統設計的要求，添加相關的對象，并對該對象進行命名，對添加的按鈕、指示燈、輸入數據框等進行變量的設置。本系統設計需要完成按鈕的設計、指示燈的設計、相關的數據輸入設計等。在畫面設計時，對每個對象的顏色、形狀都可以按照工藝的要求進行完成。特別是使用圖庫管理器，在圖庫管理器中，有諸多儀表、傳感器、按鈕、指示燈、電氣符號、閥門等相關圖形，可以選擇使用鼠標拖動的方式添加到畫面，并且對該對象進行變量的賦值，完成該對象的詳細參數設置等。畫面設計需要美觀大方，可操作性強，能夠充分反映當前的系統狀態和數據顯示[13]。系統設計的畫面主要分為I/O監控畫面、位置參數畫面以及主畫面。在I/O監控畫面，對PLC的每個輸入輸出狀態進行監控，達到現場狀態監控的目的。圖5-6I/O監控畫面對于主畫面設計，主要進行按鍵的設計和存取命令。通過監控當前的存取狀態，進行系統的顯示和干預。號碼盤使用按鈕，每個號碼對應一個按鈕變量。對系統就緒、物品取出和送入都進行變量顯示。圖5-7系統主畫面對于位置參數進行設置，包括原點參數、速度參數、基準參數和間距設定等。這些參數對系統的運行和倉位位置的識別非常重要。每個參數對應一個變量。圖5-8參數設置畫面5.3系統的組態調試當設計好組態畫面，并且完成了組態畫面的動畫設計，就需要對系統進行仿真調試。按照以下的仿真調試步驟對本系統進行仿真。（1）首先按照系統設計的原理圖進行接線，接線過程中，注重系統的PLC輸入部分、輸出部分的接線，并且按照PLC的型號，進行AC220V的電源接線。接線完成后，進行認真檢查，確認無誤后，方可進行PLC的上電。（2）上電后，進行PLC的程序下載，并且完成PLC與WINCC之間的通訊設置，對WINCC的通訊按照要求進行通訊。（3）將提前準備好I/O分配表格，對工藝程序流程圖進行掌握，對每個分部功能進行手動調試。按下相應按鈕，相應的執行元件輸出。通過監控表格和組態的畫面狀態，觀察相應變量的當前狀態，再判斷解決問題。直到所有的手動調試成功。（4）按照工藝程序流程圖的自動控制流程，對每一步的自動控制步驟條件進行熟悉掌握，進行自動調試。觀察程序和組態的在線監控狀態，找出問題所在進行整改。直到所有的自動控制功能全部實現。（5）對本次調試進行總結，將問題進行整理，對調試的情況進行分析，實現了那些功能，為后期的改進積累經驗。6總結與展望通過本次的畢業設計讓我學習到了很多的知識。整個設計過程遇到了很多的問題，但在發現問題解決問題的這樣一個過程中，自身的能力以及各方面都有了一個極大的提高。首先在整個設計中遇到并解決的問題有以下幾個方面：（1）立體倉庫0-12號倉庫的位置表示，如果采用逐個表示的話很復雜，而且