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1、 論文名稱 自動化倉庫設(shè)計與監(jiān)控 目錄 1 引言 4 2 可編程邏輯控制器（PLC）簡介 5 2.1PLC的發(fā)展歷史 5 2.2 PLC的特點(diǎn)、應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展趨勢以及優(yōu)處 6 2.2.1 PLC的主要特點(diǎn) 6 2.2.2 PLC的編程語言 6 2.2.3 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域 6 2.2.4 PLC的發(fā)展趨勢 7 2.2.5 三菱公司FX-1N系列PLC性能介紹 7

2、 2.2.6基于PLC倉庫模擬控制的優(yōu)點(diǎn) 7 3 立體倉庫的硬件組成及控制原理 8 3.1立體倉庫模型的基本結(jié)構(gòu) 9 3.2 系統(tǒng)的硬件組成及說明 10 3.2.1 倉庫位 10 3.2.2 直流減速電機(jī) 10 3.3 系統(tǒng)的工作原理及功能分析 10 4 PLC的立體倉庫軟件設(shè)計 11 4.1 系統(tǒng)的工作流程圖 11 4.2 PLC輸入、輸出點(diǎn)數(shù)的分配 12 4.3 PLC系統(tǒng)的程序設(shè)計 12 4.3.1初始化復(fù)

3、位程序設(shè)計 13 4.3.2送貨子程序設(shè)計 13 4.3.3取貨子程序設(shè)計 16 4.3.4貨位保護(hù)程序設(shè)計 19 4.4 調(diào)試及故障處理 20 4.4.1 調(diào)試步驟 20 4.4.2 故障處理 20 4.5 MCGS概述及設(shè)計 21 4.5.1 MCGS的工作 21 4.5.2 MCGS組態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的組成及功能 21 4.5.3 自動化立體倉庫模型的監(jiān)控系統(tǒng)（MCGS）設(shè)計 22 5 緒論 26 致謝 27 參考文獻(xiàn) 28

4、 摘要 隨著現(xiàn)代化生產(chǎn)技術(shù)的飛速發(fā)展以及社會物質(zhì)的不斷繁榮,平面化倉庫對于貨物的存放已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足當(dāng)前的需求,因此立體倉庫己成為生產(chǎn)和生活中的一個重要的組成部分,對于立體倉庫的研究也在不斷的深入。本文介紹了自動化立體倉庫系統(tǒng)的組成及實(shí)現(xiàn)功能、控制方式 、管理軟件設(shè)計、較詳細(xì)地論述了監(jiān)控機(jī)與PLC可編程控制器的通信問題。證明該系統(tǒng)具有高可靠性、簡單操作和組態(tài)靈活的特點(diǎn)。 關(guān)鍵詞 自動化立體倉庫 / 監(jiān)控系統(tǒng) / PLC / MCGS 國內(nèi)國外研究現(xiàn)狀 由于自動化立體倉庫具有存儲容量大，物料科學(xué)管理和貨物自動出入庫等優(yōu)點(diǎn)。70年代初期，我國開始研究采用巷道

5、式堆垛機(jī)的立體倉庫。1980年，有北京機(jī)械工業(yè)自動化研究所等單位研制成的我國第一座自動化立體倉庫在北京汽車制造廠投資，這項(xiàng)技術(shù)在國內(nèi)包括航空貨運(yùn)、鐵路運(yùn)輸 ，制造在內(nèi)的許多行業(yè)應(yīng)用正在日益廣泛。（國內(nèi)） 自動化立體倉庫在發(fā)達(dá)國家已相當(dāng)普遍，日本是自動化立體倉庫發(fā)展得最快、建造最多數(shù)量的國家。此外美國、德國、意大利等國家也建造了許多自動化立體倉庫、發(fā)展至今，在設(shè)計、制造、自動化控制和計算機(jī)管理方面的技術(shù)日益成熟。（國外） 研究背景和意義 無論對于制造企業(yè)還是第三方物流企業(yè)以及配送中心，貨物倉庫存儲是企業(yè)銷售環(huán)節(jié)重要的內(nèi)容，起非常重要的作用。當(dāng)代物流倉庫管理（批量大、品種多，周轉(zhuǎn)快

6、），保持了高度的柔性和高生產(chǎn)率，滿足工業(yè)庫存的搬運(yùn)需要。 39 1 引言 PLC技術(shù)作為一種面向工業(yè)生產(chǎn)的應(yīng)用型技術(shù)，與CAD/CAM技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)并成為現(xiàn)代工業(yè)的三大支柱技術(shù)。隨著當(dāng)今企業(yè)現(xiàn)代化生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大和深化，倉庫成為生產(chǎn)物流系統(tǒng)中一個重要而不可或缺的環(huán)節(jié)，而立體倉庫正以其占地面積小和空間使用率佳的特點(diǎn)，正在逐步替代面積利用率低且陳舊落后的平面?zhèn)}庫，這種替代大大提高了倉儲物流的水平。 近幾年國內(nèi)外立體倉庫的發(fā)展方向，以采用可編程控制器(PLC)與微控制搬運(yùn)設(shè)備的倉庫以及采用PC

7、機(jī)遠(yuǎn)程管理與PLC聯(lián)網(wǎng)控制的全自動立體倉庫為主。但其中不容忽視的一個問題是，當(dāng)前各領(lǐng)域中使用的立體倉庫系統(tǒng)通常是比較龐大的，在研發(fā)立體倉庫的過程中，需要投入大量的人力和財力，這必然會給立體倉庫系統(tǒng)的研制帶來巨大的成本負(fù)擔(dān)。目前比較流行的方法是通過制作小型的立體倉庫模型，采用可重復(fù)使用的編程系統(tǒng)對其進(jìn)行編程控制，在模型上模擬調(diào)試成功后，最后將實(shí)驗(yàn)結(jié)果應(yīng)用到立體倉庫的實(shí)際生產(chǎn)研發(fā)中。通過以上的流程即可節(jié)約成本、提高效率，多角度多方式的確定出最優(yōu)的立體倉庫生產(chǎn)方案。 本設(shè)計將采用三菱FX1N-40MT型PLC和北京昆態(tài)公司的MCGS組態(tài)軟件設(shè)計一個自動化立體倉庫系統(tǒng)模型，最終實(shí)現(xiàn)立體倉庫系統(tǒng)的自動

8、化、智能化在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用，為我們的生活帶來便捷，減少大量的人力和財力也提高安全性。 2 可編程邏輯控制器（PLC）簡介 隨著微處理器，計算機(jī)和數(shù)字通信技術(shù)的飛速發(fā)展，計算機(jī)控制幾乎已經(jīng)擴(kuò)展到了工業(yè)領(lǐng)域的每一個角落?？删幊绦蚩刂破鳎≒rogrammable Logic Controller, PLC）作為一種應(yīng)用面積廣，功能強(qiáng)大，使用方便的通用自動控制裝備，已經(jīng)成為工業(yè)控制領(lǐng)域不可或缺的重要組成部分。PLC已經(jīng)廣泛的應(yīng)用在各種機(jī)械設(shè)備和生產(chǎn)過程的自動

9、控制系統(tǒng)中，在其他領(lǐng)域也得到了迅速的發(fā)展。國際電工委員會（IEC）在1985年的PLC標(biāo)準(zhǔn)草案第3稿中對它作了如下定義：“可編程序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于使工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴(kuò)充的原則設(shè)計?！? 2.1 PLC的發(fā)展歷史 PLC從誕生至今，其發(fā)展大體經(jīng)歷了三個階段：第一階段從誕生到20世紀(jì)80年代中期，以單機(jī)為主發(fā)展硬件技術(shù)，研發(fā)除了取代傳統(tǒng)繼

10、電器控制系統(tǒng)的各種型號的PLC；第二階段從20世紀(jì)80年代中期到20世紀(jì)80年代末期，為適應(yīng)柔性制造系統(tǒng)（FMS）的發(fā)展，在提高單機(jī)功能的同時，加強(qiáng)了軟件的開發(fā)，并提高了PLC通信能力；第三階段從20世紀(jì)90年代以來，為適應(yīng)計算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）的發(fā)展，采用多CPU的PLC系統(tǒng)，不斷提高其運(yùn)算速度和數(shù)據(jù)處理能力。 2.2 PLC的特點(diǎn)、應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展趨勢 2.2.1 PLC的主要特點(diǎn)： (1)可靠性高、抗干擾能力強(qiáng) 為保證PLC能在工業(yè)環(huán)境下可靠工作，在設(shè)計和生產(chǎn)過程中采取了一系列硬件和軟件的抗干擾措施。主要采用以下方面的措施：如隔離、濾波；對PLC的內(nèi)部電源采取了屏蔽、穩(wěn)

11、壓、保護(hù)等措施，以減少外界干擾；在內(nèi)部設(shè)置了連鎖、環(huán)境監(jiān)測與診斷、看門狗等電路；利用系統(tǒng)軟件定期進(jìn)行系統(tǒng)狀態(tài)、用戶程序、工作環(huán)境和故障監(jiān)測，并采取信息保護(hù)和恢復(fù)措施；對用戶程序及動態(tài)工作數(shù)據(jù)進(jìn)行電池備份，以保障停電后有關(guān)狀態(tài)或信息不丟失。 通過以上措施保證了PLC能在惡劣的環(huán)境中可靠地工作，使平均故障間隔時間指標(biāo)高，故障修復(fù)時間短。 (2)可實(shí)現(xiàn)三電一體化 PLC將電控（邏輯控制）、電儀（過程控制）和電結(jié)（運(yùn)動控制）這三電集于一體，可以方便、靈活地組合成各種不同規(guī)模和要求的控制系統(tǒng)，以適應(yīng)各種工業(yè)控制的需要。 (3)編程簡單、使用方便、控制程序可變、具有很好的柔性和擴(kuò)展性。 (4)體

12、積小、重量輕、功耗低。 2.2.2 PLC的編程語言 PLC的編程語言與一般計算機(jī)比語言相比，具有明顯的特點(diǎn)，它既不同于高級語言，也不同于一般的匯編語言，既要滿足易于編寫的要求，又要滿足易于調(diào)試的要求。編程語言具有以下特點(diǎn)。 1. 梯形圖程設(shè)計序語言（采用因果關(guān)系來描述事件發(fā)生的條件和結(jié)果，每個梯級是一個因果關(guān)系。在梯形中，描述事件發(fā)生的條件表示在左邊，事件發(fā)生的結(jié)果表示在右邊） 2. 功能表程序設(shè)計語言（用功能表圖來表述程序，控制系統(tǒng)被分為若干個子系統(tǒng)，從功能為主線，條理清楚，便于理解和溝通） 2.2.3 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域 可編程控制器是在繼電器控制和計算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上開

13、發(fā)出來的，并逐漸發(fā)展成以微處理器為核心，集計算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)及通信技術(shù)于一體的一種新型工業(yè)控制裝置。隨著微電子技術(shù)的快速發(fā)展，PLC的制造成本不斷下降，但功能卻大大的增強(qiáng)了。目前在先進(jìn)工業(yè)國家中PLC已成為工業(yè)控制的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，幾乎覆蓋了工業(yè)控制全行業(yè)。特別是在輕工行業(yè)中，因生產(chǎn)門類多，加工方式多變，產(chǎn)品更新?lián)Q代快，所以PLC廣泛的應(yīng)用在組合機(jī)床電氣設(shè)備中。PLC已成為位于現(xiàn)代工業(yè)自動化三大支柱（PLC、ROBOT、CAD/CAM）的主導(dǎo)地位。 可編程控制器的功能使它既可以用于開關(guān)量控制，又可用于模擬量控制；既可用于單機(jī)控制，又可用于組成多級控制系統(tǒng)；既可控制簡單系統(tǒng)，又可控制復(fù)雜系統(tǒng)。

14、它的應(yīng)用大致可歸為如下幾類：邏輯控制，運(yùn)動控制，過程控制，數(shù)據(jù)處理，多級控制。 2.2.4 PLC的發(fā)展趨勢 近些年我國自動化倉庫技術(shù)發(fā)展很快，己實(shí)現(xiàn)了與其它信息決策系統(tǒng)的集成，并正在做智能控制和模糊控制的研究工作。盡管如此，我國已建成的集成化倉儲系統(tǒng)還不多，我國的自動化立體倉庫與國外發(fā)達(dá)國家相比，無論是從數(shù)量上還是從建設(shè)水平上都有著很大的差距。目前PLC正在向通用化、系列化和高性能化的趨勢發(fā)展，主要表現(xiàn)在： 功能不斷增強(qiáng)，各種應(yīng)用模塊不斷推出：加強(qiáng)過程控制和數(shù)據(jù)處理的功能，提高多機(jī)通信和組網(wǎng)的能力，開發(fā)具有更多功能的模塊，使各種PLC控制系統(tǒng)都具有可靠的高性能，同時也使的PLC的組成

15、和維護(hù)更加靈活方便，使PLC的應(yīng)用范圍更加寬廣。 在系統(tǒng)構(gòu)成規(guī)模上向大、小兩個方向發(fā)展：發(fā)展超大容量，超高性能PLC用來滿足現(xiàn)代化工業(yè)控制中大規(guī)模的復(fù)雜的生產(chǎn)需要；發(fā)展價格低廉，功能簡單的專用PLC來替代繼電器。 產(chǎn)品更加規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化：PLC生產(chǎn)廠家在不斷推出新產(chǎn)品的同時，積極提高產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化屬性，使產(chǎn)品更容易被使用者接受，同時將PLC的各個標(biāo)準(zhǔn)部件如輸入輸出模塊、接線端子、通信協(xié)議等方面的技術(shù)規(guī)格更加標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，使不同產(chǎn)品可以互相兼容和組網(wǎng)，使用戶可以方便的應(yīng)用PLC控制各種標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械化設(shè)備。 2.2.5 三菱公司FX-1N系列PLC性能介紹 FX1N系列 PLC是三菱公司FX系列P

16、LC（包括FX1s、FX1N、FX2N、FX2NC）中推出的一種造價低廉、功能強(qiáng)大的普及型PLC。FX1N系列PLC有13種基本單元，可以組成14~128個I/O點(diǎn)的系統(tǒng)，并能使用特殊功能模塊、顯示模塊和擴(kuò)展板。用戶存儲器容量為8000步，有內(nèi)置的實(shí)時鐘。 PID指令用于實(shí)現(xiàn)模擬量閉環(huán)控制，一個單元可以同時輸出2點(diǎn)100kHz的高速脈沖，有7條特殊的定位指令，有兩個內(nèi)置的設(shè)置參數(shù)用的小電位器。 通過通信擴(kuò)展板或特殊適配器可以實(shí)現(xiàn)多種通信或數(shù)據(jù)鏈接，例如CC-Link、AS-i網(wǎng)絡(luò)，RS-232C、RS-422和RS-485串行通信，N:N鏈接、并行連接、計算機(jī)鏈接和I/O鏈接。 2.2.

17、6 FX_1N三菱PLC的優(yōu)點(diǎn) （1） 可靠性高、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng):可編程控制器輸入、輸出口均采用繼電器和光電耦合器件，采取了隔離和抗干擾能力 （2）通用性好：由于可編程控制器采用模塊化結(jié)構(gòu)，一般有CPU模塊、電源模塊、PID模塊、模擬輸入和輸出模塊等，可以用這些模塊靈活的組成各種不同的控制系統(tǒng)，對不同的控制系統(tǒng)，只需選取不同的模塊即可，因而具有很好的適用性 （3）使用方便、靈活：對于不同的控制系統(tǒng)，當(dāng)硬件結(jié)構(gòu)選定后，如果輸入輸出作很小的變動時，只需修改相應(yīng)的程序即可，無需對系統(tǒng)連線做較大的修改，減少了對現(xiàn)場調(diào)試的工作量，使用起來方面 （4）具有順序、周期性的工作特征 （5）體積

18、小:由于在制造時采用了大規(guī)模集成電路和微處理器，用軟件編程代替了硬連線，便于安裝，實(shí)現(xiàn)了小型化 3 立體倉庫的硬件組成及控制原理 3.1 立體倉庫模型的基本結(jié)構(gòu) 立體倉庫模型是用來儲存、分類貨物的模型。送貨時，根據(jù)倉庫存儲情況將不同的貨物送入指定的倉庫位置中去；取貨時，根據(jù)目標(biāo)需求從指定的倉庫位置取出貨物。采用皮帶、直線導(dǎo)軌、主流減速電機(jī)作為傳動裝置，由PLC編程實(shí)現(xiàn)X、Y、Z軸位置控制，可完成倉庫貨物模型的自動/手動存取。 臺式立體倉庫模型結(jié)構(gòu)如圖3-1所示。 圖3-1 自動立體倉庫裝置圖 該裝置由立體庫位框架、巷道式高叉車、操作盤等組成，并配有PL

19、C控制器、光電式尋址傳感器、限位開關(guān)、直流電機(jī)、鍵盤、驅(qū)動系統(tǒng)、直流穩(wěn)壓電源、空氣保護(hù)開關(guān)等。具體說明如表3-1所示。 表3-1 自動立體倉庫裝置說明 圖中序列標(biāo)號 硬件名稱說明 1 水平運(yùn)行電機(jī) 2 垂直升降電機(jī) 3 升降式貨叉裝置 4 水平運(yùn)行裝置 5 水平叉車運(yùn)行裝置 6 列定位片 7 層定位片 8 光電傳感器 9 鍵盤 10 貨架 11 手操盤 12 直流穩(wěn)壓電源 13 電器驅(qū)動板 14 空氣開關(guān) 15 三菱FX1N-40MT型號PLC 3.2 系統(tǒng)的硬件組成及說明 3.2.1 倉庫位 本系統(tǒng)由6

20、+3+1個存儲位組成。其中6為6個可自由存取位置，雖只有6個，但已經(jīng)從原理上模擬出了所有倉庫可定位情況；3為3個模擬位，由于硬件限制，并不具備實(shí)際存取功能，僅為美觀所設(shè)；1為1個緩沖臺，用來暫時存取貨物。 3.2.2 直流減速電機(jī) 直流減速電機(jī)，即齒輪減速電機(jī)，是在普通直流電機(jī)的基礎(chǔ)上，加上配套齒輪減速箱。齒輪減速箱的作用是，提供較低的轉(zhuǎn)速，較大的力矩。同時，齒輪箱不同的減速比可以提供不同的轉(zhuǎn)速和力矩。這大大提高了直流電機(jī)在自動化行業(yè)中的使用率。減速電機(jī)是指減速機(jī)和電機(jī)（馬達(dá)）的集成體。這種集成體通常也可稱為齒輪馬達(dá)或齒輪電機(jī)。通常由專業(yè)的減速機(jī)生產(chǎn)廠進(jìn)行集成組裝好后成套供貨。 3.2

21、.3 穩(wěn)壓電源 開關(guān)穩(wěn)壓電源是由開關(guān)集體管VT和二極管VD及儲能電感L、濾波電容C組成的。另外，通常還具備較為復(fù)雜的驅(qū)動電路、調(diào)節(jié)電路、保護(hù)電路、基準(zhǔn)電路以及構(gòu)成閉環(huán)回路中的取樣電路、放大電路和耦合電路用來控制盒調(diào)節(jié)輸出電壓的大小以及特性。在本設(shè)計中，考慮到直流減速電機(jī)的工作電壓為DC 24V電源，并考慮系統(tǒng)用電量、系統(tǒng)可靠性、和系統(tǒng)設(shè)計的規(guī)整性等，最終選擇穩(wěn)壓電源來統(tǒng)一供電。 3.3.3 系統(tǒng)的工作原理及功能分析 立體倉庫的運(yùn)動機(jī)械結(jié)構(gòu)部分采用皮帶、滑軌等部分組成，采用三個直流電機(jī)作為拖動元件。其關(guān)鍵部分是巷道起重機(jī)，由水平移動、垂直移動及伸叉機(jī)構(gòu)三部分組成，其水平和垂直移動分別用

22、兩臺直流減速電動機(jī)帶動皮帶來完成，伸叉機(jī)構(gòu)由一臺直流減速電動機(jī)來控制，當(dāng)堆垛機(jī)平臺移動到貨架的指定位置時，伸叉電動機(jī)驅(qū)動貨架向前伸出，將貨物取出或送入，然后鏟叉向后縮回。整個系統(tǒng)需要X、Y、Z三維的位置控制。 4 PLC的立體倉庫軟件設(shè)計 4.1 系統(tǒng)的工作流程如圖 依據(jù)上述工藝流程分析，立體倉庫控制系統(tǒng)的工作流程圖如圖4-1所示。緩沖貨臺有無貨物 發(fā)送目的倉庫號 目的倉庫有無貨物 從緩沖貨臺取貨 向目的倉庫存貨 到達(dá)目的倉庫 返回初始位置 程序開始 設(shè)備初始化 存貨還是送貨 緩沖貨臺有無貨物 存貨 取貨 N Y Y N 發(fā)送目的倉庫號

23、 目的倉庫有無貨物 Y N N Y 到達(dá)目的倉庫 從目的倉庫取貨 返回初始位置 向緩沖貨臺存貨 報警 結(jié)束 圖4-1 自動化立體倉庫控制系統(tǒng)的工作流程圖 該立體倉庫系統(tǒng)運(yùn)行情況為：當(dāng)將A/M按鈕切換到自動后，系統(tǒng)允許進(jìn)行立體倉庫運(yùn)行的自動控制。系統(tǒng)初始化后，按下某倉庫位置的按鈕以及“取”或“送”按鈕時，系統(tǒng)將進(jìn)行相應(yīng)的動作。當(dāng)出現(xiàn)故障時，電動機(jī)停止運(yùn)行。 4.2 PLC輸入、輸出點(diǎn)數(shù)的分配 根據(jù)以上對立體倉庫控制系統(tǒng)設(shè)計要求可以看出，其中輸入點(diǎn)數(shù)為24點(diǎn)，輸出點(diǎn)數(shù)為6點(diǎn)，供電及公共端3點(diǎn)，參照三菱公司FX系列PLC性能簡介即可得知本系統(tǒng)采用FX1N-

24、40MT系列PLC即可滿足要求?？傻贸鼍唧w的可編程邏輯控制器I/O分配表，如表4-1所示。 表4-1 自動化立體倉庫控制系統(tǒng)的可編程邏輯控制器I/O分配表 X0 叉車左極限 X23 5號倉庫是否有貨 X1 叉車右極限 X24 6號倉庫是否有貨 X2 叉車下極限 X25 7號倉庫是否有貨 X3 叉車上極限 X26 8號倉庫是否有貨 X4 叉車內(nèi)極限 X27 9號倉庫是否有貨 X5 叉車外極限 Y0 叉車后退 X6 列定位 Y1 叉車前進(jìn) X7 層定位 Y2 叉車上升 X20 A/M轉(zhuǎn)換 Y3 叉車下降 X21 緩

25、沖臺是否有貨 Y4 進(jìn)叉 X22 4號倉庫是否有貨 Y5 出叉 X11 X15 0號倉庫位置 X10 X17 6號倉庫位置 X11 X14 1號倉庫位置 X10 X16 7號倉庫位置 X11 X17 2號倉庫位置 X13 X15 8號倉庫位置 X11 X16 3號倉庫位置 X13 X14 9號倉庫位置 X10 X15 4號倉庫位置 X12 X15 入庫 X10 X14 5號倉庫位置 X12 X12 出庫 4.3 PLC系統(tǒng)的程序設(shè)計 PLC的程序編輯工作是靠梯形圖完成的，梯形圖具有形象直觀，且便于分析

26、記憶的特點(diǎn)。GX Developer是一款可以開發(fā)三菱全系列的編程軟件，使用十分方便，因此本設(shè)計采取GX Developer作為開發(fā)環(huán)境。為了使得設(shè)計調(diào)試簡單方便，依據(jù)功能分析知程序設(shè)計部分可分為系統(tǒng)初始化、送貨子程序、取貨子程序、貨位保護(hù)程序等部分。分別編程后再進(jìn)行程序匯總。 4.3.1 初始化復(fù)位程序設(shè)計 自動控制系統(tǒng)工作的第一步，便是判斷叉車是否已經(jīng)準(zhǔn)備繼續(xù)，是否可以正常工作，若不在初始位，需要自動回復(fù)到初始位。因此在初始化階段，本設(shè)計將叉車在下限位，左限位，外極限設(shè)置為初始位置。根據(jù)叉車保護(hù)原則，叉車應(yīng)判斷是否叉車是否在外極限，若不在外極限，首先驅(qū)動電機(jī)向后收回叉子，到達(dá)外限位后

27、進(jìn)行下一步；若此時叉車已經(jīng)在外極限，驅(qū)動垂直電機(jī)下降，當(dāng)?shù)竭_(dá)下極限后，驅(qū)動水平電機(jī)，后退到左極限，此時車車到達(dá)初始位置，PLC控制程序如圖4-2梯形圖所示。 圖4-2 初始位置復(fù)位程序 4.3.2 送貨子程序設(shè)計 送貨是指叉車從緩沖倉庫位置取出貨物后送到指定倉庫。 以4號庫為例，系統(tǒng)的運(yùn)行控制流程為：叉車從初始位置出發(fā)，驅(qū)動水平前進(jìn)電機(jī)，當(dāng)?shù)竭_(dá)列定位1時停下，此時到達(dá)緩沖倉庫位置的水平位置，驅(qū)動垂直上升電機(jī)，當(dāng)?shù)竭_(dá)層定位脈沖數(shù)為1時停下，驅(qū)動叉車電機(jī)向前伸出叉子，叉子到達(dá)內(nèi)限位后繼續(xù)驅(qū)動垂直上升電機(jī)，當(dāng)檢測層計數(shù)脈沖數(shù)為2停止，此時貨物已經(jīng)被抬起，驅(qū)動叉車電機(jī)向后收回叉

28、子，到達(dá)外限位后，驅(qū)動水平電機(jī)繼續(xù)前進(jìn)直到列定位脈沖數(shù)為2，驅(qū)動叉車向前伸出，到達(dá)內(nèi)限位后，驅(qū)動垂直電機(jī)下降，檢測層定位脈沖數(shù)為1時，驅(qū)動電機(jī)向后收回叉子，此時貨物被安全穩(wěn)妥的安放到了指定倉庫位。此時繼續(xù)執(zhí)行初始化位置程序，將叉車退回到初始位置，等待下次命令的出現(xiàn)。 其他倉庫位置的送貨程序與4號庫相似，只需改變相應(yīng)的層、列定位脈沖數(shù)，其中5號位定位脈沖為列定位為3，層定位為1、2；6號位定位脈沖為列定位為4，層定位為1、2；7號位定位脈沖為列定位為2，層定位為3、4；8號位定位脈沖為列定位為3，層定位為3、4；9號位定位脈沖為列定位為4，層定位為3、4。 4號庫送貨子程序如圖4-3所示。

29、 圖4-3 4號庫送貨梯形圖 4.3.3 取貨子程序設(shè)計 取貨是指叉車從指定倉庫位置取出貨物后送到緩沖貨臺。 以9號庫為例，系統(tǒng)的運(yùn)行控制流程為：叉車從初始位置出發(fā)，驅(qū)動水平前進(jìn)電機(jī)，當(dāng)?shù)竭_(dá)列定位4時停下，此時到9號倉庫位置的水平位置，驅(qū)動垂直上升電機(jī)，當(dāng)?shù)竭_(dá)層定位脈沖數(shù)為3時停下，驅(qū)動叉車電機(jī)向前伸出叉子，叉子到達(dá)內(nèi)限位后繼續(xù)驅(qū)動垂直上升電機(jī)，當(dāng)檢測層計數(shù)脈沖數(shù)為4停止，此時貨物已經(jīng)被抬起，驅(qū)動叉車電機(jī)向后收回叉子，到達(dá)外限位后，驅(qū)動垂直電機(jī)下降直到層定位脈沖數(shù)為2，驅(qū)動水平電機(jī)后退到達(dá)列定位1，驅(qū)動叉車向前伸出，到達(dá)內(nèi)限位后，驅(qū)動垂直電機(jī)下降，檢測層定位脈沖數(shù)

30、為1時，驅(qū)動電機(jī)向后收回叉子，此時貨物被安全穩(wěn)妥的安放到了緩沖存儲貨倉。此時繼續(xù)執(zhí)行初始化位置程序，將叉車退回到初始位置，等待下次命令的出現(xiàn)。其他倉庫取貨程序與9號庫取貨程序相似，層、列定于與上相同，不再敖述。 9號庫取貨子程序如圖4-4所示。 圖4-4 9號庫取貨梯形圖 4.3.4 貨位保護(hù)程序設(shè)計 貨位保護(hù)程序的主要目的是在程序的初始位置判斷是取貨還是送貨，在取貨狀態(tài)時，必須保證目的倉庫有貨且緩沖貨臺無貨，否則程序不執(zhí)行。而送貨狀態(tài)時，必須保證緩沖貨臺有貨且目的倉庫無貨，否則不執(zhí)行。同時取貨程序和送貨程序還應(yīng)有互鎖程序，不能同時執(zhí)行以防出現(xiàn)雙線圈的現(xiàn)象。梯形圖如圖4

31、-5所示。 圖4-5 程序匯總及互鎖保護(hù) 立體倉庫控制系統(tǒng)的PLC程序完整梯形圖見附錄。 4.4 調(diào)試及故障處理 4.4.1 調(diào)試步驟 (1) 按系統(tǒng)I/O表連線，確認(rèn)無誤后，合上空氣開關(guān)，看系統(tǒng)是否正常，若不正常，立即關(guān)閉電源開關(guān)，查出并排除故障。 (2) 先將初始化程序通過RS-232C數(shù)據(jù)線下載到PLC中，觀察PLC運(yùn)行指示燈是否亮。 (3) 將選擇開關(guān)至于自動位置，系統(tǒng)將自動復(fù)位到初始位置，若不回復(fù)初始位置，說明初始位置程序有誤，查出并排除錯誤后進(jìn)行下一步。 (4) 將入庫子程序下載到PLC，依次檢查送貨程序是否正常，特別注意程序是否是在緩沖臺

32、有貨而目標(biāo)倉庫位無貨時執(zhí)行，若緩沖臺無貨或目標(biāo)倉庫已經(jīng)有貨單送貨程序仍然執(zhí)行，說明入庫子程序有錯，查出并排除錯誤后進(jìn)行下一步。 (5) 將出庫子程序下載到PLC，依次檢查取貨程序是否正常，特別注意程序是否是在緩沖臺無貨而目標(biāo)倉庫位有貨時執(zhí)行，若緩沖臺已經(jīng)有貨或目標(biāo)倉庫無貨但取貨程序仍然執(zhí)行，說明出庫子程序有錯，查出并排除錯誤后進(jìn)行下一步。 (6) 將以上程序匯總到一起后，通過RS-232C數(shù)據(jù)線下載到PLC中，觀察PLC運(yùn)行指示燈是否亮，并依次檢查在入庫出庫切換后，程序是否按照預(yù)定步驟正常運(yùn)行。 4.4.2 故障處理 (1)電源指示燈不亮：檢查供電是否正常。 (2) 電機(jī)不工作：檢

33、查電動機(jī)接線是否正確；檢測緩沖存儲位置是否處于正常位置和狀態(tài)；檢測直流電動機(jī)是否損壞。 (3) 立體叉車不送貨：檢測開關(guān)是否在自動位置；檢測對應(yīng)倉庫位置是否有貨；檢測緩沖存儲位置是否有貨。 (4) PLC輸入輸出指示燈不亮：檢測PLC是否真正有輸出信號或輸入信號；檢測接口板的晶體管是否正常工作；檢測指示燈是否正常。 4.5 MCGS概述及設(shè)計 MCGS(Monitor and Control Generated System，監(jiān)視與控制通用系統(tǒng))是北京昆態(tài)公司研發(fā)的一套組態(tài)軟件系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集與監(jiān)測、前端數(shù)據(jù)的處理與控制。MCGS為用戶提供了解決實(shí)際工程問題的完整方案和

34、開發(fā)平臺，能夠完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、實(shí)時和歷史數(shù)據(jù)處理、動畫顯示、流程控制、趨勢曲線、報表輸出、報警和安全機(jī)制等功能。 4.5.1 MCGS的工作原理 使用MCGS完成一個實(shí)際的應(yīng)用系統(tǒng)時，首先必須在MCGS的組態(tài)環(huán)境下進(jìn)行系統(tǒng)的組態(tài)生成工作，然后將系統(tǒng)放在MCGS的運(yùn)行環(huán)境下運(yùn)行。 MCGS組態(tài)環(huán)境是生成用戶應(yīng)用系統(tǒng)的工作環(huán)境，用戶在MCGS組態(tài)環(huán)境中完成動畫設(shè)計、設(shè)備連接、編寫控制流程、編制工程打印報表等全部組態(tài)工作后，生成擴(kuò)展名為.mcg的工程文件（又稱為組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫）。MCGS運(yùn)行環(huán)境是用戶應(yīng)用系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境，在MCGS運(yùn)行環(huán)境中用戶可完成對工程的控制工作。組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫完成了M

35、CGS系統(tǒng)從組態(tài)環(huán)境向運(yùn)行環(huán)境的過渡，它們之間的工作過程可表示為圖4-6。 運(yùn)行環(huán)境： 解釋執(zhí)行 組態(tài)結(jié)果 組態(tài)結(jié)果 數(shù)據(jù)庫 組態(tài)環(huán)境： 組態(tài)生成 應(yīng)用系統(tǒng) 圖4-6 MCGS工作原理示意圖 4.5.2 MCGS組態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的組成及功能 MCGS組態(tài)環(huán)境系統(tǒng)由主控窗口、設(shè)備窗口、用戶窗口、實(shí)時數(shù)據(jù)庫和運(yùn)行策略五部分構(gòu)成，每一部分分別進(jìn)行組態(tài)操作，完成不同的工作。 其中實(shí)時數(shù)據(jù)庫是MCGS系統(tǒng)的核心，是應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理中心。實(shí)時數(shù)據(jù)庫是系統(tǒng)各部分的公用區(qū)交換數(shù)據(jù)庫，可實(shí)現(xiàn)各部分的協(xié)調(diào)工作。設(shè)備窗口依靠設(shè)備構(gòu)件驅(qū)動外部設(shè)備，與此

36、同時，設(shè)備終端采集的數(shù)據(jù)送入實(shí)時數(shù)據(jù)庫；將用戶窗口組成的圖形對象和實(shí)時數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)對象連接后，以動畫形式展現(xiàn)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)；各部分工作原理如圖4-7所示。 用戶窗口： 以圖形動畫曲線等形式可視化數(shù)據(jù) 主控窗口： 管理用戶窗口 管理運(yùn)行策略 維護(hù)數(shù)據(jù)庫 運(yùn)行策略： 以不同的形式和方法操作實(shí)時數(shù)據(jù)庫 實(shí)時數(shù)據(jù)庫： 數(shù)據(jù)對象的集合構(gòu)成實(shí)時數(shù)據(jù)庫 設(shè)備窗口： 從外部硬件設(shè)備讀取數(shù)據(jù)進(jìn)入數(shù)據(jù)庫或控制設(shè)備輸出數(shù)據(jù) 圖4-7 實(shí)時數(shù)據(jù)庫的核心作用 4.5.3 自動化立體倉庫模型的監(jiān)控系統(tǒng)（MCGS）設(shè)計 (1).新建工程的操作步驟如下： 在電腦桌面上，雙擊“MCG

37、S組態(tài)環(huán)境”圖標(biāo)，進(jìn)入MCGS組態(tài)環(huán)境。單擊“文件”菜單中的“新建工程”選項(xiàng)。單擊菜單“文件”在下拉菜單中選擇“工程另存為”選項(xiàng)，在文件名一欄中輸入“自動化立體倉庫控制系統(tǒng)”，單擊 “保存”按鈕，工程創(chuàng)建完畢。 (2).按照監(jiān)控程序定義系統(tǒng)數(shù)據(jù)名稱及注釋如表4-2。 表4-2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)對象表 數(shù)據(jù)對象名稱 類型 對象內(nèi)容注釋 STORE0 開關(guān)型 緩沖臺位置是否有貨，如有貨，變量為1 STORE1 開關(guān)型 1號庫位置是否有貨，如有貨，變量為1 STORE2 開關(guān)型 2號庫位置是否有貨，如有貨，變量為1 STORE3 開關(guān)型 3號庫位置是否有貨，如有貨，變

38、量為1 STORE4 開關(guān)型 4號庫位置是否有貨，如有貨，變量為1 STORE5 開關(guān)型 5號庫位置是否有貨，如有貨，變量為1 STORE6 開關(guān)型 6號庫位置是否有貨，如有貨，變量為1 STORE7 開關(guān)型 7號庫位置是否有貨，如有貨，變量為1 STORE8 開關(guān)型 8號庫位置是否有貨，如有貨，變量為1 STORE9 開關(guān)型 9號庫位置是否有貨，如有貨，變量為1 庫位號 數(shù)值型 所選倉庫的庫位號 巷道起重機(jī)上有貨 開關(guān)型 巷道起重機(jī)上有貨時變量為1，否則為0 (3).制作工程畫面 ①.在MCGS組態(tài)平臺中的“用戶窗口”中單擊“新建窗口”

39、按鈕，則產(chǎn)生新“窗口0”。在用戶窗口屬性設(shè)置欄中將“窗口名稱”改為：自動化立體倉庫控制系統(tǒng)；窗口標(biāo)題改為：自動化立體倉庫控制系統(tǒng)如圖4-8所示。 圖4-8 用戶窗口屬性設(shè)置 ②.選中“自動化立體倉庫控制”窗口圖標(biāo)，單擊“動畫組態(tài)”，進(jìn)入動畫組態(tài)窗口，開始編輯畫面。單擊工具條中的“工具箱”按鈕，打開繪圖工具箱；單擊圖標(biāo)可以打開或關(guān)閉常用圖符工具箱，常用圖符工具箱包括27種常用的圖符對象。 選擇“工具箱”內(nèi)的“標(biāo)簽”按鈕，鼠標(biāo)的光標(biāo)呈“十字”形，在窗口頂端中心位置拖拽鼠標(biāo)，根據(jù)需要拉出一個一定大小的矩形；在光標(biāo)閃爍位置輸入文字“自動化立體倉庫控制系統(tǒng)演示工程”，按回車鍵文字輸入完

40、畢；點(diǎn)擊（填充色）按鈕，設(shè)定文字框的背景顏色為：沒有填充；點(diǎn)擊（線色）按鈕，設(shè)置文字框的邊線顏色為：沒有邊線；點(diǎn)擊（字符字體）按鈕，設(shè)置文字字體，字型，大小分別為：宋體，粗體，26；點(diǎn)擊（字符顏色）按鈕，將文字顏色設(shè)為：藍(lán)色。 ③.單擊繪圖工具箱中的“插入元件”按鈕，打開“對象元件庫管理”窗口，單擊左側(cè)的“對象元件列表” 中相應(yīng)的文件夾，在右側(cè)的顯示框中就會顯示該文件夾包含的所有元件，選中滿意的元件，單擊“確定”即可將該元件加入到動畫制作窗口，如圖4-9所示。在本系統(tǒng)中用到的元件有：“開關(guān)17”一個；“按鈕6” 一個，“按鈕7” 一個，“按鈕8”一個，“按鈕9” 一個，“按鈕96” 十三個，

41、，并將兩個“按鈕96”重新組合，使其按鈕的顏色成為紅色；“馬達(dá)25”兩個。將指示燈、開關(guān)、按鈕、馬達(dá)調(diào)整為適當(dāng)?shù)拇笮?，放在適當(dāng)?shù)奈恢谩? 圖4-9 對象元件庫管理窗口 選擇“工具箱”內(nèi)的“標(biāo)簽”按鈕，鼠標(biāo)的光標(biāo)呈“十字”形，拖拽鼠標(biāo)，根據(jù)需要拉出一定大小的矩形，分別編輯為開關(guān)、按鈕所為不同的功能和意義。 ④.單擊常用圖符工具箱中的“立方體”按鈕，并在動畫制作窗口中拖動，畫出五個立方體，調(diào)整其長寬高，使它們的大小相等。調(diào)整五個立方體長寬高，使他們的大小相等。雙擊圖像，打開“動畫組態(tài)屬性設(shè)置”窗口（如圖4-10），將其屬性改為：填充顏色為黃色，邊線線型最大。單擊“確認(rèn)”。單擊工具

42、箱中的“直線”按鈕，在立方體中畫出數(shù)條相應(yīng)的直線。將立方體與直線進(jìn)行組合。調(diào)整這五個立方體的位置，用作立體倉庫的貨箱。單擊常用圖符工具箱中的“彎曲管道”按鈕，并在動畫制作窗口中拖動，畫出三條長短相等的管道，放在合適的位置，作為立體倉庫的巷道。 圖4-10 動畫組態(tài)屬性設(shè)置窗口 ⑤.調(diào)整所有圖形的圖層、比例和位置使該自動化立體倉庫控制系統(tǒng)模型的構(gòu)架基本建成，并且觀賞效果最佳，其最終效果如圖4-11所示。 圖4-11 自動化立體倉庫控制系統(tǒng)監(jiān)視窗口畫面 5 緒論 自動立體倉庫控制系統(tǒng)主要是以PLC為核心，以MCGS組態(tài)軟件為拓展，可實(shí)現(xiàn)對2X3立體倉庫

43、自動存儲貨。該系統(tǒng)具有接線簡單、編程直觀、操作容易等特點(diǎn)。當(dāng)倉庫的數(shù)量增加時，只需添加部分同原理程序，不必重新編寫程序。調(diào)試結(jié)果表明，在適應(yīng)性、精確性和可靠性方面，都達(dá)到了設(shè)計所需的要求，表明該設(shè)計方案是可行的。 通過對基于PLC和組態(tài)軟件控制的自動化立體倉庫設(shè)計，我學(xué)到了很多的新知識，并且更深刻的了解了有關(guān)可編程控制器的用法和功能。在這次設(shè)計過程中，也培養(yǎng)了我獨(dú)立分析、解決問題的能力。在拓展部分，也增加了我展望未來和實(shí)際動手的能力?？偟膩碚f，這次設(shè)計，使我受益匪淺。 致 謝 大專五年的學(xué)習(xí)時光已經(jīng)接近尾聲，在此我想對我的母校、老師、同學(xué)表達(dá)我由衷的謝意。這次畢業(yè)論文我得到了很多幫

44、助，其中我的指導(dǎo)老師虞老師對我的幫助尤為重要，幫我們解答問題耐心又細(xì)心，做事一絲不茍，經(jīng)常會詢問我們論文的完成情況還在群里發(fā)一些資料和標(biāo)準(zhǔn)供我們選擇參考對我們畢業(yè)設(shè)計的完成起到至關(guān)重要的作用。本論文從選題到完成，幾易其稿，每一步都是在老師的指導(dǎo)下完成的。在此也要感謝XX等各位老師在論文開題、初稿、預(yù)答辯期間提出寶貴的建議。通過這次的畢業(yè)設(shè)計，讓我進(jìn)一步認(rèn)識機(jī)電一體化。讓我體會到了完成一個設(shè)計要付出多大的努力，也讓我懂得別人的指導(dǎo)和幫助是多么的重要。最后，我在此感謝所有指導(dǎo)和幫助過我的老師和朋友，感謝讓我度過人生中最愉快的四年半，劉國鈞高職，我的母校!  參考文獻(xiàn)： [1] 三

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