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1、-立体仓库电气控制课程设计-第 15 页河南机电高等专科学校课程设计报告书 课程名称： PLC技术与工程应用课题名称： 立体仓库电气控制系统设计 系部名称： 自动控制系 专业班级： 姓 名： 学 号： 2015年 06月27日设 计 任 务 书设计目的：1、 学习PLC电气控制系统的开发过程和系统设计思路；2、 锻炼实际应用程序开发能力；3、 提高电气制图、流程图绘制及办公文档编辑能力。设计要求：1. 设置叉车复位按钮2. 叉车每次的工件输送过程，都应该从初始位置开始。定义缩进极限、下行极限、左行极限同时满足时为叉车初始位置。3. 开机运行时，叉车应该首先自动回到初始位置；若遇到特殊情况，叉车
2、停在非初始位置，按下复位按钮即可实现复位。4. 设置选仓按钮、进出库按钮。5. 根据选仓按钮1，选仓按钮2的不同组合来选定仓库号。选好仓库后，按下进库按钮，叉车能实现右行上行伸出放货出仓自动复位。按下出库按钮，叉车能实现右行上行伸出取货出仓自动复位。每次进库或出库完成都要进行复位，并且在上电时要进行自动复位目 录目 录III1.设计思路或方案选择11.1 硬件基础.11.1.1 步进电动机.11.1.2 叉车.1 限位开关.21.2 设计功能.21.2.1 总控制中心.22.硬件电路设计.32.1 输入输出接口电路介绍.3 输入接口电路.3 输出接口电路.42.2 I/O分配表.53.软件设计
3、.63.1 程序流程图.74.程序调试.84.1 调试设备.84.2 遇到的问题与解决方法.9.9附录1 参考文献.9附录2 程序清单10一、 设计思路或方案选择叉车是工业生产过程中常见的自动化设备，它能够在程序的控制下进行自动进、出库功能。叉车机构控制涉及了PLC、光电传感器、电机驱动等技术。 本例是根据应用PLC来控制电动机的动作，1.1 硬件基础 在立体仓库电气控制实验中硬件分别用到了步进电动机、叉车机构、限位开关、s7-200plc、电源、光电传感器和其他辅助设备.。1.1.1 步进电动机 该设备由三台直流电动机驱动，每台电动机可进行正反转运行。左转右转电动机、伸出与退回电动机、上下移
4、动电机机。1.1.2 叉车机构 叉车机构用来取出或送入物体，通过其动作来实现具体的操作。1.1.3 限位开关该装置有6个限位开关来保护电机，在伸出和退回、左行和右行、上行和下行，每个电机运行极限位置设置了两个行程开关，用于保护电机。1.2 设计功能 能够通过PLC来控制电动机实现叉车对工件的自动取拿、移动和输送功能，实现自动工作代替人工工作。1.2.1 总控制中心总控制中心即计算机可编程设备和控制设备SIMENS S7-200。二、 硬件电路设计2.1 输入输出接口电路介绍 输入接口电路输入接口电路板原理图如图2所示，其功能是将设备上行程开关的开关状态转换为统一的电平信号(逻辑1：24V DC
5、 ；逻辑0：0V DC)。板上设有光电隔离电路，将内外电源隔离，以保护设备安全。 图2. 输入接口电路板电气原理图本设备8个输入信号，对应输入接口电路板的8根输入信号线。各信号线对应的行程开关如表1所示。表1. 输入信号线与元器件对应关系表输入信号线序号(自左到右)对应元器件备 注1叉车平台左限位2叉车平台右限位3叉车平台下限位4叉车平台上限位5叉子退回限位6叉子伸出限位7叉车层定位光电传感器8叉车列定位光电传感器2.1.2 输出接口电路图3 本设备有8个输出控制信号，对应输出接口电路板的8根输出信号线。各输出信号线对应的电动机动作关系如表2所示。表2. 输出信号线与电动机动作对应关系表输出信
6、号线序号(自左到右)对应电动机备 注1叉车平台左行2叉车平台右行3叉车平台下行4叉车平台上行5叉子缩回6叉子伸出1. 控制原理（1） 列定位S6为列定位光电传感器, 列定位片顺序安装于叉车运行轨道左侧，共3只。叉车运行时的列定位，由光电传感器检测到列定位片的开始沿(上升沿)来实现。列定位片有一定宽度,因此只有一侧有效，参见下图：（2） 层定位S7为层定位传感器,在叉子架垂直运行经过层定位片时,发出到位信号，每只层定位片有两只遮光片;分别为上遮光片和下遮光片。参见下图：层定位片定位功能如下表名称定位功能1定位功能2上遮光片放货入叉位取货出叉位下遮光片取货入叉位放货出叉位比如：1. 如果要放料，其
7、过程如下：升叉至上遮光片然后进叉进叉到位后降至下遮光片（此时料盘应已放在库架上）出叉。 2如果要取料，其过程如下：升叉至下遮光片.然后进叉.进叉到位后，升至上遮光片（此时料盘应已插上叉子）出叉。2.2 I/O分配表输入部分功能说明在输入信号板上的端子编号地址叉车左限位1叉车右限位2叉车下限位3叉车上限位4叉车缩限位5叉车伸限位6叉车层定位脉冲7叉车列定位脉冲8出库按钮需外接入库按钮启动按钮复位按钮仓位选择SB1仓位选择SB2输出部分功能说明在输出驱动板上的端子编号地址叉车左行1叉车右行2叉车下行3叉车上行4叉车缩回5叉车伸出6入库完成需外接出库完成原位指示3 软件设计程序流程图启动 I1.3=
8、1复位 I1.1=1 I1.0=1出库入库 4号3号2号1号4号3号2号1号出库或入库完成自动复位4 程序调试4.1 调试设备 首先在电脑的STEP-7-Micro/WIN编程软件中将编辑的梯形图写入软件中，然后点击运行并对其指出的错误进行修改，修改完最终运行无误后将其下载到可编程控制仪器中；其次按照设计的要求接好线，确定无误后按下启动按钮。启动后发现程序并不能按照实验要求的步骤进行运行，甚至没有可运行的迹象，这样起初设计的单步程序和连续运行程序就失败了，也就不符合设计中的要求动作依次有序进行操作的要求，所以务必要对其进行修正。这种情况下我采取了以下方案：方法一：在没有确定设备是否存在问题的情
9、况下，首先应该检查线路是否有问题。其次通过状态监控确定出错的地方进行修改，然后继续运行。方法二：虽然运用此方法比较复杂，但我还是坚持写下去，这对我的知识有很大的要求。在试验台上运行无误后开始进行实际运行。 遇到的问题及解决办法1、问题：开始时编写的程序不能下载到PLC中，提示为“非致命错误”？ 方案：“通过书本中的提示知道了S7-200PLC不能支持多个同一个线圈的输出，只能采用中间继电器的触点，多个触点并联起来接在同一个输出。”2、问题：运行过程中输出容易冲突？ 方案：继电器线圈不能相同，把线圈改为不同的。3、问题：当程序编好下载时提示下载失败？方案：查看通信设置并双击刷新通信端口。4、问题
10、：当程序没有错误提示下载到PLC中设备无动作？方案：查看硬件设备是否接线完好并确定设备是否损坏。5、问题：在子程序中有些动作是连续反复的如何实现连续不冲突？方案：用字节传送或比较，还可用顺序功能图编程实现。5、心得体会本次设计给我增加了许多的知识，不仅仅是PLC的知识，还有电机及传感器的知识。让我认识到了大学中学习的不足之处，也弥补了许多知识的空白区。对于本次设计的自动化立体仓库，我国目前已建成自动化立体仓库400 多座、立体仓库2000 多座。在此，我仅仅将立体仓库的一个简单的构架描述了出来。基于PLC的自动化立体仓库，有着许多的优势，它通过高层货架存储，使得存储区大幅度向高空发展，提高了空
11、间利用率，自动化立体仓库采用层级式存放。通过自动化存储系统，加快了运行和处理速度。提高了劳动生产率，减低操作人员的劳动强度，采用自动化技术后，还能较好地适应黑暗，低温，污染，有毒和易爆等特殊场合的物品存储需要。 计算机控制能够始终确保无误的对各种信息经行存储和管理，减少了货物处理和信息处理过程中的差错，同时借助于计算机管理还能有效地利用仓库存储能力，便于清点和盘库，合理减少库存，加快资金周转，节约资金，从而提高仓库的管理水平。总之，利用自动化立体仓库大大的减少了人力，提高了效率，减少了成本，带来了很大的收益。 本次设计的核心是PLC控制器。PLC具有强大的控制功能。在自动化立体仓库中，如果需要
12、增加仓库，增加机械手，我们不需要花费大量的人力物力财力，这里运用的是了PLC的接线简单、编程直观方便、扩展容易等特点。此时，我们只需要在硬件接线上增加开关输入的信号，然后在我们的程序中适当添加语句就可以了。所以基于PLC所设计出的立体仓库，方便实用，易于扩展与改造。 自动化立体仓库的发展需要我们下更大的功夫去深入研究，可以结合计算机控制以及现场总线的连接，对仓库的控制进行实时监控，更加凸显我们的智能化发展。随着PLC技术的应用和发展，自动化立体仓库的实时性和可靠性会越来越高，控制也会越来越完善。 通过本次的课程设计，我不仅增加了专业知识，而且也在工作的细心程度上得到了锻炼，端正了我的工作态度。
13、一方面让我认识到自己的不足，发现了学习中的错误之处；另一方面又积累丰富的知识，吸取别人好的方法和经验，增强对复杂问题的解决能力，摸索出一套解决综合问题的方法，为自己以后的工作和学习打下坚实的基础。再一方面也加强了我和老师的交流，认识到老师知识的渊博度。因为理论知识学的不牢固，在设计遇到了不少问题，如：遗忘以前学过的专业基础知识。通过理论与实际的结合，进一步提高观察、分析和解决问题的实际工作能力，以便培养成为能够主动适应社会主义现代化建设需要的高素质的复合型人才。运用学习成果，把理论运用于实际，使理论得以提升，形成创新思想。通过此次设计过程，巩固了专业基础知识，培养了我综合应用机械设计课程及其他
14、课程的理论知识和应用生产实际知识解决工程实际问题的能力，在设计的过程中还培养出了我们的团队精神，为今后的学习和工作过程打下基础。经过这次的努力，使我顺利的完成了此次课程设计。这份课程设计既是对这学期所学知识的总结，又是自己知识的积累，也大大加深了对可编程控制器技术的了解。课程设计中既动脑又动手，是一个理论与实际结合的过程。仅仅有理论是不够的，更重要的是实际的，是我们所设计的实物，具有设计合理，经济实用的优点。这就需要我们设计者考虑问题是要仔细、周密，不能有丝毫的大意。对设计方案的优越化，也需要我们综合各方面的因素考虑，尤其是实际。再次向教育指导我的老师及同学表示诚挚的感谢！鉴于本人所学知识有限
15、，经验不足，又是初次研究这种复杂的设计，在此过程中难免存在一些错误和不足之处，恳请老师给予批评和指正此次设计是在杨、张老师的悉心指导下完成的。老师为设计课题的研究提出了许多指导性的意见，为课程设计的撰写、修改提供了许多具体的指导和帮助。张、杨老师的严谨治学、不断探索的科研作风，敏锐深邃的学术洞察力，孜孜不倦的敬业精神，给我留下了深刻的印象，使我受益良多。在本文结束之际，特向我敬爱的老师致以最崇高的敬礼和深深的感谢！附录1 参考文献【1】王永华.现代电气控制技术及PLC应用技术. 北京：航空航天大学。 2008.【2】 廖常初. S7-300/400 PLC应用技术. 北京：机械工业出版社。20
16、11.【3】姚永刚.电机与控制技术.北京：中国铁路出版社。2010.附录2 程序清单符号表主程序定位子程序复位子程序入库子程序出库子程序附表3 系统控制状态表操作步骤状态说明输入输出第1步入库开始I1.0=1，I.1.2=1入库子程序第2步将设定好的行、列以一定几何关系保存 VW14传送给vw23，vw16乘以2传送给vw25，Vw14，vw16Vw23，vw25，vw27第3步从左极限开始右移，同时列计数器C0开始计数I0.6=1，C0M1.0=1，Q0.1=1第4步C0计数为1，到达缓冲列，开始上升，层计数器C2开始计数I0.7=1，C0=1，C2M3.0=1，Q0.3=1第5步计数器C2
17、计数为1，到达第一层下遮光片位置，叉车开始前进C0=1,C2=1M5.0=1，Q0.5=1第6步叉车行道前极限，I1.5触发，开始上升，同时层计数器C2开始计时C0=1,C2=1，I1.5=1M3.1=1，Q0.3=1第7步叉车上行至C2计数为2，到达一层上遮光片，计时器T37开始计时2SC0=1,C2=2M1.5=1，T37=0第8步T37计时两秒叉车开始后退C0=1,C2=2，T37=1M4.1=1，Q0.4=1第9步叉车退至后极限，I0.5触发，右移同时列计数器C1计数C0=1,C2=2，I0.5=1M1.1=1，Q0.1=1第10步列计数器C1值等于VW23的值，即到达给定列，如果计数
18、器C2值不等于VW25值，叉车开始上升C0=VW23,C2VW25，M3.2=1,Q0.3=1第11步C2值等于VW25值，即到达给定层上遮光片位置，叉车前进C0=VW23，C2=VW25M5.1=1，Q0.5=1第12步叉车行至前极限，计时器 T38开始计时C0=VW23，C2=VW25，I0.4=1T38计时开始第13步两秒计时时间到，叉车开始下移T38=1M2.0=1，Q0.2=1第14步叉车一直下遮光片位置，即C2=VW27开始后退C0=VVW23，C2=VW27，I0.5=1M4.1=1，Q0.4=1第15步叉车退至后极限，开始下移C0=VW23,C2VW27,I0.4=1，M2.1
19、=1,Q0.2=1第16步移至下极限开始左移I0.2=1，C2VW27M0.3=1,Q0.0=1第17步移至左极限，入库过程结束I0.2=1，I0.0=1，C2VW27M6.5=1操作步骤状态说明输入输出第1步出库开始I1.1=1，I.1.2=1入库子程序第2步将设定好的行、列以一定几何关系保存 VW14乘以2再加1传送给vw18，vw16乘以2传送给vw37，vw37减1传给vw35Vw14，vw16Vw18，vw35，vw37第3步从左极限直接右移至给定列C0VW23,C2VW35M1.2=1，Q0.1=1第4步右移至给定列，即C0=VW23，开始上移C0=VW23,C2VW35M3.3=
20、1，Q0.3=1第5步上移至给定层下遮光片位置，即C2=VW35，开始前移C0=VW23,C2=VW35M5.2=1.Q0.5=1第6步前移至极限，上移C0=VW23,C2=VW35，I0.5=1M3.4=1,Q0.3=1第7步上移至上遮光片，即C2=VW37计时器T39开始计时C0=VW23,C2=VW37T39开始计时第8步T39两秒计时完毕，开始后退C0=VW23,C2=VW37，T39=1M4.2=1，Q0.4=1第9步后移至极限，开始下降C0=VW23,C2W37,I0.4=1M2.3=1,Q0.2=1第10步下降至极限开始左移C2W37,I0.2=1M0.4=1，Q0.0=1第11
21、步左移至缓冲列既C0=VW18开始上升，同时C2清零C0=VW18,C22M3.5=1，Q0.3=1第12步上升至上遮光片位置，即C2=2，开始前伸C0=VW18,C2=2M5.3=1，Q0.5=1第13步前伸至极限计时器T40开始计时C0=VW18,C2=2，I0.5=1T40开始计时第14步T40两秒计时完成，开始下移C0=VW18,C2=2，T40=1M2.4=1，Q0.2=1第15步下移至下遮光片位置开始后退C0=VW18,C2=3M4.3=1，Q0.4=1第16步后退至极限开始下移C0=VW18,C2=3，I0.4=1M2.5=1，Q0.2=1第17步下移至极限开始左移C0=VW18,C2=3，I0.2=1M0.5=1，Q0.0=1第18步左移至极限，出库完成C0=VW18,C2=3，I0.0=1M6.5=1附表4 立体仓库监控系统组态