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毕业设计(论文)-基于S7-200PLC的立体仓库堆垛机控制系统设计.doc

毕业设计(论文)-基于S7-200PLC的立体仓库堆垛机控制系…

小猫腻
2017-12-25 0人阅读 举报 0 0 0 暂无简介

简介:本文档为《毕业设计(论文)-基于S7-200PLC的立体仓库堆垛机控制系统设计doc》,可适用于综合领域

毕业设计(论文)基于S-PLC的立体仓库堆垛机控制系统设计电气工程系毕业设计(论文)基于S,PLC的立体仓库堆垛机控制系统设计专业班级:机电班学号:设计时间:年月年月学生姓名:指导教师:年月日目录内容摘要前言(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((第一章绪论(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((第一节智能立体仓库发展现状((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((第二节本课题主要研究内容((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((第二章软件设计((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((第一节控制系统PLC程序流程(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((第二节控制系统软件设计及其程序说明(((((((((((((((((((((((((((((((((((((第三节控制功能块((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((第四节故障检测与处理功能块(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((第五节通信功能块((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((第六节键盘输入和显示功能块((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((第三章硬件设计((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((第一节硬件设计控制原理分析(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((第二节硬件设计PLC选型及其资源配置(((((((((((((((((((((((((((((((((((第三节堆垛机的控制方式(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((第四节堆现对智能仓库中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。定位控制系统的工艺流程分为部分分别为: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。本次设计首先根据智能仓库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。该系统占用个点数字量IO它最大具有点的IO处理能力综合多个方面的考虑选择了西门子S系列的CPU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智能仓库电气工程系毕业论文,设计说明书,ABSTRACTThisdesignismaininusePLCtoachievethesystem’processautomationwhichnameistheprocessconditionsofintelligencestocksfixapositionchoosetakeorgetgoodsthisdesignistobringoutinterlockfromequipagetoequipageandbringoutthewholesystemoftheworkofmechanisminthesystem’demandthedesignisrelatetocontrolprogramoffixapositioncontrolsysteminPLCchoosetapeofequipmentofPLCandsoftwaredesignofthesystemTherearepartintheflowpathofthewholesystemwhichnameistheprocessofmachinegoforward,theprocessofmachinetolift,theprocessofmachineretreattheprocessofmachinegobackonthebasisoftheconditionsflowpathandconditionoffixapositioncontrolsystemoftheequipage,PLCcontrolprogramisthemaincontrolprogrammeinthesystemPLCcontrolprogram’sadvantageisitwhichingooddependableandingoodresistanceitcanapplyflexibleiyPLCcontrolprogramiseasytomakeprogramandingoodfunctionitsexpandanceisverygooditiseasytoinstallandtextitcankeepingoodrepairsoitisagoodcontrolprogramThefirststepofthewholedesignsystemistoknowthesystem’demandofgrainallocateandtransport,onthebasisofsystem’demanditistimetodrawtheportofdetectionandstarttodesignthePLCcontrolprogramsystemthesecondstepistochoosetherightCPUbecausethesystemhasIOportinthepart,Ithoughtofeverythingaboutthegrainallocateandtransportsystem,soIchooseCPUofsiemenssitpossessIOportCPUhasgoodcapactityofcommunicationanditcankeepingoodtouchwithupbitmachineonnetsoftwaredesignisusethewayoftheformofmodelsinsection,itisbringoutthesystem’demandverywellitcanmaketheprogramclearlyitiseasytomakepeoplestudyandkeepingoodrepairKEYWORDS:plc,positioncontrolsystem,intelligencestocks电气工程系毕业论文,设计说明书,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程序的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S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SPLC堆垛机定位自动控制系统的设计方法。电气工程系毕业论文,设计说明书,第一章绪论第一节智能立体仓库发展状况美国学者JAWhite将自动化技术在仓储领域(包括立体仓库)中的发展分为五个阶段:人工仓储阶段、机械化仓储阶段、自动化仓储阶段、集成化仓储阶段和智能化阶段。其中智能自动化仓储在九十年代后期以及二十一世纪的若干年内将是仓库自动化技术的主要发展方向。立体仓库未来的发展趋势自动化程度不断提高近年来采用可编程控制器(PLC)和微机控制搬运设备的仓库和采用计算机管理与PLC联网控制的全自动化仓库在全部立体仓库中的比重不断增加。大型自动化仓库系统己不再是发展方向。为了适应工业发展的新形势出现了规模更小反应速度更快用途更广的智能立体仓库系统。应用领域日趋广泛从制造工厂、商场、机场、港口、军需部门到地下室冷库等各行各业均有采用。仓库存储货物品种也日益多样化除了大多数仍是制成品外储存品种越来越多。提高仓库运转的可靠性与安全性。在仓库自动控制与信息传输中采用高可靠性的硬、软件增强抗干扰能力。国外智能立体仓库这方面发展的一个方向是普遍采用扫描技术使货物的存取和发送信息做到快速、实时、可靠和准确。立体仓库在我国的发展随着国民经济持续快速发展我国物流也呈现出快速增长的势头。国民经济发展对物流的依赖程度越来越高。物流增加值增长继续快于服务业的发展速度现代物流已经成为加快发展第三产业推动经济结构调整的必不可少的重要措施。另一方面由于我国物流刚刚摆脱计划经济体制的束缚目前还没有形成一个比较完整的体系。另外我国物流企业与物流组织的总体水平低设备陈旧损失率大、效率低运输能力严重不足效率偏低制约了物流的发展。因此从总体来说我国的物流的发展仍处于起步阶段。第二节本课题主要研究内容由于堆垛机PLC控制程序对整个系统自动化程度和各项质量性能有着很重要的影响因此根据堆剁机的自动控制需考虑其运行特点并采用不同的编程方法。本论文分为硬件部分和软件部分但是由于软件对整个控制的重要性将会电气工程系毕业论文,设计说明书,主要对软件部分进行阐述。本论文分为硬件部分和软件部分但是由于软件对整个控制的重要性将会主要对软件部分进行阐述。当今社会“仓储”、“物流”等概念已经逐渐为广大公众所了解其相应的管理技术也在许多大、中型企业中付诸实施。计算机自控技术的飞速发展为现代企业的物流管理提供了重要的技术支持。智能立体仓库就是自控技术在物流管理上的一个很好的应用。智能立体仓库不仅具有节省用地、减轻劳动强度、提高物流效率、降低储运损耗、减少流动资金积压等功能而且在沟通物流信息、衔接产需、保证生产均衡、合理利用资源、进行科学储备与生产经营决策等方面发挥着独特的作用使人们真正享受到现代计算机技术应用于企业物流管理的益处。智能立体仓库是融计算机网络数据库管理技术、自动控制技术、通讯技术、机电技术为一体的综合系统科技含量高具有一定的复杂性。堆垛机或称巷道车是智能立体仓库的主要存取设备直接执行出、入库等任务的操作因此其控制系统的灵活性、稳定性直接彰响着整个系统的运行状况。PLC即可编程逻辑控制器是以微处理器为基础综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术而发展起来的一种新型工业控制装置。它具有可靠性高、环境适应性强、灵活通用、使用方便、维护简单等优点已广泛用于工业过程和位置的自动控制中。据统计可编程控制器是工业自动化装置中应用最多的一种设备。电气工程系毕业论文,设计说明书,第二章软件设计第一节控制系统PLC程序流程根据节系统控制过程的介绍可以总结出基本的程序流程如图所示。启动主程序初始化过程仅在启动时完成自动运动方式选择运动方式是选择运动方式判断定位程序否是否已经到位是置运行到位标志结束主程序图程序流程图电气工程系毕业论文,设计说明书,第二节控制系统软件设计及其程序说明定位自控系统PLC程序说明程序运行步骤如下。()初始化在程序的第一个扫描周期(SM=)设置重要的参数。()运行按下设备的“启运”(START)按钮开始运行首先调用子程序检测位置信号取得当前位置记数然后将位置计数存入在变量VD(行记数)、VD(列记数)中以便程序判断是否已经到达指定的位置。、程序初始化程序初始化由网络和网络完成。(网络是PLC梯形图的一个基本单位通常可以理解为一个程序行。)这是一段简单的初始化过程程序S只读特殊内存SM只有在首次扫描循环时打开所以这段初始化程序只在程序开始运行的时候执行一次。这里执行的两条指令对变更VW以及VW进行初始化这两个变量分别为小车运行中所经过的行计数以及列计数。由于要涉及到小车完成任务的过程以及完成任务以后返回的过程所以程序在执行的过程中必须要明确其运动方式和目的是前进或后退运动、升降运动或者是机械手臂的伸缩运动等。因此在以下的程序中每一个运动过程都必须加上很明确的标志和条件限制来确定其运动的方式和运动的目的这样才不至于因为目的不明确而造成错误的判断以及错误的动作造成存取货物的失败。网络的梯形图如图所示。电气工程系毕业论文,设计说明书,网络的实现代码如下:LDSM仅在首次扫描时SM才为MOVW,VW清除行位置记录变量VWMOVW,VW清除列位置记录变量VW网络的梯形图如图所示。网络的实现代码如下:LDSMCALLsingal、列向自动运行面是一段小车沿列向自动运行的程序由网络和网络完成。在这段程序中首先要考虑的问题就是:小车处于前进或者是存入货物的过程还是完成了预定任务返回的过程。但是由于PLC程序的执行特点是逐行扫描所以仅仅判断小车是处于前进过程还是返回过程是不够的因为在返回过程中还有机械手臂从货架上缩回、机械手臂下降到初始位置等几个过程所以说必须要在程序中能够将这种完全不同的运动区分开来。根据这种要求在编写程序的时候加入了个不同的BOOL类型的变量M、M、M分别作为小车沿列向运行到位标志、机械手沿行向运行到位标志、机械手货架到位标志。当变量为ON时表示已经完成了该项动作为OFF时表明小车还没有完成对应的运动。Q是开关量输出表示启动小车前进小车开始向前运动。在这里笔者认为自动控制不需要控制小车的向后运动。当小车还处于取放货的动作未完成的阶段时需要判断的是小车是否已经完成了列的定位如果未完成列的定位(M为OFF)那么启动小车前进的电机使小车向前运动。如果小车处于完成了取入货的动作时那么判断小车是否已经完成了由货架上返回(伸缩机械手的运动)、是否已经完成了由指定行数退回初始行位置的运动(如果完成小车应该是第一行以下的位置)。如果小车这两个过程都已经完成那么将开始进行后退运动Q表示启动小车后退电机使小车向后运行并返回初始位置。网络的梯形图如图所示。网络的实现代码如下:LDSMSM上电以后自动置为ONLPSANM如果M值为OFF那么认为是处于执行动作的过程中ANM如果M值为OFF那么认为小车第一种运动前后列向运动还没有完成电气工程系毕业论文,设计说明书,AM如果M值为ONSTARTRUN状态AM如果M值为ON自动运行状态SQ那么将置Q为ONQ为小车前向运行输出LPPAM如果M值为ON那么认为小车处于执行动作完毕返回途中ANM如果M为ON机械手已经由货架上返回ANM如果M为ON机械手已经下降到初始位置AM如果M值为ONSTARTRUN状态AM如果M值为ON自动运行状态SQ,那么将置Q为ONQ为小车后向运行输出网络的梯形图如图所示。网络的实现代码如下:LDSMSM上电以后自动置为ONLPSANM如果M值为OFF那么认为是处于执行动作的过程中ANM如果M值为OFF那么认为小车第一种运动前后列向运动还没有完成AM如果M值为ONSTARTRUN状态AM如果M值为ON自动运行状态AD=VDVD如果当前行进的行数等于设定的行数说明已经到达指定=Q的位置输出停止运行信号SM设置达到标记LPPAM如果M值为ON那么认为小车处于执行动作完毕返回途中ANM如果M为ON机械手已经由货架上返回ANM如果M为ON机械手已经下降到初始位置AM如果M值为ONSTARTRUN状态AM如果M值为ON自动运行状态电气工程系毕业论文,设计说明书,AD=VDVD如果当前行进的行数等于设定的行数说明已经到达指定=Q的位置输出停止运行信号RM清除达到标记RM清除达到标记、手动控制下面一段程序是手动情况下对小车进行控制的程序代码由网络完成。在开始按钮已经按下的情况下(START按钮的状态由变量M来对应)M为ON时表示已经开始运行反之则为停滞状态。网络的梯形图如图所示。网络的代码如下:LDSMSM上电以后自动置为ONLPSANM如果M值为OFF那么认为是处于执行动作的过程中ANM如果M值为OFF那么认为小车第一种运动前后列向运动还没有完成AM如果M值为ONSTARTRUN状态AM如果M值为ON自动运动状态SQ那么将置Q为ONQ为小车前向运行输出LPPAM如果M值为ON那么认为小车处于执行动作完毕返回途中ANM如果M为ON机械手已经由货架上返回ANM如果M为ON机械手已经下降到初始位置AM如果M值为ONSTARTRUN状态AM如果M值为ON自动运动状态SQ那么将置Q为ONQ为小车后向运行输出、自动控制下面是自动控制部分由网络、实现。电气工程系毕业论文,设计说明书,Q是开关量输出表示启动小车机械手上升机械手开始运动。在这里笔者认为自动控制不需要控制小车机械手的下降运动。当小车还处于取放货的动作未完成的阶段时需要判断的是小车是否已经完成了列的定位如果未完成列的定位(M为OFF)那么启动小车机械手上升的电机使机械手做上升运动。如果小车处于已经完成了取放货的动作那么判断小车是否已经完成了由货架上的返回(伸缩机械手的运动)如果小车这个过程已经完成那么将开始进行后退运动。Q表示启动机械手下降电机使机械手下降并返回初始位置。网络的梯形图如图所示。网络的实现代码如下:LDSMSM上电以后自动置为ONLPSANM如果M值为OFF表明小车在前进完成任务的过程中AM如果M值为ON表明小车已经完成了前后方向的运行ANM如果M值为OFF表明机械手还没有完成升降运行的动作AMM值为ON,表明“START”按钮已经按下处于运动过程中AMM为ON小车处于自动控制状态SQ输出信号机械手臂抬升货物LPPAM如果M为ON表明小车已经完成了预定动作返回ANM如果M为OFF表明机械手完成了存取货物返回的动作AM如果M值为ON(START按下)AM如果M值为ON自动运动状态SQ那么输出信号机械手执行下降动作网络的梯形图如图所示。电气工程系毕业论文,设计说明书,网络的实现代码如下:LDSMSM上电以后自动置为ONLPSANM如果M值为OFF表明小车在前进过程中AM如果M值为ON表明小车已经完成了前后方向的运行ANM如果M值为OFF表明机械手还没有完成升降运行的动作AMM值为ON,表明“START”按钮已经按下处于运动过程中AMM为ON小车处于自动控制状态AR=VDVD当测量到的行计数与输出的设定行数相等认为已经达到了预定的行数位置那么停止小车上升=QSM同时设置行位置已经达到标志MLPPAM返回过程中ANMAMAMAD=VDVD当测量到的行计数与输出的设定行数相等SQRM认为机械手已经降到原始位置清除行位置达到标志、自动控制机械手臂伸缩运动自动控制机械手伸缩部分由网络~网络完成。前后、升降运动都进行完毕以后机械手已经到达了指定的行数与列数将进行伸缩运动来完成货物的存取。网络的梯形图如图所示。网络的实现代码如下:LDSMSM上电以后自动置为ONAMM值为ON,表明处于运行状态AMM为OFF时表示处于手动控制状态电气工程系毕业论文,设计说明书,LPSAM如果MO为ON表示小车进行向上升运行LPSAM如果此时允许机械手升降运动SQ那么将输出向上运动信号使小车上升运动LPPANM如果此时升降电机运行按钮是停止的=QSM那么将输出上升运行停止信号小车停止上升LPPAMLPSAM如果启动升降运行电机SQ那么将输出下降运行信号机械手向下运动LPPANM如果此时升降电机运行按钮是停止的=Q那么将输出向下运行停止信号小车停止下降SM同时设置M表明小车升降运行已经完成网络的梯形图如图所示。网络的实现代码如下:LDSMSM上电以后自动置为ONLPSANM前进过程中AM已经到达了指定的列AM已经到达了指定的行AM运行状态AM自动状态SQ控制机械手臂前伸LPPAM返回过程中AM还没有完成机械手回缩的动作AM运行状态AM自动状态SQ输出信号机械手后退离开货架电气工程系毕业论文,设计说明书,网络的梯形图如图所示。网络的实现代码如下:LDSMSM上电以后自动置为ONLPSANM前进过程中AM已经到达了指定的列AM已经到达了指定的行AM开始运行AM自动运行状态ANM机械手存取动作未完成TONT设置ms定时器LPPAM返回过程中AM机械手存取动作已经完成AMAMTONT设置ms定时器由于基本原亘与前面的前后、升降运动相似就不详细说明了下面只对一些不同于前面两种运动的情况进行说明。M是伸缩运动到位标志。为ON时表示机械手已经到达指定位置为OFF时表示还未到达指定位置。Q表示前伸运动的开关量输出Q表示后缩运动开关量输出。由于机械手是以mmin的速度运动伸缩距离为cm定时器C是以ms为基本记时单位的所以计算得到机械手可以到达预定位置的时间:运动距离L=cm,速度v=mmin运行时间t=Lv*=min=s=zms因此选用ms定时器C进行计时应该设置计时累加为。、自动控制存取物品自动存取物品的程序由网络~网络完成。网络的梯形图如图所示。电气工程系毕业论文,设计说明书,网络的实现代码如下:LDSMSM上电以后自动置为ONLPSANM如果未完成存取物品动作AM已经到达了指定的列AM已经到达了指定的行AM开始运行AM自动运行AT如果定时器时间已到SM,认为机械手已经到达货架指定位置输出信号停止机械手运动=Q设置机械手到达货架指定位置标志MLPPAM返回过程中AMAMAMAMAMAT如果定时器时间到RM,清除机械手到位标志SQ,同时停止机械手运动如果定时器标志T为ON表示定时器已经到达了预定的时间说明机械手已经前伸到了指定的深度所以停止前伸的运动。Q表示前伸运动。Q表示停止后缩运动。网络的梯形图如图所示。网络的实现代码如下:LDSMSM上电以后自动置为ONANM如果未完成存取物品动作AM如果机械手已经到达了指定的位置电气工程系毕业论文,设计说明书,AMAMLPSAMM为ON时表示机械手入下货物标志SQ输出信号使机械手放下货物LPPAMM为OFF时表示机械手抓取货物标志SQ,输出信号使机械手抓取货物当伸缩运动完成时需要进行的是抓取或存放货物。Q表示将货物放下Q表示抓起货物M为抓取或放下的选择条件为ON时表示放下。网络的梯形图如图所示。网络的实现代码如下:LDSMSM上电以后自动置为ONAMANM手动控制LPSAMM为向前运动标志LPSAM如果机械手伸缩按钮按下SQ,那么输出信号使机械手前伸LPPANM如果机械手伸缩按钮弹起=Q那么输出信号使机械手停止前伸SM,设置机械手伸缩运动到位标志LPPAM如果机械手向后运动标志ON电气工程系毕业论文,设计说明书,LPSAM如果按钮按下SQ,输出信号使机械手后退LPPANM如果机械手伸缩按钮弹起=Q那么输出信号使机械手停止后退SM同时清除机械手到位标志网络的梯形图如图所示。网络的实现代码如下:LDSMSM上电以后自动置为ONAMAMAMSM,如果MMM都为ON那么认为已经完成了存放物品的整个过程设置运行标志位作为返回程序的标志第三节控制功能块针对上述由弯道相连的两条巷道共用一台堆垛机和堆垛机左右两排货架列数不等的仓库布局特点,我们采用了虚拟直巷道统一编址和封锁货位的处理方法。所谓虚拟直巷道统一编址,是指将弯道相连的两条巷道看作一条虚拟直巷道,对货位进行统一编址。这样,列地址便从#一直编至#(每一巷道按个列地址计算)。另外,程序将堆垛机左侧的第列、第列货位(不存在的货位)定义为封锁货位,在前面键盘输入和显示功能块对键入指令进行有效性别时,若键入指令对封锁货位进行作业时,则判定该指令为无效,不予存贮。一条虚拟直巷道有两个入库台,地址分别为(#,#,#)和(#,#,#),有两个出库台,地址分别为(#,#,#)和(#,#,#)(括号中的三个坐标先后分为排、列、层地址)。程序采用两个可逆计数器CNTR,CNTR分别记录堆垛机当前位置的列数和层数。利用CNTR与#的比较结果来确定堆垛机当前所在巷道,从而依据就近原则电气工程系毕业论文,设计说明书,选取相应的出、入库台。第四节故障检测与处理功能块根据对大小、品种各异的众多立体仓库的实地调试,发现并总结了常见的十五种故障及其相应的较适当的处理方法。如:空货位取货,满货位存货,入库台等待,载货台上有无货判错,载货台上货物未放准,运行、伸叉电机过电流保护,变频器自动保护,运行超时,起升超时,伸叉超时等等。根据处理方法的不同,程序将这些故障分为如下三大类:类故障:自动回原位并恢复正常如:空货位取货,满货位存货,入库台等待,运行计数出错,起升计数出错类故障:人工介入后继续执行如:载货台上有无货判错,载货台上货物未运行超时,起升超时,伸叉超时,运行、伸叉电机过流保护,变频器自动放准,保护,微升降超限N类故障:系统断电后人工介入如:系统故障根据所分三类故障,分别编制发生故障相应的故障处理功能模块,整个程序框图如图所示。Y显示故障代码、故障语句并报警Y联机N向管理机发故障信息判断故障类型管理机故障处理功能块类故障类故障类故障YYY类故障处理类故障处理类故障处理功能块功能块功能块N故障消除Y图故障检测与处理功能块程序框图电气工程系毕业论文,设计说明书,第五节通信功能块硬件上,本系统一改传统的计算机三级管理模式,取消了监控级的PLC,成为由管理机直接与各PLC机通信的计算机二级管理模式,简化了结构,降低了成本,使通信更加简捷、可靠。如图所示。电气工程系毕业论文,设计说明书,上电启动RC串行口初始化接受管理机任务或TEXT包N是否任务包向管理机发TEXT包YY正在执行任向管理机发堆剁机忙务状态N接受该任务置位标志字调用控制功能块N任务是否完成N发生故障YY向管理机发完成信息包向管理机发故障错误信息包定时向管理机发状态信息包调用故障检测与处理功能块标志字复位准备接受新任务分钟无新任务招堆垛机回原位图通信功能块程序框图电气工程系毕业论文,设计说明书,第六节键盘输入和显示功能块堆垛机操作面板上设有×矩阵式键盘,包括个数字键和个功能键。键盘的正上方是一循环扫描的八位LED显示块。该模块具有下述功能:a自动生成并显示任务序号(,)b随时显示键入数值,显示格式如图,箭头表示键入数值逐位向左推进序号排列层方式图键盘输入指令显示cEnter键键入后,若指令有效则显示,否则,显示全零状态,并启动蜂鸣器报警,键实现对已存任务的上下检索和修改,Del键可清除全部已存任务d在RUN状态下,实时显示堆垛机当前地址,如图所示排列层图堆垛机实时地址显示e若出现故障,则显示故障代码及故障语句。如图所示。*E*排列层图故障显示整个功能块的程序框图如图所示。电气工程系毕业论文,设计说明书,Y键盘、显示块扫描RUN键键入N数字键功能键NNYY显示该键值F键上下键DEL键Enter键YYYYDEL键功Enter键功能F键功能块上下键功能块能块块图键盘输入和显示功能程序框图电气工程系毕业论文,设计说明书,第三章硬件设计第一节硬件设计控制原理分析堆垛机的信息显示、作业地址及指令的输入方法有很多种一种方法是采用发光二极管来显示各种信息(如故障诊断代码等)采用拨码开关来输入作业地址。此种方法原理简单但是一旦原器件有损坏如某个发光二极管损坏显示的信息就不准又由于采用拨码开关输入的地址值无法校验拨码开关使用~年后触点氧化使电阻增加工作电压较低(V)导通电流小(mA)这样触点电阻的变化会直接影响拨码开关的可靠性造成拨码开关拨的数值与PLC输入的数值不一致堆垛机无法运行到目的地址。此种方法直接影响了堆垛机的可靠运行增大了堆垛机的后期保养、维修工作因此目前此种方法已经很少有人采用。另一种方法是采用键盘来输入作业地址、作业指令用数字和符号来显示各种信息输入的数值及指令马上可以显示出来校对容易对错一目了然。编程器的显示器有二行共位X的液晶点阵可以显示数字、符号和字母键盘按键有~、A~F等键可以使用可以向小车输入作业地址(排、列和层)、作业指令(存、取最多二个作业)、操作方式(自动、手动)。将键盘的~键定义为数字键A~F定义为功能键在输入作业指令、作业地址时显示器能马上显示出来实现了简单的人机对话保证了输入的作业地址和作业指令的准确性提高了堆垛机运行的可靠性。这个方法使堆垛机的小车每通过一个位置就记录一个数一直移动到和预定位置号一致时停止移动。这个方法的特点是电路简单。另外随着电子技术的发展出现了众多优秀的PLC用PLC来控制堆垛机是相当灵活方便的可以在PLC的软件中加保护即堆垛机每走过一个货格的时间超过或少于正常的时间范围就报警。这样就可以有效地避免计数出错本例即采用此方法。智能立体仓库能实现货物的自动存取功能这就要小车在作水平、升降台做垂直运动时能准确记忆堆垛的位置即堆垛机的小车和升降台所在的列和层数以实现货物的定位存取本系统采取了非接触式反射型光电型传感器自动检测货位的列和层数。例如随小车移动反射式光电传感器每经过一列货架立柱时接收到一个反射信号列值增加升降台每升高一层层光电传感器使层值增。光电传感器的有效反射距离为cm。在自动存取货物时货位的输入方法有微机键盘和BCD码拨盘开关两种形式输入PLC在收到外部输入的货位层和列数层后将此值作业层列计数器的预置值用于实现货位的自动搜索控制。图电气工程系毕业论文,设计说明书,所示是典型连接示意图。图硬件连接示意图第二节硬件设计PLC选型及其资源配置计算机控制系统机型的选择:根据实际的控制点数和系统需要实现的控制要求在本例中选用了西门子S系列的PLC作为控制系统。按照控制点数来计算可以选用CPU这个型号的CPU。PLC选型图所示的就是S系列的PLC由于其具有紧凑的设计、良好的扩展性、低廉的价格以及强大的命令使得S系列可以近乎完美地满足小规模的控制要求。此外丰富的CPU类型和电压等级使其在解决工业自动化问题时具有很强的适应性。电气工程系毕业论文,设计说明书,图西门子S系列PLCSCPU(扩展)系统分别对小车电机用变频器、机械手电机步进驱动模块进行自动控制并对检测信号及外部输入数据和控制信号进行处理实现了小车、机械手驱动、升降台提升及保护等控制的基本要求。表所示是CPU的技术参数。表CPU的技术参数技术参数说明本机数字输入路数字量输入本机数字输出路数字量输出高速计数器(位值)个高速计算器脉冲输出个kHz脉冲速率模拟电位器个位分辨率时间中断个ms分辨率边沿中断个上升沿和或个下降沿可选择的输入滤波器时间个范围ms~msPLC的IO资源配置由于需要采集外部检测信号(小车所经过的行、列)、控制小车驱动电机的起停、选择手动控制与自动控制两种状态、小车的前后列向运动、升降行向运动、伸缩运动、货物的抓取、存放等。系统资源分配如表所示。表PLCIO地址分配表电气工程系毕业论文,设计说明书,位号名数据类型说明IBOOLSTARTIBOOLSTOPIBOOL自动选择输入IBOOL手动选择输入IBOOL前后运动IBOOL向前运动IBOOL向后运动IBOOL升降运动IBOOL上升运动IBOOL下降运动IBOOL伸缩运动IBOOL前伸运动IBOOL后缩运动IBOOL抓取物品IBOOL放置物品QBOOL小车向前运行QBOOL小车停止向前运行QBOOL小车向后运行QBOOL小车停止向后运行QBOOL机械手上升QBOOL停止上升QBOOL机械手下降QBOOL停止下降QBOOL机械手前伸QBOOL停止前伸QBOOL机械手后缩QBOOL停止后缩QBOOL放置物品QBOOL抓取物品MBOOL运行状态MBOOL手、自动状态MBOOL小车前后运动使能电气工程系毕业论文,设计说明书,MBOOL列到位标志MBOOL升降运动使能MBOOL行到位标志MBOOL伸缩运动使能MBOOL物品到位标志MBOOLMBOOL程序运行方向标志MBOOL向前运行标志MBOOL向后运行标志MBOOL上升运行标志MBOOL下降运行标志MBOOL前伸运行标志MBOOL后缩运行标志第三节堆垛机的控制方式堆垛机的控制方式有联机自动控制(即上位机控制)、自动控制(即本机自动)、半自动控制及手动控制种。联机自动方式:仓库系统正常运行时堆垛机一般应处于此控制方式。处于此方式下的堆垛机,可以经光调制解调器接受来自控制计算机的操作指令并向控制计算机反馈堆垛机的作业状态等信息,使每个堆垛机成为自动化仓库系统中的有机组成部分,以使仓库控制系统实现对仓库中每一个货位的入出库操作。自动控制方式:堆垛机单机运行时一般处于此控制方式。处于此控制方式下的堆垛机,可以自动地完成本巷道内的每一个货位的入出库操作。半自动控制方式:半自动方式是对本机自动控制方式运行过程的分解,可以单步完成如货叉取放货、堆垛机自动运行至巷道内某一货位地址等操作。堆垛机单机运行、发生异常或安装调试时可以使用这种控制方式。手动控制方式:手动方式一般用于堆垛机的安装调试阶段或堆垛机发生异常时的复位等,可以对堆垛机的走行、升降、伸缩货叉等单独进行操作,堆垛机的执行机构可以手动定位在个运行方向上的任一位置。本设计仅有两种自动控制方式:手动控制方式,单机自动控制方式和联机自动控制方式。电气工程系毕业论文,设计说明书,系统基本电路电气原理如图所示图中纽子开关SA控制中间继电器KA实现手动和自动转换控制并设置了各种工作状态指示。手动状态下纽子开关SA闭合此时继电器KA线圈通电PLC系统不工作手动控制系统通过万能转换开关SA分别控制KM、KM实现提升电机的正反转SA通过变频器手动控制小车电机的正反转SA控制步进电机实现货叉伸缩运动。万能转换开关的触电SA、SA、SA分别控制指示灯HLHL实现小车前后、机械手左右和升降台上下运动的手动工作状态指示。图中PLC的继电器输出模块SM用于驱动HLHL实现编程、运行、左侧、右侧、出库、入库等自动工作状态指示以在自动工作状态下驱动变流接触器KM、KM实现提升电机M的正、反转控制。在联机自动控制方式下,各PLC机通过RSC串行口与管理机进行实时通信,任务指令由管理机输入。图基本控制电路电气工程系毕业论文,设计说明书,第四节堆垛机工作环境本文以如图所示自动化立体仓库PLC控制为例进行阐述。第五节位置定位堆垛机要正确、可靠地存取货箱准确地定位是其关键。认址方法如下:在巷道地基上相对于每列货格安装一个固定的认址片(挡板)在堆垛机底部安装两个光电开关(GD和GD)随堆垛机一起前后运动每经过一列货格光电开关通过认址片发出一脉冲信号到PC从而达到列认址的目的。同样在堆垛机立柱上相对于每一层安装一认址片可以达到层认址的目的。当堆垛机达到目的货格时既计数器的计数值为零时发出停车信号使其停止运行。由于堆垛机对其定位要求精度很高为此把认址结构片做成右图所示的形式用号光电开关作为认址计数开关计数到零时发出停车信号然后再利用号与号开关作精确定位。如果、号开关同时有信号说明已停准如果只号开关有信号说明已超过点动堆垛机回退再检测比较如果只号开关有信号说明还未到中心点点动堆垛机前进再检测比较。这样就达到了准确定位的目的排排排排排排排排图仓库整体布局平面示意图电气工程系毕业论文,设计说明书,货架弯道堆垛机出入库台整个仓库设有四条巷道(带弯道),每一巷道口均有一入库台和一出库台,八排货架,其中第、、、排有列,而第、、、排有列,两台堆剁机具有入库、出库、拣选(库外拣选)、盘库四种作业方式。图光电开关第六节速度控制为了使巷道准确定位而且又要提高其出入库效率就要对堆垛机的速度进行控制而且在电机的选用上采用巷道的行列驱动电机为交流电机便于变频的调速在机械手臂的驱动电机采用步进电机便于控制机械手臂的运动精度。。在本设计中采用高、中、低三档速度(高速ms中速ms低速ms)。设堆垛机的货格的距离(前进、后退方向)为s个货格则速度控制如下:ms(S,),,ms(,S,),V=,ms(,S,),,停车S,,目前自动化立体仓库巷道堆垛机应用的变频调速手段有两种:)当运行控制速度、控制定位精度较低时一般选用开环有级调速运行模式:即手动设定几个固定的运行频率(如:高速、中速、低速三种运行频率实际上可根据使用的不同规格或品牌的变频器及配套的变频电机等选择设定不同梯度的运行频率根据堆垛机的具体运行和控制要求由PLC根据外部环境的输入输出信号进行程序控制切换和设定如用控制用行程开关、光电接近开关等作为信号输入控制单元等以达到调速、定位停准的目的但该变频调速手段的输出偏差或位置控制的误差分布范围大特别是当自动化立体仓库巷道堆垛机的运行速度较高时会造成速度转换后的加、减速距离的增加加、减速平稳性控制难度的增加以及控制单元敏感性下降、故障率上升等其应用具有很大的应用局限性。)当运行控制速度、控制定位精度较高时一般选用闭环无级运行控制模式电气工程系毕业论文,设计说明书,即:对堆垛机的运行速度、运行位移量或位置定位点实现闭环无级运行控制模式从而从根本上实现到达目的地址时的制动停准和根据运行距离实现的平稳换速、适时调整变频器的运行控制频率以实现最佳平稳运行速度的要求并能缩短作业周期提高作业效率该变频调速手段控制精度高运动控制平稳具体场合的适应性好系统运行的可靠性高易调试但一次性投资成本较高。主要表现在闭环反馈信号元件的控制精度选择与配置(如:激光测距仪及其接口电路或板卡)、PLC配置上的高端化、上位机控制软件及硬件与PLC的接口电路或板卡等其软件编程的高端和复杂化以及软件开发调试具有一定的难度等。第七节变频调速系统控制堆垛机沿巷道运行行程长为了提高出入库的数率和精确定位完成小车的多档速度控制采用变频调速控制小车电机变频调速采用台达公司VFDA型变频器变频调速的硬件电路见图所示。图变频调速控制手动操作时中间继电器KA常开触电闭合万能转换开关SA的操作手柄在位置时变频器DCM与REV端连通变频器输出正相序电源三相交流异步电动机M正转SA在位置时DCM与FWD连通变频器输出反向序电源电动机M反转。SA在位置时REV与FWD均无效电动机M处于停止状态。自动操作时KA常开触电断开SA在位置当PLC的输出点Q有效时DCM与REV端连通M正转Q有效时DCM与FWD连通M反转。电气工程系毕业论文,设计说明书,第四章系统调试本章主要论述定位控制程序调试。调试采用SPLC仿真器进行分阶段分部分的调试。第一节仿真系统简介及使用S仿真软件的介面如下:停止状态电气工程系毕业论文,设计说明书,运行状态:第二节软件调试软件设计采用模块化设计这样给我们调试带来极大的方便。进行系统调试就是按照程序流程进行的。按下设备的“启运”(START)按钮开始运行首先调用子程序检测位置信(行记数)、VD号取得当前位置记数然后将位置计数存入在变量VD(列记数)中以便程序判断是否已经到达指定的位置。电气工程系毕业论文,设计说明书,程序初始化由网络和网络完成。(网络是PLC梯形图的一个基本单位通常可以理解为一个程序行。)这是一段简单的初始化过程程序S只读特殊内存SM只有在首次扫描循环时打开所以这段初始化程序只在程序开始运行的时候执行一次。这里执行的两条指令对变更VW以及VW进行初始化这两个变量分别为小车运行中所经过的行计数以及列计数。由于要涉及到小车完成任务的过程以及完成任务以后返回的过程所以程序在执行的过程中必须要明确其运动方式和目的是前进或后退运动、升降运动或者是机械手臂的伸缩运动等。因此在以下的程序中每一个运动过程都必须加上很明确的标志和条件限制来确定其运动的方式和运动的目的这样才不至于因为目的不明确而造成错误的判断以及错误的动作造成存取货物的失败。电气工程系毕业论文,设计说明书,程序按照流程在前进过程抬升过程存取货物过程返回过程中都能按照指定的要求正确执行程序调试正确。S的特性S系列产品具有高性能的中央处理器因此模块化的灵活设计而具有广泛的适用范围同时具有极高的性价比。S无论单机运行还是互相或者与其他设备组成网络都具有友谊的表现。S的主要特性有:,快速的中央处理运算能力。,极丰富的编程指令集。,响应快速的数字量和模拟量输入输出通道。,操作边界易于掌握。,强大的通讯能力。,丰富的扩展模块。SCPU继承了丰富的内置功能:,高速计数器输入。,短暂脉冲捕捉功能。,高速脉冲输出。,IO硬件中断事件。,特殊功能相关的中断功能。,PID控制PID自整定功能。,支持多种生产工艺配方。,数据记录(归档)。此外S还支持以下功能:,用户自定义的库指令便于模块化编程。,完善的密码和知识产权保护功能。,在RUN(运行)状态下的在线编程能力。,直接读写实际IO。,可调整的数字量和模拟量的输入滤波。,定义数字量和模拟量在STOP(停止)时的状态。,多种数据保持设置。,一个可由用户定义的LED状态指示灯。电气工程系毕业论文,设计说明书,第五章系统总体设计本论文(设计)是以智能立体仓库的设计为例利用S系统设计的一个定位控制系统。第一节系统工作过程根据设计要求将整个定位控制的全过程分成多个阶段:小车前进到指定货架列的过程将货物抬升到指定货架行的过程机械手放置货物或者取得货物的过程放置或者取得货物之后返回的过程。在各个阶段对象的特性相对稳定并且小车在前进和抬升货物的过程控制方面是基本一致的。下面对各个阶段进行简单的介绍。()小车前进的过程:在这个过程中处于自动或者手动控制状态的小车由起始点出发经过位置的校对到达预先指定的货架的列。()抬升货物的过程:在这个过程中货物被抬升到预先指定的货架的行。()存取货物的过程:在这个过程中通过控制机械手臂的运动使机械手到达预先指定的位置。然后根据实际的需要完成存放或者取得货物的操作。()返回过程:在完成指定的操作之后小车应该返回起始位置。第二节系统软件的功能作为一个定位控制系统必须实现的目标如下:()一般控制系统要求的自动、手动的控制功能。()能根据使用者发出的指令做出相应的动作。()能够根据实际的情况进行自动的校。正第三节系统硬件功能智能立体仓库由货架、堆垛机、自动控制装置等部分组成有自动和手动两电气工程系毕业论文,设计说明书,种操作方式。立体仓库中间为巷道两侧为双行货架堆垛机在巷道上、固定的天、地导轨之间运行。本系统仅设置X和Y层的货架一行另一行货架仅为虚拟行以便安装和参观学习。堆垛机由固定在小车上的门式框架、沿门式框架上导轨提升运动的升降台以及在升降台上做伸缩运动的货叉(机械手)等部分组成堆垛机设计成一个自由度系统货物放在升降台的货叉上能实现上下、左右和前后的运动。水平方向的前后运动由小车电动机进行驱动小车电动机为W的三相交流异步电动机。堆垛机垂直方向由提升电机驱动升降台沿门式框架结构做升降运动提升速度小于mmin提升电动机功率为W的锥型转子单相交流异步电动机具有断电抱闸制动的功能。固定在升降台上的机械手可带动货物一起做伸缩运动伸缩量为左右各mm用于货物的存取操作。速度按机械手mmin的速度要求设定。电气工程系毕业论文,设计说明书,总结这次我们搞的课题是基于SPLC的智能仓库定位自动控制系统设计该设计主要是采用PLC来设计。目前较为先进的PLC不仅具有满足顺序控制要求的基本逻辑指令而且还提供了丰富的功能指令。如果说基本逻辑指令是对继电器控制原理的一种抽象提高的话那么功能指令就像是对汇编语言的一种抽象提高。BCD码数据拨盘是计算机控制系统中常用到的十进制拨盘数据输入装置。拨盘共有,一共个位置每一位置都有相应的数字指示。一个拨盘可代表一位十进制数据若需输入多位数据可以用多片BCD码拨盘并联使用。巷道式堆垛机是立体仓库中的一种自动装运设备。本章给出了一个简单的定位控制系统的设计思路针对设备自控系统设计中的几个问题如堆垛机信息显示及作业地址、作业指令的输入方法、位置检测、定位方法使用等提出自己观点供大家参考。选取用BCD码拨盘装置应用于PLC控制的系统无需再设计数码输入显示电路有效地节省了PLC的输入点简化了硬件电路并利用先进的功能指令实现数据的存储和传输因此能极方便地实现数据的在线输入或修改(如计数器设定值的修改等)。若配合简单的硬件译码电路就可显示有关参数的动态变化(如电机步数的递减变化等)。为避免在系统运行中拨动拨盘可能给系统造成的波动最好设置一个输入键当确认各片拨盘都拨到位后再按该键这时数据才被PLC读入并处理。在这次设计过程中我收获良多获得了许多珍贵的知识学到了在许多书本上不可能收录的东西。经过年的专业学习本专业的学生已经基本掌握了一定的基础知识但知识的综合应用能力仍有待提高。为培养和提高该专业学生的综合应用能力特选择了“智能立体仓库定位控制系统设计”这一课题作为该专业部分学生的毕业设计题目。在这次毕业设计中培养了我们综合运用所学知识和技能理论联系实际独立分析解决实际问题的能力使本专业工作和进行相关的基本训练能够准确地掌握大学阶段所学的专业基础知识基本学会综合运用所学知识进行科学研究的方法对所研究的题目有一定的心得体会,我体会到了学习的重要性在设计过程中遇到了很多困难在这里我要感谢我的指导老师陈刚老师感谢他给予了我很大的支持让我在设计中面对难题能个个击破同时也学习掌握了大量专业的知识电气工程系毕业论文,设计说明书,致谢经过几个月的忙碌本次毕业论文设计已经接近尾声这次毕业论文设计可以说是一波三折之所以能够得以成功我一定要感谢一个人他就是我的指导老师陈刚老师~刚刚开始我抱着应付的态度在他的严厉批评和指导下使我对于这次的毕业设计工作有了正确的认识从思想上为完成好这次毕业设计任务做好了准备。他严肃的科学态度严谨的治学精神精益求精的工作作风深深地感染和激励着我。从课题的选择到项目的最终完成陈刚老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持。陈老师不仅在学业上给我以精心指导同时还在思想上给我以无微不至的关怀除了敬佩陈刚老师的专业水平外他的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样并将积极影响我今后的学习和工作。在此谨向陈老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。它的意义在于这不仅仅是完成一个项目更主要的是对你大学几年来的学习成果的检验在这次设计中我所能够学到的和所会运用到的知识都是对我以后的工作和学习有着非常重要的帮助。电气工程系毕业论文,设计说明书,参考文献(王永华《现代电气控制及PLC应用技术》,北京航空航天大学出版社(廖常初《可编程序控制器应用技术》,清华大学出版社(汪晓平《PLC可编程控制器系统开发实例导航》人民邮电出版社P赵炯《立体仓库中堆垛机待命位的动态确定及应用研究》丁立言《仓储自动化》北京清华大学出版社年月P秦明森《实用物流技术》,北京,中国物资出版社P郝渊晓《现代物流信息化》广州中山大学出版社P张铎《物流系统工程》北京清华大学出版社P刘志学《现代物流手册》北京中国物资出版社
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