立体仓库监控系统毕业设计.docx
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立体仓库监控系统毕业设计.docx
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立体仓库监控系统毕业设计
毕业设计报告
设计题目:
立体仓库监控系统
设计作者1:
苏晓辉
专业班级/学号:
11自动化1班1106160130
设计作者2:
吴伟
专业班级/学号:
11自动化1班1106160107
设计时间:
2013年12月—2014年1月
摘要
随着我国国民经济的发展,自动化立体仓库的应用越来越广泛。
利用立体仓库设备可实现仓库高层合理化,存取自动化,操作简便化。
自动化立体仓库的主体由货架、巷道式堆垛起重机、入(出)库工作台和自动运进(出)及操作控制系统组成。
本课题的电气控制主要由西门子公司的PLC、步进电机驱动器、步进电动机、直流电动机等器件组成。
本文首先对本课题进行简要的介绍,包括背景,研究意义,现状等;其次对该系统的硬件组成、结构、原理进行了阐述和分析;再次对本系统用到的器件进行分别介绍,重点对PLC程序进行了编写;最后对设计本课题所学到的知识和结论进行归纳和总结。
关键词:
立体仓库;电气控制;PLC
Abstract
Withthedevelopmentofnationaleconomyofourcountry,Theapplicationofautomatedwarehousewillbecomemorewidely.Themainbodyoftheautomatedwarehouseismadeupofshelves,stakingcranesroadway,worktableandoperationcontrolsystem.ElectricalcontrolofthesubjectmainlybySiemensPLC,steppermotordrivepowermodulesandotherdevices.
Firstly,It’sabriefintroductionofthesystem,includingbackground,significance,status,etc.secondly,Thehardwarecomponentsofthesystem,structure,principlearedescribedandanalyzed.Thirdly,thedevicesofthissystemareintroduced,focusingonthePLC—thesoftwareiswritten.Finally,summarizetheknowledgeaboutthispaper.
Keywords:
Warehouse;ElectricalControl;PLC;
第一章引言
由于世界经济、现代科技的快速发展,物流产业成为经济发展中的新兴的一个服务部门。
在国际上,物流产业成为了国民经济发展的动脉,其发展的程度成为一个国家的现代化程度以及综合锅里的重要标志之一。
在我们国家,由于市场经济的不断深入,单纯依赖商流而赚取利润的机会将会变少。
因此,企业需要将目标转向物流。
在20世纪六、七十年代,一些发达国家都开始重视仓储管理。
立体仓库一般是指采用几层、十几、几十层的货架储存单元货物,用相应的物料搬运设备进行货物的出、入库操作。
因为这类仓库能充分的利用空间存储货物,所以将它称为立体仓库。
我国立体仓库与物料搬运的研究也并不是很晚,1973年开始研究立体仓库,1980年就有立体仓库应用于实践。
自动化立体仓库有很高的空间利用率、很强的入出库能力、采用计算机进行控制管理而利于企业实施现代化管理等特点,已经成为了企业物流和生产管理不可缺少的仓储技术。
自动化立体仓库的主要优点如下:
(1)仓库作业实现机械化和自动化。
(2)采用高层货架、立体储存,能有效地利用空间,减少占地面积,降低土地购置费用。
(3)采用托盘或货箱储存货物,货物的破损率显著降低。
(4)货位集中,便于控制与管理,特别是使用电子计算机,不但能够实现作业过程的自动控制,而且能够进行信息处理。
在本论文中第一章介绍了立体仓库的发展情况;第二章介绍了立体仓库系统的设计要求;第三章介绍了立体仓库系统设计的方案;第四章阐述了立体点阵系统的软件设计思路;第五章介绍了在编写程序时遇到的问题和解决办法。
第二章设计的任务及要求
2.1设计任务
1、机械手(货台)要有三个自由度,即:
前进、后退;上、下;左、右。
2、机械手的运动由步进电机驱动。
3、机械手前进(或后退)运动和上(或下)运动可同时进行。
4、机械手前进、后退和上、下运动时必须有超限位保护。
5、每个库位必须有检测装置(微动开关)。
6、在手动模式下通过组态可以实现任意仓库的的货物存储。
7、在自动模式下可以实现自动切换仓库里面的格子。
8、能是实现切换仓库(即货物架)。
2.2设计要求
1、通电状态下,各机构手动复位,即返回初始状态。
点击手自动选择开关置于自动(或自动)位置,立体仓库坐标定位以初始位置开始。
2、当手动模式的时候,可点击停止,选择物架(有3*3、4*4、5*5物架,默认为5*5物架)按送物料按钮后,送料台上有物件,选择欲送货物的仓库位。
货物自动送入指定的仓位号对应的仓库位里。
若被指定的仓位号里已存满货物(即:
有3个物料),则送货命令不被执行。
送货完成后,小车自动返回原来的位置。
3、当自动模式的时候,可点击停止,选择物架(有3*3、4*4、5*5物架,默认为5*5物架)点击启动送料台可以自动将货物依次从仓库1存放到满,实现报警。
4、送货指令完成后,机构自动返回原来位置。
5、在组态画面上必须能监视到货台现在的位置
6、上电复位时货台的位置不能飘出组态界面
7、在安全方面。
当舞台回到原点后便不能继续向原点方面运行
8、 整个电气控制系统必须设置急停按钮,以防发生意外。
第三章系统总体设计
3.1方案论证
方案一:
PLC负责驱动程序和控制程序,组态负责监视
如果由PLC负责驱动程序和主控程序,那么PLC还必须建立一个数据库来统计立体仓库中每个一格子的原件个数,而PLC本身对数据库这一方面并不擅长。
方案二:
PLC作为下位机,组态作为上位机
由PLC负责驱动程序,组态负责主控程序,在这样的情况下组态只要想PLC提供3个值:
1、X轴的坐标;2、Y轴的坐标。
3、启动信号。
数据库就完全脱离PLC由组态来控制,脚本的编程语言是VB更便于数据库的编写。
由于所设计的立体仓库需要较为大量的数据库程序,所以我们选择了方案二来作为我们的最终方案。
3.2系统结构框图设计及说明
立体存储单元主要PLC、由I/O接线端口、步进驱动模块、丝杆驱动模块、工件推出装置、立体仓库、气源处理组件和MCGS组态等部件组成。
系统结构框图如3-1所示。
电源
步进电机
MCGS组态
西门子PLC
图3-1系统结构框图
第四章系统的硬件设计和软件设计
4.1硬件设计
4.1.1步进电机驱动模块
立体储存单元中由两套步进驱动模块。
步进驱动器接受PLC发出的告诉脉冲信号及方向信号,并将这些信号转换成驱动步进电机的信号。
步进电机旋转的方向由电平控制;旋转速度由脉冲频率控制;而需要转多少圈是由脉冲信号的数目控制的。
而立体存储单元的步进电机其步距角为1.8度,由此可知发出200个脉冲的时候步进电机旋转一周。
由于步进电机驱驱动器的将脉冲4分,所以需要发出800个脉冲才能使步进电机旋转一周。
所以步进电机每个脉冲可以走0.005MM。
从原点到第一个格子的X轴的距离是41MM,所以需要8200个脉冲。
到Y轴的距离是36MM,说需要的脉冲式7200个脉冲。
往后X轴每格43.5MM的宽度,也就是说每格需要8700个脉冲,Y轴每格高度42MM,所需要的脉冲为8400个脉冲。
图4-1步进电动机驱动控制器的构成
4.1.2丝杆驱动模块
丝杆驱动模块是将步进电机的旋转运动转换成直线往复运动,两套丝杆
驱动模块成90°垂直安装,这样就形成了一个X-Y轴的平面运动系统。
在两个丝杆驱动模块上均设有一个零点,用以校正位置及提供位置参考点。
同时为防止丝杆驱动模块过冲而产生机械物理损伤,在丝杆驱动模块的极限位置均装有碰撞保护开关,用来防止丝杆驱动模块过冲。
4.1.3工件推出装置
该部分由一个双作用气缸、推块和一个接收工件的推块导槽组成。
4.1.4I/O接线端口
I/O接线端口是该工作单元与PLC之间进行通信的线路连接端口。
该工作单元中的所有电信号(直流电源、输入、输出)线都接到该端口上,再通过信号电缆线连接到PLC上。
4.1.5可编程控制器(PLC)简介
可编程控制器的基本结构由输入/输出模块、中央处理单元、电源部件和编程器等组成。
PLC与计算机的基本组成一致,它实际上就是一种工业控制计算器。
输入/输出模块在PLC中,CPU是通过输入/输出模块与外界连接的。
输入模块用于将控制现场输入信号变换成CPU能接收的信号,并对其进行滤波、电平转换、隔离和放大等;输出模块用于将CPU的决策输出信号变换成驱动控制对象执行机构的控制信号,并对输出信号进行功率放大、隔离PLC内部和外部执行元件等。
中央处理单元中央处理器单元包括微处理器、系统程序存储器和用户程序存储器。
微处理器CPU是PLC的核心部件。
电源部件电源部件是把交流电转换成直流电源的装置,它向PLC提供所需的高质量直流电源。
基本结构如下图4-2所示:
图4-2PLC的基本结构
4.1.6可编程控制器(PLC)的特点
1、可靠性高,抗干扰强。
2、功能强大,性价比高。
3、编程简易,现场可修改。
4、配套齐全,使用方便。
5、寿命长,体积小,能耗低。
6、系统的设计、安装、调试、维修工作量少,维修方便。
4.1.7昆仑通太MCGSTPC7062Hi
MCGS即"监视与控制通用系统",英文全称为MonitorandControlGeneratedSystem。
MCGS是为工业过程控制和实时监测领域服务的通用计算机系统软件,具有功能完善、操作简便、可视性好、可维护性强的突出特点。
TPC7062Hi,是一套以嵌入式低功耗CPU为核心(主频600MHz)的高性能嵌入式一体化触摸屏。
该产品设计采用了7英寸高亮度TFT液晶显示屏(分辨率800×480),四线电阻式触摸屏(分辨率1024×1024)。
图4-3TPC7062
图4-4产品参数介绍
4.1.8MCGS组态软件的功能和特点
(1)概念简单,易于理解和使用。
(2)功能齐全,便于方案设计。
(3)实时性与并行处理。
(4)建立实时数据库,便于用户分步组态,保证系统安全可靠运行。
(5)设立"设备工具箱",针对外部设备的特征,用户从中选择某种"构件",设置于设备窗口内,赋予相关的属性,建立系统与外部设备的连接关系,即可实现对该种设备的驱动和控制。
(6)"面向窗口"的设计方法,增加了可视性和可操作性。
(7)利用丰富的"动画组态"功能,快速构造各种复杂生动的动态画面。
(8)引入"运行策略"的概念。
复杂的工程作业,运行流程都是多分支的。
(9)MCGS系统由五大功能部件组成,主要的功能部件以构件的形式来构造。
不同的构件有着不同的功能,且各自独立。
三种基本类型的构件(设备构件、动画构件、策略构件)完成了MCGS系统三大部分(设备驱动、动画显示和流程控制)的所有工作。
用户也可以根据需要,定制特定类型构件,使MCGS系统的功能得到扩充。
这种充分利用"面向对象"的技术,大大提高了系统的可维护性和可扩充性。
(10)支持OLEAuto
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