第一章绪论Word下载.docx
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1、入出库作业功能
(1)回答入出库要求。
<
2)获取判别入出库货物的有关数据。
(3)根据入出库原则决定存取货物的最佳货位。
(4)建立有关货物的数据记录。
2、货物数据的管理功能。
3、信息的交换功能。
包括:
与下位机交换信息,发出入库作业命令,同时调度、监视仓库的有关
作业设备。
1.5课题的提出和主要任务
本课题选自某自动化立体库的改造项目,该立体库主要用于存放成品和包
装材料,该系统采用由服务器(上位计算机)、监控机和PLC(SIMATICS7)组成
三级联网控制系统,采用条形码技术进行货物托盘信息录入和信息跟踪,管理
机发出命令,监控机下达给下位的PLC系统,由输送机及堆垛机共同协作完成
出、入库作业。
由于该立体库是一个没有完工的产品,整个系统没有进行统调,各子系统
间不能正常协调工作,并且设计不完善,存有缺陷和错误,致使当前系统存在
许多故障和安全隐患。
根据对立体库系统的现场考察和对2年来的系统运行故障记录分析,发现
系统的机械系统由于维护及时,故障率较低,而控制系统和软件系统的故障率
较高,且没有规律性,从软件设计的角度分析,主要有以下几种原因:
1、由于系统没有进行系统整体调试,各模块间不匹配,不能很好协调工作。
2,PLC控制器软件模块存在设计错误,造成硬件控制错误和控制精度不够。
3、软件控制系统和数据库服务系统的流程控制不合理、功能不完善,不能
进行全部错误处理和安全运行控制,制约硬件系统性能的发挥。
4、系统可能存在“逻辑炸弹”。
一般来说,系统设计错误和软件设计错误产生的故障现象具有一定的规律
性,但经过故障记录分析,故障发生的种类、出错时间、出错数量等方面不存
在规律性,可以怀疑系统的软件部分可能会有“逻辑炸弹”,随机产生控制错误,
使用户不易察觉。
我们在整理软件程序和资料时发现,没有软件的开发文档,且程序原代码
中的核心代码已经从机器中删除,且由于厂方要求工艺的改变,因此,需要对
其进行重新开发改造,以提高生产效率,保障整个系统安全稳定地运行。
本课题的主要任务是根据厂方提出的新的生产工艺要求,配合管理级、监
控级的改造,完成操作级PLC控制系统的技术改造,技术改造后须从根本上彻
底解决原仓库系统存在的入、出库作业丢失、不读条码、货物不正、错进巷道、
撞盘、断流、不取货、空取货等问题。
本课题主要进行以下几方面的=I:
作:
1、深入研究输送系统和堆垛机系统的结构、运行特点及其控制要求。
对生
工艺进行调整和改造,提高生产效率。
2、按照新的工艺方案及要求,引入Petri网的设计思想,采用功能表图的
方法,建立数学模型,重新开发输送系统PLC控制程序。
3、研究堆垛机的各种故障现象,分析故障机理,有效进行故障诊断。
4、对各项功能进行测试,对整个软件进行整体调试。
编写程序使用说明书
等开发文档。
第二章某自动化立体仓库系统概述
该立体库是座现代化自动化立体库。
立体库主要用于存放成品和包装材
料。
立体库主要内容包括:
2.1立体仓库的基本组成
2.1.1货架
本立体库共设置货架21列,分为8层,共分成4个巷道,8排货架。
货格总数为1344个,货架总长度约49米,总高约17.5米。
单元货物尺寸:
1400mmX1600mmX1600mmo
单元货物重量:
1800kgo
考虑将来存放的成品或包材规格的变化,在设计时采用高度叮以调节的组
合式货架,以适应将来的可能变化。
为适应四支腿三孔双向托盘,采用横梁式
货架。
货架采用冷压轻型内卷边槽钢作为立柱和撑杆。
横梁采用矩形管和挂片
焊接而成。
2.1.2堆垛机系统
每个巷道设置一台堆垛机,共四台堆垛机。
由于本仓库存储的单元货物体积和重量均比较大,堆垛机采用双立柱型式。
设备运行采用闭环调速方式,以保证运行时有足够的输出扭矩,达到低速停准
精度的要求。
额定重量:
1800kg
运行参数分别为:
最高运行速度120米/分
起升速度20米/分
货叉伸缩速度20米/分
2.1.3输送机系统
出入库运输机系统共有33
送机,12个自动门组成。
共设
台链式运输机
2个入库口,
7
,17台棍子升降台,30台棍子输
4个出库口,1套外型尺寸检测器方便用户的参数赋值:
一个带标准用户接口的软件工具给所有模块进行参
数赋值。
人机界面(HMI):
方便的人机界面服务,己经集成在S7-300操作系统内,
因此人机对话的编程要求大大减少。
SIMATIC人机界面(HMD从S7-300中取
得数据,S7-300按用户指定的刷新速度传送这些数据。
S7-300操作系统自动地
处理数据的传送。
诊断功能:
CPU的智能化的诊断系统连续监控系统的功能是否正常、记
录错误和特殊系统事件(例如:
超时、模块更换等)。
口令保护:
多级口令保护可以使用户高度、有效地保护其技术机密,防止
未经允许的复制和修改,操作方式选择开关:
操作方式选择开关像钥匙一样可
以拔出,当钥匙拔出时,就不能改变操作方式。
这样就防止非法删除或改写用
户程序。
方便用户的STEP7的用户界面提供了通讯组态功能,这使得组态非常容易、
简单。
SIMATICS7-300具有多种不同的通讯接口:
多种通讯处理器用来连接AS-1
接口和工业以太网总线系统;
串行通讯处理器用来连接点到点的通讯系统;
多
点接口〔MPI)集成在CPU中,用于同时连接编程器、PC机、人机界面系统。
SIMATICS7-300适用于通用领域:
高电磁兼容性和强抗振动,冲击性,使
其具有最高的工业环境适应性。
2.2基本物流过程
本系统的基本物流过程分为如下几个部分:
成品的入出库流程、包材的入
出库流程和托盘的入出库流程。
以下分别叙述。
2.2.1成品入库作业
1、由分切机下来的成品,首先进行称重,计算机获得重量后,将分配一个
条形码给该成品(条形码设计为19位,如:
19990108D066-0109AIC),并通过
条码打印机打印后粘贴于成品上。
此条形码将通过现场计算机记录到数据库内,
作为组盘的依据。
工人在码放成品前(即组盘前),应首先将托盘的号码(也采用条形码形式)
读入计算机,每个托盘均有自己的唯一号码。
之后,操作人员利用手持条码阅
读器逐个读入每件成品上的条形码,直到所有待组盘的成品条码输入完毕。
并
第二章某自动化立休仓库系统概述
根据需要打印入库单据。
2、完成组盘的货物用叉车送入入库输送机的托盘匕输送机将自动将托盘
货物送到下一个输送单元。
然后货物托盘将接受尺寸检测装置的检测和进行条
码阅读,只有通过尺寸检测和通过条形码的托盘才能进入立体库。
任何错误操
作将导致托盘返回,由人工重新整理。
通过尺寸检测和条码阅读的托盘将由计算机管理系统自动分配一个地址。
地址的分配原则是按照均匀分布和先近后远的原则进行的。
3、此后输送机和堆垛机将协同工作,将货物送到指定的位置,从而完成一
次入库作业。
2.2.2成品出库作业
1、操作员在主控室输入出库任务要求,管理计算机将根据出库任务提供出
库货物地址(系统提供手动和自动两种方式寻址)。
管理计算机发出出库命令后,
通过监控机下达出库指令,依次由堆垛机及输送机系统,自动从货格中将成品托
盘取出并送到巷道口输送机上。
输送机系统进一步将该托盘货物送到出库输送
机1,2,3或4上。
2、工人在站台上用叉车(或其他搬运工具)将成品从托盘上搬下,送到站
台上,然后向汽车装车。
除了整盘货物出库外,系统提供部分货物出库。
即根
据出库货物数量人工拣选出库货物。
3、托盘上的成品卸完后,按动按钮,空托盘被自动输送到托盘收集机自动
收集成握(托盘个数可以设定,此功能暂无)。
码垛后的空托盘将被自动送入高
层货架空托盘存储区存储或供成品入库使用。
对于拣选时需回库的货物托盘,货物托盘将直接通过输送机和堆垛机系统
进入高层货架中存储,不再通过空托盘收集机。
2.2.3包装材料入库作业
1、在码放包装材料前首先输入该批包装材料(没有条码)的属性(品名、
规格、数量等)进行注册,打印机打印组盘单(如果己有组盘单,则不需打印),
工人根据组盘单组盘并检查,然后通过手持条形码阅读器读入货箱的编号凸建
立货箱与货物的连接关系。
现场计算机将记录这些联系数据。
打印机打印出该
批入库货物清单备查。
2、工人码垛完成后的包材货箱送入包装材料入库输送机(同成品)。
3.按动开关盒上的按钮,托盘开始入库,然后该货箱将接受尺寸检测装置
的检测和进行条码阅读,只有通过检测和成功通过条码阅读的包装材料或箱才
能进入立体库。
任何错误都将导致货箱返回,进行重新整理。
经过入库条码阅
读器时,管理计算机核对此货箱编号,并据此自动分配入库地址,地址的分配
原则是按照均匀分布和先近后远的原则进行的。
此后由输送机及堆垛机将包装
材料输送到指定的货格内。
2.2.4包装材料出库作业
操作员在主控室输入包材出库任务要求,管理计算机将根据出库任务提供
出库货物地址(系统同样提供手动和自动两种方式寻址)。
管理计算机发出出库
命令,该命令通过监控机下达给下位的PLC系统。
此后该货箱依次由堆垛机和
输送机系统,自动从货格中将包材货箱出库并输送到出库输送机上。
2.2.5空托盘
成品出库后的空托盘由托盘收集机收集。
部分用于成品入库,剩余部分存
放在货架内。
成品码盘所需得空托盘由现场操作人员申请,从货架中调出。
包
材出库后的空货箱用于包材入库,剩余部分存放在空箱存放区(不进入货架储
存)。
包材入库所需货箱由人工提供。
2.3系统控制框图
见图2-1。
监控机仅与服务器交换信息,对于从工作站发出的命令,均从服务器转发。
工作站接收监控机的状态信息也从服务器上获得。
规定主管理计算机具有从服
务器获取信息的权利,其他工作站均从数据库中获取信息,这就要求主管理计
算机应处于工作状态。
此外,获取系统联机信息的通讯程序应自动启动,并且
不得随意关闭。
监控机与PLC的联机/脱机申请由监控机与控制系统协商。
监控机可申请
与PLC的联机请求,如果收到PLC应答电报,则该请求成功,反之,则不成功。
PLC也可中请与监控机的联机请求,如果收到监控机应答电报,则该请求成功,
反之,则不成功。
第三章输送系统PLC程序设计
3.1输送系统控制原理及控制要求
31.1输送系统网络
见附图。
控制系统的核心是一台西门子57-300系列的可编程序控制器PLC,PLC以
ASCII码的格式与监控计算机串行通讯。
由58个接近开关,85个光电开关组成位置信号检测系统。
由几十个开关按钮几十个指示灯组成手动操作台和6个按钮盒、以及两个
手动遥控器。
利用四个电气控制柜三个转接箱、77个接线盒,连接成一个完整的运输机
控制的硬件系统。
92台电动机分别驱动30台棍子输送机、33台链条运输机、17台升降台棍
子输送机、12个自动门。
利用计算机监控系统在运输机系统上装设的九个条形码阅读器,随时读取
贴在装货托盘上的条形码信息,由监控计算机向运输机实时发送作业命令。
配合为本系统专门开发的PLC控制程序软件,实现对运输机系统的自动控
制。
3.1『2S7-300PLC的配置
通俗地讲,可编程控制器实质上就是一台超微型计算机,其硬件结构基本
上与微机相同,即由微处理器(CPU)、存储器(EPROM,ROM),输入输出(1/0)
模块、外设1/0接口、电源等组成。
各部分通过总线(电源总线、控制总线、地
址总线、数据总线)连接而成。
可编程控制器的工作方式与微机有较大的不同,可编程控制器不是采用微
机的中断方式,而采用循环扫描工作方式,即对程序进行反复的循环扫描,并
对其逐条解释执行。
如一个输出线圈被接通或断开,该线圈的所有触点(常开
或常闭)不会像电气继电控制中的继电器那样立即动作,而必须等到扫描到该
触点时才动作。
由于扫描时间一般只有几十ms,其速度远高于继电器动作时间3.1.4控制与功能要求
1、在托盘运行时,控制系统根据物流过程及控制情况,必须能够决定停下
或者决定必须行驶的的方向。
为解决因硬件结构和光电开关位置问题,带来的
托盘相撞及入串巷道等故障,在任何给定的时刻,每一单元上只能有一个托盘,
同时为保证物流的畅通,托盘在前后两个单元过渡时,应提前启动下一单元,
运行结束时应及时停止。
不同的托盘在不同的单元上可同时行进,门在自动状
态时,内外门同时只能开一个。
2、随机出库功能:
货物托盘有去1,2,3,4号出库台的出库任务时,只
要某出库廊道未被占用,即可由此出库,改变原来定向出库(指定出库台)带
来的多任务时造成的出库效率低下问题。
3,1号入库台可直接出4号出库台:
货物托盘不需入库,可直接完成1号
入库台到4号出库台的出库任务,以便取货或保存,减少出、入库环节,降低
输送机及堆垛机的电能及机械损耗,减少库存容量,提高工作效率。
4、自动到位功能:
输送机正常运行或出现不正常现象需要自动变手动时,
可在自动状态下先实现托盘自动到位,然后变为手动,调整有问题的托盘、链
机、辊机或堆垛机及进行其它工作。
提高托盘到位准确度,减少自动初始位的
手动调整的工作量,缩短调整时间,以便尽快恢复自动运行。
5、入库台按钮操作时,应有记忆功能,并且入库优先。
出库时,若有回库
托盘,回库托盘优先。
6、输送机作业方式有两种:
一种为手动控制作业,一种为自动控制作业。
3.2传统PLC程序设计方法分析“7151(81I77Iel(s)
3.2.1经验设计法
经验设计法实际上是沿用了传统继电器系统电气原理图的设计方法,即在
一些典型单元电路的基础上,根据被控对象对控制系统的具体要求,不断地修
改和完善梯形图。
经验设计法只能用来设计一些简单的程序或复杂系统的某一局部程序(如
手动程序等)。
如果用来设计复杂系统程序,存在以下问题:
1、考虑不周、设计麻烦、设计周期长
用经验设计法设计,没有一套固定的方法和步骤可以遵循,具有很大的试探性和随意性。
设计复杂系统的程序,要用大量的中间元件来完成记忆、联锁、
互锁等功能。
由于需要考虑的因素很多,它们往往又交织在一起,分析起来非
常困难,并且很容易遗漏一些问题。
修改某一局部程序时,很叮能会对系统其
它部分程序产生意想不到的影响,程序的修改也很麻烦,往往花了很长的时间,
还得不到一个满意的结果。
2、程序的可读性较差、系统维护困难
用经验设计法设计的程序往往非常复杂。
它是按设计者的经验和习惯的思
路进行设计。
因此,即使是设计者的同行,要分析这种程序也很困难,更不用
说维修人员了,这给PLC系统的维护和改进带来许多困难。
3.2.2逻辑设计法
工业电气控制线路中,有不少都是通过继电器等电器元件来实现。
而继电
器、交流接触器的触点都只有两种状态即吸合和断开,因此,用“0”和“I"
两种取值的逻辑代数设计电器控制线路是完全可以的。
逻辑设计法是从传统继电器逻辑设计方法继承而来。
它的基本思想是,被
控过程由若干个状态组成,每个状态都是由于接受了某个切换主令信号而建立,
辅助继电器的状态用于区分状态且构成执行元件的输入量,而辅助继电器的状
态由切换信号来控制。
正确写出辅助继电器与切换主令信号之间的逻辑方程及
执行元件与辅助继电器之间的逻辑方程,也就基本完成了程序设计任务。
3.2.3功能表图设计法
法国国家自动化生产促进会(ADPA)针对顺序逻辑控制系统的控制条件和过
程,提出了一套表示逻辑控制功能的编程方法。
在IEC的标准中,称为顺序功能
表SFC(SequenceFunctionChart)。
由于这种编程方法精确严密、简单易学,有
利于设计人员和不同专业人员的交流,因此,该方法公布不久就被许多国家和
国际电工委员会所接受,并制定了相应的国家标准和国际标准,如IEC848。
我国
在L986年制定了功能表图的国家标准(GB6988.6-86),
机电系统中机械的自动工作循环过程就是电气控制系统的输出状态自动、
有序逐步转移的过程,状态的转移实际上也就是控制系统功能的转移。
功能表
图是根据生产加工过程,按一定规则绘制的一种控制流程图。
如图3-I所示。
1、功能表图的组成要素
功能表图主要由步、转换、转换条件、有向连线和动作等要素组成。
(1)步与动作
分析被控对象的工作过程及控制要求,将系统的工作过程划分成若千个状
态不变的阶段,这些阶段称为“步”。
步是根据PLC输出量的状态划分的,只要
系统的输出量状态发生变化,系统就从原来的步进入新的步。
步在功能表图中用矩形框表示。
框内的数字是该步的编号。
如图3-1所示
各步的编号为R1,R2,R3,编程时一般用PLC内部软继电器编号来代表各步,
如M1.Q,M2.Q等。
当系统正工作于某一步时,该步处于活动状态,称为活动步。
控制过程刚
开始阶段的活动步与系统初始状态相对应,称为初始步,在功能表图中初始步
用双线框表示,每个功能表图中至少应该有一个初始步。
所谓“动作”是指某步活动时,PLC向被控系统发出的命令,或被控系统应
该执行的动作。
动作用矩形框中的文字或符号表示,该矩形框应与相应步的矩
形框相连接,如图3-1所示的Yla
当步处于活动状态时,相应的动作被执行。
但应注意表明动作是保持型还
是非保持型的。
保持型的动作是指该步活动时执行该动作,该步变为不活动后
继续执行该动作。
非保持型动作是指该步活动时执行,步变为不活动时动作也
停止执行。
一般保持型的动作在功能表图中应该用文字或助记符标注,如S,而
非保持型动作不要标注。
(2)有向连线、转换和转换条件如图3-1所示,步与步之间用有向连线连接,并且用转换将步分隔开。
步
的活动状态进展是按有向连线规定的路线进行。
有向连线上无箭头标注时,其
进展方向是从上到下、从左到右。
如果不是上述方向,应在有向连线上用箭头
注明方向。
步的活动状态进展是由转换来完成的。
转换是用与有向连线垂直的短划线
来表示。
步与步之间不允许直接相连,必须有转换隔开,而转换与转换之间也
同样不能直接相连,必须有步隔开。
转换条件是与转换相关的逻辑命题。
转换条件可以用文字语言、布尔代数、
表达式或图形符号标注在表示转换的短划线旁边,如图3-1所示的X1,X2.X3.
转换条件X和X,分别表示当二进制逻辑符号X为“1”和“0”状态时条件成
立。
常见的转换条件有按钮、行程开关、定时器、和计数器的触点的动作等。
2、功能表图中转换的实现
步与步之间实现转换应同时具备两个条件:
前级步必须是活动步;
对应的
转换条件成立,这时所有由有向连线与相应转换符号相连的后续步都变为活动,
而所有由有向连线与相应转换符号相连的前级步都变为不活动。
如果转换的前
级步或后续步不止一个,则同步实现转换。
可以给出图3-1所示状态转移关系的逻辑函数的一般形式:
3、功能表图的基本结构
根据步与步之间进展的不同隋况,功能表图有三种基本结构形式:
(1)单序列:
各步按顺序相继激活的情况进展。
每一步的后面只有一个转
换,每一个转换后面只有一步。
(2)选择序列:
在一个活动步之后紧接着有几个后续步可供选择的结构形
式,各分支都有各自的转换条件,一般同时只允许选择其中一个序列。
(3)并列序列:
当转换实现后将同时使多个后续步激活。
功能表图是一种描述顺序控制系统功能的图解表示方法,如果适当运用组
成元素,就可以得到控制系统的静态表示方法,在根据转移触发规则进行模拟
系统的运行,就可得到控制系统的动态过程,并得到相应的状态转移函数、切
换逻辑函数,从而有章可循,克服了经验设计法的不足。
3.2.4程序设计方法的比较
采用经验设计法设计程序时,是直接用输入信号X去控制输出Y,由于X
和Y之间的关系千变万化,因此不可能找出一种简单通用的设计方法。
功能表图设计法是用输入X去控制代表步的编程元件
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