基于PLC控制的小型自动化立体仓库设计

理工类大学本科毕业设计论文

****大学

毕业设计(论文)任务书

课题名称基于S7-200 PLC控制的小型自动化立体仓

库设计

学院电气信息学院

专业班级自动化084班

姓名XX

学号089064444

毕业设计(论文)的主要内容及要求：

（1）了解自动化立体仓库的组成及基本功能，熟悉PLC控制系统设计的一般步骤。

（2）结合相关资料设计立体仓库的系统结构图；本课题所设计的立体仓库具有以下功能：

1、堆垛机（机械手）要有三个自由度，即：前进、后退；上、下；左、右

2、堆垛机的运动由步进电机驱动

3、堆垛机前进（或后退）运动和上（或下）运动可同时进行

4、堆垛机前进、后退和上、下运动时必须有超限位保护

5、每个仓位必须有检测装置（微动开关），当操作有误时发出错误报警信号

6、当按完仓位号后，没按入或取前，可以按取消键进行取消该操作

7、整个电气控制系统必须设置急停按钮，以防发生意外

起止时间：

2012 年 2 月21 日至2012 年 6 月 5 日共15 周

指导教师签字系主任

签字

院长

签字

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摘要

自动化立体仓库是现代物流系统中迅速发展的一个重要组成部分,是一种多层存放货物的高架仓库系统，由自动控制与管理系统、高位货架、巷道堆垛机、自动入库、自动出库、计算机管理控制系统以及其他辅助设备组成。它具有节约用地、减轻劳动强度、消除差错、提高仓储自动化水平及管理水平、提高管理和操作人员素质、降低储运损耗、有效地减少流动资金的积压、提高物流效率等诸多优点。如今我国国民经济的飞速发展,自动化立体仓库必然会在各行各业中得到越来越广泛的应用。

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分别进行介绍，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进行归纳和总结。

关键字：立体仓库可编程控制器（PLC）西门子S7-200

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Abstract

The automated warehouse is one of the important parts in modern logistics. It's a multi-layer overhead warehouse system to store goods. By the automatic control and management system, high shelf, roadway stacker, automatic storage, automatic library, computer control systems, and other auxiliary equipment, it has a land conservation, and reduce labor intensity and eliminate errors, improve the level of warehouse automation and management level, to improve the quality of management and operations staff, reduce outages, and effective in reducing the backlog of liquidity and improve logistics efficiency and many other advantages. Today, with the rapid development of China's national economy, the automated warehouse will inevitably application in all walks of life.

The subject is mainly made of Siemens PLC, stepper motor drives, stepper motors, direct current motor other devices. First, a brief introduction to the topic, including background, significance, status; Second, the system hardware, the structure, principles are described and analyzed; Third, the devices that are used in this system were introduced, focusing on the preparation of PLC program; Finally, the knowledge learned and conclusions on the topic are summarized.

Keywords : Stereoscopic warehouse Programmable controller Siemens S7-200

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目录

第1章绪论 (1)

1.1 本课题设计的背景 (1)

1.2 本课题设计内容 (1)

1.3 本课题设计的目的和意义 (2)

1.4 小结 (2)

第2章.系统控制方案的确定 (3)

2.1 自动化立体仓库的简介 (3)

2.2 立体仓库系统的功能 (3)

2.3 采用 PLC 控制立体仓库的优点 (5)

2.4 立体仓库技术参数的确定 (5)

2.5 系统设计的基本步骤 (5)

2.6 小结 (6)

第3章系统硬件设计 (6)

3.1控制系统结构设计 (6)

3.2可编程控制器的选型 (7)

3.2.1可编程控制器的基本结构 (7)

3.2.2可编程控制器（PLC）的特点 (7)

3.2.3控制功能的选择 (8)

3.2.4 PLC 机型的选择 (8)

3.3步进电机的选择 (9)

3.3.1步进电机的介绍 (9)

3.3.2步进电机的结构 (9)

3.3.3步进电机的工作原理 (10)

3.3.4步进电机的控制 (11)

3.3.5步进电机的特点 (14)

3.3.6步进电机驱动系统的基本组成 (14)

3.3.7步进电机的选择计算 (15)

3.4步进电动机驱动器的选择 (17)

3.5传感器的选择 (18)

3.6微动开关的选择 (20)

3.7并联型开关稳压电源 (20)

3.8 PLC输入输出分配表 (20)

3.9 电气原理图的设计 (21)

3.10 小结 (22)

第4章系统软件设计 (23)

4.1编程语言的介绍 (23)

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4.2系统流程图 (23)

4.3主要程序的设计 (25)

4.4小结 (30)

结论 (31)

致谢 (32)

参考文献 (33)

附录A 梯形图设计 (34)

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第1章绪论

1.1本课题设计的背景

立体仓库的产生和发展是第二次世界大战之后生产和技术发展的结果。50年代初，美国出现了采用桥式堆垛起重机的立体仓库；50年代末60年代初出现了司机操作的巷道式堆垛起重机立体仓库；1963年美国率先在高架仓库中采用计算机控制技术，建立了第一座计算机控制的立体仓库。此后，自动化立体仓库在美国和欧洲得到迅速发展，并形成了专门的学科。60年代中期，日本开始兴建立体仓库，并且发展速度越来越快，成为当今世界上拥有自动化立体仓库最多的国家之一。

我国对立体仓库及其物料搬运设备的研制开始并不晚，1963年研制成第一台桥式堆垛起重机（机械部北京起重运输机械研究所），1973年开始研制我国第一座由计算机控制的自动化立体仓库（高15米，机械部起重所负责），该库1980年投入运行。到2003年为止，我国自动化立体仓库数量已超过200座。立体仓库由于具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，已成为企业物流和生产管理不可缺少的仓储技术，越来越受到企业的重视。

本论文主要是基于PLC所设计的立体仓库电气控制系统。下面简单阐述PLC的发展背景。1968年美国最大的汽车制造商通用汽车公司为了适应汽车型号不断更新，提出把计算机的完备功能、灵活性、通用性好等优点和继电器-接触器控制系统的简单易懂、操作方便、价格低等优点结合到一起，做成了一种能适应工业环境的通用控制装置，并把其编程方法及程序输入方法简化，使不熟悉计算机的人员也能够快速掌握其使用技术。根据这一设想，美国数字设备公司于1969年率先研制出第一台可编程控制器(简称PLC)，并在通用汽车公司的自动装配线上试用获得成功。由于PLC 的可靠性高，操作简单，可以大大减少设备的维修和停产所造成的经济损失。当前PLC已经成为了电气自动化控制系统中应用最为广泛的核心控制装置。1985 年国际电工委员会（IEC）对PLC的定义如下：“可编程控制器是一种进行数字运算的电子系统，是专为在工业环境下的应用而设计的工业控制器，它采用了可以编程的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计算和算术运算等操作的指令，并通过数字或模拟式的输入和输出，控制各种类型机械的生产过程[1]。”因此，进行立体仓库的PLC控制系统的设计，可以推动机械手行业的发展，扩大PLC在自动控制领域的应用，具有一定的经济和理论研究的价值。

1.2 本课题设计内容

本设计用西门子S7-200系列的控制器作为控制核心，实现一个十二仓位的立体仓库的入库出库功能。立体仓库主体有底盘、四层十二仓位库体、运动机械及电气控制等四部分组成。电气控制部分由西门子生产的S7-200型的可编程控制器、步进电机驱动、各种位置电磁传感器和一些低压电器元件组成。S7-200型可编程控制器作为控制核心，采集输入端口信号后完成各种逻辑控制和数据的运算，然后通过输出端