智能堆垛机控制系统的设计报告
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4.1.3气动控制回路分析及连接
图4-6所示为图4-4气动控制系统的原理图。从图可知，执行元件为双作用气缸，控制元件为两位五通的单电控电磁阀，气动系统借助检测及辅助元件装置，在控制器的控制下实现气缸的伸缩运动。
图4-6 气动控制回路原理图
在气动控制回路中，由于电磁阀为单电控，所以电磁阀未通电时，阀工作于右位复位状态，气路走向如图4-7左图所示，此时在气压力作用下，气缸活塞左移，气缸杆缩回。当电磁阀的电磁线圈通电时，阀工作位于左位工作状态，气路走向如图4-7右图所示，此时在气压力作用下，气缸活塞右移，气缸杆伸出。
通过对立体仓库的电气的接线图的分析，我们就可以知道在程序中：I0.0将控制X轴的归零光电信号、I0.1将控制Y轴的归零光电信号、Q0.0将控制X轴电机的步进脉冲、Q0.1将控制Y轴电机的步进脉冲、Q0.2将控制X轴电机的步进方向、Q0.3将控制Y轴电机的步进方向、Q0.4将控制推料气缸的伸出/缩回。
6 结论．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．35
7 使用仪器设备清单．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．35
8 收获、体会和建议．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．36
9 参考文献．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．36
依据图4-6气动控制系统的原理图，并结合气动回路的运行过程要求，绘制出对应的气动控制回路安装连接图，如图4-8所示。在绘制安装连接图时，要求各元件之间的位置布局合理，管路连接无交叉，整体的效果美观。
图3-1 立体存储单元PLC I/O接线原理图
3.2 堆垛机设计方案框图
4 软、硬件设计
4.1 系统硬件设计
4.1.1Байду номын сангаас系统硬件原理图及工作原理说明
立体存储单元用于接收前一单元送来的工件，按照预定的工件信息而自动运送至相应指定的仓位口，并将工件推入立体仓库完成工件的存储功能。在典型的自动化生产线中，立体存储单元在生产流水线中作为最后一单元，模拟工业自动化生产过程中物件的分类存储功能，如图4-1所示为立体存储单元的整体结构。立体存储单元主要由直线驱动模块、工件推料装置、立体仓库、I/O转接端口模块、电气控制板、操作面板、CP阀岛及气源处理装置等部件组成。具体可参考“5.1.1 立体存储单元结构与功能分析”。
Key words:Laned type of stacker; Stereoscopic warehouse;manipulator;PLC
2 设计任务及要求
2.1 设计任务（设计内容）
基于PLC控制技术设计一种堆垛机械，堆垛机械能完成三维空间的运动，人工可以操作堆垛机搬运货物，堆垛机能按设定程序自动搬运货物。
4.1.1系统硬件原理图及工作原理说明．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4
4.1.2气动控制系统认知．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5
4.1.3气动控制回路分析及连接．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6
4.1.4步进电动机认知及应用．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7
5.1.3立体存储单元气动回路分析、安装与调试．．．．．．．．15
5.1.4步进电动机的使用．．．．．．．．．．．．．．．．．．16
5.1.5立体存储单元电气系统分析、安装与调试．．．．．．．．24
5.1.6立体存储单元控制程序设计与调试．．．．．．．．．．．27
5.2故障分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．34
5 安装与调试．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．13
5.1安装调试过程．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．13
5.1.1立体存储单元结构与功能分析．．．．．．．．．．．．．13
5.1.2立体存储单元机械及气动元件安装与调整．．．．．．．．14
4.1.5S7-200控制系统设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8
4.2系统软件设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9
4.2.1程序通信参数选择．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9
4.2.2软件系统总流程图及设计思路说明．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9
立体存储单元主要组成有：步进驱动模块、丝杆驱动模块、工件推出装置、立体仓库、电气控制板、操作面板、I/O转接端口模块、CP阀岛、气源处理装置等。具体结构组成可参考“5.1安装调试过程”。
如图3-1所示为立体存储单元的I/O接线原理图 ， 基本的电磁阀和传感器等的接线。当PLC中的I/O接口被接通时，PLC上相应的端口指示灯将会亮起，转接端口上的指示灯也会亮起。在分析立体仓库的电气的接线图时，可以接线工艺图纸，同时控制堆垛机进行所有的操作，通过观察指示灯的变化判断立体仓储的接线。经过分析发现在本程序设计中需要知道在PLC与机床的接线中：与I0.0相接的是X轴运动方向限位探头、与I0.1相接的是Y轴运动方向限位探头、与Q0.0相连的是X轴电机脉冲CP+端、与Q0.1相连的是Y轴电机脉冲CP+端、与Q0.2相连的是X轴步进驱动器方向DIR+端、与Q0.3相连的是X轴步进驱动器方向DIR+端、与Q0.4相连的是直线气缸电磁阀Y1。
2 设计任务及要求．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2
2.1 设计任务．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2
2.2 设计要求．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2
3 系统总体设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2
附录四:25个存储仓的脉冲分配表．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．46
附录四：立体存储站在柔性生产线中的位置实图................47
1引言
立体仓库的产生和发展是现代物流体系发展的要求和信息技术进步的结果。自上世纪60 年代以来,美、日、欧等国家和地区设计和投入使用的立体仓库越来越多,立体仓储技术已成为一门新兴的学科。有轨堆垛机是自动化立体仓库的主要作业机械,担负着出库、进库、盘库等任务,是自动化立体仓库的核心部件。本文以西门子公司S7-200系列PLC机型为例，研究了堆垛机的定位控制系统。
10 附录．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．36
附录一：人机界面的四个界面 .............................. 36
附录二：各功能模块的程序注释及符号说明................... 38
附录三：I/O口符号表说明..................................45
关键词：堆垛机；立体仓库；PLC
Abstract
The creation and development of stereoscopic warehouse is the request of modern logistics system development and the result of information technique progress.From last century 60's, more and more nations and regions such as the United States, Japan, Europe began to design and devotion the usage of stereoscopic warehouse, which have become a newly arisen academics. Stacker is the core part of automation stereoscopic warehouse,which carrieson many main missions for the automation stereoscopic warehouse.The development of automation stereoscopic warehouse take the stacker’s development as it’s main marking.The most important part of the whole warehouse system is laned type of stacker.The reserch of it’s controlling system has wildly application foreground.This paper took the example of Siemens company’s S7-200 series PLC,itreserchedthe position control system of laned type of stacker.
毕业设计报告
设计题目：智能堆垛机的设计
设计作者：苏标霖
专业班级/学号：0906020141
合作者1：XXX专业班级/学号：xxx
合作者2：XXX专业班级/学号：xxx
指导教师：XXX
设计时间：2011年12月5日——2012年2月10号
1 引言．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1
3.1机械手控制系统结构说明．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2
3.2堆垛机设计方案框图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3
4 软、硬件设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4
4.1 系统硬件设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4
图4-1立体存储单元
如图4-2所示，就像自动生产线一样，智能堆垛机系统的最大特点在于它的综合性和系统性。技术的综合性是将机械技术、气动技术、传感检测技术、电机驱动技术、PLC技术、网络通信技术以及人机界面技术等多种技术的有机结合，并综合应用到整个自动化生产线上。技术的系统性指的是自动化生产线的传感检测、传输与处理、分析与控制、驱动与执行等部件在微处理单元的控制下协调有序地工作，并通过一定的辅助设备构成一个完整的机电一体化系统，自动地完成预定的全部生产任务。
2.2 设计要求（技术指标）
（1）堆垛机三维运动均可手动控制。
（2）用人机界面设计堆垛机控制面板。
（3）堆垛机的三维运动速度可调，并能指示工作速度等级。
（4）程序自动控制堆垛机搬运货物。
（5）撰写设计报告。
3 系统总体设计
3.1立体仓库的电气接线分析
机械手主要用于搬动或者装卸货物的重复动作，动力来源于气压系统。在机械手控制选用PLC，其原因安全可靠。机械手控制分为手动单步、回原点、选格移动、单货源自动、五货源自动五大部分。手动控制与自动控制运用转换开关进行切换，切换后按照以前步骤继续执行。通过PLC输出驱动中间继电器或步进电机驱动器，或接通电磁阀。
一个完整的气动控制系统基本由气压发生装置（气源装置）、执行元件、控制元件、辅助元件、检测元件以及控制器等六个部分组成，如图4-5所示。
图4-5 气动控制系统基本组成
图4-3中静音气泵为压缩空气发生装置，其包括空气压缩机、压力开关、过载安全保护器、储气罐、压力表、过滤减压阀及气源开关等部件，如图4-4所示。气泵是用来产生具有足够压力和流量的压缩空气并将其净化、处理及存储的一套装置，气泵的输出压力可通过其上的过滤减压阀进行调节。
图4-2 自动化生产技术特点
4.1.2气动控制系统认知
图4-3简单的气动控制系统图4-4静音气泵
图4-3为一简单的气动控制系统构成图，该控制系统由静音气泵、气动二联件、气缸、电磁阀、检测元件和控制器等组成，能实现气缸的伸缩运动控制。气动控制系统是以压缩空气为工作介质，在控制元件的控制和辅助元件的配合下，通过执行元件把空气的压缩能转换为机械能，从而完成气缸直线或回转运动并对外做功。
图4-6所示为图4-4气动控制系统的原理图。从图可知，执行元件为双作用气缸，控制元件为两位五通的单电控电磁阀，气动系统借助检测及辅助元件装置，在控制器的控制下实现气缸的伸缩运动。
图4-6 气动控制回路原理图
在气动控制回路中，由于电磁阀为单电控，所以电磁阀未通电时，阀工作于右位复位状态，气路走向如图4-7左图所示，此时在气压力作用下，气缸活塞左移，气缸杆缩回。当电磁阀的电磁线圈通电时，阀工作位于左位工作状态，气路走向如图4-7右图所示，此时在气压力作用下，气缸活塞右移，气缸杆伸出。
通过对立体仓库的电气的接线图的分析，我们就可以知道在程序中：I0.0将控制X轴的归零光电信号、I0.1将控制Y轴的归零光电信号、Q0.0将控制X轴电机的步进脉冲、Q0.1将控制Y轴电机的步进脉冲、Q0.2将控制X轴电机的步进方向、Q0.3将控制Y轴电机的步进方向、Q0.4将控制推料气缸的伸出/缩回。
6 结论．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．35
7 使用仪器设备清单．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．35
8 收获、体会和建议．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．36
9 参考文献．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．36
依据图4-6气动控制系统的原理图，并结合气动回路的运行过程要求，绘制出对应的气动控制回路安装连接图，如图4-8所示。在绘制安装连接图时，要求各元件之间的位置布局合理，管路连接无交叉，整体的效果美观。
图3-1 立体存储单元PLC I/O接线原理图
3.2 堆垛机设计方案框图
4 软、硬件设计
4.1 系统硬件设计
4.1.1Байду номын сангаас系统硬件原理图及工作原理说明
立体存储单元用于接收前一单元送来的工件，按照预定的工件信息而自动运送至相应指定的仓位口，并将工件推入立体仓库完成工件的存储功能。在典型的自动化生产线中，立体存储单元在生产流水线中作为最后一单元，模拟工业自动化生产过程中物件的分类存储功能，如图4-1所示为立体存储单元的整体结构。立体存储单元主要由直线驱动模块、工件推料装置、立体仓库、I/O转接端口模块、电气控制板、操作面板、CP阀岛及气源处理装置等部件组成。具体可参考“5.1.1 立体存储单元结构与功能分析”。
Key words:Laned type of stacker; Stereoscopic warehouse;manipulator;PLC
2 设计任务及要求
2.1 设计任务（设计内容）
基于PLC控制技术设计一种堆垛机械，堆垛机械能完成三维空间的运动，人工可以操作堆垛机搬运货物，堆垛机能按设定程序自动搬运货物。
4.1.1系统硬件原理图及工作原理说明．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4
4.1.2气动控制系统认知．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5
4.1.3气动控制回路分析及连接．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6
4.1.4步进电动机认知及应用．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7
5.1.3立体存储单元气动回路分析、安装与调试．．．．．．．．15
5.1.4步进电动机的使用．．．．．．．．．．．．．．．．．．16
5.1.5立体存储单元电气系统分析、安装与调试．．．．．．．．24
5.1.6立体存储单元控制程序设计与调试．．．．．．．．．．．27
5.2故障分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．34
5 安装与调试．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．13
5.1安装调试过程．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．13
5.1.1立体存储单元结构与功能分析．．．．．．．．．．．．．13
5.1.2立体存储单元机械及气动元件安装与调整．．．．．．．．14
4.1.5S7-200控制系统设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8
4.2系统软件设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9
4.2.1程序通信参数选择．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9
4.2.2软件系统总流程图及设计思路说明．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9
立体存储单元主要组成有：步进驱动模块、丝杆驱动模块、工件推出装置、立体仓库、电气控制板、操作面板、I/O转接端口模块、CP阀岛、气源处理装置等。具体结构组成可参考“5.1安装调试过程”。
如图3-1所示为立体存储单元的I/O接线原理图 ， 基本的电磁阀和传感器等的接线。当PLC中的I/O接口被接通时，PLC上相应的端口指示灯将会亮起，转接端口上的指示灯也会亮起。在分析立体仓库的电气的接线图时，可以接线工艺图纸，同时控制堆垛机进行所有的操作，通过观察指示灯的变化判断立体仓储的接线。经过分析发现在本程序设计中需要知道在PLC与机床的接线中：与I0.0相接的是X轴运动方向限位探头、与I0.1相接的是Y轴运动方向限位探头、与Q0.0相连的是X轴电机脉冲CP+端、与Q0.1相连的是Y轴电机脉冲CP+端、与Q0.2相连的是X轴步进驱动器方向DIR+端、与Q0.3相连的是X轴步进驱动器方向DIR+端、与Q0.4相连的是直线气缸电磁阀Y1。
2 设计任务及要求．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2
2.1 设计任务．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2
2.2 设计要求．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2
3 系统总体设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2
附录四:25个存储仓的脉冲分配表．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．46
附录四：立体存储站在柔性生产线中的位置实图................47
1引言
立体仓库的产生和发展是现代物流体系发展的要求和信息技术进步的结果。自上世纪60 年代以来,美、日、欧等国家和地区设计和投入使用的立体仓库越来越多,立体仓储技术已成为一门新兴的学科。有轨堆垛机是自动化立体仓库的主要作业机械,担负着出库、进库、盘库等任务,是自动化立体仓库的核心部件。本文以西门子公司S7-200系列PLC机型为例，研究了堆垛机的定位控制系统。
10 附录．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．36
附录一：人机界面的四个界面 .............................. 36
附录二：各功能模块的程序注释及符号说明................... 38
附录三：I/O口符号表说明..................................45
关键词：堆垛机；立体仓库；PLC
Abstract
The creation and development of stereoscopic warehouse is the request of modern logistics system development and the result of information technique progress.From last century 60's, more and more nations and regions such as the United States, Japan, Europe began to design and devotion the usage of stereoscopic warehouse, which have become a newly arisen academics. Stacker is the core part of automation stereoscopic warehouse,which carrieson many main missions for the automation stereoscopic warehouse.The development of automation stereoscopic warehouse take the stacker’s development as it’s main marking.The most important part of the whole warehouse system is laned type of stacker.The reserch of it’s controlling system has wildly application foreground.This paper took the example of Siemens company’s S7-200 series PLC,itreserchedthe position control system of laned type of stacker.
毕业设计报告
设计题目：智能堆垛机的设计
设计作者：苏标霖
专业班级/学号：0906020141
合作者1：XXX专业班级/学号：xxx
合作者2：XXX专业班级/学号：xxx
指导教师：XXX
设计时间：2011年12月5日——2012年2月10号
1 引言．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1
3.1机械手控制系统结构说明．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2
3.2堆垛机设计方案框图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3
4 软、硬件设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4
4.1 系统硬件设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4
图4-1立体存储单元
如图4-2所示，就像自动生产线一样，智能堆垛机系统的最大特点在于它的综合性和系统性。技术的综合性是将机械技术、气动技术、传感检测技术、电机驱动技术、PLC技术、网络通信技术以及人机界面技术等多种技术的有机结合，并综合应用到整个自动化生产线上。技术的系统性指的是自动化生产线的传感检测、传输与处理、分析与控制、驱动与执行等部件在微处理单元的控制下协调有序地工作，并通过一定的辅助设备构成一个完整的机电一体化系统，自动地完成预定的全部生产任务。
2.2 设计要求（技术指标）
（1）堆垛机三维运动均可手动控制。
（2）用人机界面设计堆垛机控制面板。
（3）堆垛机的三维运动速度可调，并能指示工作速度等级。
（4）程序自动控制堆垛机搬运货物。
（5）撰写设计报告。
3 系统总体设计
3.1立体仓库的电气接线分析
机械手主要用于搬动或者装卸货物的重复动作，动力来源于气压系统。在机械手控制选用PLC，其原因安全可靠。机械手控制分为手动单步、回原点、选格移动、单货源自动、五货源自动五大部分。手动控制与自动控制运用转换开关进行切换，切换后按照以前步骤继续执行。通过PLC输出驱动中间继电器或步进电机驱动器，或接通电磁阀。
一个完整的气动控制系统基本由气压发生装置（气源装置）、执行元件、控制元件、辅助元件、检测元件以及控制器等六个部分组成，如图4-5所示。
图4-5 气动控制系统基本组成
图4-3中静音气泵为压缩空气发生装置，其包括空气压缩机、压力开关、过载安全保护器、储气罐、压力表、过滤减压阀及气源开关等部件，如图4-4所示。气泵是用来产生具有足够压力和流量的压缩空气并将其净化、处理及存储的一套装置，气泵的输出压力可通过其上的过滤减压阀进行调节。
图4-2 自动化生产技术特点
4.1.2气动控制系统认知
图4-3简单的气动控制系统图4-4静音气泵
图4-3为一简单的气动控制系统构成图，该控制系统由静音气泵、气动二联件、气缸、电磁阀、检测元件和控制器等组成，能实现气缸的伸缩运动控制。气动控制系统是以压缩空气为工作介质，在控制元件的控制和辅助元件的配合下，通过执行元件把空气的压缩能转换为机械能，从而完成气缸直线或回转运动并对外做功。