立体仓库系统

在本课题中立体仓库以S7—200 PLC为控制核心。立体仓库系统是主要是由巷式起重机实现对立体仓储库中的原材料、成品、废品的自动存取。

1 立体仓库总体设计

（1）立体仓库系统的工作流程

立体仓库系统整个工作流程简述如下：

1）出库：在立体仓库系统中，通过巷式起重机把立体仓库中待加工的原材料货箱(第二和三层仓库)取出后实现自动出库任务。

2）入库：当货箱实现自动加工完毕后，再通过巷式起重机把加工好的成品货箱(第四和五层仓库)放入立体仓库成品存料工位上，实现自动入库任务。

3）而且可根据立体仓库中货箱的实际情况对运动机构动作进行优化。

（2）立体仓库系统设计组成

立体仓库由立体仓储库(又叫货架)、巷式堆垛机(巷式起重机)、电气控制装置等部分组成。有自动和手动两种操作方式。电气控制由德国西门子公司的S7—200 CPU226PLC、电动机驱动模块等组成。

图1 立体仓储库结构图图2 巷式起重机结构图

见图1所示，立体仓储库由25个仓储位(货箱)组成，每个仓储位都装有检测传感器实时监控货物的有无，此立体仓储库包含原材料区、成品区和废品区可以通过用户的需求自己编写程序实现对货物在立体仓储库内的自由存取。

见图2所示，巷式起重机是立体仓库系统中的重要设备，它一般用电力来驱动，通过自动或手动控制，实现货物的出入库任务。

2 硬件设计

本设计中，巷式起重机X轴和Y轴运动由小车无刷直流电动机进行驱动；Z/R 轴采用二相混合式步进电机。巷式起重机所有电机的极限位置保护是用行程开关或压电式传感器来保护的。立体仓储库的每个仓位是用检测传感器来监控货物的有无。

立体仓库模型需用4个电机（2个无刷直流电动机、2个步进电动机）、33个传

感器、1个电磁阀。 （1）系统控制设计

本立体仓库系统选用的就是CPU226 PLC

。 （2）系统电气控制

+24V

PLC1

+24V

0V

PL C +

PL C -

2M

孔

13141516171819202122232425

+24V

0V

+24V

1M +24V 0V

Y F -1200

X轴限位X轴电机正/反+2

X轴零位24V

S7-200 CPU 226

150W

50W

11

12R轴电机正R轴电机反Y轴限位Y轴零位R轴零位X轴反馈脉冲A Y轴反馈脉冲B

Y轴电机正/反13

夹手动作X轴运行

Y轴运行报警信号夹手动作

I0I1I2I3I4I5I6I7

I10+24V

I11

I12I13I14I15I16I170V

PL C_OU T -1303PL C -PL C +

PL C_OU T Q14Q15Q

第一行扫描

第二行扫描

第三行扫描

X轴反馈脉冲B

Y轴反馈脉冲A Q13Z轴零位5#

6#

继器3

I26I20I21I22I23I24I25I26I27

Y轴电机正X轴电机正Y轴电机反X轴电机反夹手动作自动/手动

NC 第一行扫描第二行扫描第三行扫描第四行扫描第五行扫描Q0

Q1Q2

Q3Q4Q5Q6Q7Q10

Q11Q12Q13Q14Q15Q16Q171L +

2L +2M

1M CP 0CP 1DI R0DI R1D

D

C

C

X_DIR X_RUN

Y_DIR Y_RUN 1#

3#

2#4#5#6#

EM232

M

L+PL C +

PL C -

M0V0M1

V1DA 0DA 1

0V

7I20I21

NC

（3）直流无刷电机在立体仓库系统设计中的接线电气图

（4） 步进电机的基本电气控制

步进电机

OPT

脉冲

Q0.0

Y轴

M2

（5）检测控制

立体仓库需要检测传感器监控仓库货物的有无和巷式起重机的运行机构需要行程开关或传感器来实现限位保护。各位置传感器的通、断状态作为输入信号送入PLC ，经内部程序运算，再由输出端的开关量去控制电动机驱动模块。

3 软件设计

本系统采用了西门子公司的S7—200CPU226 PLC 为控制核心。其中巷式起重机是整个立体仓库系统货物存取任务的执行者，巷式起重机的控制单元——PLC 自然成为

仓库传感器

2

345678910111213141516171819202122232425

自动/手动

接口3

接口4

急停

针

SB SA 仓库传感器

S1

S2S3S9Y轴电机正X轴电机正

X轴电机反4

5613夹手动作12

345

67

25

15针

整个系统的控制核心。

（1） I/O分配表

（2）软件设计

1）主程序包括：立体仓库的手动模式控制、立体仓库系统的初始化控制、自动模式控制、巷式起重机的限位控制、立体仓储库（25个仓储位）的检测控制、手动模式下R、Z轴起动复位控制。

2）手动模式控制子程序

手动完成巷式起重机X、Y、Z、R轴的运行，此功能主要用于系统调试；

利用手动限位开关控制巷式起重机X、Y轴电机的正反转。Z/R轴手动控制当Z/R 轴手动控制按纽断开，Z轴电机正反转运行；当Z/R轴手动控制Z-R选择按纽闭合，R轴电机正反转运行；用高速脉冲pls1控制Z/R轴CH方向，达到准确定位的目的。

3）初始化控制子程序

自动模式下上电后，利用加计数器使X、Y、Z、R轴电机自动回到零限位。

4）自动控制子程序

巷式起重机与立体仓储库25个仓储位系统配合，自动完成货物的自动出入库任务。此功能包括立体仓储库25个仓储位坐标控制和巷式起重机的顺序搬送货物控制。立体仓储库25个仓储位坐标由PLC指令中的累加器AC来确定仓储位的位置坐标。

5）限位控制子程序

系统上电后巷式起重机的PLC程序限位控制自动运行，其中电机行程的两边各有两个限位传感器，分别为最小行程零位位置传感器和最大行程限位位置传感器。通过PLC程序控制每台电机的零位和限位行程，X、Y轴利用高速计数HSC，得出X、Y轴的起动坐标值和目标坐标值，使电机正/反转及运行。Z、R轴利用高速脉冲pls输出准确定位得出Z、R轴的目标值，

6）立体仓储库（25个仓储位）的检测控制对五层仓库进行扫描：扫描输出设定，五层仓库输出循环闭合，轮流检测仓库状态,检测采用扫描检测方式。立体仓库的每个仓储位上都有检测传感器，利用PLC程序对五层仓库进行扫描。