立体仓库实验设计

广州航海学院

立体仓库实验设计

学院：船舶工程学院

专业班级：船电121

姓学名：谢程宁

号：201213160126

2013年7 月4 日

广州航海学院

目录一、设计任务于要求

1.1 1.2设计任务设计要求

1.3 系统设计的基本步骤

二、实验器材

2.1 PLC要求

2.2 2.3立体仓库设备可编程计算机

三、硬件原理

3.1步进电机驱动系统的基本组成和工作原理及应

用

3.2反射式传感器的工作原理

3.3传感器的工作原理和应用

四、控制系统设计

4.1传感器的分布

4.2行程开关的位置与编号

4.3I/O分配表

4.4系统流程：

4.5设计梯形图

4.6 MCGS 组态王实现立体仓库工程画面

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组态软

件

一、设计任务与要求

1.1设计任务

该实验就是采用PLC自动化技术，让给定的机械设备智

能地按照试验设定的程序进行实际操作，实现整体的自动化。

本设计利用的立体仓库主体由底盘、三层六仓位

库体、运动机械及电气控制等四部分组成。其中电气控

制是由西门子S7-200 CPU224型可编程序控制器(PLC)、

1.2

步进电机驱动模块、开关电源、位置传感器等器件组成。

设计的主要任务是：通过利用行程开关和传感器来实现对

设备的行程精确定位，让机械设备在设定的程序的设定位置执

行工作任务，让整个机械设备实现自动一体化，这样能够使设

备能以更快捷、更方便地方式将成品货物安放到系统指定的仓库中。

设计要求

本设计要求是：设备能够正确按照程序设定来精确定位

和正确执行指定任务，同时也要求尽可能以低成本完成整个实验设计。

在此设计的立体仓库需要满足一下功能：

（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。

1.3系统设计的基本步骤

在立体仓库控制系统的设计过程中主要要考虑以下几点：

（1）深入了解和分析立体仓库的工艺条件和控制要求。

（2）确定I/O设备。根据立体仓库控制系统的功能要求，确定系统所需的用户输入、输出设备。

（3）根据I/O点数选择合适的PLC类型。

（4）分配I/O点，分配PLC的输入输出点，编制出输入输出分配表或者输入输出端子的接线图。

（5）设计立体仓库系统的梯形图程序，根据工作要求设计出周密完整的梯形图程序，这是整个立体仓库系统设计的核心工作。

（6）将程序输入PLC进行软件测试，查找错误，使系统程序更加完善。

（7）立体仓库整体调试，在PLC软硬件设计和现场施工完成后，就可以进行整个系统的联机调试，调试中发现的问题要逐一排除，直至调试成功。

二、实验器材

2.1PLC 要求：

西门子S7-200CPU226DC24V，外加一个数字量扩展模块EM223。

根据本次设计的立体仓库的输入、输出信号，其中外部输入元

件包括：检测元件、按钮、取、存、急停、限位开关等；输出有三

个电机的正反向、动作指示等。

2.2立体仓库设备：

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图（1）

1-巷道式堆垛机；2-立体库架；3-水平驱动电机；4-手动操作盘；5-直流电源；6-电机驱动板；7-信号转换板8-空气开关

立体式仓储装置由二大部分组成，巷道式堆垛机、立体式货架。

（1）、巷道式堆垛机装置：从前一单元的输送小车上使用叉子叉取料盘；

（2）、按照控制指令将料盘输送到指定库位。

（3）、巷道式堆垛机装置能够完成在输送小车与库位之间的料盘拿取、放送的操作。

2.3可编程计算机：

应选用安装有STEP7-Micro/WIN编程软件的计算机，在个人计算

机Windows操作系统下运行的编程软件，它的功能强大，使用方便，简单易学。CPU 通过PPI 电缆或插在计算机中的

CP5511、CP5611通讯卡通讯。通过PPI 电缆，可以在Windows 下实现多主站通信方式。

三、硬件原理

3.1步进电机驱动系统的基本组成和工作原理及应用：

步进电机是数字控制系统中的执行电动机，当系统将一个电脉冲信号加到步进电机定子绕组时，转子就转一步，当电脉冲按某一相序加到电动机时，转子沿某一方向转动的步数等于电脉冲个数。因此，改变输入脉冲的数目就能控制步进电动机转子机械位移的大小；改变输入脉冲的通电相序，就能控制步进电动机转

子机械位移的方向，实现位置的控制，实现宽广范围内速度的无级平滑控制。

为了驱动步进电动机，必须由一个决定电动机速度和旋转角