1、垂直提升平移式立体仓库毕业设计优秀文档(可以直接使用，可编辑 优秀文档，欢迎下载）摘要本课题采用西门子S7-200型PLC（可编程序控制器）设计了一种垂直提升平移式立体仓库的自动控制系统，通过THFLT-1型立体仓库教学模型实现了立体仓库的各种功能。论文描述了多层升降横移式立体仓库的运行原理和结构特点，介绍了其控制系统的组成、PLC控制的实现和控制软件的设计。在此基础上，利用亚控组态软件进行上位机监控，设计监控画面，通过串行通讯方式，实现了对仓库运行过程及仓库状态的监测。关键字：立体仓库 PLC 组态软件ABSTRACTIn this project, an automatic control
2、 system is designed to control the three-dimensional warehouse based on a programmable logic controller (PLC)S7-200 of Siemens. It realizes various of function by the THFLT-1 warehouse mode. The characteristics and application of warehouse is briefly introduced in this paper. The system component, t
3、he work principle, how to control stepper motor and how to programmable are also introduced in detail. On this basis, this design realizes the real-time monitoring program for automated warehouse mode by configuration software. Key Words： Warehouse，PLC，Configuration software,目录1 绪论11.1本课题研究的主要意义11.2
4、本课题的主要任务22 立体仓库概述32.1 立体仓库的发展与前景32.2立体仓库简介43 PLC可编程控制器93.1PLC概述93.2 可编程序控制器的硬件与工作原理124 立体仓库控制系统设计234.1 系统硬件概述234.2 系统软件设计305 监控系统的设计415.1 组态软件简介415.2 监控系统设计45总结54参考文献55致谢56附录：翻译571 绪论1.1 本课题研究的主要意义自动化立体仓库系统是指在不需要人工干预的情况下，运输设备能自动存储和取出货物的多层仓库存储系统。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, 它具有节约用地、减轻劳动强度、消除差错、提高仓储自
5、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。与厂级计算机管理信息系统联网以及与生产线紧密相连的自动化立体仓库更是当今CIMS(计算机集成制造系统)及FMS(柔性制造系统)必不可少的关键环节。本次课题所设计的立体仓库主要是用来存放车辆。随着社会、经济、交通的发展以及人们生活水平的不断提高，车辆无处停放的问题日趋突出。立体停车设备的发展在国外，尤其在日本已有近3040年的历史，无论在理论还是在技术上均已获得了成功。我国也于90年代初开始研究开发机械立体停车设备，距今已有十多年的历程。采用立体仓库进行存放车辆与传统的自然地下车库相比，在
6、许多方面都显示出优越性。首先，立体仓库具有突出的节地优势。以往的地下车库由于要留出足够的行车通道，平均一辆车就要占据40平方米的面积，而如果采用多层立体仓库，可使地面的使用率提高8090，如果采用地上多层（21层）立体式车库的话，50平方米的土地面积上便可存放40辆车，仓库可以大幅度地向高空发展，充分利用仓库地面和空间，因此，节省了库存占地面积，提高了空间利用率。这可以大大地节省有限的土地资源，并节省土地开发成本。立体仓库存放车辆与传统地下车库相比可更加有效地保证人身和车辆的安全，人在车库内或车不停准位置，由电子控制的整个设备便不会运转。应该说，立体仓库从管理上可以做到彻底的人车分流。在立体仓
7、库中采用机械存车，还可以免除采暖通风设施，因此，运行中的耗电量比工人管理的地下车库低得多。立体仓库一般不做成套系统，而是以单台集装而成。这样可以充分发挥其用地少、可化整为零的优势，在住宅区的每个组团中或每栋楼下都可以随机设立机械停车楼。这对眼下车库短缺的小区解决停车难的问题提供了方便条件。因此，对这个课题的研究是具有重大意义的。1.2 本课题的主要任务 本课题的主要任务是利用现有的立体仓库教学模型，通过PLC编程控制实现简单的取车或送车动作，并利用亚控组态软件设计监控系统，实现上位机对机构的动作的跟踪监控。2 立体仓库概述2.1 立体仓库的发展与前景立体仓库的产生和发展是第二次世界大战之后生产
8、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；其目的是实现军事上自动化搬运弹药。自动化立体仓库以其占地面积少, 差错少, 节省人力等优点, 大大提升了航空母舰战斗机群轮番战斗能力。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。自动化立体仓库以其可靠性高, 节省劳动力, 零件容易维修更换, 操作简单方便, 降低工业生产中的生产物流成本, 有效节约建设费用和土地资源等优势，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，
9、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。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。但截至目前，国内使用立体化仓库的企业还不是十分的普及。究其原因,其一、国内建造普通仓库投入每平方米大约是1000 元,而建造自动化立体仓库投入每平方
10、米高达10000元,价格相差整整10倍。其二、自动化立体仓库的运行成本, 如自动叉车、电脑集成、信息控制系统等成本也相当高。最后是成本与效益问题,我国劳动力资源丰富而廉价，因此,国内企业与国外企业对物流投入的迫切感不一样,国内企业可能比较实际,如果要花几十万上这个设备, 而且以后还要不断地在维修、燃料、零部件更换中不断投入,还不如干脆多请几个人来操作。当然也不能以此就断定自动化立体仓库就不适合中国的国情。在国内也有在自动化立体仓库方面做的很不错的企业。比如: 昆明船舶设备和北京自动化研究所,他们一方面习吸收国外先进技术,另一方面立足自身发展,获得了相当完整的自动化立体仓库技术体系。在十五期间包
11、揽了国家主要自动化立体仓库的设计和建造任务,创造了巨大的社会效益和经济效益。村田机械、大福( 上海) 及冈村物流等在国内的自动化仓库制造方面也都有着不俗的业绩。回望2006 年自动化立体仓库市场总体发展是稳健快速的,虽然总体利润下降,但各厂家生产订单饱满,销售结果好于预期。预计2007年形势会更好,全年自动化立体库建设数量将接近100座。今后,随着中国企业规模的扩大和数量的增加,以及重视与合理利用土地这一稀缺资源的意识不断增强, 具有节约土地资源优势、提高企业管理水平的自动化立体库必将得到更广泛使用。2.2立体仓库简介立体仓库自动化立体仓库一般是指采用几层、十几层乃至几十层高的货架储存单元货物
12、，用相应的物料搬运设备进行货物入库和出库作业的仓库。由于这类仓库能充分利用空间储存货物，故常形象地将其称为“立体仓库”。自动化立体仓库不是单一设备堆积而成的仓库，它是一个仓库系统。自动化立体仓库中所有设备在控制软件的管理下统一高效地运行。因为自动化立体仓库不单纯是一个仓库，所以它的建设也是一个复杂的系统工程。包括地基的勘探、工程的设计、建设等。自动化立体仓库系统的设计建设必须与企业的物流规划、企业的发展联系起来综合考虑，使其成为物流链中重要的节点。自动化立体仓库，是当前技术水平较高的形式。自动化立体仓库的主体由货架，巷道式堆垛起重机、入（出）库工作台和自动运进（出）及操作控制系统组成。货架是钢
13、结构或钢筋混凝土结构的建筑物或结构体，货架内是标准尺寸的货位空间，巷道堆垛起重机穿行于货架之间的巷道中，完成存、取货的工作。管理上采用计算机及条形码技术。自动化立体仓库大大提高了仓储管理、物资调动和作业的准确率，同时提高了物流速度。大量的管理信息由计算机数据库系统存储，计算机控制自动设备连续作业，并由计算机的逻辑判断进行合理的货位选择，保证了仓储管理的高效率。 立体仓库的基本组成自动化立体仓库一般由高层货架、起重运输设备、土建公用设施以及控制和管理设施等部分组成。1货架。构铸货架的材料一般选用钢材或钢筋混凝土，钢货架的优点是构件尺寸小，制作方便，安装建设周期短，而且可以提高仓库的库容利用率。钢
14、筋混凝土货架的优点在于其防火性能较好，抗腐蚀能力较强，维护保养也相对简单。自动化立体仓库的货架一般都分隔成一个个的单元格，单元格是用于存放托盘或直接存放货物的。 2货箱与托盘。货箱和托盘的基本功能是装小件的货物，以便于叉车和堆垛机的叉取和存放。采用货箱和托盘存放货物可以提高货物装卸和存取的效率。 3巷道机。巷道机是自动化立体仓库中最重要的设备，它是随自动化立体仓库的出现而发展起来的专用起重机。巷道机可在高层货架间的巷道内来回运动，其升降平台可作上下运动，升降平台上的货物存取装置可将货物存入货格或从货格中取出。 4周边搬运设备。搬运设备一般是由电力来驱动，由自动或手动控制，把货物从一处移到另一处
15、。这类设备包括输送机、自动导向车等，设备形式可以是单机、双轨、地面的、空中的、一维运行(即沿水平直线或垂直直线运行)、二维运行、三维运行等。其作用是配合巷道机完成货物的输送、转移、分拣等作业。在仓库内的主要搬运系统因故停止工作时，周边设备还可以发挥其作用，使作业继续进行。 立体仓库的分类立体仓库按不同划分规则可有不同的分类，如下： 按高度划分为低层（货架高度5M以下）/中层（货架高度5-12M）/高层（货架高度12M以上）。 按规模划分为小型（库容量2000个托盘以下）/中型（库容量2000-5000个托盘）/大型（库容量5000个托盘以上）。按建筑形式分为整体和分离式。按货物存取行式为单元架
16、式，移动货架式和拣选货架式。 按货架构造形式分为单元货格式，贯通式，水平循环式和垂直循环式仓库。 按所起的作用分为生产性仓库和流通性仓库。 按自动化仓库与生产联接的紧密程度分为独立型，半紧密型和紧密型仓库。 自动化立体仓库的优点自动化立体仓库能得迅速发展的主要原因，就在于它具有如下优点：1货物存放集中化、立体化、减少占地面积。在地价昂贵的国家里，其效果尤为显著。目前，世界上最高的立体仓库可达40多米，容量多达30万个货位。2仓库作业的机械化和自动化减轻了工人的劳动强度，节约劳力，缩短作业时间,大大提高作业效率。3采用计算机进行仓储管理，可以方便地做到先进先出，并可防止货物自然老化、变质、生锈，
17、也能避免货物的丢失。4物品出入库迅速、准确、减少了车辆了待装待卸时间，提高了仓库的存储周转能力。5采用电子计算机控制与管理，有利于压缩库存和加速物品的周转，降低了储存费用，从面降低了产品成本。6可以适应特殊环境下的作业，如高温、低温作业，剧毒、放射性和腐蚀性等物资的储存。7提高仓库的安全可靠性，便于进行合理储存和科学的养护，提高保管质量，确保仓库安全。8由于采用计算机管理，加快了处理各种业务活动的速度，缩短了交货时间。 总之，由于自动化立体仓库这一新技术的出现，使原来那种固定货位、人工搬运和码放、人工管理、以储存为主的仓储作业，改变为自由选择货位、可按需要实现先进先出的机械化与自动化仓储作业。
18、在储存同时，可以对货物进行必要的拣选、组配，并根据整个企业生产的需要，有计划的将库存物按指定的数量和时间要求送到恰当地点，满足均衡生产的需要，可以说自动化立体仓库的出现使静态仓库变成了动态仓库。2001年5月，北京立体仓库就已建成，目前库房面积5400平方米，高约11米，为钢结构大跨度的独立库房。与传统平面仓库相比，立体仓库对大型货物的存储能力提高1.6倍,小件物品的存储能力提升10倍。整体作业周期缩短；收货：占收货总量35%左右的厂家自带托盘,货物的接收上架速度由原先的70分钟/整车,提升到45分/整车,效率提升近40%；整车散装货物的接收上架时间也从100分钟缩短至80分钟。发货：基本维持
19、了原有的水平，但效率提高了（以市内配送为例,从交货单生成到货物发运驶离库房,原有时间为52分钟,目前在日订单量同期比增加20%、扫描单数增加60%、每月扫描量从2000年的零扫描增长为两万多条扫描需求,并且还呈不断上升的趋势的情况下,出货速度与以往基本持平）。另外，由于利用了RF手持终端设备实现了PN条形码扫描/粘贴等无纸化操作,物流作业的错误率大大降低。在存储量保持不变的前提下，每月因折旧、租金的微提升增加费用为人民币7万元,但随着存储量的提升将每月节省租金约人民币12万余元。根据介绍,该立体仓库自接到网上订单后平均备货、出货过程在15分钟内都可完成,并在两小时内通过神州特快送达客户手中。1
20、33 PLC可编程控制器 3.1 PLC概述3.1.1 PLC的基本概念现代社会要求制造业对市场需求作出迅速的反应，生产出小批量、多品种、多规格、低成本和高质量的产品，为了满足这一要求，生产设备和自动生产线的控制系统必须具有极高的可靠性和灵活性，可编程序控制器（Programmable Logic Controller，PLC）正是顺应这一要求出现的，它是以微处理器为基础的通用工业控制装置。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，它采用了可以编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制
21、、定时、计数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。PLC的应用面广、功能强大、使用方便，已经广泛地应用在各种机械设备和生产过程的自动控制系统中。PLC仍处于不断的发展之中，其功能不断增强，更为开放，它不但是单机自动化中应用最广的控制设备，在大型工业网络控制系统中也占有不可动摇的地位。PLC应用之广、普及程度之高，是其他计算机控制设备无法比拟的。3.1.2 可编程序控制器的特点可编程序控制器得以迅速发展和广泛应用的原因是由于它具有继电接触器控制装置和通用计算机以及其他控制系统所不具有的特点：1.编程方法简单易学。2.功能强，性能价格比高。3.硬件配套
22、齐全，用户使用方便，适应性强。4.运行稳定、可靠性高、抗干扰能力强。5.系统的设计、安装、调试工作量少。6.维修工作量小，维修方便。7.与网络技术相结合。8.体积小、质量轻、能耗低。3.1.3 可编程序控制器的分类1.按PLC的结构形式分为整体式和组合式(1)整体式结构PLC。将中央处理器CPU、电源部件、输入输出单元集中制造在一起，结构紧凑，体积小，价格低，小型PLC常采用这种结构。(2)组合式结构PLC。将各部分模块（CPU模块、电源模块、I/O模块等）分开制造，使用时将这些模块分别插入机架底座的插槽中，像积木一样组合起来，系统配置灵活方便、易于扩展，大中型PLC通常采用这种结构。2.按控
23、制规模分为小型机、中型机、大型机(1)小型机。I/O点数在128点以下，内存容量在几KB左右，具有逻辑运算、定时、计数等功能，适用于开关量控制的场合。(2)中型机。I/O点数在128512点，内存容量在几十KB左右，除具有小型机的功能外，还增加了数据处理功能，并可配置模拟输入输出模块，适用于小规模控制系统。(3)大型机。I/O点数在512896点，内存容量在几百KB。(4)超大型机。I/O点数在896点以上，内存容量在1000KB以上大型机和超大型机除具有中、小型机的功能外，还增加了联网通信、记录打印等功能，增强了编程终端的处理能力，适用于大规模的控制系统，可构成分布式控制系统。3.1.4 可
24、编程序控制器的应用领域PLC已经广泛地应用在很多的工业部门，随着其性能价格比的不断提高，PLC的应用范围不断扩大，主要有以下几个方面：1.逻辑控制功能。用PLC的与、或、非指令取代继电器触电串联、并联和其他逻辑连接，进行开关控制。2.定时/计数控制功能。用PLC提供的定时器、计数器指令实现对某种操作的定时或计数控制。3.顺序控制功能。用步进指令来实现在有多道加工工序的控制中，只有前一道工序完成后，才能进行下一道工序操作的控制。4.数据处理功能。PLC能进行数据传送、比较、移位、数制转换、算术运算与逻辑运算以及编码和译码等操作。5.A/D与D/A转换功能。通过A/D、D/A模块完成模拟量和数字量
25、之间的转换。6.运动控制功能。通过高速计数模块和位置控制模块等进行单轴或多轴控制。7过程控制功能。通过PLC的PID控制模块实现对温度、压力、速度、流量等物理量进行闭环控制。8.扩展功能。通过连接输入输出扩展单元模块来增加输入输出点数，也可以通过附加各种智能单元及特殊功能单元来提高PLC的控制能力。9.远程控制功能。通过远程I/O单元将分散在远距离的各种输入输出设备与PLC主机相连接，进行远程控制。10.通信联网功能。通过PLC之间或与主控计算机的联网，实现较大规模的系统控制。11.监控功能。PLC能够监视系统运行的状态，对异常情况进行报警、显示、故障诊断以及自动终止运行。3.2 可编程序控制
26、器的硬件与工作原理LC的基本结构PLC主要由中央处理单元、输入接口、输出接口、通信接口等部分组成，其中CPU是PLC的核心，I/O部件是连接现场设备与CPU之间的接口电路，通信接口用于与编程器和上位机连接（见图3.1）。对于整体式PLC，所有部件都装在同一机壳内；对于模块式PLC，各功能部件独立封装，称为模块或模板，各模块通过总线连接，安装在机架或导轨上。不同厂商生产的不同系列产品在每个机架上可插放的模块数是不同的，一般为310块。可扩展的机架数也不同，一般为28个机架。基本机架与扩展机架之间的距离不宜太长，一般不超过10M。 图3.1 PLC硬件结构1中央处理单元CPUCPU模块主要由微处理
27、器（CPU芯片）和存储器组成。CPU通过输入装置读入外设的状态，由用户程序去处理，并根据处理结果通过输出装置去控制外设。一般的中型可编程控制器多为双微处理器系统，一个是字处理器，它是主处理器，由它处理字节操作指令，控制系统总线，内部计数器，内部定时器，监视扫描时间，统一管理编程接口，同时协调位处理器及输入输出。另一个为位处理器，也称布尔处理器，它是从处理器，它的主要作用是处理位操作指令和在机器操作系统的管理下实现PLC编程语言向机器语言转换。CPU处理速度是指PLC执行1000条基本指令所花费的时间。2存储器存储器主要存放系统程序，用户程序及工作数据。PLC所用的存储器基本上由PROM，EPR
28、OM，EEPROM及RAM等组成。3I/O模块输入模块和输出模块简称为I/O模块，是联系外部现场设备和CPU模块的桥梁。PLC通过I/O接口可以检测被控对象或被控生产过程的各种参数，以这些现场数据作为PLC对被控对象进行控制的信息依据。同时PLC又通过I/O接口将处理结果送给被控设备或工业生产过程，以实现控制。4电源部件PLC的电源包括系统电源和后备电池。PLC一般使用AC220V电源，电源模块的作用就是将外部输入的交流电经过整流、滤波、稳压电路转换成PLC的CPU、存储器、I/O接口等内部电路所需要的直流电源。PLC大多使用开关型稳压电源，其稳压性能好，抗干扰能力强，内部的开关电源为各个模块
29、提供和不同的电压等级的直流电源。5编程器编程器是人机对话工具，用来输入、修改和调试用户程序、监控PLC的运行情况、调整内部寄存器的参数等。编程器可分为建议编程器和图形编辑器两种：简易编程器只能输入助记符程序；而图形编程器可直接输入梯形图。6其他接口电路为了扩展PLC的功能，出I/O接口外，PLC还配置了其他一些接口，主要有:（1）I/O扩展接口（2）智能I/O接口（3）通信接口（4）A/D、D/A接口7PLC外部设备外部设备包括编程器、打印机、外存储器、EPROM写入器等。LC的工作原理PLC的CPU连续执行用户程序、完成控制功能是以扫描工作方式进行的。所谓扫描工作方式，即CPU从程序段的第一
30、句顺序读取顺序执行，直至最后一句。CPU在扫描周期中，要完成以下任务：1输入处理阶段每次扫描周期开始时，先读数字输入点的当前值，然后把这些值写到输入映像寄存器中。CPU以8位（1个字节）为增量的方法来保留输入映像寄存器。在每次扫描开始时，CPU会将映像寄存器中未使用的输入位清零。2执行程序在扫描周期的执行程序阶段里，CPU执行程序是从第一条指令开始，直到最后一条指令结束。不论在主程序或中断程序执行过程中，直接I/O指令允许对输入点和输出点直接存取。如果在程序中使用了中断，与中断事件相关的中断程序就作为程序的一部分存储下来。中断程序并不作为正常扫描周期的一部分来执行，而是当中断事件发生时才执行。
31、3处理通讯请求在扫描周期的信息处理阶段，CPU处理从通讯端口接收到的任何信息。4执行CPU的自诊断测试在扫描周期中，CPU检查其硬件，以及用户存储器（仅在RUN模式下），它也检查所有的I/O模块的状态。5输出处理阶段在每个扫描周期的结尾，CPU把存在输出映像寄存器中的数据输送给数字输出点。CPU以1个字节为增量来保留输出影响寄存器。当CPU操作模式从RUN切换到STOP，数字输出设置为输出表中定义的值，或保持当前状态，模拟输出保持最后写入的值。6扫描周期中断当中断事件发生时，CPU以异步扫描方式，根据中断优先级来处理中断。7输入输出映像寄存器输入输出映像寄存器是PLC的RAM工作区中将一特定区
32、域的存储单元作为输入映像寄存器和输出映像寄存器的存储区。输入映像寄存器存储着对应位输入“继电器”的通/断状态，高电平1为通，低电平0为断。输入映像寄存器的内容只能被PLC的CPU读出，而不能被改写。输出映像寄存器单元存储着对应位输出“寄存器”的状态。在执行用户程序时，输出映像寄存器既可以被PLC的CPU读取，也可以被CPU改写。8立即I/O立即I/O指令允许对实际输入输出点直接存取。尽管通常用映像寄存器作为I/O的源操作数或目的操作数，但执行立即I/O指令对输入输出映像寄存器的影响是不同的。当使用立即I/O指令来存取输入点的值时，输入映像寄存器的值尚未更新，而使用立即I/O指令来存取输出点的同
33、时，相应的输出映像寄存器被更新了。PLC在执行程序是存在I/O滞后现象，造成I/O响应滞后的原因：1）扫描方式2）电路惯性-输入滤波时间常数和输出继电器触点的机械滞后3）与程序设计安排有关LC的编程语言PLC的用户程序是设计人员根据控制系统的工艺控制要求，通过PLC编程语言的编制设计的。根据国际电工委员会制定的工业控制编程语言标准（IEC1131-3）。PLC的编程语言包括以下五种：梯形图语言（LD）、指令表语言（IL）、功能模块图语言（FBD）、顺序功能流程图语言（SFC）及结构化文本语言（ST）。1梯形图语言（LD）梯形图语言是PLC程序设计中最常用的编程语言。它是与继电器线路类似的一种编
34、程语言。由于电气设计人员对继电器控制较为熟悉，因此，梯形图编程语言得到了广泛的欢迎和应用。梯形图编程语言的特点是：与电气操作原理图相对应，具有直观性和对应性；与原有继电器控制相一致，电气设计人员易于掌握。梯形图编程语言与原有的继电器控制的不同点是，梯形图中的能流不是实际意义的电流，内部的继电器也不是实际存在的继电器，应用时，需要与原有继电器控制的概念区别对待。图3.2是典型的交流异步电动机直接启动控制电路图，图3.3是采用PLC控制的程序梯形图。图3.2 交流异步电动机直接启动电路图图3.3 PLC梯形图2指令表语言（IL）指令表编程语言是与汇编语言类似的一种助记符编程语言，和汇编语言一样由操
35、作码和操作数组成。在无计算机的情况下，适合采用PLC手持编程器对用户程序进行编制。同时，指令表编程语言与梯形图编程语言图一一对应，在PLC编程软件下可以相互转换。图3.4就是与图3.4PLC梯形图对应的指令表。LD I0.0O Q0.0AN I0.1AN I0.2= Q0.0LD Q0.0= Q0.1LDN Q0.0= Q0.2 图3.4 指令表指令表表编程语言的特点是：采用助记符来表示操作功能，具有容易记忆，便于掌握；在手持编程器的键盘上采用助记符表示，便于操作，可在无计算机的场合进行编程设计；梯形图有一一对应关系。其特点与梯形图语言基本一致。3功能模块图语言（FBD）功能模块图语言是与数字
36、逻辑电路类似的一种PLC编程语言。采用功能模块图的形式来表示模块所具有的功能，不同的功能模块有不同的功能。图3.5是对应图3.2交流异步电动机直接启动的功能模块图编程语言的表达方式。图3.5 功能模块图功能模块图编程语言的特点：功能模块图程序设计语言的特点是：以功能模块为单位，分析理解控制方案简单容易；功能模块是用图形的形式表达功能，直观性强，对于具有数字逻辑电路基础的设计人员很容易掌握的编程；对规模大、控制逻辑关系复杂的控制系统，由于功能模块图能够清楚表达功能关系，使编程调试时间大大减少。4顺序功能流程图语言（SFC）顺序功能流程图语言是为了满足顺序逻辑控制而设计的编程语言。编程时将顺序流程
37、动作的过程分成步和转换条件，根据转移条件对控制系统的功能流程顺序进行分配，一步一步的按照顺序动作。每一步代表一个控制功能任务，用方框表示。在方框内含有用于完成相应控制功能任务的梯形图逻辑。这种编程语言使程序结构清晰，易于阅读及维护，大大减轻编程的工作量，缩短编程和调试时间。用于系统的规模校大，程序关系较复杂的场合。图3.6是一个简单的功能流程编程语言的示意图。图3.6 顺序功能流程图顺序功能流程图编程语言的特点：以功能为主线，按照功能流程的顺序分配，条理清楚，便于对用户程序理解；避免梯形图或其他语言不能顺序动作的缺陷，同时也避免了用梯形图语言对顺序动作编程时，由于机械互锁造成用户程序结构复杂、
38、难以理解的缺陷；用户程序扫描时间也大大缩短。5结构化文本语言（ST）结构化文本语言是用结构化的描述文本来描述程序的一种编程语言。它是类似于高级语言的一种编程语言。在大中型的PLC系统中，常采用结构化文本来描述控制系统中各个变量的关系。主要用于其他编程语言较难实现的用户程序编制。结构化文本编程语言采用计算机的描述方式来描述系统中各种变量之间的各种运算关系，完成所需的功能或操作。大多数PLC制造商采用的结构化文本编程语言与BASIC语言、PASCAL语言或C语言等高级语言相类似，但为了应用方便，在语句的表达方法及语句的种类等方面都进行了简化。结构化文本编程语言的特点：采用高级语言进行编程，可以完成
39、较复杂的控制运算；需要有一定的计算机高级语言的知识和编程技巧，对工程设计人员要求较高。直观性和操作性较差。不同型号的PLC编程软件对以上五种编程语言的支持种类是不同的，早期的PLC仅仅支持梯形图编程语言和指令表编程语言。目前的PLC对梯形图（LD）、指令表（STL）、功能模块图（FBD）编程语言都以支持。比如，SIMATIC STEP7 MicroWIN V3.2。在PLC控制系统设计中，要求设计人员不但对PLC的硬件性能了解外，也要了解PLC对编程语言支持的种类。LC的最新发展趋势长期以来，PLC始终处于工业自动化控制领域的主战场，为各种各样的自动化控制设备提供了非常可靠的控制应用。其主要原
40、因，在于它能够为自动化控制应用提供安全可靠和比较完善的解决方案，适合于当前工业企业对自动化的需要。另一方面，PLC还必须依靠其他新技术来面对市场份额逐渐缩小所带来的冲击，尤其是工业PC所带来的冲击。PLC需要解决的问题依然是新技术的采用、系统开放性和价格。 在全球工业计算机控制领域，围绕开放与再开放过程控制系统、开放式过程控制软件、开放性数据通信协议，已经发生巨大变革，几乎到处都有PLC，但这种趋势也许不会继续发展下去。随着软PLC(SoftPLC)控制组态软件技术的诞生与进一步完善和发展，安装有SoftPLC组态软件和基于工业PC控制系统的市场份额正在逐步得到增长。对于控制软件来讲，这是PL
41、C控制器的核心，PLC供应商正在向工业用户提供开放式的编程组态工具软件。此外，开放式通信网络技术也得到了突破，其结果是将PLC融入更加开放的工业控制行业。当前，在所有过程控制领域，最大的发展趋势之一就是Ethernet技术的扩展。PLC也不例外，现在，越来越多的PLC供应商开始提供Ethernet接口部件。Ethernet仅仅定义了OSI参考模型底部的几层协议标准，如果上层协议相互之间不能兼容，那么仍然不可能进行相互之间的通信处理。为了将Ethernet技术应用到工厂底层的现场过程控制设备中去，ODVA协会为此建立了一套全球性标准技术规范，即Ethernet/IP标准，以便能够解决在实际工作中
42、所遇到的困难。另外，Schneider公司最近还推出了基于Modicon公司的Momentum MIE系列处理器的适配器，该适配器提供了标准IEC程序控制性能，进一步为e-制造提供了完美的解决方案。该适配器还提供了将智能化I/O系统和其他现场过程控制设备连接到Internet和Ethernet的能力，现场过程控制设备包括所有功能化实时过程控制器。同样，其他许多公司也已经推出了Ethernet通信接口模件。例如，来自于IDEC公司的OpenNet PLC控制器所提供的通信接口，实现了与DeviceNet、LonWorks和Interbus等现场总线设备的兼容。Sierra公司所提供的8051型工
43、业通信桥路能够让彼此之间互不兼容的PLC、DCS、RTU和SCADA系统很好地集成在一起。在过程控制方面，尽管传统PLC被应用于离散过程控制领域，但现在，PLC已被广泛应用于连续过程控制领域，而且基于连续过程控制技术的发展趋势正在进一步得到增长。尽管离散和连续过程控制应用都使用了同样的硬件产品和网络系统，可能还需要额外增加一些特殊模件，但它们之间始终存在着一些不同的差异。只要将不同类型的应用软件装入到同样的系统之中，就能够完成不同的过程控制应用。运动控制方面，PLC在运动控制领域的应用也已经有很长一段时间了，而且还保持了很好的增长趋势。PLC一般总是使用梯形图逻辑控制程序，现在，所有类型的其他
44、产品正在努力获得并使用一些或者全部与IEC 61131-3标准兼容的程序设计语言，包括梯形图逻辑图表、功能模块图表、顺序功能图表、结构化文本和指令表等程序设计语言。然而，硬件、操作系统和应用软件相互之间都是延缓此独立的实体，与传统的全集成PLC系统有很大的不同。随着硬件和操作系统的不断发展，操作系统所提供的标准商业化功能特性可能会进一步促使PLC变成一种更加不同的控制设备，这也就是PLC需要采IEC61131-3标准程序设计语言的原因所在。4 立体仓库控制系统设计4.1 系统硬件概述 立体仓库的基本结构本次设计选用THFLT-1型立体仓库的教学模型，其主体由底盘、四层十二个仓位库体、运动机械及
45、电气控制四部分组成。模型的机械部分采用滚珠丝杠、滑杠、普通丝杠等机械元件组成，采用步进电机、直流电动机作为拖动元件。电气控制是由西门子生产的S7-200型可编程序控制器(PLC)、步进电机驱动电源模块、开关电源、位置传感器等器件组成。控制面板上的开关及按钮功能及仓位号（见图4.1，4.2）图4.1 控制面板图图4.2 仓位号图控制面板各按钮功能见表4.1。表4.1 控制面板上的按钮功能表按键号功能选择定义1自动选择1号仓位手动机构水平向左移动2自动选择2号仓位手动机构垂直向下移动3自动选择3号仓位手动机构水平向右移动4自动选择4号仓位手动机构水平向后移动5自动选择5号仓位手动机构垂直向上移动6
46、自动选择6号仓位手动机构水平向前移动7自动选择7号仓位手动无意义8自动选择8号仓位手动无意义9自动选择9号仓位手动无意义10自动选择10号仓位手动无意义11自动选择11号仓位手动无意义12自动选择12号仓位手动无意义 立体仓库的硬件简介立体仓库模型如图4.3所示。货台立体仓库自动堆垛机控制面板图4.3 立体仓库模型模型中主要器件简介如下：1步进电机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。当电脉冲按某一相序连续加到步进电动机时，转子以正比于电脉冲频率的转速沿某一方向旋转。因此，改变电脉冲的频率大小和通电相序，就能控制步进电动机的转速和转向，实现宽广范围内速度的无级平滑控制。步进电动机的这种控制功能，是其它电动机无法替代的。步进电动机可分为磁阻式、永磁式和混合式，步进电动机的相数可分为：单相、二相、三相、四相、五相、六相和八相等多种。增加相数能提高步进电动机的性能，但电动机的结构和驱动电源就会复杂，成本就会增加，应按需要合理选用。步进电动机是一种作为控制用的特种电机，它的旋转是以固定的角度(称为
