【基于西門子S7-1200系列PLC的自動化立體倉庫系統設計14000字（論文）】

[19]。梯度圖（LAD）是最常用的PLC圖形化編程語言，由觸點，線圈和在矩形框中顯示的命令框組成。由觸點和線圈組成的電路稱為程序段（Network，網絡）。TIAPortal軟件具有自動程序段號。功能框圖（FBD）使用類似于數字電路的圖形邏輯來表示控制邏輯。梯形圖是最常用的編程語言，它被稱為PLC的第一語言。這種簡單而直觀的語言可以由工廠的電工快速學習，因為PLC梯形圖中的某些編程元素與繼電器名稱相同。例如常開觸點，線圈等。如果存儲單元處于“1”狀態，則與它相應的軟繼電器“已得電”，通常在常閉時將其斷電。當處于“0”狀態時，則與它相應的軟繼電器“已斷電”。系統的控制流程在通電的狀態下，堆垛機進行回原點動作回到零點。按下控制X，Z，Y軸相應開關或觸摸屏按鈕對堆垛機進行手動操作。同時也可在觸摸屏上修改速度。按下相應開關或按鈕進行自動存取流程。當要進行送貨操作時，首先選擇將要送貨物的位置，然后在觸摸屏上輸入起始位置和目標位置，PLC將計算位置，得到目標位置后控制堆垛機移動到起始位置取貨，待完成后將貨物送進目標位置。當要進行取貨操作時，首先選擇將要取貨物的位置，在觸摸屏上輸入起始位置和目標位置，PLC將計算位置，得到目標位置后控制堆垛機移動到起始位置取貨，待完成后將貨物送進目標位置。按下復位按鈕各軸復位。根據本設計控制順序設計出的流程圖如圖4-1所示：圖4-1系統軟件流程圖運動控制S7-1200PLC在運動控制中使用了軸的概念，通過對軸的組態，包括硬件接口、位置定義、動態特性、機械特性等與相關的指令塊組合使用，可實現報警復位、相對定位、回原點等功能。運動控制原理CPU脈沖和方向信號給步進電機驅動，驅動設備再將CPU的輸出信號處理后傳輸給步進電機驅動器，并控制電機移動到目的位置。電機軸編碼器輸入信號被反饋給驅動器，以形成用于計算速度和位置的閉環控制。S7-1200型提供了直接控制驅動器的板載輸出，繼電器型輸出需要信號板來控制驅動器。兩個控制信號中，一個輸出脈沖信號，為驅動器提供脈沖數，一個輸出方向，用來控制驅動器的行進方向。脈沖輸出和信號輸出具體特定的分配關系，板載輸出和信號板輸出可用作脈沖輸出和方向輸出，在設備組態的屬性選項中可以選擇板載輸出還是信號板輸出。以立體倉庫X軸設定工藝對象為例，其運動控制基本配置如圖4-2所示：圖4-2運動控制基本配置設定工藝對象軸根據本設計使用57系列步進電機及配套驅動器各兩臺其設定工藝對象軸步驟如下：在項目樹中，選擇“工藝對象”-“插入新對象”選項，并定義軸名稱和編號；完成添加后，雙擊“組態”按鈕，進行參數組態，建立工藝對象軸；設定基本參數，X軸，Z軸的對應脈沖輸出和方向輸出端子分別為Q0.2、Q0.1；Q0.0、Q0.3。測量單位設置為mm（毫米）。設置擴展參數，包括驅動器信號設定、機械參數設定；設置動態參數，包括常規參數、急停參數、回原點設定。立體倉庫單元程序設計本次論文主程序設計如圖4-3所示：圖4-3主程序設計續圖4-3主程序設計續圖4-3主程序設計詳細梯形圖見附錄B精簡面板的畫面設計精簡面板設置步驟如下：添加HMI設備，本設計中選用7in第二代精簡面板KTP700BasicPN；組態連接，設置IP并與S7-1214C連接；設置畫面布局，在本設計中不需要顯示時間日期，故不勾選頁眉；報警設置，不勾選“未決的系統事件”和“未確認的報警”只勾選“未絕報警”；畫面設置，本設計中只需用到根畫面；系統畫面，本設計中不需生成系統畫面；按鈕，本次設計中不需設置系統按鈕；添加項目組態；本次設計中HMI的畫面組態如圖5-1所示，有文本域“X軸速度”、“Z軸速度”、“X軸定位位置”、“Z軸定位位置”、“起始位置”、“目標位置”以及12個命令按鈕分別為“X軸前進”、“X軸后退”、“Z軸上升”、“Z軸下降”等用于控制堆垛機運行指令。在設定事件中，以“X軸前進”為例。“按下”事件中選擇“編輯位”-“置位位”中選擇“HMI_X軸手動前進”。“釋放”事件中選擇為“復位位”。事件設定如圖4-4所示：圖4-4立體倉庫畫面圖4-4事件設定本章小結本章主要介紹系統軟件方面的設計。首先介紹了PLC的編程語言的種類，然后根據立體倉庫控制系統繪制出流程圖。其次針對電機的使用介紹了博途軟件工藝對象模組，建立工藝軸。最后設計出了立體倉庫梯形圖以及HMI畫面。系統調試立體倉庫的系統調試介紹本次立體倉庫系統調試內容為傳感器調試，步進電機調試等硬件部分調試和立體倉庫整體調試。傳感器的調試本項目中用到電感式接近傳感器，其用于檢測電機是否到位。當檢測到電機到達限位位置和原點時，動作表示燈（紅色）亮。否則燈滅調試如圖5-1所示。調試時，應注意檢測距離，保證傳感器可靠工作。圖5-1傳感器調試步進電機的調試在限位開關調試完成后，進行步進電機的調試。在編程軟件中，在工藝對象中可以對步進電機進行回原點、絕對坐標控制等進行調試。以X軸調試為例其示意圖如圖5-2所示，調試如圖5-3所示：圖5-2電機示意圖圖5-3軸調試立體倉庫系統整體調試在硬件和軟件調試完畢后，啟動電源，通過博圖軟件監控程序運行，如系統不能啟動，根據監控信息查看問題所在。撥動相應開關或者按下觸摸屏相應按鈕看電機是否得電運行。若電機啟動速度過快超過電機限位位置后仍運行，調整電機運行速度。其調試內容如圖5-4所示。圖5-4立體倉庫調試設計總結與展望通過對控制系統程序的設計和調試的結果表明，基本上實現了本次課題設定的功能需求。系統能夠通過相關硬件和PLC組態軟件實現對立體倉庫存取功能。本次設計完成了以下工作:查閱國內外相關文獻，了解立體倉庫系統的控制方式，結構組成以及控制流程。通過結構組成對控制系統硬件進行設計。對論文所滿足的功能初步建立控制流程圖。建立控制系統I/O分配表。根據流程設計以及分配表PLC控制程序，創建觸摸屏畫面。根據I/O表繪制外部接線圖。完成軟件設計后，根據接線圖連接實體并對整體進行調試，排查問題并及時更改。在程序調試階段中遇到了許多自己一時間解決不了的問題，例如步進電機參數設定問題，在執行回原點指令時因速度過快，急停反應時間設定過長導致電機到達限位后在仍然沿同一方向運行直到撞擊擋板，這對電機造成不少的機械損傷。通過黃老師的指導發現了問題所在并糾正。在實驗中克服了知識不足的問題。在程序上機調試之前我信心滿滿，認為設計的程序很完美，可以很快完成任務，但調試階段花費了大量時間，遇到了不少問題。調試初期遇到問題就想請教老師沒有去深入思考出現問題的原因和解決方案。這種行為并不能提升自己的專業技能和素養。因此生為年輕人的我們面切勿眼高手低。對于每一個計劃方案都會經過多次的失敗，然后去發現問題調整修改并完善。一分耕耘一分收獲，只有經歷了不斷的失敗、思索問題的所在并修改最終才能成功。本次論文從硬件選擇與軟件設計上大體滿足設計要求。包含了PLC、步進電機以及驅動器的選型、觸摸屏界面的創立都有涉及。但是因為知識和時間有限，有些細節方面并不能盡善。相對于目前企業中使用的立體倉庫單元，本設計在硬件方面并沒有給每個倉位添加傳感器以實現識別空倉位自動存取功能。對于每一個計劃方案都會經過多次的失敗，然后去發現問題調整修改并完善。一分耕耘一分收獲，只有經歷了不斷的失敗、思索問題的所在并修改最終才能成功。參考文獻張軍.可編程控制器原理及應用（第三版）[M].電子工業出版社，2019.史國生.電氣控制與可編程控制器技術（第四版）[M].化學工業出版社，2019.蔡杏山.圖解PLC、變頻器與觸摸屏技術完全自學手冊.[M].化學工業出版社，2015.譚濤.基于PLC的立體倉庫AGV控制系統設計和研究[D].陜西理工大學，2016.李凱.基于PLC的立體倉庫設計研究[J].信息系統工程，2018（11）.戴花林.基于PLC的小型立體倉庫系統自控設計[J].電腦迷，2018（12）.張建民.機電一體化設計[M].高等教育出版社，2018.秦中原.基于PLC的自動化立體倉庫系統設計要素[J].智能城市，2016（04）.廖長初.S7-1200PLC編程及應用（第三版）[M].機械工業出版社，2017.（05）.黃永紅.電氣控制與PLC應用技術（第二版）[M].機械工業出版社，2018.鄧三鵬，許怡赦，呂世霞.工業機器人技術應用[M].機械工業出版社，2020.李金城.PLC模擬量與通信控制應用實踐（第二版）[M].電子工業出版社，2018.吳啟紅.變頻器、可編程控制器及觸摸屏綜合應用技術實驗指導書[M].機械工業出版社，2018.耿春波.圖解工業機器人控制與PLC通信[M].機械工業出版社，2020.吳秀華.韓剛.AutoCAD電氣工程繪圖教程[M].機械工業出版社，2020.蔣廣瑞.蔣興加.機電一體化技術概論[M].機械工業出版社，2019.丁躍澆.機電傳動控制（第二版）[M].華中科技大學出版社，2019.（06）.張曉娟，李俊濤.電機拖動與控制[M].北京理工大學出版社，2016.吳繁紅.西門子S7-1200PLC應用[M]，2017.8/productportal/Prod/S7-1200/S71200Selection.aspx[EB].RVarga,TIErdei,GHusi.CodeSysb