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1、摘要本设计利用的立体仓库主体由底盘、四层十二仓位库体、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 CPU226型可编程序控制器(PLC)、步进电机驱动模块、开关电源、位置传感器等器件组成。本论文首先对该课题的可行性及课题实现的现实意义和价值进行了介绍；其次对该系统的硬件组成、结构、原理进行了阐述和分析；再次对本控制系统的核心软件进行了编写。论文中有相应的梯形图程序及利用组态软件对仓库信息的实时监控；论文最后对设计本课题所学到的知识和结论进行归纳和总结，并对立体车库今后的发展进行了科学的展望。关键词：立体车库；PLC；组态软件ABSTRACTThe design of t
2、he three-dimensional garage is consisted of the main chassis, four floors of 12 positions, move machinery and electrical control parts. The electrical control is formed by Siemens S7-200 CPU226 programmable logic controller (PLC), stepper motor drive power modules, switching power supply, sensors an
3、d other devices .In this paper , I introduce the feasibility,the practical significance,and the value of the subject firstly. Secondly , I expound and analyse the three-dimensional garage composition , structure and principle of the system.Last , I compile the program which is the core of the contro
4、l system. There are corresponding ladder diagram and real-time monitoring information of the warehouse by configurable software in the article.Finally , I conclude and summarize the knowledge and the conclusion acquired in the design . Then , I prospect the future development of the three-dimensiona
5、l garage sciencely. Key words: three-dimensional garage; PLC; configurable software目 录前言第1章 绪论11.1 立体仓库的国内外发展概况国内外发展概况11.2 此课题的设计内容及主要思路2第2章 PLC的原理和应用 52.1 PLC的基本概念和基本结构 52.1.1 PLC的基本概念52.1.2 PLC的基本结构52.2 PLC的硬件结构和工作原理62.2.1 PLC的硬件结构62.2.2 PLC的工作原理72.3 PLC的程序设计 82.3.1 PLC的编程语言82.3.2 PLC的程序结构11第3章 硬件
6、部分123.1 立体仓库的基本结构123.2 立体仓库的硬件结构133.2.1 步进电机的原理和应用133.2.2 步进电机驱动器的原理和应用143.2.3 传感器的工作原理和应用143.2.4 开关型稳压电源的原理和应用153.3 PLC的选择 173.3.1 I/O点的选择 173.3.2 PLC型号的选择 183.3.3 S7-200 PLC的介绍 18第4章 软件部分 204.1 STEP7-Micro/WIN 编程软件214.2 S7-200的通信214.2.1 S7-200的通信协议214.2.2 在编程软件中设置通信接口的参数224.3 I/O地址分配 234.4 高速脉冲的产生
7、和输出244.4.1 S7-200 高速输出指令 244.4.2 PTO 操作244.4.2.1 PTO /PWM 控制寄存器254.4.2.2 PTO/PWM 控制字节26 4.4.2.3 脉冲输出指令(PLS) 274.4.2.4 PTO 初始化- 单段操作274.5步进电机的控制294.6堆垛机三维位置定位294.7立体仓库程序流程图及程序编写32第5章 基于组态王的监控设计 275.1 组态王软件介绍 275.2 利用组态王实现上位机监控285.2.1 建立组态王新工程285.2.2 创建组态画面305.2.3 定义 I/O 设备325.2.4 构造数据库355.2.5 建立动画连接3
8、65.2.6 运行和调试38第6章 结论与展望396.1 结论 396.2 展望 40参考文献 41致谢 421 绪论1.1 立体仓库的国内外发展概况国内外发展概况自动化立体仓库是以高层立体货架为主体，以成套搬运设备为基础，以计算机控制技术为主要手段组成的高效率物流，大容量贮藏系统。随着经济的高速发展，我国有关行业开始重视自动化立体仓库的研究，并亦有一些自动化立体仓库建成投入使用。现就自动化立体仓库的历史沿革，技术特点及发展方向作简要介绍。1.历史沿革1950年，在美国首次出现了自动化立体仓库的雏形，那时的自动化立体仓库，严格说只能算是立体仓库，还远谈不上自动二字。其后，在英，法等国也相继出现
9、了类似的立体仓库。自动化立体仓库真正成为高效率的自动化设施，还是70年代的以后的事情。随着经济的起飞，为提高物流的效率和充分利用仓储空间，日本自1965年从欧美引入自动化立体仓库，并于70年代以后使其获得飞速发展。现在，自动化立体仓库技术已日趋成熟，并随着科学技术尤其是计算机技术的发展，而不断向前发展。80年代中期起，我国先后在无锡，湖北和大连等地出现多座利用微机控制巷道堆垛机的自动化仓库。但是，这些普通微机对环境和电源要求较高，部适合在工业现场和堆垛机上直接使用。可编程控制器PLC的引进和广泛使用，使国产自动立库的性能日趋完善。PLC是带处理器的通用工业控制器，器可靠性大大高于普通微机装置，
10、适合在恶劣的现场使用，可直接装在堆垛机的电气柜内与接触器由同一电网供电。采用PLC作为实时控制装置已成为当前各先进工业国家一致的发展方向。2.技术特点现代化的自动化立体仓库集起重运输机械、自动控制、计算机管理及遥感技术于一体，整个系统实行计算机分级管理，通常由管理级，监控级和操作级组成，各个部分的基本组成。3.发展方向自动化立体仓库仓库技术仍处于不断发展之中，今后将向两个方向发展：一是开发储藏大型物体，如整台汽车，大型模具之类的自动化仓库;另一个是开发对录音带、录像带或半导体器件之类的轻量或超轻量物体的小型自动化立体仓库。随着科学技术的发展，自动化立体仓库将逐步向完整、人工智能化控制系统发展。
11、1.2 此课题的设计内容及主要思路 该立体仓库主体由底盘、四层十二仓位库体、运动机械及电气控制等四部分组成。机械部分采用滚珠丝杠、滑杠、普通丝杠等机械元件组成，采用步进电机作为拖动元件。该控制系统主要由西门子公司生产的S7-200 CPU226型可编程序控制器(PLC)、北京斯达特机电科技发展有限公司生产的SH-2H057步进电机驱动电源模块、开关电源、位置传感器等器件组成。小型立体仓库的电气控制系统由PLC来实现，控制系统分手动和自动两种方式。此系统实现的功能主要有：取（由零位出发到指定仓位号取货并送到入货台）；送（到零位取货并送入指定仓位号）等功能，在执行完任务后自动返回到零位等待下一指令
12、。小型立体仓库的应具备的功能主要有几下几点：1、开机时首先要回零位操作，这样的目的就是给堆垛机有个工作参考点；2、堆垛机（机械手）要有三个自由度，即：前进、后退；上、下；左、右；3、堆垛机的运动由步进电机驱动，伸缩由直流电机控制（Z方向）；4、堆垛机前进（或后退）运动和上（或下）运动可同时进行；5、堆垛机前进、后退和上、下运动时必须有超限位保护；6、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；7、仓位共有12个，4行3列；8、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。9、整个电气控制系统必须设置急停按钮，以防发生意外。本系统设计的主要思路是：1)查阅PLC
13、以及步进电机相关资料,对设计中所用的西门子S7-200系列PLC和步进电机进行熟悉和掌握。2)从立体仓库的基本结构和所实现的功能入手，通过分析I/O地址的分配和利用PLC进行较复杂的位置控制及时序逻辑控制的要求，再根据实际应用的情形进行PLC程序的编制与调试，以达到对自动化立体仓库所要求实现的功能。3)通过组态王软件实现对仓库信息的实时监控。第2章 PLC的原理和应用2.1 PLC的基本概念和基本结构2.1.1 PLC的基本概念PLC即可编程控制器(Programmab Logic Controller)是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。在1987年国际电工委员会(Internatio
14、nal Electrical Committee)颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义:PLC是一种专门在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算，顺序运算，计时，计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字或模拟式的输入输出控制各种类型的机械或生产过程。PLC 及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。2.1.2 PLC的基本结构从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PL
15、C包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。1. CPU的模块CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每套PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有
16、关电路。内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。CPU速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，IO数量及软件容量等，因此限制着控制规模。2. I/O模块PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。I/O分为开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）等模块。常用的I/O分类如下：开关量：按电压水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有
17、继电器隔离和晶体管隔离。模拟量：按信号类型分，有电流型（4-20mA,0-20mA）、电压型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。除了上述通用I/O外，还有特殊I/O模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。3. 电源模块PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。电源输入类型有：交流电源（220VAC或110VAC），直流电源（常用的为24VDC）。4. 底板或机架大多数模块式PLC使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各模块间的联系，使CPU能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连
18、接，使各模块构成一个整体。2.2 PLC的硬件结构和工作原理2.2.1 PLC的物理结构根据硬件结构的不同，可以将PLC分为单元式结构和模块式结构。1. 单元式结构PLC单元式结构PLC又叫作整体式或箱体式，它的体积小，价格低，小型PLC一般采用整体式结构。整体式PLC将CPU模块，I/O模块和电源装在一个箱形机壳内。一个箱体就是一个完整的PLC，叫做一个单元。2. 模块式结构把PLC的每个工作单元都制成独立的模块，如CPU模块、输入模块、输出模块、电源模块、通讯模块等等。另外机器有一块带有插槽的母板，实质上就是计算机总线。模块插座插在框架中的总线连接板上，就构成了一个完整的PLC。优点是系统
19、构成非常灵活，安装、扩展、维修都很方便。但缺点是体积比较大。2.2.2 PLC的工作原理 PLC采用循环扫描的工作方式，包括内部处理、通讯操作、输入处理程序执行、输出处理几个阶段。全过程扫描一次所需的时间称为扫描周期。 当处于RUN状态时，上述扫描周期不断循环。扫描过程如下： RUN状态 STOP状态图2.1 PLC扫描过程2.3 PLC的程序设计2.3.1 PLC的编程语言PLC中有多种程序设计语言,它们是梯形图语言、布尔助记符语言、功能表图语言能模块图语言及结构化语句描述语言等。梯形图语言和布尔助记符语言是基本程序设计语言，它通常由一系列指令组成，用这些指令可以完成大多数简单的控制功能，例
20、如，代替继电器、计数器、计时器完成顺序控制和逻辑控制等，通过扩展或增强指令集，它们也能执行其它的基本操作。功能表图语言和语句描述语言是高级的程序设计语言，它可根据需要去执行更有效的操作，例如，模拟量的控制，数据的操纵，报表的报印和其他基本程序设计语言无法完成的功能。功能模块图语言采用功能模块图的形式，通过软连接的方式完成所要求的控制功能。1、 梯形图（Ladder Diagram）程序设计语言梯形图程序设计语言是用梯形图的图形符号来描述程的一种程序设计语言。采用梯形图程序设计语言，程序采用梯形图的形式描述。这种程序设计语言采用因果关系来描述事件发生的条件和结果。每个梯级是一个因果关系。在梯级中
21、，描述事件发生的条件表示在左面，事件发生的结果表示在后面。梯形图程序设计语言是最常用的一种程序设计语言。它来源于继电器逻辑控制系统的描述。在工业过程控制领域，电气技术人员对继电器逻辑控制技术较为熟悉，因此，由这种逻辑控制技术发展而来的梯形图受到了欢迎，并得到了广泛的应用。梯形图程序设计语言的特点是：（1）与电气操作原理图相对应，具有直观性和对应性； （2）与原有继电器逻辑控制技术相一致，对电气技术人员来说，易于撑握和学习。（3）与原有的继电器逻辑控制技术的不同点是，梯形图中的能流（Power FLow）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，因此，应用时需与原有继电器逻辑控制技
22、术的有关概念区别对待。（4）与布尔助记符程序设计语言有一一对应关系，便于相互的转换和程序的检查。2、布尔助记符（Boolean Mnemonic）程序设计语言布尔助记符程序设计语言是用布尔助记符来描述程序的一种程序设计语言。布尔助记符程序设计语言与计算机中的汇编语言非常相似，采布尔助记符来表示操作功能。3、功能表图（Sepuential Function Chart）程序设计语言功能表图程序设计语言是用功能表图来描述程序的一种程序设计语言。它是近年来发展起来的一种程序设计语言。采用功能表图的描述，控制系统被分为若干个子系统，从功能入手，使系统的操作具有明确的含义，便于设计人员和操作人员设计思想
23、的沟通，便于程序的分工设计和检查调试。4、 功能模块图（Function Block）程序设计语言功能模块图程序设计语言是采用功能模块来表示模块所具有的功能，不同的功能模块有不同的功能。它有若干个输入端和输出端，通过软连接的方式，分别连接到所需的其它端子，完成所需的控制运算或控制功能。功能模块可以分为不同的类型，在同一种类型中，也可能因功能参数的不同而使功能或应用范围有所差别。 5、结构化语句（Structured Text）描述程序设计语言结构化语句描述程序设计语言是用结构化的描述语句来描述程序的一种程序设计语言。它是一种类似于高级语言的程序设计语言。在大中型的PLC系统中，常采用结构化语句
24、描述程序设计语言来描述控制系统中各个变量的关系。它也被用于集散控制系统的编程和组态。结构化语句描述程序设计语言采用计算机的描述语句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。2.3.2 PLC的程序结构PLC的控制程序由主程序，子程序和中断程序组成。1.主程序主程序是程序的主体，每一个项目都必须并且只能有一个主程序。在主程序中可以调用子程序和中断程序。主程序通过指令控制整个程序的执行，每次CPU扫描都要执行一次主程序。2.子程序子程序是一个可选的指令的集合，仅在被其他程序调用时执行。同一个子程序可以在不同的地方被多次调用，使用子程序可以简化程序代码和减少扫描时间。设计得好的主
25、程序容易移植到别的项目中去。3.中断程序中断程序是指令的一个可选集合，中断程序不是被主程序调用，它们在中断事件发生时由PLC的操作系统调用。中断程序用来处理预先规定的中断事件，因为不能预知何时会出现中断事件，所以不允许中断程序改写可能在其他程序中使用的存储器。第3章 硬件部分3.1 立体仓库的基本结构立体仓库主体由底盘、四层十二仓位库体、运动机械及电气控制等四部分组成。如图3.1图3.1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、直流电机作为拖动元件。电气控制是由德国西门子S7-200 CPU226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
26、。图3.2 控制面板上的开关及按钮功能 图3.3 控制面板上的仓位号 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号仓位手动无意义表3.1 控制面板上的按钮功能3.2 立体仓库的硬件原理3.2.1 步进电机的原理和应用步进电机是数字控
27、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。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。设计中利用提供的北京四通电机技术有限公司的42BYG250C型
28、步进电机，其电气技术数据为:电机型号相数步距角静态 相电流驱动电压额定转矩重量42BYG250C20.90/1.801.5ADC24V0.54NM0.36kg表3.2 4 2BYG250C型步进电机电气技术数据3.2.2 步进电机驱动系统的基本组成和工作原理及应用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度的脉冲发生器（在该立体仓库控制系统中采用PLC作脉冲发生器进行位置控制）、一个使电动机绕组电流按规定次序通断的脉冲分配器、一个保证电动机正常运行的功率放大器，以及一个直流功率电源等组成一个驱动系统。步进电机驱动器是把控制系统发出的脉冲信号转化为步进电机的角位移，或者说：控制系统每发
29、一个脉冲信号，通过驱动器就使步进电机旋转一步距角。所以步进电机的转速与脉冲信号的频率成正比。所以设计中采用北京斯达特机电科技发展有限公司生产的SH系列步进电动机驱动器，型号为SH-2H057。主要由电源输入部分、信号输入部分、输出部分组成。SH-2H057步进电动机驱动器采用铸铝结构，此种结构主要用于小功率驱动器,这种结构为封闭的超小型结构，本身不带风机，其外壳即为散热体，所以使用时要将其固定在较厚、较大的金属板上或较厚的机柜内，接触面之间要涂上导热硅脂，在其旁边加一个风机也是一种较好的散热办法。此步进电机驱动器的电气技术数据为：驱动器型号相数类别细分数（通过拨位开关设定） 最大 相电流 开关
30、设定工作电源SH-2H057二相或四相混合式二相八拍3.0A一组直流DC(24V-40V)表3.3 SH-2H057型步进电机驱动器电气技术数据3.2.3 传感器的工作原理和应用（1）反射式传感器的工作原理：在该立体仓库中采用欧姆龙EE-SPY402凹槽型、反射型接插件式传感器作货物检测。采用能抗周围外来光干扰的变调光式；采用变调光式，与直流光式比，不易受外来光干扰的影响；电源电压为DC5-24V的大量程电压输出型；带有容易调整的光轴标识；带有便于调整，动作确认的入光显示灯；其结构图如图3.4所示。工作原理：当物体相对于传感器移动时，反射回来的信号与原先的信号相比较，产生频移，集成电路再把微弱
31、的频移信号进行放大，再经多普勒检测、放大、限幅等措施，最后取得和物体移动信号相关的直流信号输出电平。图3.4 反射式传感器结构图（2）对射式传感器的工作原理：对射式传感器的输出状态一般为 NPN输出，输出晶体管的动作状态可分为入光时ON和遮光时ON两种。入光时为ON的对射式传感器的结构图如图3.5所示，图3.5 对射式传感器的结构图当24V电压加到发光二极管LED1时，它将光发射给发光二极管LED2，LED2接收到光导通，三极管导通，输出为ON；当发光二极管LED1发射出的光被物体挡住使发光二极管LED2接收不到时，LED2不导通，三极管也不导通，输出为OFF。 3.2.4 开关型稳压电源的原
32、理和应用(1)并联型开关式稳压电源的原理并联型开关稳压电源是由开关晶体管V和二极管及储能电感L、滤波电容C组成的。除此以外，通常还有较为复杂的驱动电路，调节电路、保护电路、基准电路以及构成闭环回路中的取样电路、放大电路和耦合电路等各个部分，用来对输出电压的大小以及特性进行控制和调节，图3.6并联型开关稳压电源的原理框图。图3.6 并联型开关稳压电源的原理模框图设开关晶体管V的开关转换周期T，导通期的时间为，截止期的时间为，占空比为(T)。图3.7 并联型开关稳压电源输出电路的电压电流波形其工作原理如下：当开关晶体管V处于导通期间，输入电压U加到储能电感两端（这里我们忽略了V的饱和压降），二极管
33、的因被反向偏置而截止。在此期间流过L的电流为近似线性地增加的锯齿波电流(见图3.7)，并以磁能的形式储存在L中。当开关晶体管V截止时，储能电感L两端的电压极性相反，此时二极管被正向偏置而导通。储存在L中的能量通过二极管输送给负载电阻和滤波电容C。在此期间，L中的泄放电流是锯齿波电流的线性下降部分。同理，当开关晶体管V导通期间在储能电感L中增加的电流数值应该等于开关管V截止期间在储能电感L中减少的电流值。只有这样才能达到动态平衡，才能给负载电阻提供一个稳定的输出电压。(2)开关式稳压电源的应用在该立体仓库控制系统中，考虑到PLC和步进电机驱动器都要求直流24V电源，综合考虑系统用电量、系统运行可
34、靠性和系统设计的规整性，设计中用了MW S-50-24型并联式开关电源。S-50系列开关电源输出功率大，体积小，重量轻， 高可靠性，适应宽范围的输入电压变动。 型 号 S-50-24输入电压 85132VAC/170264VAC开关选择输入频率 4763Hz输出电压 24V输出电流 2.1A输出功率 50.4W输出可调范围约10过压保护 115%-135%工作环境温度/湿度-1060/2090储存温度/湿度-2085/1095尺寸重量159*97*38mm (长*宽*高) 颜色银色表3.4 S-50系列开关电源的性能指标3.3 PLC的选择3.3.1 PLC I/O点的选择根据控制要求，将个输
35、入设备和被控设备详细列表，准确的统计出被控设备对数需求量，然后在实际统计的I/O点数的基础上增加15%20%的备用量，以便以后调整和扩充。同时要充分利用好输入和输出扩展单元，提高主机的利用率，例如S7-200系列可编程控制器主机分为16个输出、24个输入，还有各种输入和输出扩展单元，这样在增加I/O点数时，不必改变机型，可以通过扩展模块实现，降低了经济投入。在确定好I/O点数后，还要注意它的性质，类型和参数。例如是开关量还是模拟量，是交流还是直流以及电压大小的等级，同时还要注意输出端的负载的特点，以此选择和培植相应机型和模块。小型仓库电气控制系统有输入信号24个，输出信号14个。其中，外部输入
36、元件包括：检测元件、按钮、取、送、急停、限位开关、超限位保护等等；输出有三个电机的正反向、动作动作指示、错误显示等等。按照上述配置，所选S7-200 CPU226系列PLC。3.3.2 PLC型号的选择PLC选择的一般原则为：1、PLC机型选择的基本原则是，在功能满足要求的前提下，选择最可靠、维护使用最方便以及性能价格比的最优化机型。 2、在工艺过程比较固定、环境条件较好（维修量较小）的场合，建议选用整体式结构的PLC；其它情况则最好选用模块式结构的PLC。 3、对于开关量控制以及以开关量控制为主、带少量模拟量控制的工程项目中，一般其控制速度无须考虑，因此，选用带A/D转换、D/A转换、加减运
37、算、数据传送功能的低档机就能满足要求。 4、而在控制比较复杂，控制功能要求比较高的工程项目中（如要实现PID运算、闭环控制、通信联网等），可视控制规模及复杂程度来选用中档或高档机。其中高档机主要用于大规模过程控制、全PLC的分布式控制系统以及整个工厂的自动化等。本课题根据I/O的信号数量，类型及控制要求，同时考虑到维护和保养，改造和经济等诸多因素，可编程控制器拟选用S7-200 CPU226，足以满足要求。3.3.3 S7-200 PLC的介绍西门子公司的SIMATIC S7-200系列属于小型PLC,用于代替继电器的简单控制场合，也可用于复杂的自动化控制系统。由于它具有强大的通信功能，在大型
38、网络控制系统中也能充分发挥器作用。S7-200的可靠性高，可以用梯形图、语句表和功能图三种语言来编程。它的指令丰富，指令功能强，易于掌握，操作方便，内置有高速计数器，高速输出，PID控制器，RS-485通信/编程接口、PPI通信协议、MPI通信协议和自由端口模式通信功能，最大可以扩展到248点数字量I/O或35路模拟量I/O，最多有30多KB程序和数据存储空间。第四章 软件部分4.1 STEP7-Micro/WIN 编程软件STEP7-Micro/WIN是专门为S7-200设计的，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PC/PPI电缆或
39、插在计算机中的CP5511、CP5611通讯卡通讯。通过PC/PPI电缆，可以在Windows下实现多主站通信方式。STEP7-Micro/WIN的用户程序结构简单清晰，即通过一个主程序调用主程序，在中断事件出现时调用中断程序，还可以通过数据块进行变量的初始化设置。用户可以用语句表、梯形图和功能块图编程，不同的编程语言编制的程序可以相互转换，可以用符号表来定义程序中使用变量地址对应的符号，例如指定符号启动按钮对应地址I0.0，使程序便于设计和理解。STEP7-Micro/WIN可以为用户提供两套指令集，即SIMATIC指令集（S7-200）和国际标准指令集（IEC61131-3方式）。通过调制
40、解调器可以实现远程编程，可以用单次扫描和强制输出等方式来调试程序和进行故障。4.2 S7-200的通信4.2.1 S7-200的通信协议S7-200支持多种通信协议，例如点对点接口（PPI）、多点接口（MPI）和PROFIBUS。这些协议基于7层开放系统互连模型（OSI），通过一个令牌环网来实现，令牌环网遵循标准（IEC61185）和欧洲标准（EN50170），它们都是基于字符的异步通信协议，带有起始位、8位数据、偶校验和1个停止位。协议支持一个网络中的个地址，最多个主站，网络中各设备的地址不能重叠，运行的计算机默认地址是0，PLC默认地址是2。S7-200的通信接口是RS-485，计算机可以
41、使用RS-232或USB通信接口，多主站PPI电缆用于计算机和S7-200之间的通信，有RS-232/PPI和USB/PPI两种电缆。4.2.2 在编程软件中设置通信接口的参数 在STEP7-Micro/WIN中选择菜单命令“检视”“元件”“设置PG/PC接口”或双击浏览或指令数中的“设置PG/PC接口”图标，都可以进入设置接口对话框如图4.1。图4.1在“设置PG/PC接口”对话框中设置的是计算机通信接口的参数。此外还应该为S7-200设置波特率和站地址，在STEP7-Micro/WIN中选择菜单命令“检视”“元件”“系统块”或双击指令树中的系统块文件夹下面的“通信端口”图标，将打开设置的通
42、信参数的选项卡如图4.2。设置好参数后把系统块下载到中才会其作用。图4.2在STEP7-Micro/WIN中双击浏览栏或指令树中的“通信”图标，或执行菜单命令“检视”“元件”“通信”，将出现“通信”的对话框。在将新的设置下载到S7-200之前，应设置远程站即的地址，使它与的地址相同。图4.3双击图4.3中“双击刷新”旁边的蓝色箭头组成的图标，编程软件将会自动搜索连接在网络上的S7-200，并用图标显示搜索到的S7-200。选中“通信”对话框左下角的“搜索所有波特率”复选框，可以实现全波特率的搜索。图4.4显示计算机连接到S7-200。图4.44.3 I/O地址分配根据立体仓库的控制要求，对PLC控制系统的输入点分配如下表。I0.0X轴左限位I2.5检验10号仓库I0.1X轴右限位I2.6检验11号仓库I0.2Y轴上限位I2.7检验12号仓库I0.3Y轴下限位Q0.0X轴脉冲I0.4键盘值输入一位Q0.1Y轴脉冲I0.5键盘值输入二位Q0.2X轴方向I0.6键盘值输入三位Q0.3Y轴方向I0.7键盘值输入四位Q0.4货台前身I1.0货台到位限位Q0.5货台后退I1.1货台回位限位Q0.6就绪I1.2货台是否有物Q0.7取出I2.7
