基于PLC的智能小型仓库设计
摘 要
本课题的设计是在现有智能仓库的基础上，与PLC系统进行结合，达到小型智能仓库的设计目标。其中控制系统中PLC的型号采用西门子S7-200，以计算机作为系统程序控制手段，并依靠西门子的变频器来控制步电机的运行。该智能仓库的整体设计的结构是一个3*3的货位平台，以及通过在三个方向上安装步电机，实现货物在三个方向可以自由活动，从而能够达到货物在三维空间的自由存取货的功能。在货位的整个系统中有9个货位以及步电机运行的最初停留货位，可称为0货位。根据计算机控制系统测量货位与零货位之间的距离，然后将信息反馈到变频器，以此来对步电机在各货位与0货位之间的运行速度进行设定，来对整个运行时间进行一个整体的把握与控制。在需要使用步电机存取货物时，通过计算机设定程序来控制步电机的一个整体运行，但是每次步电机运行完成之后，都需要回归到零号货位，然后再重新开始下一次的程序运行。但对于距离零号货位较远的货位来说，需要提高步电机的速度来提高工作效率，从而达到节约时间的目的。同时，为了保证步电机的运行安全，需要对步电机的两端安装限位开关，以应对各种需要暂停运行的紧急情况。
本设计的研究内容以及研究思路如下：概述智能仓库的发展背景和发展历程，以及研究智能仓库的必要性；设计仓库的整体结构以及对控制系统的选择；对PLC整体系统进行硬件设计和软件设计，以及各种程序控制的设定等。
关键词：PLC；变频器；仓库。
Abstract
The design of this subject is based on the existing intelligent warehouse, combined with the PLC system to achieve the design goal of small intelligent warehouse. Among them, the PLC model of the control system adopts Siemens S7-200, with the computer as the system program control means, and relies on the Siemens inverter to control the operation of the step motor. The overall design structure of the intelligent warehouse is a 3*3 cargo platform, and by installing step motors in three directions, the step motor can be freely moved in three directions, thereby realizing the free storage of goods in three dimensions. In the entire system of the cargo space, there is 9 cargo spaces and the initial stop position of the step motor operation, which can be called 0 cargo position. According to the computer control system to measure the distance between the cargo spaces, and then feedback the information to the frequency converter, to set the running speed of each cargo space and zero cargo space, to grasp and control the whole running time. When the step motor needs to be used to access the goods, the overall operation of the step motor is controlled by the computer setting program, but after each step of the motor operation, it is necessary to return to the zero position, and then restart the next program. However, for a cargo space far from the zero cargo position, it is necessary to increase the speed of the step motor to improve work efficiency, thereby achieving the purpose of saving time. At the same time, in order to ensure the safe operation of the step motor, it is necessary to install a limit switch on both ends of the step motor in order to cope with various emergency situations requiring suspension of operation.
The research content and research ideas of this design are as follows: Outline the development background and development history of smart warehouses, and the necessity of researching intelligent warehouses; Design the overall structure of the warehouse and the choice of control system; Hardware design and software design, and various program control settings for the PLC overall system.
Key word: PLC; Inverter; Warehouse
目录
第一章 绪论 1
1.1 智能仓库的背景及发展历史 1
1.2 小型智能仓库的主要内容 2
1.3 小型智能仓库的研究意义和价值 3
第二章 仓库结构和控制系统的设计 5
2.1小型智能仓库的整体构想和布局 5
2.2 小型仓库的结构和基本参数 5
2.3控制系统的确定 6
2.4选择PLC控制的优势 7
2.5 PLC的具体控制 7
第三章 PLC整体系统的硬件设计 9
3.1 系统组成的基架设计 9
3.2确定PLC的具体型号 9
3.3 三项交流异步电动机 12
3.4 变频器的介绍和选型 12
3.5 电气原理图 16
第四章 可编程控制器(PLC)的软件设计 19
4.1 PLC编程软件的介绍和使用方法 19
4.2 编程方式的确定 20
4.3控制要求的确定 20
4.4 梯形图的整体设计 25
第五章 整体的调试 33
5.1 PLC的设置通信及下载 33
5.2程序调试和运行 35
5.3总结 36
参考文献 37
毕业设计附录目录 38
第一章 绪论
1.1 智能仓库的背景及发展历史
在第二次世界大战之后，世界上各个国家都在全力恢复国家经济，大力发展生产业以及提高科学技术能力，在这一时期，智能仓库营运而生，并快速发展被人们所熟知应用。美国是当时经济实力以及科技力量最发达的国家，首先制造了高层仓库，这种仓库是一种带桥式堆垛起重机类型的，在之后的不断改进过程中，制造产生了由驾驶员可以自由操控的巷道式堆垛起重机的高层仓库，并且在之后的1963年，首次将计算机与高层仓库结合起来，建立了世界上第一座计算机操控的智能仓库。这种智能仓库因其便利性与高效率性，迅速的在世界范围内被广泛采用，并且在欧洲的传播速度最快，范围最广，之后该智能仓库技术受到了越来越多的研究学者去研究探讨，并且慢慢的演变为一门技术学科以供人们去学习与研究。日本是亚洲地区最早采用智能仓库的国家，并且到目前为止也是全球拥使用智能仓库最多的国家之一。
在新中国建立之后，我国就已经开始着手研究智能仓库，但是限于当时的科学技术以及制造技术的落后，在1963年，才成功的制造出属于自己的桥式堆垛起重机，经过10年的发展，在1973年，我国开始研究计算机技术与高层仓库进行结合的一系列生产与工作，并在7年后的1980年，成功的实现了计算机控制仓库的构想，并成功实现了运营工作。中国智能仓库的发展经历了以下四个阶段：
（1）第一阶段：1973-1985，这是智能仓库的起步阶段，研究的主要方向是针对某种技术的应用，但因当时生产条件以及经济条件的制约，发展缓慢，并且研究成果不显著。
（2）第二阶段： 1986-1994，在这一时期，中国经济复苏，工业生产进入了快速发展期，也是智能仓库的发展关键期。在这一时期，计算机技术快速在中国普及，因此研发人员将计算机技术与传统仓库管理进行结合，形成智能的控制系统，其中PLC是该系统中的关键性技术，提高了系统运行的稳定性，之后不久，该项技术被其他行业迅速引入到控制系统中，并得到了广泛的使用。
（3）第三个阶段： 1999-2005，这一时期因解决了关键性技术，因此使得智能仓库进入了快速发展期，智能仓库迅速在全国范围内被应用，一度增长至50套设备，同时这一时期也对智能仓库安装上了激光测距。
（4）第四个阶段： 2006-现在，这一时期，科研人员对智能仓库的研究已经相当成熟，因此，科研方向也发生了一些转变，开始去研究探讨如何提高货物的运输速度上，同时也产生了其他附属的控制系统来配合。根据数据资料显示，2005年底，我国全国范围内使用的智能仓库总量超过了1000套，在这个经济快速发展的时代，使得智能仓库的应用潜力巨大。
智能仓库是这个时代的发展结晶，也是智能仓库造就了这个时代，因为在当今社会，对智能仓库的需求量是只增不减的，并且随着时间的推移，它逐渐的向每个行业在证明着自己的强大之处，其中应用该仓库最广泛的就是物流中心，智能仓库对于物流配送的整个过程就像是量身定做。同时，其他医药产业、电子产业、集装码头等等均能够看到智能仓库的作用。这些行业采用智能仓库，也是发现其具有的优势与便利：对于土地的使用率很高、以及货物运输效率高、智能控制误差小、节约成本的花费。因此智能仓库在各行业均有所普及。
1.2 小型智能仓库的主要内容
本文的设计是基于智能仓库而进行设计的，采用PLC作为控制系统，具体型号是西门子PLC中S7-200。所采用的系统运行方式是利用三个电机在三个方向的自由移动来操作的，其中X向的电机控制列向，Y向的电机控制行向，而Z向的主要作用是控制货物的出入库。利用此方法，可以使得货物达到想要到达的任何地方，并且操作方法简便实用。为了应对各种特殊情况，我设计了手自一体的双模式可供使用者选择，这样就可以使的该设计的应用范围更广泛了。
本设计还是非常的人性化，在设备的操作界面另外设计安装了数码管，这样就在一定程度上简便了操作员的运用，减少了失误率，提高了操作员与设备的容错率。同时，另一人性化设计还在于在系统中大量使用检测限位开关，这样能够自动检测仓库中的存货量，并直接反应到总控室，方便了仓库的管理工作，并且也对设备的运行路线进行了限制，保证了工作的安全。同时在三个电机的两段均设置了限位开关，当电机运行异常而产生不遵循既定路线运动时，就能够为安全提供一定的保证，当电机接触限位开关的一瞬间系统运行断电程序。这是系统设计中最关键的步骤，也是所设计的安全程序。
在本设计中采用并安装了可变频器，因该套设备在运行过程中，每次存货或者取货程序完成后，都需要先回归到最初的位置，再进行下一步的工作，因此此过程就存在的一个问题就是，当存取货物与起始位置距离较近时，采用较缓慢的速度程序进行工作，当距离较远是，采用加速程序来提高运行速度，提高工作效率。
1.3 小型智能仓库的研究意义和价值
在我国，企业对于小型智能仓库的利用频率是最频繁的，并且小型智能仓库具有非常巨大的社会价值以及潜在的发展空间，在未来，它将成为仓库管理的主流。这种小型智能仓库虽然不及大型那么高效快速，但是在特殊情况下其工作效率也是不容小觑的，从另一方面来讲，两种型号均存在着自身的适用范围以及优势。
这种智能仓库与传统的仓库管理相比，不仅节约了劳动力，并且也减少了失误率，同时能够连续工作，降低了成本的投入以及时间的花费。采用这种小型智能仓库的大多数是中小型企业，资产实力薄弱，因此在此方面的应用对于节约成本就显得十分重要，能够提高企业在产品方面的投入成本，保证产品质量，并且提高企业利润，有利于企业的发展。因此，小型智能仓库不仅能够快速有效的做完工作，又在一定程度上增加了收入，使得该套设备不断深入人心。其拥有的优势如下：
（1）降低成本。传统的仓库需要占据大面积的土地，并且需要聘请仓库管理人员进行日常的管理工作，以及各种仓库设备等等。这笔费用对于中小型企业来讲是一笔不小的成本。但是本文设计的小型智能仓库占地面积仅为10平米左右，并且购置设备也较为低廉，同时也节省了管理人员的人工费。因此采用智能仓库不仅提高了工作效率，并且降低了成本。
（2） 降低人工费支出。小型智能仓库能够实现全程自动化与机械化，因此在工作阶段不需要大量的人工来参与，并且统筹计算工作也是通过计算机来进行，并将结果直接导入控制室。根据数据计算，该套智能设备的应用能够为企业降低70%的人工费支出，并且工作效率事倍功半。
（3）适应各种环境。仓库具有的基本功能就是存放货物，但是货物之间的保存条件各不相同，比如，对于对于药品货物，其保存环境就相对复杂一点，这种关系到生命安全的货物，采用智能仓库就显得尤为重要了。
(4) 降低货物的磨损程度。采用传统的存货取货时，人工所施加的力道存在差异，会在一定程度对货架或者货物构成磨损，因此，就会提高对货架的维修保养频率，但是采用智能仓库时，机械手臂的对于存取货物所施加的力道一致，从而降低了货架的磨损程度，降低了维修保养的次数，节约了成本支出。
参考文献
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毕业设计附录目录
1.PLC的I/O分配表
2.毕业设计开题报告
3.毕业设计任务书表格
4.电气原理图
5.PLC接线图
6.控制要求
7.立体仓库简图
8.系统流程图
9.毕业设计（论文）指导记录表
