立体仓库控制系统.doc

立体仓库控制系统
一、实训目的：
1、了解A7003型立体仓库系统工作原理与工作过程；
2、进一步掌握MicroLogix 1400可编程控制器原理；
3、掌握RSLogix500编程软件使用方法；
4、掌握组态编程的控制思想及实现；
5、掌握立体仓库的编程实现方法。
二、实训的设备
A7003立体仓库系统，电脑，MicroLogix 1400编程器
三、实训内容
1、控制要求及控制原理
1)控制要求：
该立体仓库模拟系统可以模拟自动仓储系统，利用光电编码器及限位开关确定仓库及叉车的位置，从而可以实现仓库叉车系统可以从初始位置走到目标位置取货，然后将取得的货物再送到指定的位置。
本次模拟立体仓库控制实训项目的基本控制要求为：
（1）让叉车永远从初始的1位置开始运行
（2）让叉车可以运行到目标位置，即可以实现X定位和Y定位
（3）可以让叉车实现取货或者送货操作。即可以实现Z轴定位
要求在本次实训中，利用RSLINX完成对系统的通信，利用Rslogix500软件完成对程序的编写。利用RSVIEW32软件完成对组态界面的在线控制及监控。
在完成基本要求的前提，可以尝试一下控制要求。
（1）让叉车永远从初始的1位置开始运行
（2）让叉车可以运行到目标位置，即可以实现X定位和Y定位
（3）可以让叉车实现取货操作。即可以实现Z轴定位
（4）然后让叉车自动运行的送货的目标位置并完成送货操作。
2）控制原理
本实训项目核心的控制原理为定位原理。其具体的定位原理如下所述。
（一）. 列定位：
S1 为列定位光电传感器，列定位片顺序安装于叉车运行轨道左侧；共三只。
叉车运行时的列定位，由光电传感器检测到列定位片的开始沿(上升沿)来实现。参照图：
运行方向
开始沿
图1列定位原理图
列定位片

（二）层定位
S2为层定位传感器，共3只，垂直运行经过层定位片时，发出到位信号；每只层定位片有两只遮光片；分别为上遮光片和下遮光片。 参照图：
上遮光片
下遮光片
层定位片
运行方向

图2 层定位原理图
注：
1）如果要放料，a.升叉至上遮光片；b.然后进叉；c.进叉到位后；d.降至下遮光片（此时料盘应已放在库架上）e.出叉。
2）如果要取料，a.升叉至下遮光片； b.然后进叉；c.进叉到位后；d.升至上遮光片（此时料盘应已插上叉子）e.出叉。
注意：列定位片与层定位片均已调整好,请不要随意调整!!否则可能引起定位误差，造成设备损坏!!!
层及列定位的关电开关，结合光电编码器实现对层及列的定位控制。Z轴点位通过Z轴限位开关完成
2、了解立体仓库模拟系统的硬件配置
原则：在进行编程之前，必须根据系统的特点，了解需要的输入输出对象以及其在PLC上的接线。
（1） 系统简介
。其具体的系统硬件介绍如下所述。
装置样图如下：规格尺寸：66*56*122cm（长*宽*高）

下图为立体仓库实验系统组成示意图。

图3 立体仓库组成
1.水平行走电机 2.转动轴 3.传动滑杠 4.水平同步传送带 5.底座 6.升降滑杆7.进叉出叉电机 8.升降电机 9.货叉 10.滑杆 11.小同步带 12.提升链条 13.光电开关 14.限位开关
1）控制面板主要有电源开关，自动手动选择开关及手动控制左右上下伸出收回按钮组成，主要完成对A7003立体仓库模型系统的手动控制操作。
2）货架：货架结构为铝合金组装而成的3列3层架体，采用20*20铝型材，货位数量为3*3。货位图如下：
图2 库位图
1
2
3
4
5
6
7
8
9
缓冲

3）三维(X、Y、Z)运动机械：（X、Y轴完成仓位定位，Z轴完成送/取动作)。
a.水平行走机构：主要由水平行走电机（包括减速器）、转动轴、同步传送带、同步链轮、传动滑杠、轴承等部件构成。
b.升降机构：升降电机（包括减速器）、提升链条（采用双排滚子链）、齿轮、传动滑杠、轴承等部件构成。
c.货叉进出机构：电机、齿轮、小链轮、小同步带、导轨、货台等部件构成。
4）电气控制采用西门子的可编程控制器或者AB的CompactLogix、减速直流电机、光电传感器、行程开关、开关电源（开关电源把220V市电变换成24V直流电，为整个系统电路供电）、电源线（电源线为市电供电连接线，必须保证可靠的接地）、编程通讯电缆（编程通讯电缆为带隔离的232-485转换数据线，完成编程程序的下载和上位机与模型数据通讯的功能）。
（2）具体硬件接线
根据控制要求，本设计需要对系统将叉车从初始位置移动到特定的位置，然后取货，再移动要特定的位置送货。因此其在硬件上要求可以行定位，列定位，以及叉车的X轴前后定位，另外叉车运行不能超过规定的x，y方向范围要求，所以其要求在X，Y,Z轴有限位开关。具体的硬件接入点介绍：因为本次控制只关心是否到位，因此其输入输出点选择为数字量控制。
输入量及PLC点之间的对应关系：
其中水平方向上的定位IN0接水平方向上光电开关，通过光电编码器的脉冲计数用于实现水平方向上的定位，其中SQ1ON,和SQ2ON,分别实现水平方向上的限位。分别接IN8,IN9.SQ1ON是左限位开关，SQ2ON是右限位开关。
垂直方向上的定位IN1，接垂直方向上的关电开关，通过光电编码器的脉冲计数用于垂直方向上的定位。其中SQ3ON和SQ4ON分别实现垂直方向上的限位，分别接IN4,IN5.SQ3ON是上限位开关。SQ4ON是下限位开关。
Z轴上的定位通过限位开关SQ5ON和SQ6ON实现Z轴出叉和进叉定位，其中SQ6ON是出叉到位限位开关，SQ5ON是进叉到位开关。分别接IN6,IN7.
输出量及PLC点之间的对应关系：
输出点主要是控制水平方向上的电机，上下方向上的电机，以及Z轴方向上的点击。
其分别的对应为：
MD1水平方向上的电机：通过out0，out1控制正反转，分别控制左行和右行。
MD2 上下方向上的电机，通过out2，out3控制正反转，分别控制上升和下降。
MD3是Z轴方向上的点击，通过out4，out5控制正反转，分别控制进叉和出叉。

3、软件编程——自动运行程序编写
注意：自动时，面板电源在“关”位置，所有旋钮在“自动”位置；手动时面板电源在“开”位置。
首先把电源设置到关位置，这个位置将由PLC读取。如果不是关位置，PLC不会运行。其它所有旋钮都处于自动位置，否则对应的操作无法自动实现，同时手动因为面板电源关闭，所以也无法操作。
（1）系统步骤分解
我们把从库取货和送货到库的步骤分成四步。
取货：（必须完成）
第一步：到达目标库位下侧，进叉。目标位置保存到X1,Y1,Z1。Y1是库下侧，Z1就是1。
第二步：到达目标库位上侧，退叉。目标位置保存到X2,Y2,Z2。Y2是库上侧，Z1就是0。
第三步：到达0库位上侧，进叉。目标位置保存到X3,Y3,Z3。Y3是库上侧，Z1就是1。
第四步：到达0库位下侧，退叉。目标位置保存到X4,Y4,Z4。Y4是库下侧，Z1就是0。
送货：（拓展部分）
第一步：到达0库下侧，进叉。目标位置保存到X1,Y1,Z1。Y1是库下侧，Z1就是1。
第二步：到达0库上侧，退叉。目标位置保存到X2,Y2,Z2。Y2是库上侧，Z1就是0。
第三步：到达目标库位上侧，进叉。目标位置保存到X3,Y3,Z3。Y3是库上侧，Z1就是1。
第四步：到达目标库位下侧，退叉。目标位置保存到X4,Y4,Z4。Y4是库下侧，Z1就是0。
（2）光电计数器位置确定
命令读取，实际就是位置算法，在N=1时进行。

一般可以把库位1作为缓冲库位，旁边布置移动叉车。所有操作都是：如果取货，则从目标库位到1库位，如果送货，则从1库位到目标库位。所以不要制定从1到1库位的作为。
从组态软件发送下来不是库位，而是坐标图，而在计数器上，实际的Y轴坐标为库位坐标Y_COMMAND*2，下面的就是Y_COMMAND*2-1。
取货COMMAND=1：
第一步：X_COMMAND, Y_COMMAND*2-1,1。进库取货
第二步：X_COMMAND, Y_COMMAND*2,0。上行，退叉
第三步：1,2,1。进库送货
第四步：1,1,0。下行，退叉
送货COMMAND=2：（选作）
第一步：1,1,1 到达目标库位下侧，进叉。目标位置保存到X1,Y1,Z1。Y1是库下侧，Z1就是1。
第二步：1,2,0 到达目标库位上侧，退叉。目标位置保存到X2,Y2,Z2。Y2是库上侧，Z1就是0。
第三步：X_COMMAND, Y_COMMAND*2,1到达目标库位上侧，进叉。
第四步：X_COMMAND, Y_COMMAND*2-1,0。到达目标库位下侧，退叉
（3） 运动算法
当前位置,X0,Y0,Z0。每个步骤把坐标拷贝到X1,Y1,Z1，第一步不需要拷贝，因为第一步的目标位置就保存在这里。
先运动到指定X,Y位置，然后进叉，或者退叉。
以上运动算法：
IF X1>X0,左行，X0减计数器。
IF X1<X0,右行，X0加计数器。
IF X1=X0,停止X电机。
IF Y1>Y0,下行，Y0减计数器。
IF Y1<Y0,上行，Y0加计数器。
IF Y1=Y0,停止Y电机。
IF X1=X0, Y1=Y0,Z1>Z0；前进
IF X1=X0, Y1=Y0,Z1<Z0 ；后退
IF ZL_BACK=1 Z0=0，
IF ZL_FORW=1 Z0=1，
IF Z1=Z0 停止Z电机
IF X1=X0&Y1=Y0&Z1=Z0 STEP = STEP +1进入到下一步骤
拷贝X[STEP]到X[1], Y[STEP]到Y[1],Z[STEP],Z[1]
（4）具体实现及点的分配
寄存器
名称
用途
备注
N9:0
COMMAD
=0无操作，=1取货，=2存货

N9:1
Xdec
库位坐标，水平坐标

N9:2
Ydec
库位坐标，垂直坐标，连续的

N10:0
X0
叉的当前X位置

N10:1
X1
各个步骤的目标位置
每个step会拷贝
N10:2
X2
叉的第1目标位置

N10:3
X3
叉的第2目标位置

N10:4
X4
叉的第3目标位置

N10:5
X5
叉的第4目标位置

N11:0
Y0
叉的当前Y位置
每个库位2个Y
N11:1
Y1
各个步骤的目标位置
每个step会拷贝
N11:2
Y2
叉的第1目标位置

N11:3
Y3
叉的第2目标位置

N11:3
Y4
叉的第3目标位置

N11:3
Y5
叉的第4目标位置

N12:0
Z0
叉的当前Z位置
不是0就是1
N12:1
Z1
各个步骤的目标位置
每个step会拷贝
N12:2
Z2
叉的第1目标位置

N12:2
Z3
叉的第2目标位置

N12:3
Z4
叉的第3目标位置

N12:3
Z5
叉的第4目标位置

N14:0
STEP
运行步骤，或者称为状态机

1）系统程序
注意脉冲计数输入的IO定义的滤波时间为8毫秒。在IO CONFIG中，选择ADV CONFIG，如图所示。

考虑了增和减计数器。上升或者右移动，就是增，向反就是减。但是除了脉冲输入作为计数器条件之外，其他不要在计数器前面，否则错误。
包括main函数，goxyz，getxyz两个调用的子函数。
Getxyz获取位置和命令。
Goxyz，移动到指定位置。每次包括x,y,z轴的一次移动。Z在最后移动。
Main首先复位，复位算法比较特殊。然后读取命令。然后开始四次移动。（本次设计可只移动一次，其他三次的移动和第一次相似）
具体程序请看相关文件。
2） 取货参考程序
依据运动规则，命令，以及目标库位，该函数获取X,Y,Z各个步骤的目标位置。

获得目标库位的临时坐标2*Y_COMMAND，2*Y_COMMAND-1。N15是临时变量。

图表 1
判定是否是取货。如果是，则把X1=X_COMMAND，Y1=2*Y_COMMAND-1，Z1=1。表示移动到库位下方，然后进库。

图表 2
第二步，X2=X_COMMAND，Y2=2*Y_COMMAND，Z2=0，表示叉先上抬，然后出库。

第三步，X3=1，Y1=2，Z1=1，表示到缓冲位上方，然后入库。

第四步，X4=1，Y1=1，Z1=0，表示叉先下降，然后出库。
如果是送货，则具有近似的代码。
3）送货参考程序（选做部分）
该函数依据X0,Y0,Z0到X1,Y1,Z1进行操作，进行取货送货等操作。而一个操作分成四个步骤，这里并不管四个步骤，只是按照两个点的坐标来进行操作。

X轴向光电计数器，由于只有光电开关的脉冲可以进行计数，所以我们并没有在增减计数器的条件上增加其他条件。

如果到达限位，则直接写X0=0，增减列计数器=0

如果没有到达限位，则依据左行还是右行，选择增计数器还是减计数器，付值给X0，然后反馈回另一个计数器。两个计数器的开始计数器位置保持一致。
Y轴向光电计数器和X轴向光电计数器操作一样，代码不重复了。而Z轴向坐标比较简单，在库里就是1，后退了就是0。如图下：

图表 3
依据目标位置和当前位置，决定了运行的方向。

图表 4
如果X,Y方向已经到达目标位置，则依据Z运行坐标，进行进叉和出叉操作。
5）主程序
依据STEP进行操作，采用了状态机的方法。

依据手动自动开关，如果是自动，则把STEP=0，并把所有的输出都定义为0，关闭所有输出。从高电平到低电平的状态改变时操作。

图表 5
如果状态STEP=0，则初始化。

图表 6
把各个计数器的值以及当前X,Y,Z位置值设置为100。这个数值很大，一当运行，则肯定向左行，向下行，向后行。

图表 7
STEP=1，就初始化复位运行，运行取货操作，判定是否运行到位，也就是到达0,0,0位置。

图表 8
判定STEP=2，则看是否有取货，或者送货操作。

图表 9
STEP=3，则读取命令，调用GETXYZ，获得四个步骤的坐标X2,Y2,Z2；X3,Y3,Z3；X4,Y4,Z4；X5,Y5,Z5。

图表 10
STEP=4，准备第1次运行，读取x2,y2,z2到x1,y1,z1。

图表 11
STEP=5，第1次运行，调用GOXYZ，判定是否到位置。

STEP=6，准备第2次运行，把x3,y3,z3送x1,y1,z1。然后调用GOXYZ，判定是否到位置。

按照上面的操作方法，一直到第四次运行完毕。

LBL用于标号，跳转命令，进行快速调试用的。
最后的状态为12，在组态软件中，可以读取这个变量，从而可以显示当前的状态。如果发送了新的命令，则令STEP=2，重新开始读取命令操作。