电气工程系毕业论文（设计说明书）

第三章 硬件设计

第一节 硬件设计控制原理分析

堆垛机的信息显示、作业地址及指令的输入方法有很多种，一种方法是采用发光二极管来显示各种信息（如故障诊断代码等），采用拨码开关来输入作业地址。此种方法原理简单，但是一旦原器件有损坏，如某个发光二极管损坏，显示的信息就不准；又由于采用拨码开关输入的地址值无法校验，拨码开关使用2~3年后，触点氧化，使电阻增加，工作电压较低（24V），导通电流小（7mA），这样触点电阻的变化，会直接影响拨码开关的可靠性，造成拨码开关拨的数值与PLC输入的数值不一致，堆垛机无法运行到目的地址。此种方法直接影响了堆垛机的可靠运行，增大了堆垛机的后期保养、维修工作，因此目前此种方法已经很少有人采用。

另一种方法是采用键盘来输入作业地址、作业指令，用数字和符号来显示各种信息，输入的数值及指令马上可以显示出来，校对容易，对错一目了然。

编程器的显示器有二行共32位5X7的液晶点阵，可以显示数字、符号和字母；键盘按键有0~9、A~F等键可以使用，可以向小车输入作业地址（排、列和层）、作业指令（存、取最多二个作业）、操作方式（自动、手动）。将键盘的0~9键定义为数字键，A~F定义为功能键，在输入作业指令、作业地址时显示器能马上显示出来，实现了简单的人—机对话，保证了输入的作业地址和作业指令的准确性，提高了堆垛机运行的可靠性。

这个方法使堆垛机的小车每通过一个位置就记录一个数，一直移动到和预定位置号一致时停止移动。这个方法的特点是电路简单。另外随着电子技术的发展，出现了众多优秀的PLC，用PLC来控制堆垛机是相当灵活方便的，可以在PLC的软件中加保护，即堆垛机每走过一个货格的时间超过或少于正常的时间范围就报警。这样就可以有效地避免计数出错，本例即采用此方法。

智能立体仓库能实现货物的自动存取功能，这就要小车在作水平、升降台做垂直运动时，能准确记忆堆垛的位置，即堆垛机的小车和升降台所在的列和层数，以实现货物的定位存取，本系统采取了非接触式反射型光电型传感器，自动检测货位的列和层数。例如，随小车移动，反射式光电传感器每经过一列货架立柱时接收到一个反射信号，列值增加1，升降台每升高一层，层光电传感器使层值增1。光电传感器的有效反射距离为30cm。在自动存取货物时，货位的输入方法有微机键盘和BCD码拨盘开关两种形式输入，PLC在收到外部输入的货位层和列数层后，将此值作业层列计数器的预置值，用于实现货位的自动搜索控制。图3—

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1所示是典型连接示意图。

图3-1 硬件连接示意图

第二节 硬件设计PLC选型及其资源配置

计算机控制系统机型的选择：根据实际的控制点数和系统需要实现的控制要求，在本例中选用了西门子S7-200系列的PLC作为控制系统。按照控制点数来计算，可以选用CPU-224这个型号的CPU。

PLC选型

图3-2所示的就是S7-200系列的PLC，由于其具有紧凑的设计、良好的扩展性、低廉的价格以及强大的命令，使得S7-200系列可以近乎完美地满足小规模的控制要求。此外，丰富的CPU类型和电压等级使其在解决工业自动化问题时，具有很强的适应性。

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图3-2 西门子S7-200系列PLC

S7-200CPU-224（扩展）系统分别对小车电机用变频器、机械手电机步进驱动模块进行自动控制，并对检测信号及外部输入数据和控制信号进行处理，实现了小车、机械手驱动、升降台提升及保护等控制的基本要求。表3-1所示是CPU224的技术参数。

表3-1 CPU224的技术参数 技术参数 本机数字输入 本机数字输出 高速计数器（32位值） 脉冲输出 模拟电位器 时间中断 边沿中断 可选择的输入滤波器时间 说明 14路数字量输入 10路数字量输出 6个高速计算器 2个，20kHz脉冲速率 1个，8位分辨率 2个，1ms分辨率 4个上升沿和/或4个下降沿 7个，范围0.2ms~12.8ms

PLC的I/O资源配置

由于需要采集外部检测信号（小车所经过的行、列）、控制小车驱动电机的起停、选择手动控制与自动控制两种状态、小车的前后列向运动、升降行向运动、伸缩运动、货物的抓取、存放等。系统资源分配如表3-2所示。

表3-2 PLC I/O地址分配表

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电气工程系毕业论文（设计说明书） 位号名 I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 I0.5 I0.6 I0.7 I1.0 I1.1 I1.2 I1.3 I1.4 I1.5 I1.6 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 Q0.6 Q0.7 Q1.0 Q1.1 Q1.2 Q1.3 Q1.4 Q1.5 M0.0 M10.0 M20.0 数据类型 BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL 说明 START STOP 自动选择输入 手动选择输入 前后运动 向前运动 向后运动 升降运动 上升运动 下降运动 伸缩运动 前伸运动 后缩运动 抓取物品 放置物品 小车向前运行 小车停止向前运行 小车向后运行 小车停止向后运行 机械手上升 停止上升 机械手下降 停止下降 机械手前伸 停止前伸 机械手后缩 停止后缩 放置物品 抓取物品 运行状态 手、自动状态 小车前后运动使能 23