机电一体化技术毕业论文设计《基于PLC的自动化仓储物流控制系统设计》

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机电一体化技术(专)专业

毕业论文(设计)

论文(设计) 题目 基于

PLC

的自动化仓储物流控制系统设计

学 号

姓 名

I

摘 要

随着社会的发展,人们对工业自动化程度的要求越来越高,自动化材料仓库控制系统应运而生。自动化

仓库系统包括物料的运输系统和立体库的存取系统。这种方式能够实现物料的自动入库,自动出库,以及实

现先进先出的功能。

本毕业设计以 PLC 自动物料仓储控制系统为基础,以西门子 S7-1500 系列 PLC 为控制器,HMI 为监控装

置,通过控制变频器来驱动电机实现物料的接取和存放入库以及取料出库等操作,并且能够控制小车在送到

立体库之后会回到初始点等待下次动作。通过变频器控制电机的运行速度,并且配合限位光电开关以及程序

控制能够实现准确的小车停止以及货叉的伸出取料装车,同时还要实现货叉伸出放料回到小车上的动作,能

够保证整个系统可以实现连续运行。

本文首先分析了国内外自动物料储存控制系统的现状,然后总结了本设计的目的和意义,以及本次设计

的内容,通过博图软件进行了程序的编写以及调试,确定理论上功能可以实现。

关键词: PLC;HMI;自动化;立体库

目 录

摘 要.......................................................I

第一章 引言..................................................1

1.1 研究背景.........................................................1

1.2 研究目的及意义....................................................1

1.3 国内外现状分析....................................................2

1.4 主要内容..........................................................2

第二章 总体方案设计..........................................3

2.1 自动物料仓储物流控制系统的需求分析................................3

2.2 本设计的系统构成..................................................3

2.3 工艺流程..........................................................3

第三章 硬件部分设计..........................................5

3.1 硬件选型.........................................................5

3.2 硬件部分设计......................................................5

3.3 电路部分设计.....................................................13

第四章 软件选择.............................................19

4.1 关于博图软件的介绍...............................................19

4.2 程序介绍.........................................................19

4.3 仿真程序介绍.....................................................23

4.4 HMI 人机界面介绍.................................................27

结束语......................................................28

参考文献....................................................29

1

第一章 引言

1.1 研究背景

随着社会经济的发展,工业也在迅速发展。工厂里的仓储物流产线系统也在不断的改进完善,自动化的

立体库也在不断的发展进步,向着自动化程度越来越高的方向发展。

到目前位置,工厂的整个物流行业也是向着自动化的方向发展,这样不仅可以省去很多的人力,同时也

会大大提升生产效 ,这 要求对于物流的 理要进一步的 确,立体库和物流线的配合技术也要 到完善

和提高, 只有将 自动化仓储物流 立体仓储 结合, 到取 体力 动,提高效 降低 成本的目的。

在工业的自动化仓储物流这方面, 各地 政府 部门也 都给 出了不同程度上的 支持 ,在 其中投 入了不 资金

于本 地企 业的研究发展, 只有当企 业的 在了时 能够 够多的人 来发展 当地 的经济。

为了能够 应现在工厂大 批量 的生产和不断 增加 产能的要求,自动化的仓储物流系统和立库的 使用 一定

来发展的 趋势 ,本次毕业设计是基于 PLC 的自动化物料仓储控制系统设计,包括了物流系统和立体

库的配合 使用 。目前 国的很多 小型 业在物料的 运方面还 采用 叉车 人工 需要人操作的电动运

料小车等, 无乱 是上 种方式, 存在着人为的 干预 ,在人为 干预 物料输送时, 会出现很多的意外

于人的主 观性 ,会 成物料的 损伤、 率低 以及可能会出现人 身安全受 威胁

通过以上的背景介绍,可以 明显 出,自动化的物料产线和立体库的配合 使用 ,在工厂的生产 当中有

非常重 大的意义。

1.2 研究目的及意义

本设计是自动化物料仓储物流系统的设计。自动化立体仓库是 系统的 成部分,包括机 和电

件。本次设计主要对 到的电 以及 关的电机和硬件进行选型应

题的意义。在 统的工厂工作 式下,主要是通过人工进行 运物料和装 物料,这种工作方式不

仅存在工作效 率低 下的 题,还存在人力 物力的 浪费 ,并且 于人工 装的过程 存在着 安全隐患问 题,

自动化的仓储物流系统 装之后 可以实现货物的自动入库,自动出库等操作,能够 避免 出现这 些问 题。

自动化的仓储和物流系统可以 工厂 大的 利益 论是经济上的还是 安全 上的,本设计系统是通

过自动运料小车实现物料的自动 运和自动存取功能,能够高效的 应,并且在设计的过程 还可以合

理的 利用空间 ,能够 将空间 利用率 进一步的提升,通过 逻辑 的设计控制,能够实现系统的 先进先出

能,这一功能的设计 大多 工厂的需求,可 止首件物料进入立体仓库后出现过 ,合理保

证货物在 使用有 内, 减少浪费 。本设计实现之后,可以 减少劳 动人 的工作 度,能够 代替 人工实现很

危险品 的运输,可以实现货物 区无 人化 理,可以通过 PLC 和上位机进行 交互 物料 信息 传给

位机,实现物料的 信息 的存储和 追溯 [ 3 ]

自动化仓储物流控制系统的实现同时也 代表 了一个工厂一个 业的工业自动化发展的程度,一个 业要

来的社会上 站稳脚 步前进 就必须 要实现工厂的自动化设计,保证工厂设 的先进

进, 减少劳 动成本和提高生产效 率都 是在 创收 ;并且这种自动化的工作 式下, 可以实现生产系统的

学化 理,为工厂 、企 业的 理系统提 非常便利 件。

2

1.3 国内外现状分析

自第二次 界大 之后,发 的工业技术开始 速的发展,在这 其中就 包括了工厂产线的自动运输

和立体库的配合 使用 ,并且实现 自动化的生产 式,这 种配合研究 是本设计 研究的自动化仓储物流

控制系统。

在 07 之后, 国的自动化立体库和自动化产线的 建筑数量 约有 50 万座左右 ,主要应 药品 的生

产和配送以及 食品、 制作业 、服 服饰 工运输 、烟草 工运输等 领域当中 ,随着国 政策支持

国的自动化立库和自动化产线的应 也在 速的发展 能化和自动化的技术应 在工业 领域 之后,

的自动化立库和自动化产线的应 也在 速的发展 ,对提升 业生产效 率有 着很大作 。随着人们生 活水

的不断提高以及 学技术的进步,越来越多的人开始关 到了 建筑 行业, 尤其 建筑 工程的设计 与施

,对于工程 理提出 高的要求。目前 国的自动化仓储物流控制设计 国外 相比 还是 一定的发展 空间

主要是一 些中 小型的分 式仓库设计,作业方式是小车 叉车货输送机等装置的配合 使用 ,存在着很多的

以在仓储技术的自动化应 用就显得非常 要,并且 非常 国现在的实 际情况 ,要 立库的

设和现 理系统进行 机的结合,这样 使我 国的自动立库 大的发展。

国外的发展 根据记载 ,自 20 世纪 50 年代 开始,以 国为首的西方国 家就已 经开始发展立体库,在

就已 经开始生产高 的货 了,这个时 候问 出现了, 当非常 高的货 在应 时,叉车 就没有办法

行货物的 放,这个时 候就 需要 门等设 进行 放,这样效 率就 会很 了这个设计理 ,在 来的一

内自动化的生产 式很 研发出来,并且开始在西方的发 迅速的发展和应

1.4 主要内容

实现物料在立体库 的自动存取,能够在取料 取完料送到立体库,也能够 立体库 物料取出送到出

中间有触摸屏显示 ,对应的立库是 着还是 料,系统也可以自动 识别 ,小车上面是 否有 料,立库

否有 料,存货自动到 位,取货自动到 料的位置。整个系统设置了 动和自动 个运行 式,在自动

式下 按照 工位 序, 里到外 次进行存放,同时在取料时也是 里到外,这样可以保证物料的先进先

出, 满足 生产的工艺需求。 式,操作人 可以 动控制送货小车进行操作。包括小车的点动 动,小

车上取料电机的点动 行,目的是为了方 便维修 试功能。

3

第二章 总体方案设计

2.1 自动物料仓储物流控制系统的需求分析

本设计是基于 PLC 的自动化物料仓储控制系统设计, 主要目的是为了实现工厂物料自动化的运输和货

物在立体库的自动存取功能,通过 PLC 的控制配合 使 变频器以及 应的硬件部分实现整个系统的功能设计。

实现物料在立体库 的自动存取,能够在取料 取完料送到立体库,也能够 立体库 物料取出送到出货

中间有触摸屏显示 ,对应的立库是 着还是 料,系统也可以自动 识别 ,小车上面是 否有 料,立库 否有

料,存货自动到 位,取货自动到 料的位置。整个系统设置了 动和自动 个运行 式,在自动 式下

工位 序, 里到外 次进行存放,同时在取料时也是 里到外,这样可以保证物料的先进先出,

生产的工艺需求。 式,操作人 可以 动控制送货小车进行操作,包括小车的点 动。小车上取料

电机的点动 行,目的是为了方 便维修 试功能。

本次设计的主要需求 根据 工厂的实 需求,设计出 应的方案, 满足 工厂的实 生产需要, 帮助

节约 成本, 根据 现行的 安全 要求 政策 ,提高生产线效 降低 成本, 降低劳 度,保证人 身安

2.2 本设计的系统构成

结构主要包括 PLC 、逆 变器 断路器 、继 电器 电机 、液压 回路等。通过 PLC 的 逻辑 编程配

合变频器的 使用 进行系统的控制,实现小车的自动取货 自动送货 自动存库 自动取货出库 自动送到出

,同时可以 根据 需要进行人工选择,整个系统能够 满足客户 的需求,同时还包括 式,在

下方 便 进行 维修 和改 等工作。

2.3 工艺流程

在系统的整个工作过程 ,主要的工艺流程 图 2-1 所示 。要先 到的是整个系统的 动, 只有 在整个

系统进行了 动之后 可以进行动作;接下来是 式选择, 自动 式和 式,选择自动 式时,一次

一个 式,系统会进行自动 检测 在送货过来的 窗口 否有 货物, 如果检测 货物, 那么 系统 驱动小车

行去取货的动作,小车 正转 工位之后, 限位光电进行停车操作,停下之后进行 液压缸 的伸出动作,取

货然后 货物上 到一定的高度,然后回 放到小车上面, 进行下 货物放到小车上之后开始

动作, 货物运到立体库。 立体库之后, 立体库的 码垛 机会过来 货物接取 ,自动进行 检测哪

个工位 没有 货物,在 检测 按照 1-2-3-4-5- 6 -7-8 号的 序进行 检测 ,一定要保证前面的工位是

下一个工位,这样 的目的是为了方 便管 理,保证货物的 按照“ 先进先出 原则 ,这样可以保

证货物的保 质期 使用 码垛 的可以进行升 降或者 前进后 退 ,这要 根据检测 到的是 一个工位 没有 货物

定的, 行到位之后 限位光电进行停车 理, 码垛 机的货叉先上升然后到 限位之后 送出, 还是

也是在 检测 工位的时 进行 断,到 伸出限位之后进行下 ,下 限位之后回 ,这样一个动作

成了,并且回到初始状 进行等待下一个 的到来。

要料 向立库要料的 到立体库之后,系统 码垛 机开始进行动作, 按照顺 序进行 检测 工位是 否有 货,

检测 到这个工位进行取货, 货物取到之后送到立体库 的小车上, 手推 货并 货物送到

4

装运点。

机电一体化技术毕业论文设计《基于PLC的自动化仓储物流控制系统设计》

图 2-1 系统流程图

5

第三章 硬件部分设计

3.1 硬件选型

本次毕业设计的硬件主要包括 西门子 PLC S7-1500 系列 CP U ,西门子变频器 MM440,断路器, 流接

器, 电器,变频器电机以及 液压 系统等 关硬件。

3.1.1 PLC 的概述

PLC 是可编程的 逻辑 控制器。 是一种专门为工业生产开发的控制器,可以 应多种工业 情况 以在

活中 环境 下工作也是完 全没有问 题的,PLC 主要 以下

系统是 化的 合方式,在 使用 良好 ,并且对于开关 的控制和 非常

的方 便

PLC 使用 来操作 简单 ,编程容 逻辑性强 ,可以通过 梯形 图等编程语言进行程序编写,

实现功能需求,在 改程序时不需要进行停止下 ,同时可以监控运行状

、适 恶劣 的工作 环境 能力 远远 高于 机型。PLC 控制一 部件,

电器 、逆 变器 驱动器等。

3.2 硬件部分设计

3.2.1 PLC 的选型

本设计是通过大 的文献 查阅 和现 开展设计的, 根据 功能以及工艺流程进行分析,本着

成本和 满足 设计需求的 原则 ,在 比较 了多种 PLC 的 能后, 定选择西门子 S7-1500 系列 PLC,西门子编

逻辑更 简单易懂 ,这样 可以准确 编写程序。然后对 PLC 的 I /O 点需求个 进行了分析,这样

以保证 I /O 点够 ,并 有适当 备用 点,还不 浪费资

在进行 I /O 数量 分析是要考 到 I /O 够本次 使用 ,不能过多, 浪费 ,同时还要

一定的 ,保证在 维修或者 增加 功能时 I /O 点可以 使用 。I /O 点的 估算 在 I /O

时不仅要考 到目前的 使用情况 ,还要考 到以后的升 或者 功能的 增加 ,这 要在 满足 输入输出总

基础上还要进行 20 % 左右 的点,来 后的 维修 使用 。I /O 点的输入 们要考 到现 的开关

的多 ,开关 包括开关 、继 电器等, 也要考

以选择 S7-1500CP U ,是 为 S7-1500 西门子配 了高速背 总线 、非常 高效的 协议 ,点对点通

不到 500 微秒 ,这 在 10 纳秒 的在位 命令 操作上。本设计 采用 的 1515-2P N 有两 个 P rofinet

,以 太网 能够保证 有有 效的 应时 非常 优秀 应时

工艺方面 在现 的实 时, s 7-1500 西门子 有非常 良好 的运动控制能力,这 就非常 的时

自动化产线的应 。现 可以通过 量模 块直 接和 PLC 进行通 使得 的工作 更加 轻松

便 PI D 控制,以确保现 控制的准确 。工业 信息安全 方面 西门子 S7-1500S iemens PLC,整个

过程,包括功能 都有 工业 信息安全 成,可以 效保 用户 的应 用信息安全 专门的保 功能,

可以设置 等,也可以设置 改,能够 效的 止程序 改和 访 。西门子的存储

能, 存储 的序列号 定,并 允许 程序仅在配置 的存储 上运行,以确保 们不会 制。 故障恢复

6

支持 S7-1500 还 成了自动 故障 功能,自动提 供防 故障 ,并为 用户 供防 故障 控制器,对 准和

安全 程序应 了一样的设计和操作的方式。 用户 可以 助安全管 理的编 器对 安全 进行 改和

定义 [ 12 ]

对于控制器的设计 西门子 S7-1500S iemens PLC 良好 使用性 能, 便 于设计和 题。在

本之 可以实现 信息 共享 准化的 方式 可以 用户 使用 接线时 间增加用户

的体 验感 准的 配件和背 ,能够高效的 装,也可以 节约空间 更有利 于现 的部件 成,还

成的 能力能够 的保证 量信 号的接 收质量更加 良好 ,以及能够 抵抗 外部的电

3.2.2 PLC 的选型

如表 3-1 所示 为 I /O 分配 端口 的输入 ,内部包括了输入点的名 、注 、地 子号)以及输

出点的名 、注 、地 子号)

3-1 输入

I 点

S TART

I0.0

S TO P

I0.1

停止

AUTO

I0.2

自动

M UA L

I0.3

C AR_D_FOR

I0.4

小车点动 正转信

C AR_D_BA C K

I0.5

小车点动 反转信

L _ HP _U P

I0. 6

液压缸 上限位 标志

L _ HP _ L

I0.7

液压缸 伸出限位 标志

L _ HP _ L _B L

I1.0

液压缸 限位 标志

R_ HP _U P

I1.1

液压缸 上限位 标志

R_ HP _R

I1.2

液压缸 伸出限位 标志

R_ HP _R_B L

I1.3

液压缸 限位 标志

TURN_ LIMI T_ L

I1.4

电机 限位开关

TURN_ LIMI T_R

I1.5

电机 限位开关

TURN_ LIMI T_F

I1. 6

电机前限位开关

TURN_ LIMI T_B

I1.7

电机后限位开关

M DJ_U P _ LIMI T

I2.0

码垛 机上升限位

M DJ_DOWN_ LIMI T

I2.1

码垛 机下 限位

M DJ_ L _ LIMI T

I2.2

码垛 伸出限位

M DJ_ L _ LIMI T_ 1

I2.3

码垛 限位

M DJ_R_ LIMI T

I2.4

码垛 伸出限位

M DJ_R_ LIMI T_ 1

I2.5

码垛 限位

PH0

I2. 6

取货 口有无 物料的

PH1

I2.7

小车到 取货 窗口

PH2

I3.0

限位光电

PH2-1

I3.1

限位光电

PH3

I3.2

1 号工位小车到 标志

PH3-1

I3.3

1 号工位是 否有 标志

PH4

I3.4

2 号工位小车到 标志

PH4-1

I3.5

2 号工位是 否有 标志

PH5

I3. 6

3 号工位小车到 标志

PH5-1

I3.7

3 号工位是 否有 标志

PH 6

I4.0

4 号工位小车到 标志

PH 6 -1

I4.1

4 号工位是 否有 标志

PH7

I4.2

5 号工位小车到 标志

PH7-1

I4.3

5 号工位是 否有 标志

PH8

I4.4

6 号工位小车到 标志

PH8-1

I4.5

6 号工位是 否有 标志

7

PH9

I4. 6

7 号工位小车到 标志

PH9-1

I4.7

7 号工位是 否有 标志

PH10

I5.0

8 号工位小车到 标志

PH10-1

I5.1

8 号工位是 否有 标志

PH11

I5.2

出料 的停止位置 标志

PH12

I5.3

靠近旋 光电

PH13

I5.4

来停车光电

REQUE S T

I5.5

要料 标志

如表 3-2 所示 为 I /O 分配 端口 的输出 ,内部包括了输出点的名 、注 、地 子号)以及输

出点的名 、注 、地 子号)

3-2 输出

Q

M OTOR_AUTO_FOR

Q 0.0

自动 式下小车 正转

M OTOR_AUTO_BA C K

Q 0.1

自动 式下小车 反转

M OTOR_ SP EED

Q 0.2

小车速度设定

M OTOR_ M AU L _FOR

Q 0.3

式下小车 正转

M OTOR_ M AU L _BA C K

Q 0.4

式下小车 反转

TURN_ M OTOR_ L

Q 0.5

电机 左转

TURN_ M OTOR_R

Q 0. 6

电机 右转

L _ HP _ L _ 1

Q 0.7

侧横 液压缸 伸出

L _ HP _R_ 1

Q 1.0

侧横 液压缸

L _ HP _U P _ 1

Q 1.1

提升 液压缸 伸出

R_ HP _R_ 1

Q 1.2

侧横 液压缸 伸出

R_ HP _ L _ 1

Q 1.3

侧横 液压缸

R_ HP _R_ 2

Q 1.4

提升 液压缸 伸出

A I R_UD

Q 1.5

动升 装置

M DJ_ M OTOR_F

Q 1. 6

码垛 机前进

M DJ_ M OTOR_B

Q 1.7

码垛 机后 退

M DJ_ M OTOR_U

Q 2.0

码垛 机上升

M DJ_ M OTOR_D

Q 2.1

码垛 机下

M DJ_ HP _ L

Q 2.2

码垛 机向 送货

M DJ_ HP _R

Q 2.3

码垛 机向 送货

M DJ_ HP _ L _ 1

Q 2.4

码垛 机向 取货

M DJ_ HP _R_ 1

Q 2.5

码垛 机向 取货

图 3-1 所示 为 S7-1500CP U 本次设计的控制器,通过 对变频器进行控制,然后驱动电机运行,

并且可以 外部输入的 量信 号,并进行 理。

机电一体化技术毕业论文设计《基于PLC的自动化仓储物流控制系统设计》

图 3-1 S7-1500CP U

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