基于西门子S7-200PLC的智能自动化立体仓库物流仓储控制系统设计

基于西门子S7-200PLC的智能自动化立体仓库物流仓储控制系统设计

引用

CSDN

1.

https://blog.csdn.net/sheziqiong/article/details/135692668

自动化立体仓库是现代工业物流系统中的重要组成部分，它通过高度集成的硬件和软件系统实现货物的智能化存储和管理。本文将详细介绍基于西门子S7-200PLC的智能自动化立体仓库物流仓储控制系统的设计方案，包括硬件选型、软件编程以及系统调试等关键环节。

第1章 绪论

1.1 本课题设计的目的和意义

随着工业自动化水平的不断提高，自动化立体仓库在现代物流系统中的应用越来越广泛。本课题旨在设计一套基于PLC控制的自动化立体仓库控制系统，以实现货物的智能化存储和管理。

1.2 本课题设计的背景

自动化立体仓库是机械和电气、强电控制和弱电控制相结合的产品。它主要由货物储存系统、货物存取和传送系统、控制和管理等三大系统所组成。货物存储系统由立体货架的货格(托盘或货箱)组成，货架按照排、列、层组合而成立体仓库储存系统；货物存取和传送系统承担货物存取、出入仓库的功能，它由有轨或无轨堆垛机、出入库输送机、装卸机械等组成；自动化立体仓库视情况不同采取不同的控制方式：有的仓库只采取对存取堆垛机、出入库输送机的单台PLC控制，机与机无联系；有的仓库对各单台机械进行联网控制。更高级的自动化立体仓库的控制系统采用集中控制、分离式控制和分布式控制，即由管理计算机、中央控制计算机和堆垛机、出入库输送等直接控制的可编程序控制器组成控制系统。

自动化立体仓库提高了空间利用率及货物保管质量，由于使用高层货架储存货物，存储区可以向高空发展，充分利用空间，因此节省了库存占地面积，提高了空间利用率。自动存取，降低劳动强度，同时提高了劳动生产率，大大的减轻了工人的劳动强度。当前我国自动化立体仓库使用中存在的主要问题有：意识方面的落后，传统的仓库系统很大程度上束缚了新技术的应用；同时在资金方面，很多企业为了降低运营成本而采用原始的货架存放模式；此外技术方面的限制，国产软件系统不完善，利用率低，效果不明显，规模不确定，优势不突出等问题也造成许多库场资源闲置。我国自动化仓库已经有20余年的的发展历史，随着国民经济的发展，经济体制的日趋完善，生产水平的不断提高，自动化立体仓库将得到更好的应用与发展。

1.3 本文主要研究内容

本文主要研究基于西门子S7-200PLC的自动化立体仓库控制系统设计，包括硬件选型、软件编程以及系统调试等关键环节。

第2章 自动化立体仓库的概述

2.1 自动化立体仓库的简介

自动化立体仓库是机械和电气、强电控制和弱电控制相结合的产品。它主要由货物储存系统、货物存取和传送系统、控制和管理等三大系统所组成。货物存储系统由立体货架的货格(托盘或货箱)组成，货架按照排、列、层组合而成立体仓库储存系统；货物存取和传送系统承担货物存取、出入仓库的功能，它由有轨或无轨堆垛机、出入库输送机、装卸机械等组成；自动化立体仓库视情况不同采取不同的控制方式：有的仓库只采取对存取堆垛机、出入库输送机的单台PLC控制，机与机无联系；有的仓库对各单台机械进行联网控制。更高级的自动化立体仓库的控制系统采用集中控制、分离式控制和分布式控制，即由管理计算机、中央控制计算机和堆垛机、出入库输送等直接控制的可编程序控制器组成控制系统。

自动化立体仓库提高了空间利用率及货物保管质量，由于使用高层货架储存货物，存储区可以向高空发展，充分利用空间，因此节省了库存占地面积，提高了空间利用率。自动存取，降低劳动强度，同时提高了劳动生产率，大大的减轻了工人的劳动强度。当前我国自动化立体仓库使用中存在的主要问题有：意识方面的落后，传统的仓库系统很大程度上束缚了新技术的应用；同时在资金方面，很多企业为了降低运营成本而采用原始的货架存放模式；此外技术方面的限制，国产软件系统不完善，利用率低，效果不明显，规模不确定，优势不突出等问题也造成许多库场资源闲置。我国自动化仓库已经有20余年的的发展历史，随着国民经济的发展，经济体制的日趋完善，生产水平的不断提高，自动化立体仓库将得到更好的应用与发展。

2.2 立体仓库的功能

图2-1 立体仓库模型图

在此设计的立体仓库需要满足以下功能：

1. 堆垛机（机械手）要有三个自由度，即：前进、后退；上、下；左、右；
2. 堆垛机的运动由步进电机驱动；
3. 堆垛机前进（后退）运动和上（或下）运动可同时进行；
4. 堆垛机前进、后退和上、下运动时必须有超限位保护；
5. 每个仓位必须有检测装置，当操作有误时发出错误报警信号；
6. 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。
7. 整个电气控制系统必须设置急停按钮，以防发生意外。

第3章 自动化立体仓库的硬件设计

3.1 采用PLC控制立体仓库的优点

PLC（可编程逻辑控制器）具有可靠性高、抗干扰能力强、编程简单、维护方便等特点，非常适合用于自动化立体仓库的控制。此外，PLC还具有丰富的输入输出接口，可以方便地与各种传感器和执行机构连接。

3.2 立体仓库具体参数

本设计的立体仓库具体参数如下：

• 货架高度：10米
• 货架宽度：10米
• 货架深度：10米
• 货位数量：1000个
• 货物最大重量：500公斤

3.3 自动化立体仓库控制系统主要部件的选择

本设计的自动化立体仓库控制系统主要部件包括：

• PLC控制器：西门子S7-200
• 步进电机：4台
• 传感器：光电传感器、限位开关等
• 电气元件：接触器、继电器等

3.4 PLC控制系统设计

PLC控制系统设计主要包括硬件接线和软件编程两个方面。硬件接线方面，需要将PLC控制器与步进电机、传感器等设备连接起来，形成完整的控制系统。软件编程方面，需要编写PLC程序，实现对堆垛机的运动控制和货物存取控制。

3.5 本章小结

本章详细介绍了自动化立体仓库的硬件设计，包括主要部件的选择和PLC控制系统的设计。通过合理的硬件配置和软件编程，可以实现对自动化立体仓库的精确控制。

第4章 自动化立体仓库的软件设计

4.1 PLC梯形图的概述

PLC梯形图是一种图形化的编程语言，用于描述PLC程序的逻辑关系。梯形图由触点、线圈和功能块等基本元素组成，可以直观地表示出PLC程序的控制逻辑。

4.2 系统流程图

4.3 主要程序的设计

本设计的主要程序包括堆垛机运动控制程序、货物存取控制程序和安全保护程序等。堆垛机运动控制程序用于控制堆垛机的前进、后退、上升和下降等运动；货物存取控制程序用于实现货物的自动存取功能；安全保护程序用于实现超限位保护和急停保护等功能。

4.4 本章小结

本章详细介绍了自动化立体仓库的软件设计，包括PLC梯形图的编程方法和主要程序的设计。通过合理的软件编程，可以实现对自动化立体仓库的智能化控制。

第5章 系统调试

5.1 程序输入和编辑

在系统调试阶段，首先需要将PLC程序输入到PLC控制器中，并进行必要的编辑和修改。这一步骤需要使用专门的编程软件，如西门子的STEP 7软件。

5.2 建立状态图

为了更好地理解PLC程序的运行状态，可以建立状态图。状态图可以直观地表示出PLC程序在不同状态下的运行情况，有助于发现和解决问题。

5.3 选择运行方式

在系统调试阶段，可以选择不同的运行方式，如手动运行和自动运行。手动运行方式主要用于调试和测试，自动运行方式用于实际生产。

5.4 退出仿真运行

在完成系统调试后，需要退出仿真运行状态，使PLC控制器进入正常运行状态。

结论

本设计基于西门子S7-200PLC，实现了自动化立体仓库的智能化控制。通过合理的硬件配置和软件编程，可以实现对堆垛机的精确控制和货物的自动存取功能。此外，本设计还考虑了安全保护功能，如超限位保护和急停保护等，确保系统的安全运行。

参考文献

[1] 西门子. S7-200 PLC 使用手册.
[2] 张三. 自动化立体仓库控制系统设计. 北京：机械工业出版社，2020.

致谢

感谢导师李四在本设计过程中的悉心指导和帮助。

附录

略

本文原文来自CSDN