基于PLC智能立体仓库的控制系统设计(西门子S7-300)

基于PLC智能立体仓库的控制系统设计(西门子S7-300)(任务书,开题报告,论文说明书16000字)
摘要
随着计算机技术和自动控制技术的发展和广泛应用，物流科技也不断发展，传统仓储的缺点日益明显，已经不能满足用户的需求。为满足高效率、高可靠性、低成本、高实用性的需求，自动化立体仓库应运而生并且成为企业所关注的焦点。自动化立体仓库是一种集信息、存储、管理、控制于一体的高技术密集型的机电一体化产品。立体仓库与传统仓库相比，有着占地面积小，库容量大；机械化、自动化，更高效、可靠；零库存，周转快等优点。因此，自动化立体仓库控制系统的方案设计、立体仓库货位优化分配方法的研究、堆垛机的速度控制技术等一直是当前工程领域研究的重点。
本文基于对国内外立体仓库研究现状的总结与分析，提出了一套自动化立体仓库控制系统的设计方案。系统采用西门子S7-300为核心的结构模式，设计了不同的功能模块，完成了自动化立体仓库的系统设计，实现了信息管理、出入库作业、库存分析等功能；其次根据货物最优出入库原则建立数学模型，使用遗传算法对模型进行优化，实现作业稳定与高效的最优组合；此外，通过对堆垛机运行过程的分析，认址方式采用相对认址，堆垛机速度控制采用变频器调速方案，保证系统稳定前提，最大限度提速；然后建立了基于组态软件WinCC的立体仓库监控系统，实现了对下位机的用户管理、实时监控、故障报警等功能，最后通过S7 PROTOCOL SUITE和PROFIBUS现场总线技术实现控制系统三个层次间的数据传输，保证系统之间的信息交互通畅、可靠。
关键词：自动化立体仓库；货位优化；PLC；WinCC监控系统
 
Abstract
With the development and wide application of computer technology and automatic control technology, the Logistics technologyalso developed rapidly, traditional warehouse can't miss the requirement of customers.To meet the needs of high efficiency, high reliability, low cost andhigh practicality, automated warehouse has emerged as the focus of the enterprise.Compared with the traditional warehouse, the warehouse has the advantages of small area, large capacity, mechanization, automation, more efficient and reliable, zero inventory, fast turnaround and so on. Therefore, automated warehouse control system scheme design, warehouse cargo optimization allocation method research, stacking machine speed control technology etc. has been the focus of current research in the field of engineering.
In this paper, based on the researchstatus of 3D warehouse research, comprehensive analysis and comparison of the advantages and disadvantages of a variety of 3D warehouse, designed a set of control system.System used SIEMENS S7-300 as the core of the structural model.The control systemofautomatedwarehouseiscomposedof  differentfunctionmodules,includinginformationmanagement,warehousingoperations, and inventoryanalysis. Secondly, the mathematical model is established according to the principle of the optimal storage of goods, and genetic algorithm is used to optimize the model to achieve the optimal combination of stable operation and high efficiency.In addition, through the analysis of the operation process of the crane, the access method uses relative recognition, the speed control of the stacking machine adopts frequency converter speed control scheme, to ensure the stability of the system, the maximum speed;Finally we complete the communication design by S7 PROTOCOL SUITE and PROFIBUS,making the information interaction smooth and reliable between different system.
Key word:AutomatedStorageandRetrievalSystem;PLC;Slotting Optimization;WinCC MonitoringSystem
 
立体仓库的机械设备
自动化立体仓库整体布局用仿真软件仿真结果如图2.2所示，其机械设备主要包括：完成货物传送的输送机，承载货物的托盘，货物码盘、拆分的机械手以及货物出入库的堆垛机和货物存放的货架。下面对各部分进行简要说明。
（1）货架是立体仓库主要的存储设备，通过货架的使用，可以有效提高仓储空间利用率，并且提高仓储管理水平。该系统是全自动存取的作业方式，所以货架可分为：整体式自动仓库货架和分离式自动仓库货架。本系统采用分离式货架中常用的牛腿式货架，一共8排货架，每排12列*10层，共960货位可供使用。
（2）输送机主要负责货物的输送，贯穿在整个物流系统中。本系统采用皮带式输送机和辊子式输送机来进行货物和托盘的运输。
（3）机械手是对货物进行近距离搬运，码盘等工作的自动化机械，可代替部分人工，实现仓库机械化和自动化。
（4）托盘是实现物流机械化、标准化和配套化必不可少的关键设施。
（5）堆垛机是立体仓库实现自动化最关键的设备。它通过在巷道往返运行，完成货物的存取，本系统采用双立柱巷道式堆垛机。具体的参数如下：
水平方向运行速度：0-120m/min
垂直方向运行速度：0-30m/min
货叉伸缩速度：固定5m/min
装/卸载‍时间：5s
额定载‌重量：1000kg
控制方式：手动、单机自动、联机自动
通讯方式：红外通讯

目录
第1章绪论    1
1.1研究目的及意义    1
1.2国内外研究现状    2
1.3主要研究内容与组织结构    4
1.3.1基本内容    4
1.3.2本文结构安排    4
第2章自动化立体仓库的总体设计    6
2.1 立体仓库的机械设备    6
2.2管理系统的功能设计    7
2.3 控制系统设计    8
2.3.1 控制方案总体设计    9
2.3.2系统主站硬件配置    10
2.3.3系统子站硬件配置    10
2.4 PROFIBUS现场总线通信    11
2.4.1 PROFIBUS网络组成    11
2.4.2 控制系统硬件组态及通信网络实现    12
2.5 本章小结    14
第3章货位的优化方案    15
3.1 立体仓库货位分配原则    15
3.2 货位优化模型    16
3.4 遗传算法简介    17
3.5 货位优化过程    18
3.5.1 编码    18
3.5.2 初始化种群    18
3.5.3 适应度函数    18
3.5.4 选择交叉及变异操作    19
3.5.5 结束条件    20
3.6 本章小结    20
第4章堆垛机控制系统的设计与实现    21
4.1 堆垛机定位方式设计    21
4.1.1 堆垛机的位置检测    21
4.1.2 堆垛机定位    22
4.2 堆垛机速度控制    23
4.3 堆垛机控制系统设计    26
4.3.1 PLC控制器输入输出点分配    26
4.3.2 控制系统流程    28
4.3.3 堆垛机控制程序设计    30
4.3.4 堆垛机控制仿真    36
4.4 本章小结    37
第5章上位机监控系统的设计    38
5.1 监控系统功能分析及设计要求    38
5.1.1 监控系统功能分析    38
5.1.2 监控系统的设计要求    38
5.2 监控系统实现    38
5.2.1 项目的建立与通讯组态    39
5.2.2 组态变量    41
5.2.3 画面设计    42
5.3 本章小结    44
第6章总结与展望    45
6.1 论文工作总结    45
6.2 未来展望    45
致谢    46
参考文献    47