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基于S7-200PLC的物流控制实验装置的组态

1引言

　　组态软件提供了解决实际工程问题的完整方案和开发平台，能够完成现场数据采集、实时和历史数据处理、报警和安全机制等功能，本文中采用操作方便、可视性好、可维护性强、高性能和高可靠性的组态王6.5，用于物流控制项目，使物流调度的控制层面得到了在线的实时监控，为物流控制提供了一种优化的解决方案。

2 物流实验控制装置

　　2.1物流控制装置介绍

　　项目的硬件平台是上海新奥托实业有限公司的生产的efat/lc-i型物流控制实验系统。项目主要有以下几个部分组成：

　　辊道输送机、四自由度机械手、全自动堆垛机和立体仓库。所有设备都安装在2m×3m的实验平台上。

　　（1）辊道输送机。本系统中共设计两条辊道输送机，进货与出货可根据需要来设计程序进行自由组态。其传动系统采用交流变频调速方式分别由二台西门子420变频器控制，可进行正反转控制。具体每条辊道是用于进库或出库由用户设置。

　　（2）四自由度机械手。四自由度机械手用于辊道、货台间货物的连接，为圆柱型，可实现x轴伸缩、z轴升降、臂腕回转功能。驱动采用步进电机，夹爪采用气动方式。

　　（3）全自动堆垛机。一台全自动堆垛机、一个基道、二排货架（4层×6列）和二个出货台、构成一个全自动立体仓库。全自动堆垛机其实质为一台三自由度机械手，升降和行走采用步进电机控制，货叉采用直流电机控制。

　　（4）检测设备。实验平台还安装有电子称（安装于货台）、颜色传感器、铁/非铁识别传感器、条码读入器、位置光电传感器等检测设备，用于监视系统的运行状态。电子称和条码读入器通过rs232通讯口与pc连接，其它传感器均通过安装在现场控制柜内的变送单元与plc连接。

　　2.2物流控制装置控制工艺

　　具体的数据传输过程工艺：入货时，先在用户端货物入库处输入操作所必需的信息，提交服务器批准。服务器同意后，进行输送动作，在输送开始时由颜色传感器、铁/非铁传感器、条码扫描仪对进行动作的货物进行检测，向服务器提交测量信息。再由传感器对货物进行监督，当货物快到达输送机末尾时，传感器向控制器发出信号，控制器紧接着向机械手发出动作指令。机械手在控制器的作用下，将货物取走，然后安全放置在货台，并向控制器发出信号。堆垛机通过限位开关的控制作用，把货物送达指定的货位。在堆垛机搬送完毕时，传感器向服务器发出到达通知，服务器即把此动作的名称、日期、客户端序号等记入数据库，并对在库数据进行修改、保存。同样，出货时，用户先向服务器出库处输入货物的位置信息，经过堆垛机的正确寻址，取得货物后，交于货台，同时向控制器发出信号，紧接着控制器向机械手发出动作指令。快到辊道时，向控制器发出信号，协调辊道的正常运行。后对相关的信息做出记录保存，并打印报表，整个流程如图1所示。

3 系统的控制方案

　　采用了主控计算机与siemens公司的simatic s7系列的plc［2］构成profibus现场控制网，对于整个物流实验装置的控制，计划采用现场设备—控制器—监控软件的控制方式，即现场操作层，中间控制层，综合管理层的三级模式，如图2所示。

4 系统设计

　　4.1电气原理

　　在综合考虑s7-200的扩展模块，电源，大i/o配置，通讯和网络功能后，决定采用一台cpu224（点数为14输入/10输出）控制辊道输送机，两台cpu226（点数为24输入/16输出）分别控制机械手和堆垛机。辊道输送机是采用一台cpu224外加一块ai扩展模块来控制，机械手考虑到多自由度的需求采用一台cpu226来控制，堆垛机采用一台cpu226控制。需要说明的是，物流装置的三个部分是独立运行的，但是彼此之间是需要严密的时序逻辑的，如辊道输送机的货物抵达辊道的尾部时，机械手就必须作出相应的动作，或者机械后的货物放下后，堆垛机就应该开始查找判断该货物应该放置货架的位置，而机械部件动作是需要一定的时间的，机械手动作的滞后时间是2s，做监控的时候必须加以注意，由于三个部分的plc连接图是类似的，下面列出了机械手的plc控制系统电气原理图。

　　4.2 s7-200plc编程

　　对应的各自的逻辑图后，有三种方法可以对plc编程，用得较多的是梯形图语言（lad），指令表（stl），和顺序功能流程图（sfc）。在本文中，采用在v4.0step 7 microwin sp4中使用lad对各个plc进行编程。与图3对应的机械手操作lad图如图4所示。