开云真人最新电气工程毕业论文选题大全（理科持续更新中）

　　摘 要：随着社会飞速发展，电子商务交易下，货物的流通量日益增长，使得人工对货物的控制也显得效率不高，劳动强度大；本文以Siemens S7-200系列PLC为控制器，结合上位机组态软件Wincc，设计、模拟了自动仓库货物控制系统，上位机与PLC的系统的数据交换采用OPC Scout协议技术；系统大概工作过程为：货物经检录入仓后，经机器人取货放入主传送带，主传送带一侧的传感器对货物进行分析检测，传感器信号传达至PLC，PLC输出相应命令驱动气动执行机构，进行货物的控制，货物被拣入缓存仓后经机器人取货至出仓，或者分发到立体仓库经堆垛机进行货物的储存；系统体现了现代自动化技术，运行稳定的同时更易于操作员的监控。

　　控制作业是仓库货物运输的关键环节。指从仓库或其他区域快速、准确地拣货，按一定的方法集中存放、分类，根据货物的信息和属性等待装卸的过程。在配送中心的实际运行中，控制是配送中心系统的主要组成部分，其步骤比较麻烦，工作量也不小。目前，随着商品经济的逐步深化，社会的趋势逐渐向多品种、小批量发展。随着越来越多的商品需要配送，控制变得越来越重要。在当今电子技术发展良好的时代，仓库货物控制越来越依赖电子设备和计算机辅助控制来实现最佳效率；基于PLC的自动货物控制系统具有稳定性强、效率高、网络结构丰富等特点，越来越受到人们的欢迎。

　　仓库堆垛机控制系统的建设非常复杂。从规划设计的开始到系统的最终实现，需要考虑很多因素。控制系统与上游存储系统和下游装卸系统密切相关，因此，应考虑它们之间的联系，以解决接口问题。

　　为了建立一个控制系统，首先需要了解控制操作的过程和所设计系统的功能。从包装系统的实际过程来看，控制系统主要由四个基本环节组成：控制信息的生成、行走或搬运、拣货、分拣和集中。其中：控制信息是分拣工作的顺序，通常由客户订单或送货单处理，形成控制订单或电子信号，分拣机或机器人拣货和装卸货物。

　　实现的主要形式有三种：一种是步行或运输到达货物存放处；另一种是在人面前自动将货物放在货架上；第三种是机械自动化完全完成自动控制系统；货物控制是一个抓取和确认的过程。根据仪器检验货物。描述控制信息，这是控制操作的核心，根据货物的体积、重量和交货频率的差异可分为手动、机械和自动化设备。分类集中是连接装运和装载操作的必要条件。在实践中，也有人力、机械辅助和自动化。排序过程是排序系统业务过程的基础。合理使用机械、自动化设备和新技术，可以节省操作时间，降低控制误差率。这也是建立控制系统的目标和关键。

　　初步控制系统设计的核心基本上是一个人工操作系统，它是人工搜索、搜索和处理货物，最后完成货物提取的过程。在以前设计的系统中，手工处理是一项非常耗时的工作。同时，对于基础信息文档的制作和检索，也需要大量的时间，使工作效率低下，无法满足现代物流配送的准确性和速度要求。

　　随着我国科学技术的飞速发展，各种自动化机械设备逐渐应用于物流配送中。计算机信息技术和控制技术已成为信息处理和传输的主要手段。因此，在一些控制系统中，有些环节仍然需要人工操作，但与以前的方式相比，工作强度逐渐降低，因此智能化、自动化、机械化的控制系统是物流配送中心的发展趋势和重要特点。

　　目前，仓储货物控制系统和现代控制系统技术为提高工作质量和效率提供了重要保障，也成为管理组织体系、物流机械化体系和信息系统的有机结合。管理组织体系用于组织人员和设备的调度，以及控制系统的整体运行模式。物流机械化系统主要是不同物流设备的配置和有效组合。信息系统是控制信息和分类信息的载体。离子技术、计算机控制技术和物流自动化机械是目前控制系统的主要组成部分。

　　仓库货物控制系统既不能与堆垛机分离，又是控制系统的执行部分。库存时，货物从交货台准确定位，然后放在收货台。提货时，将货物从货舱中取出，放在出入口处。无论何种堆垛机，其基本部件都是电气设备、机架、拨叉机构、水平行走机构、起升机构和装卸平台。这是因为概念的高密度存储，高速和高水平的生产。虽然不同厂家有自己独特的特点，但在结构形式上仍存在差异，但差异并不显著。堆垛机的共同特点是由控制系统、轨道、伸缩叉、货台和机架组成。

　　最早的仓库货物堆垛机是在桥式起重机的基础上操作的。它需要将一个门架悬挂在起重机的大梁上，然后通过门架的旋转上下移动货物。在20世纪60年代左右的美国，为了提高货物装卸效率，公路堆垛机被广泛地用来代替桥梁堆垛机。日本在1967年使用了一个高层堆料机，高度约为10米15米。在线年，公路堆垛机仓库在中国首次用于货物装卸。近代以来，我国堆垛机技术也取得了很大的进步，速度、控制技术和定位精度都有了很大的提高。目前堆垛机提升速度可达90米/分钟，运行速度可达240米/分钟。目前，现有立体仓库上下两层为公路堆垛机，用于搬运货物，大大提高了货物进出仓库的能力。

　　一般自动仓库货物控制系统的控制方案设计，核心是包含：硬软件、软件跟调试等几个部分内容的设计。被控对象大多数则是机械加工跟电器设备，传送带亦或者是传送的过程。

　　本文以地面支承、直线作业和堆垛机为研究对象。其控制系统由调度计算机、监控计算机、触摸屏（HMI）、控制器（S7-200 PLC）、变频器和执行机构组成。堆垛机控制系统的结构框图如图2.1所示。

　　仓库堆垛机控制系统的功能是完成货物进出的过程。进出货物的过程包括提货和交货的过程。操作员将货物信息发送到调度计算机，形成仓库收据，然后发送到监控计算机。在接收到计算机的任务后，PLC控制器控制堆垛机完成收发货指令。本文采用一台S7-200PLC控制三台逆变器，分别是步进变换器、升降变换器和叉式变换器。分别控制堆垛机的水平操作机构、升降操作机构和叉式伸缩机构。计算机、触摸屏、S7-200 PLC、变频器、开关均采用现场总线连接，可实时传输数据，实现堆垛机运行中的实时监控。

　　相关的设计人员在进行设计之前，应该充分的了解实际情况，对现场进行勘察，研究，提前准备好相关的资料，跟负责机械部分以及实际操作部分的人员要密切配合，一起拟定电气控制的方案设计，以此清楚确定控制任务跟控制系统应该有的相关功能，方便在设计的过程当中一起来解决出现的对应问题。

　　电气控制系统设计中要重视其系统的可靠性，如果系统控制不能满足电气控制系统的安全稳定工作，那么设计出的系统，是很难进行投入使用的。实际的施工过程当中，肯定是需要把可靠性放在第一位，组成冗余控制系统，以此以保证生产安全为目标，去提升产品的质量以及数量。

　　控制系统的构成应当需要简单些，当然，是需要建立在可以保证工作的可靠以及控制的要求能够被满足的前提之下。因为构成简单的控制系统有着实用性以及经济性，不但使用的时候可以方便些，后期进行维护的时候也能够容易些。

　　为了改进生产的工艺、增加控制任务、方便维护以及扩大生产规模，想要将可编程控制容易扩充的特征充分发挥起来，选择PLC容量（存储容量，机架插槽数，I/O点数等）时，应留有时当的裕量。

　　设计任务和规格通常以设计工作订单的形式提供。在设计任务书中，有必要明确定义每个项目的基本要求，限制和管理方法。在整个设计系统中，设计任务书是整体设计的基础。

　　用户输入输出设备是PLC控制系统的硬件设备，PLC本身作为控制器，构成了机器选择和软件开发的基础。因此，输出设备（例如电磁阀和电动机）和相应的输入设备（例如控制器，换档开关，控制开关，传感器，安全装置，传感器等）致动器（例如继电器）。信号和接触器类型）。根据输出设备控制的负载执行分类。

　　可编程控制器是整个控制系统的关键组成部分。为了整个系统创建技术和经济绩效指标，需要明智而准确地选择机型。

　　为了分配相应的I/O地址，需要对用户的输入输出设备进行分析、分类、整理，绘制I/O接线图。本设计的I/O分配表见表2.1。

　　系统中的控制程序通常基于控制任务，选定模型和I/O连接图以梯形逻辑语言开发。设计管理程序的主要部分是应用软件的开发。合理性管理计划是确保系统安全可靠运行的先决条件。因此，必须重复调试，直到满足控制要求。

　　选择设备时，尽可能使用标准设备。如果没有标准设备，可能需要非标准设备，如控制台，控制柜和模拟显示器。

　　设计任务完成后，应编制有关技术文件。技术文件一般应包括设计说明、操作说明、I/O接线 堆垛机系统的控制要求

　　以S7-200为基础，将系统改造成控制系统，并将西门子组态的WinCC软件进行组装，以完成方正仿真操作的设计和必要的监控工作。

　　货物自动控制系统由检查货物、货物分析、货物运输、货物控制、机械臂拾取装置、堆垛储存和报警功能组成。

　　（1）检录货物：货物经仓库传送入库的传感器检测到时，取货机械手将执行取货命令，将货物送往下级传送带。

　　（2）货物分析：在输送带入口处对货物进行检查，然后在输送带上，通过相关传感器检查货物的体积和材料等固有特性后，将检查信息传送给控制单元。

　　（3）货物输送：位于上源端的货物通过主传送带进行运输，在经检测后开始进行货物的控制，按照不同的标准要求，执行货物的存储或出仓。

　　（4）货物控制：在主输送带侧面设置若干控制槽，供货物通过时分析。气动回路由电磁阀控制，使分离推杆前后移动。货物根据大小和材料等不同属性进行分类，并运输到每个缓冲区存储位置。为了避免漏检，在主输送带的末端安装应急储存装置。一般情况下，仓库会设置接近开关，检查每个仓库是否有货物。

　　（5）机械手取货装置：为气动控制，可在X和Y两个方向运动，从不同的缓存储位取得货物后送往仓库出口传送带。

　　（6）堆垛存储：如果货物需要存放，则通过堆垛机的上升与下降，使于不同的货物存储在立体仓库，取货出仓时也雷同；为了方便操作员控制，堆垛机设有手动与自动工作方式。

　　（7）报警功能：当出现货物一处以及传送带停止的类似系统故障时，传感器把对应的信号传输到控制单元之后，系统就会做出响应，并及时的进行处理，上位机操作界面中的故障等就会进行工作，信号灯开始闪烁，提醒故障。而把故障进行排除，并且将故障复位按钮按下，那么系统则会继续运作。

　　货物自动控制系统的一般流程如下：货物临时存放在仓库中，货物由机械手抓取，发出存放指令后送至主输送带。主输送机将配备用于货物检测的检测传感器。PLC接收到信号后，对传感器发送的信号进行处理，输出相应的信号驱动执行机构。下发入库单、出库单时，入库流程如2.2所示。仓库放行机械手可通过输送带将货物提、分或送至仓库。

　　s7-200型号的PLC利用STEP7 MicroWIN V4.0编程软件，来编写梯形图程序，达到自动货物控制系统的作业需求。

　　利用西门子组态软件里的Wincc将画面组态好，上位机Wincc的数据需要通过PLC来进行交换，以使得自动仓库的控制系统，在工作运行的时候能够实现运行模拟、监控跟报警等等功能，方便实验。

　　西门子S7-200 PLC用户程序包括其它智能模块通讯、复杂的数学运算、定时器、计数器和位逻辑指令，使PLC能够监控输入情况，如果出现问题，为了满足控制需要，输出状态发生变化。与其他控制器相比，S7-200具有配置灵活、指令集强大、结构紧凑等优开云真人官方网站点。

　　微型PLC集成了微处理器、集成电源和数字I/O点，功能齐全。用户下载应用程序后，需要保留逻辑，以便更好地监控应用程序的输入和输入。

　　西门子可以提供许多不同的CPU来匹配不同的应用。具有不同特性的CPU如表3.1所示。

　　PLC是一种扫描操作的方法。它读取整个信号并将其写入输入图像区域以存储，也被称为采样过程。在操作过程中，不会影响采样结果的内容。如果程序指令由PLC执行，则可以调用先前的采样结果。

　　PLC从左到右、从上到下扫描每条指令，分别计算输出图像区和输入图像区之间所需的数据，然后将程序执行结果读写到输出图像区，并记录执行结果。当程序执行时，这个结果可能会改变，但在执行期间它不会到达输出端口。

　　在驱动用户设备之前，必须等待用户执行所有程序，然后将存储在输出图像区域中的内容传输到警察输出状态的输出锁存器。完成这些步骤后，设备将开始运行。

　　PLC扫描周期是指每次重复上述三个阶段的时间。在工作时间内，PLC的输出刷新和输入采样时间以毫秒为单位，程序执行的响应时间受程序长度的影响。实际CPU模块的运行速度会影响PLC的扫描周期，两者之间的差异也很大。

　　PLC正式运行后，将重复上述三个阶段，即循环扫描操作过程。在这一过程中，输入输出采样、程序执行和输出刷新是PLC操作的核心特征。这不仅提高了PLC的运行速度，而且避免了接触器和继电器控制系统的混乱和触电的竞争。这也是PLC系统快速可靠响应的原因。但是，它也会导致输出和输入之间的时间延迟。

　　堆垛机在运行的过程中会受到阻力，根据物理学受力分析，主要有堆垛机自身的质量，额定起重等，根据相关公式，可以查出，其阻力为：

　　假设堆垛机运行速度为120m/min，则可以计算出电机功率P=5.1KW。

　　根据电机型号参数，调速电机选择DRS132S4型号的电机，额定功率为5.5kw，输出扭矩为1445N.m。同理，升降电机选择11kw型号，货叉电机选择0.75kw型号。

　　仓库堆垛机控制系统需要知道货物是储存在货架上还是储存在货架上。避免误操作和损坏机器。在仓储作业中，当堆垛机到达目标位置时，首先检测仓库位置是否有货物，如果没有货物，则进行分岔作业，否则发出停止堆垛机作业的信号；当堆垛机离开时仓库检测到货位中没有货物，在相应位置发出停止堆垛机运行的信号。本文采用反射式光电传感器检测货架上货物的存在和位置。

　　反射式光电传感器是一种光电传感器，其反射板安装在发射器和接收器的前面，位于同一装置内。光电传感器利用反射原理完成光电控制功能。它可以用来检测地面亮度和颜色的变化，以及近地物体。

　　STEP7-Micro/WIN32编程软件的主界面由以下部分组成：主菜单、工具栏、浏览栏、指令树、用户窗口、输出窗口和状态栏。除了菜单栏之外，用户还可以根据自己习惯的窗口菜单和视图菜单调整其他窗口的选择和样式设置。

　　在OPC出现之前，硬件驱动程序与硬件驱动程序所连接的应用程序之间的接口没有单一标准。例如，在生产自动化中，诸如可编程逻辑控制器（PLC）和SCADA/HMI软件之类的控制设备需要不同配置的生产自动化系统。根据调查结果，在为管理系统开发软件的成本中，各种机器的应用开发成本是70％，机器设备接口的开发是30％。在过程自动化（PA）领域，如果需要将分布式控制系统（DCS）的所有过程转换为生产管理系统，则它们必须与每个供应商的模型相对应。开发自定义界面，例如动态数据交换（DDE）服务器，由使用动态链接C（DLL）或文件传输协议（FTP）的应用程序链接。例如，当使用四个控制设备和监控系统时，需要花费大量的时间来为相应的设备A、B、C和D开发监控，并将趋势图和三个应用程序的报告连接到它们上。趋势图和表格共有12个应用程序接口软件驱动程序。同时，系统中各种驱动因素的共存，使得环境的稳定性和可靠性更加难以维护。

　　OPC的目标是标准化不同制造商的设备和应用程序之间的软件接口，并简化它们之间的数据交换。目的是可以向用户提供可以自由组装和使用的软件过程控制软件组件，而不依赖于特定的开发语言和环境。

　　OPC系统由一个OPC服务器组成，该服务器根据应用程序（客户端程序）的要求提供数据采集服务、OPC服务器所需的OPC接口和接收OPC应用程序的服务。OPC服务器是在每个制造商的硬件基础上开发的。可以通过吸收来自不同制造商的设备和系统之间的差异来实现与硬件无关的系统配置。同时，使用称为选项的数据类型允许您根据应用程序的要求提供数据类型，而不依赖于硬件数据类型。

　　依次为槽内添加OP Sever和IE General，添加“IE General”完毕，弹出相应对话栏，对话栏显示MAC地址，和IP地址，此IP地址是PC的IP地址，如图4.4所示，点击OK并在“Station Name”处单击鼠标，为此工作站点修改名字为“LZ”，如图4.5所示。

　　双击桌面“STEP7 MicroWIN V4.0”，打开编程软件，在编程窗口菜单栏中找到“工具”，在下拉菜单中找到并打开如4.6图所示的“以太网向导”，选择模块位置后，要为此向导设置IP地址，如4.7图示。

　　在命令字节和模块配置中指定连接数。要为此目的设置连接请求，可以选择接受全部或为此目的建立唯一的IP连接请求，并为远程属性设置TSAP，设置TSAP为“10.11”；需要为数据块中的此配置生成CRC保护，最后为向导建议一个地址，这样，我们就完成了此次向导的设置，可以在编程窗口中找到并添加此向导子程序，如4.8图所示。

　　Wincc与S7-200PLC通讯的手段是利用OPC服务，而OPC站点的设置是建立在“STEP7”软件的硬件设置里，或者说“STEP7”起到建立OPC服务，使得Wincc上位机与PLC通讯的“桥梁”。

　　双击桌面名为“STEP7”的编程软件，创建一个新开云真人官方网站文件。在编程软件的空白部分的左半部，右键单击鼠标，单击弹出列表中的“插入新对象”，并在扩展栏中选择“SIMAIC PC站”。为这个项目添加一个PC站点，如图4.9所示。

　　添加完毕后，在窗口右边空白处，“MPI(1)”右边会增加一个“PC Station”，右击鼠标，并更改名字，名字为前面为PC站的硬件机架配置时设置名字“LZ”，双击进入名称已更改的PC站，进入PC站硬件配置界面“硬件配置”。接下来，将“OPC Server”和“IE General”插入PC站的插槽中。其位置与前一个PC站的硬件机架配置相同。插入IE General时，将弹出“属性”对话框。为此，将建立新的以太网连接并设置IP位置。地址（此IP地址与网络上邻居的IP地址相同），如图4.10所示。

　　硬件配置完成后，单击“”图标进行编译。编译完成后，单击“”图标下载硬件配置。

　　下载完成后，单击配置网络按钮。单击“opc server”以右键单击鼠标或“insertnew connection”插入新连接，并在连接表的第一行插入新连接。此后，弹出“插入新连接”对话框，单击“确定”完成连接。如4.11图与4.12图所示。

　　在堆垛机开始执行仓储操作之前，它首先读取仓库上的货物信息。主机收到目标地址后，将入库指令发送到堆垛机，堆垛机开始工作。堆垛机先到储物台取货，然后开到储物单元的目的地，准确定位，直到堆垛机停止水平运行并提升。调用放置动作模块，展开叉子，完成放置货物的过程，判断叉子的位置。正常到货在入库过程中完成，无预警。仓库堆垛机流程图如图4.15所示。

　　通过STEP7 Micro/Win v4.0进行程序的编写，结合传统的继电器控制电路，编写了梯形图编程，使程序易于理解，采用结构化编程，主要功能建立在自程序中，例如手动子程序，自动子程序，以太网子程序，总体输出子程序等，最后由主程序调用子程序，这样的结构显得清晰、有调理，方便调试。具体程序如下所示，由于程序过多，在此不一一列出。

　　SM0.0为特殊寄存器，其特点为在PLC上电后，SM0.0常开/常闭触点一直处于闭合/断开的状态，如图5.3所示，调用输出、手动子程序；输出子程序指PLC的输出端口，例如：Q0.0、0.1等，都集中在输出子程序里，从而方便调试与监控。为了避免误输出，在程序开始时调用了SM0.1为特殊寄存器，其特点为PLC上电后，周期只扫描一次的特殊寄存器，目的是每次上电后都将所有的位存储区复位。

　　如图5.12所示为输出子程序续接，前面提到的当货物检录后，主传送带若未开启则触发报警，其报警端口Q1.6使能，显示传送带未开启信息；报警解除端口I1.4使能后，所有的报警被恢复，系统重新进入待运行阶段。

　　如图5.13所示，通过执行器的动作，使不同的缓存仓的显示灯点亮，则代表货物存放缓存仓的位置，类似功能的程序还有图5.14、5.15、5.16所示。

　　基于可编程控制器PLC的自动货物控制系统，不但可以实现精确控制，还提升了系统的效率，进而实现大批量控制货物。此次模拟设计，结合Siemens S7-200系列PLC，进行网络的组建，选择精简的控制的方式，结合传感器信号，把自动货物控制系统的各个功能环节与时序逻辑控制的方面有机结合在一起；通过Siemens 组态软件WinCC，构建了简明、易操作的过程画面，结合组态软件的报警、报表等信息，为操作员及整个自动货物控制企业提供一个便捷的渠道。

　　(1)依据有关实际生产需求，在程序的设计时设计了手动与自动工作方式；程序的编写采用Siemens Step7 MicroWIN V4.0编程软件，对照传统继电器控制线路思想，采用梯形图结构化编程，它使程序清晰易懂，缩短了扫描周期，提高了系统的执行效率。

　　(2)模拟实际生产当中的货物控制系统，选择可执行的方案，与此同时选定控制软件和需要的系统硬件设施，根据系统控制流程，确定系统的整体结构关系，最后确定系统的输入输出及中间变量并编程；明确确定控制手段；Siemens OPC服务器与Siemens CP243-1工业以太网通讯处理器的结合，实现了上位机WinCC在以太网通讯模式下对下位机Siemens S7-200PLC进行控制，实现变量与数据的传输。

　　硬件上，采用Siemens PLC与工业以太网通讯处理器，结合功能强大的上位机组态软件，基本达到了此次设计的要求；尽管如此，本系统仍然有着一些需要改进的方面，比如需要更完善的监控系统跟上位机模拟的堆垛机以及运行的位置精度有待提高等。

　　最后感谢母校的栽培，学校为我们提供了应有的学习环境与各种学习生活设施。最重要的是大学四年中给我们传授知识的教师们，他们为我们付出了很多心血，指导着我们不断学习新的技能与知识，教会我们成长。相信多年后我还会记忆犹新，对这里的人和物，都心怀感恩。

　　[1]卢学英， 李莹， 张海玮. 可编程序控制器原理与实践[M]. 天津大学出版社， 2016.

　　[3]刘忠超， 肖东岳. 电气控制与可编程自动化控制器应用技术[M]. 西安电子科技大学出版社， 2016.

　　[4]刘忠超， 肖东岳. 电气控制与可编程自动化控制器应用技术：GE PAC[M]. 西安电子科技大学出版社， 2016.

　　[5]杨健. 基于PLC控制的自动分拣系统的设计与实现[D]. 2016.

　　[15]夏莉. 自动化立体仓库堆垛机拣选作业调度及其监控系统研究[D]. 2016