（c）通信口：CPU226具有2个RS-485通信口，支持PPI、MPI协议，有自由口通信能力。

（d）模拟电位器：CPU226有两个模拟电位器，用来改变特殊寄存器中的数值，以改变程序运行的参数，如定时器、计数器的预设值，过程量的控制参数。

（e）中断输入允许以极快的速度对过程信号的上升沿做出响应。

3.5 安全系统

（1）货架占有情况检测

自动化仓库需要知道货物是否存放在货架，或者货物在货架的位置信息。以免造成误动作，损伤机械。入库操作时，当堆垛机到达目标位置时，先检测货位是否有货物，若没有货物，则进行伸叉作业，否则发出信号使堆垛机动作停止；出库时，若检测出相应货位无货物，则发出信号致堆垛机动作停止。本文采用漫反射型的光电传感器可以感知货物在货架的存在或者位置。 （2）货物突出货架检测

货物存放在货架上，可能由于异常的情况导致货物突出货架的情况。这些突出的货物可能妨碍堆垛机垂直方向的运行，导致货架或堆垛机的损害。在堆垛机垂直轨道上顶端安装长距离光电传感器可以监视货物突出，一旦有突出，向上位机报警，控制系统发出信号致堆垛机停止运行。 （3）终端限位装置

堆垛机立柱导轨的极限位置设有限位开关，载货台到达各方向极限位置时相应电机紧急停转。水平、垂直以及伸缩方向两端各一个限位开关。

3.6 通信方式

为了控制无人运转堆垛机，必须向堆垛机发送运转和作业的信息。一个指令执行完了之后，必须从堆垛机向地面发送响应信号，即确认信号，之后才能执行下一个指令。堆垛机的信息传递顺序是：堆垛机首先接受的作业信息是从什么地方取货，之后把它存入什么货位。堆垛机控制盘在收到作业信息之后向地面控制盘发出响应信息。堆垛机根据作业信息进行作业。作业完了之后，向地面发出“作业结束”信息。这样把一系列作业进行完了之后，成为等待下一个作业信息的待机状态。

串行通信中最常用的物理层协议为RS-232C和RS-485。本文采用RS-485标准。主要基于以下两点考虑：

（a）RS-232C接口标准只能用于点对点的通信，而RS-485能实现多点对多点的通 信。RS-485允许平衡电缆上连接32个发送器、接收器。立体仓库控制系统要求监控系统和4台堆垛机控制系统连接，要求物理层的协议必须支持一点对多点的通信。

（b） RS-485采用差动发送、接收，所以共模抑制比高，抗干扰能力强。立体仓

库的工作环境较恶劣，热、电、磁等干扰信号较多，要求通信网络的抗干扰能力较强，才能保证数据的正确接收。RS-485标准除上述优点外，还具有传输速率高、传输距离远等优点。

由于PLC带有串行通信接口，只需用RS-485总线分别连接到计算机即可，可见系统的构建十分简单当需要增加新设备时，只需要将新设备也连接到计算机，系统的扩展也较容易。

4 堆垛机控制程序设计

4.1编程软件及语言概述

（1）软件介绍

STEP 7编程软件用于西门子系列工控产品包括SIMATIC S7、M7、C7和基于PC的WinCC的编程、监控和参数设置，是SIMATIC工业软件的重要组成部分。Step7 Micro版本适用于西门子S7-200的编程软件。

STEP7- MicroWin32的基本功能是协助用广完成丌发应用软件的任务，例如创建用广程序、修改和编辑源有的用户程序，编辑过程中编辑器具有简单语法检查功能。同时还有一些工具性的功能，例如用户程序的文档管理和加密等。此外，还可直接用软件设置PLC的工作方式、参数和运行监控等。

程序编辑过程中的语法检查功能可以提前避免些语法和数据类型方面的错误。梯形图中的错误处的下方白动加红色曲线，语句表中错误行前有红色叉，且错误处的下方加红色曲线。软件功能的实现可以在联机工作方式（在线方式）下进行，部分功能的实现也可以在离线工作方式下进行。

联机方式：有编程软什的计算机与PLC连接，此时允许两者之间做直接通信。 离线方式：有编程软件的计算机与PLC连接，此时能完成大部分基本功能。如编程、编泽和调试程序系统组态等。 （2）编程语言

PLC的用户程序，是设计人员根据控制系统的工艺控制要求，通过PLC编程语言的编制规范，按照实际需要使用的功能来设计的。只要用户能够掌握某种标准编程语言，就能够使用PLC在控制系统中，实现各种自动化控制功能。根据国际电工委员会制定的工业控制编程语言标准（IEC1131-3），PLC有五种标准编程语言：梯形图语言（LD）、指令表语言（IL）、功能模块语言（FBD）、顺序功能流程图语言（SFC）、结构文化本语言（ST）。这五标准编程语言，十分简单易学。

（a）梯形图语言是PLC程序设计中最常用的编程语言。它是与继电器线路类似的一种编程语言。由于电气设计人员对继电器控制较为熟悉，因此，梯形图编程语言得到了广泛的欢迎和应用。 梯形图编程语言的特点是：与电气操作原理图相对应，具有直观性和对应性；与原有继电器控制相一致，电气设计人员易于掌握。 梯形图编程语言与原有的继电器控制的不同点是，梯形图中的能流不是实际意义的电流，内部的继电器也不是实际存在的继电器，应用时，需要与原有继电器控制的概念区别对待。 （b）指令表编程语言是与汇编语言类似的一种助记符编程语言，和汇编语言一样由操作码和操作数组成。在无计算机的情况下，适合采用PLC手持编程器对用户程序

进行编制。同时，指令表编程语言与梯形图编程语言图一一对应，在PLC编程软件下可以相互转换。图3就是与图2PLC梯形图对应的指令表。 指令表表编程语言的特点是：采用助记符来表示操作功能，具有容易记忆，便于掌握；在手持编程器的键盘上采用助记符表示，便于操作，可在无计算机的场合进行编程设计；与梯形图有一一对应关系。其特点与梯形图语言基本一致。

（c）功能模块图语言是与数字逻辑电路类似的一种PLC编程语言。采用功能模块图的形式来表示模块所具有的功能，不同的功能模块有不同的功能。 功能模块图编程语言的特点：功能模块图程序设计语言的特点是：以功能模块为单位，分析理解控制方案简单容易；功能模块是用图形的形式表达功能，直观性强，对于具有数字逻辑电路基础的设计人员很容易掌握的编程；对规模大、控制逻辑关系复杂的控制系统，由于功能模块图能够清楚表达功能关系，使编程调试时间大大减少。

（d）顺序功能流程图语言是为了满足顺序逻辑控制而设计的编程语言。编程时将顺序流程动作的过程分成步和转换条件，根据转移条件对控制系统的功能流程顺序进行分配，一步一步的按照顺序动作。每一步代表一个控制功能任务，用方框表示。在方框内含有用于完成相应控制功能任务的梯形图逻辑。这种编程语言使程序结构清晰，易于阅读及维护，大大减轻编程的工作量，缩短编程和调试时间。用于系统的规模校大，程序关系较复杂的场合。

（e）结构化文本语言是用结构化的描述文本来描述程序的一种编程语言。它是类似于高级语言的一种编程语言。在大中型的PLC系统中，常采用结构化文本来描述控制系统中各个变量的关系。主要用于其他编程语言较难实现的用户程序编制。

4.2 系统控制要求

（a）当选择开关置于自动位置时，系统复位到初始位置，各个轴回到原点。 （b）执行入库指令：选择欲入库的仓位号，按动仓位号对应按钮，控制面板上的效码管显示仓位号；按动按钮，起动入库操作，当载货台上有货物时，起重机自动将货物送入到指定的仓位；若被选择仓位内已有货物时，则该入库操作不被执行；载货台若无货物，则下一个入库操作将不被执行。

（c）执行出库指令：选择欲出库的仓位号，按动仓位号对应按钮，控制面板上的数码管显示仓位号；按动按钮，当载货台上有货物时，起重机不执行任何操作；若被选择仓位内无货物时，则该出库操作不被执行；当按下按钮，载货台上无货物，且该仓位内有货物时，起重机自动将货物从指定的仓位转移到载货台上。

4.3 分析控制方案

本文设计的自动化立体仓库由四巷道组成，每个巷道有左右两列货架及一个堆垛机，每个堆垛机所需完成的任务相同，因此只设计一套堆垛机控制系统，其他三组相同。