自動化立體倉庫堆垛機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、自動化立體倉庫堆垛機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)題目： 自動化立體倉庫堆垛機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 學(xué) 生： 陳玉鹍 學(xué) 號： 200905020112 院 （系）： 機(jī)電工程學(xué)院 專 業(yè)： 物流工程 指導(dǎo)教師： 楊 瑋 2013年 6月 3日 iii自動化立體倉庫堆垛機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘 要 自動化立體倉庫控制系統(tǒng)是能自動存儲和取出物料的系統(tǒng)，是企業(yè)管理信息系統(tǒng)的組成部分之一。自動化立體倉庫是指采用高層貨架儲存貨物，用起重、裝卸、運(yùn)輸機(jī)械設(shè)備進(jìn)行貨物出入庫作業(yè)，由電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行管理和控制，不需人工搬運(yùn)作業(yè)而實(shí)現(xiàn)收發(fā)作業(yè)的倉庫。 自動化立體倉庫中最重要設(shè)備就是倉儲堆垛機(jī)，倉儲堆垛機(jī)是實(shí)現(xiàn)整個(gè)倉庫系統(tǒng)自動

2、功能的關(guān)鍵設(shè)備，擔(dān)負(fù)著出庫、進(jìn)庫等任務(wù)，是自動化立體倉庫的核心部件，本文詳細(xì)介紹了用plc實(shí)現(xiàn)對倉儲堆垛機(jī)系統(tǒng)控制的設(shè)計(jì)，將plc技術(shù)和變頻控制技術(shù)相結(jié)合，倉儲堆垛機(jī)控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)如下控制功能：三維運(yùn)動、精確定位、速度調(diào)節(jié)功能、急停功能、報(bào)警功能。 本文介紹自動化立體堆垛機(jī)控制系統(tǒng)開發(fā)過程，以一拖集團(tuán)高架庫采購項(xiàng)目為工作對象，結(jié)合本人的實(shí)際調(diào)研和開發(fā)工作，提出了一套完整的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。重點(diǎn)設(shè)計(jì)了自動化立體倉庫控制系統(tǒng)部分的系統(tǒng)分析、硬件選型、程序編寫等方面。 文中遵循的設(shè)計(jì)流程和方法雖然針對一拖集團(tuán)采購項(xiàng)目，但使用的方法具有普遍性，并遵照國際標(biāo)準(zhǔn)，可廣泛應(yīng)用于其他類型的自動化立體倉庫。關(guān)

3、鍵詞：自動化立體倉庫，堆垛機(jī)，plc，定位控制系統(tǒng)design of stacker control system in automated warehouseabstract automated warehouse control system is able to automatically store and retrieve materials systems, enterprise management information system is one of the components. automated warehouse is the use of top shelf st

4、orage of goods, with the lifting, handling, transport machinery and equipment for cargo storage operations carried out by the computer management and control, without manual handling operations achieved transceiver operating warehouse.automated warehouse equipment is the most important storage stack

5、er, stacker storage warehouse system is to achieve automatic functions throughout the key equipment, to carry out the library into the library and other tasks, is the core component of automated warehouse, the paper describes in detail with plc control system for warehouse stacker design of the plc

6、technology and frequency control technology, warehouse stacker control system can achieve the following control functions: three-dimensional motion, precise positioning, speed adjustment function, emergency stop function, alarm function.this article describes the automated stacker control system dev

7、elopment process to elevated yto group procurement project for the object library, combined with my practical research and development work, proposes a complete control system design. focus on the design of the automated warehouse control system portion of system analysis, hardware selection, progra

8、mming and other aspects.this paper follows the design process and method, although for yto group procurement projects, but the method used is universal, and in accordance with international standards, can be widely applied to other types of automated warehouse.key words：automated warehouse，stacker，p

9、lc，position control system目 錄摘 要iabstractii1 緒論11.1 自動化立體倉庫堆垛機(jī)發(fā)展11.2 本文的研究重點(diǎn)21.3 本立體倉庫背景和要求22 巷道式堆垛機(jī)控制系統(tǒng)需求分析42.1 主要技術(shù)參數(shù)和指標(biāo)42.2 堆垛機(jī)運(yùn)動分析53 巷道式堆垛機(jī)控制系統(tǒng)硬件選型73.1 堆垛機(jī)電機(jī)選型73.2 變頻器的選擇83.3 認(rèn)址器的選擇103.4 plc選擇及配置123.4.1 cpu概述123.4.2 cpu型號的選擇133.5 安全系統(tǒng)133.6 通信方式144 堆垛機(jī)控制程序設(shè)計(jì)154.1編程軟件及語言概述154.2 系統(tǒng)控制要求164.3 分析控制方案1

10、64.4 系統(tǒng)工作流程174.5 i/o分配204.6 子程序編寫215 總結(jié)26致謝27參考文獻(xiàn)28附錄i鍵盤掃描子程序29附錄ii 坐標(biāo)值計(jì)算子程序30附錄iii 位置控制子程序32附錄iv 入、出庫控制子程序34附錄v 控制主程序3839自動化立體倉庫堆垛機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)1 緒論 自動化立體倉庫控制系統(tǒng)是企業(yè)或公司管理信息系統(tǒng)的組成部分之一，通常歸結(jié)在倉庫管理信息系統(tǒng)之下。與倉庫管理信息系統(tǒng)不同之處在于，它不僅含有對底自動化設(shè)備的控制和管理，而且是針對某一具體的自動化倉庫的基本數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，從關(guān)系上來看，它相對而言是比較獨(dú)立的一個(gè)子系統(tǒng)1。自動化倉庫控制系統(tǒng)的主要任務(wù)是對一具體倉庫中的材

11、料、貨位等基本信息進(jìn)行管理，優(yōu)化倉庫存儲的效率，管理材料的在庫情況并控制倉庫中的自動化設(shè)備，實(shí)現(xiàn)倉庫中材料的自動出入庫操作和存儲操作。1.1 自動化立體倉庫堆垛機(jī)發(fā)展初期的立體倉庫使用的堆垛機(jī)以橋式起重機(jī)為基礎(chǔ)，這種堆垛機(jī)是從起重機(jī)的大梁上懸掛一個(gè)門架，利用門架的上下和旋轉(zhuǎn)來搬運(yùn)貨物。1960年左右在美國出現(xiàn)了巷道式堆垛機(jī)，隨后巷道式堆垛機(jī)逐漸替代了受重量和跨度限制的橋式堆垛機(jī)。1967年日本安裝了高度10-15米的高層堆垛機(jī)，1969年出現(xiàn)了聯(lián)機(jī)全自動化倉庫，我國是在上世紀(jì)70年代初期開始研究采用巷道式堆垛機(jī)的立體倉庫。目前的堆垛機(jī)技術(shù)取得了重大的發(fā)展，控制技術(shù)、定位精度、運(yùn)行速度都得到了很

12、大程度的提高。巷道式堆垛機(jī)的起升速度已經(jīng)可以達(dá)到90m/min，運(yùn)行速度達(dá)到240m/min，在有的立體倉庫中采用上、下兩層分別用巷道堆垛機(jī)進(jìn)行搬運(yùn)作業(yè)的方法提高出入庫能力。按現(xiàn)行機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，有軌巷道式堆垛機(jī)分類方式很多，如按支承方式、用途、控制方式、結(jié)構(gòu)、運(yùn)行軌跡等分類。無論何種類型的堆垛機(jī)一般都由水平行走機(jī)構(gòu)、起升機(jī)構(gòu)、載貨臺及貨叉機(jī)構(gòu)、機(jī)架和電氣設(shè)備等基本部分組成。體現(xiàn)堆垛機(jī)動態(tài)性能優(yōu)劣的指標(biāo)主要有：運(yùn)行速度、提升速度、貨叉速度、平穩(wěn)性、認(rèn)址精度等。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，自動化立體倉庫的技術(shù)水平和倉儲機(jī)械設(shè)備的動態(tài)性能也在不斷提高。例如，堆垛機(jī)的運(yùn)行驅(qū)動己由20世紀(jì)70年代的子母電動

13、機(jī)改為變頻調(diào)速，速度由5-50m/min提升至4-160m/min，國外小載重量的堆垛機(jī)最高可達(dá)300m/min；提升驅(qū)動己由20世紀(jì)70年代的雙速電動機(jī)改進(jìn)為變頻調(diào)速，速度由4-16m/min提升至0-25m/min；貨叉運(yùn)行也由單速電動機(jī)驅(qū)動改進(jìn)為變頻調(diào)速，速度由8m/min提升至4-35m/min：在堆垛機(jī)自動控制方面還采用閉環(huán)控制變頻調(diào)速系統(tǒng)、profibus總線控制等先進(jìn)技術(shù)。盡管如此，目前國產(chǎn)堆垛機(jī)的運(yùn)行速度最高仍保持在160m/min；提升速度在0-80m/min；貨叉速度一直保持在0-30m/min；認(rèn)址采用光電探測，精度不足，認(rèn)址差錯(cuò)率高。1.2 本文的研究重點(diǎn) 本文以一拖集

14、團(tuán)高架庫采購項(xiàng)目為研究對象，主要設(shè)計(jì)內(nèi)容為： （a）明確項(xiàng)目控制部分的要求和需求分析； （b）對控制系統(tǒng)的硬件進(jìn)行選型，重點(diǎn)研究電機(jī)、變頻器、認(rèn)址器、plc的選型方法； （c）對系統(tǒng)動作分解，根據(jù)動作特點(diǎn)進(jìn)行整合； （d）編寫plc控制程序。1.3 本立體倉庫背景和要求一拖集團(tuán)采購中心高架庫是在1992年初步建成投產(chǎn)使用，很多機(jī)械、電子元件都已老化破損，這對日常的使用帶來了很多問題，例如通訊不暢，定位不準(zhǔn)，經(jīng)常性報(bào)故障，死機(jī)等。使原本為了高效率管理物資而建立的立體倉庫效率大大降低，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)現(xiàn)代化的高速發(fā)展模式，嚴(yán)重影響了整個(gè)企業(yè)的效率和經(jīng)濟(jì)利益。同時(shí)隨著現(xiàn)代物流倉儲管理理念的更新，原有的物

15、流管理思路已經(jīng)不能跟上當(dāng)前現(xiàn)代化物流管理的需求。一拖集團(tuán)公司根據(jù)公司自身物料管理特性、操作便捷性習(xí)慣提出了符合一拖公司立體倉庫的需求，為提高本公司的物流效率和準(zhǔn)確性，滿足本公司國際化道路的發(fā)展要求，集團(tuán)公司針對采購中心立體倉庫現(xiàn)狀進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)有效地利用空間和高效的存取貨物，實(shí)現(xiàn)最佳的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。主要設(shè)計(jì)對象是軌巷道堆垛機(jī)系統(tǒng)，倉庫采用東進(jìn)西出方式存取貨物，但應(yīng)能實(shí)現(xiàn)有故障時(shí)可東進(jìn)東出或西進(jìn)西出、西進(jìn)東出。要實(shí)現(xiàn)以下所有功能： （a）控制系統(tǒng)要求分自動和手動模式（安全模式）。 （b）自動模式下，出入庫堆垛機(jī)需自動定位，并記錄貨物。 （c）若被選擇倉位內(nèi)已有貨物時(shí)，則該入庫操作不被執(zhí)行。

16、（d）載貨臺若無貨物，則下一個(gè)入庫操作將不被執(zhí)行。（e）當(dāng)載貨臺上有貨物時(shí)，出庫環(huán)節(jié)不執(zhí)行任何操作。（f）若被選擇倉位內(nèi)無貨物時(shí)，則該出庫操作不被執(zhí)行。（g）配備標(biāo)準(zhǔn)安全保護(hù)。系統(tǒng)嚴(yán)格要求滿足最大入庫能力和高峰出庫能力同時(shí)進(jìn)行的能力需要，并有一定的余量滿足未來業(yè)務(wù)發(fā)展的要求。系統(tǒng)貨架規(guī)格如表1-1，堆垛機(jī)的要求參數(shù)如表1-2，動態(tài)運(yùn)行情況下滿足的要求如表1-3。表1-1 貨架規(guī)格序號貨物名稱型號和規(guī)格數(shù)量1貨架系統(tǒng)7680個(gè)貨位1套2出入庫臺4臺3天地軌1套4巷道堆垛機(jī)系統(tǒng)q=1000kg,h=15.99m運(yùn)行：0-150m/min起升：0-60m/min貨叉：0-40/20m/min4臺表1

17、-2 堆垛機(jī)參數(shù)有軌巷道堆垛機(jī)數(shù) 量4臺提升能力1000kg結(jié)構(gòu)形式單立柱載荷處理裝置伸縮貨叉堆垛機(jī)高度1599mm巷道寬度1330mm表1-3 動態(tài)數(shù)據(jù)運(yùn)行速度vx4-150m/min 變頻調(diào)速 起升速度vy2-60m/min 變頻調(diào)速伸縮叉速度vz0-40/20m/min 變頻調(diào)速運(yùn)行加速度ax0.5m/s2伸縮叉加速度（有貨）az0.5m/s2 定位精度：x：3mm；y：3mm；z：3mm。 控制方式：手動、單機(jī)自動、聯(lián)機(jī)全自動。 貨叉運(yùn)行控制同步誤差：小于5mm，運(yùn)行重復(fù)回位精度：10mm，貨叉上平面高低差：不大于2mm。堆垛機(jī)速度控制要求實(shí)現(xiàn)模擬量閉環(huán)無極調(diào)速功能。 由于每臺堆垛機(jī)的

18、結(jié)構(gòu)、運(yùn)動要求等都完全相同，因此只需設(shè)計(jì)一套控制系統(tǒng)，其他三臺是第一臺的復(fù)制。貨架一共7680個(gè)貨格，共8個(gè)貨架，則每個(gè)貨架有960個(gè)貨格（1280），由于每個(gè)貨位都需要記錄儲存情況，且堆垛機(jī)到達(dá)每個(gè)貨位的運(yùn)行過程大體相同，本程序僅選取前12個(gè)貨位為例進(jìn)行編輯，其他貨位相同。2 巷道式堆垛機(jī)控制系統(tǒng)需求分析 本文設(shè)計(jì)的堆垛機(jī)控制系統(tǒng)是針對單立柱有軌巷道堆垛機(jī)如圖2-1，堆垛機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)由水平運(yùn)行的行走機(jī)構(gòu)，垂直運(yùn)行的起升機(jī)構(gòu)及取送貨的伸叉機(jī)構(gòu)三部分組成。由堆垛機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)特點(diǎn)及工作要求可知，能否保證堆垛機(jī)的穩(wěn)定工作，關(guān)鍵在堆垛機(jī)的三維位置移動定位的精確性。 圖2-1 單立柱有軌巷道堆垛機(jī)結(jié)構(gòu)圖2.

19、1 主要技術(shù)參數(shù)和指標(biāo)（1）堆垛機(jī)運(yùn)行速度范圍 （a）水平方向：4m/min-150m/min； （b）垂直方向：2m/min-60/min； （c）貨叉：40、60m/min。（2）堆垛機(jī)的控制方式有自動和手動控制 （a）手動方式通過堆垛機(jī)的轉(zhuǎn)換開關(guān)及按鈕控制堆垛機(jī)水平和提升運(yùn)動及貨叉伸縮。同時(shí)運(yùn)動速度也可以手動選擇。手動操作時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)給予相應(yīng)的警示信號。同時(shí)系統(tǒng)將解除大部分的保護(hù)控制。手動操作主要用于安裝、調(diào)試和排除故障。 （b）單機(jī)自動用人機(jī)界面對堆垛機(jī)進(jìn)行全自動的控制，控制系統(tǒng)根據(jù)用戶輸入的參數(shù)進(jìn)行全自動的取送貨動作。界面操作時(shí)，應(yīng)具備對貨物的單送、單取操作。人機(jī)界面應(yīng)具備實(shí)時(shí)顯示設(shè)備

20、運(yùn)行工況，故障及歷史故障查詢等功能。（3）主要的控制任務(wù)是由plc來完成（a）作業(yè)命令處理：確定作業(yè)狀態(tài)時(shí)自動還是手動；確定作業(yè)指令存貨入庫還是取貨出庫；確定作業(yè)地址包括列地址和層地址。（b）位置技術(shù)及判斷：沿著堆垛機(jī)的行進(jìn)方向和載貨臺的升降方向設(shè)置認(rèn)址片，plc通過檢測認(rèn)址片來判斷堆垛機(jī)位置和載貨臺的位置，每經(jīng)過一個(gè)認(rèn)址片，plc的高速計(jì)數(shù)器就自動計(jì)數(shù)一次，前進(jìn)加一，后退減一，上升加一，下降減一。到達(dá)預(yù)定位置后，堆垛機(jī)停車。（c）速度調(diào)整和準(zhǔn)確停車：根據(jù)堆垛機(jī)和目標(biāo)位置的距離，plc輸出速度調(diào)整的控制信號給變頻器，通過變頻器控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，在停車之前先把堆垛機(jī)的運(yùn)行速度降低到低速檔，使堆垛機(jī)

21、以低速接近目標(biāo)位置，保證堆垛機(jī)的穩(wěn)定性。（d）作業(yè)任務(wù)的順序邏輯控制：按照入庫、出庫的作業(yè)順序，確定各輸出點(diǎn)的得電狀態(tài)，完成作業(yè)順序的邏輯控制。（e）安全保護(hù)：水平行走、載貨臺升降及貨叉的伸縮等都有限位保護(hù)。2.2 堆垛機(jī)運(yùn)動分析（1）水平運(yùn)動分析 堆垛機(jī)水平行走機(jī)構(gòu)主要完成列尋址，即在立體庫中將貨物運(yùn)到指定的列。堆垛機(jī)啟動之后，堆垛機(jī)的水平行走機(jī)構(gòu)經(jīng)過變頻器加速，到達(dá)一定的列數(shù)之后速度穩(wěn)定，在到達(dá)指定列之前減速，直到在指定列停止。列數(shù)的計(jì)算是通過采取恰當(dāng)?shù)恼J(rèn)址方式實(shí)現(xiàn)的。（2）起升運(yùn)動分析 起升機(jī)構(gòu)的工作速度在2-60m/min。不管選用多大的工作速度，都備有低速檔，主要用于平穩(wěn)停準(zhǔn)和取放貨

22、物時(shí)的“微升降”作業(yè)。在堆垛機(jī)的起重、行走和伸叉(叉取貨物)三種驅(qū)動中，起重的功率最大。（3）貨叉運(yùn)動分析 貨叉是直接放置貨物的裝置，可以向堆垛機(jī)兩側(cè)伸縮。貨叉的運(yùn)行準(zhǔn)確度對貨物的存取至關(guān)重要，因?yàn)樨洸孢\(yùn)行時(shí)候一旦出現(xiàn)差錯(cuò)很容易造成貨物損害。貨叉在存貨時(shí)到達(dá)貨位，經(jīng)過抬叉、伸叉、放叉、收叉四個(gè)動作，取貨時(shí)經(jīng)過伸叉、抬叉、收叉、放叉。一般在存取貨物時(shí)，由于貨位的寬度不大，所以按給定速度勻速運(yùn)動。 根據(jù)以上分析，對堆垛機(jī)運(yùn)行的控制采用閉環(huán)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)由電動機(jī)提供動力驅(qū)動，由變頻器進(jìn)行無級調(diào)速，認(rèn)址器進(jìn)行位置定位跟速度反饋，其系統(tǒng)原理圖如圖2-2所示：plc變頻器m認(rèn)址器認(rèn)址功能程序模塊功能程序模

23、塊速度調(diào)整+速度調(diào)整位置調(diào)整+位置調(diào)整位置反饋速度反饋圖2-2 閉環(huán)控制系統(tǒng)原理圖3 巷道式堆垛機(jī)控制系統(tǒng)硬件選型 通過前面對于堆垛機(jī)系統(tǒng)的分析，本章將根據(jù)庫中的實(shí)際工作環(huán)境，選擇適合本系統(tǒng)的設(shè)備型號以及參數(shù)，完成堆垛機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。3.1 堆垛機(jī)電機(jī)選型 在堆垛機(jī)運(yùn)行過程中，電機(jī)頻繁起動、制動、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)，而且負(fù)荷變化大，對電機(jī)要求較高。 （a）水平運(yùn)行機(jī)構(gòu)電機(jī)的功率計(jì)算公式如下： (3-1) (3-2) 式中： q堆垛機(jī)總重，設(shè)為1500kg； u運(yùn)行摩擦系數(shù)，設(shè)為0.3； d運(yùn)行輪軸直徑，設(shè)為50mm； f滾動摩擦系數(shù)，設(shè)為0.1； r車輪半徑，設(shè)為50mm； 運(yùn)行效率，設(shè)為0.9

24、； 運(yùn)行機(jī)構(gòu)的最大速度，為150m/min。 代入公式（3-1）、（3-2）計(jì)算得wr=228，p=6.21kw。 選擇s3工作制：斷續(xù)周期工作制，按一系列相同的工作周期運(yùn)行，每一周期包括一段恒定負(fù)載運(yùn)行時(shí)間和一段停機(jī)、斷能時(shí)間。電機(jī)的基準(zhǔn)負(fù)載持續(xù)率fc為40%，根據(jù)水平行走機(jī)構(gòu)所需功率選擇yzr160l-6型電機(jī)，電機(jī)屬性如表3-1。表3-1水平行走驅(qū)動電機(jī)屬性電機(jī)型號工作方式基準(zhǔn)負(fù)載持續(xù)率工作電壓額定功率額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行效率yzr160l-6斷續(xù)周期工作s340%380v11kw945r/min80% （b）起升機(jī)構(gòu)運(yùn)行時(shí)最大的功率公式為（3-3）： (3-3)式中： w堆垛機(jī)重量，為1500

25、kg； g載貨重量1000kg； 最高檔速度60m/min； 運(yùn)行效率0.95。 計(jì)算得p=25.80kw，根據(jù)起升機(jī)構(gòu)運(yùn)行所需功率yzr225m-6型電機(jī)，電機(jī)屬性見表3-2表3-2 垂直行走驅(qū)動電機(jī)屬性電機(jī)型號工作方式基準(zhǔn)負(fù)載持續(xù)率工作電壓額定功率額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行效率yzr225m-6斷續(xù)周期工作s340% 380v30kw962r/min88% （c）貨叉的伸縮距離較短，載貨勻速為20m/min。 貨叉伸縮功率公式如（3-4）， (3-4)式中： w貨叉可動部分重量70kg； g載貨重量1000kg； 速度20m/min； 伸縮效率0.85。 計(jì)算得p=kw 根據(jù)功率要求所選電機(jī)為yej16

26、0m-6，屬性見表3-3。表3-3 貨叉驅(qū)動電機(jī)屬性型號額定功率額定電流轉(zhuǎn)速效率功率因數(shù)制動力矩yej160m-67.5kw17.0a970r/min86%0.78150nm3.2 變頻器的選擇 交流異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速，是其定子繞組上交流電源頻率的函數(shù)。所以只要均勻地改變定子繞組的供電頻率，就可以平穩(wěn)地改變電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速?？紤]到存堆垛機(jī)的結(jié)構(gòu)及運(yùn)動特點(diǎn)，采用變頻調(diào)速。 本文選擇西門子mm440變頻器，mm440型使用pid控制器，具pid微調(diào)等功能，可用于矢量控制，可以實(shí)現(xiàn)高性能的應(yīng)用，帶內(nèi)置制動單元，可以快速制動。mm440變頻器各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)如表3-4。表3-4 變頻器參數(shù)輸入電壓3相380va

27、c，50hz輸入電流2. 8a輸出功率0 75kw輸出電壓3相(0-380) vac可調(diào)輸出頻率(0-650) hz可調(diào)輸出電流2. 1a輸出控制輸出電壓、頻率可調(diào)控制作用v/f，矢量一轉(zhuǎn)矩、光電編碼器反饋的速度控制等數(shù)字量輸入6路帶隔離的數(shù)字量輸入數(shù)字量輸出8路繼電器輸出模擬量輸入2路(0-10)v模擬量輸入模擬量輸出2路(0-20) ma模擬量輸出通訊接口rs485通訊、uss協(xié)議操作功能aop盤、bop控制盤、電位器與外接端子操作pid算法變頻器主電路三相異步電動機(jī)認(rèn)址器反饋擾動uen 水平行走電機(jī)采用220w的三相交流異步電動機(jī)，運(yùn)行速度要求為0-150m/min，系統(tǒng)采用轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制

28、方式。s7-200plc的模擬量輸出信號作為mm440變頻器的模擬量輸入，來控制變頻器輸出頻率和輸出電壓的變化，從而控制三相異步電動機(jī)的運(yùn)行；電動機(jī)轉(zhuǎn)速由光電編碼器檢測并反饋到plc高速計(jì)數(shù)口，構(gòu)成閉環(huán)變頻調(diào)速系統(tǒng)。系統(tǒng)如圖3-2所示，為速度給定量，為plc輸出的控制量，u為變頻器輸出電壓，n為被控量，控制算法為pid。垂直方向同理。圖3-2 plc變頻調(diào)速閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖3.3 認(rèn)址器的選擇 要完成對堆垛機(jī)自動控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，首先要保證堆垛機(jī)能夠準(zhǔn)確到達(dá)目標(biāo)位置，所以在設(shè)計(jì)堆垛機(jī)自動控制系統(tǒng)時(shí)，關(guān)鍵在于準(zhǔn)確可靠的認(rèn)址和定位保證堆垛機(jī)準(zhǔn)確無誤的定位在目標(biāo)貨位。定位控制就是確定堆垛機(jī)停止在目標(biāo)貨位

29、的功能。自動倉庫的認(rèn)址檢測系統(tǒng)有兩項(xiàng)任務(wù)：一是實(shí)現(xiàn)自動尋址，使堆垛機(jī)自動找到被指定到達(dá)的位置；二是自動準(zhǔn)確停準(zhǔn)，即堆垛機(jī)停準(zhǔn)位置不超出規(guī)定的精度。為此，貨架上的每個(gè)貨位必須具有堆垛機(jī)能識別的編碼，所以將貨架兩側(cè)編成x1、x2，沿堆垛機(jī)運(yùn)行方向?qū)⒇浖芫帪?-y列，垂直方向編為0-z層。這樣每個(gè)貨位就有了獨(dú)立的三維坐標(biāo)地址，堆垛機(jī)自動檢測目前的坐標(biāo)地址，使其能到達(dá)目標(biāo)位置。因?yàn)樨浖軆蓚?cè)分為x1、x2，只有兩個(gè)方向，反應(yīng)到堆垛機(jī)上只是貨叉左伸、右伸運(yùn)動，此方向不用檢測，所以實(shí)際上堆垛機(jī)位置的檢測只是對y、z位置的檢測。 主要的認(rèn)址檢測方式有以下幾種：（1） 絕對認(rèn)址 將每一個(gè)貨位賦予唯一的開關(guān)狀態(tài)，

30、給每個(gè)貨位制作一個(gè)專用的認(rèn)址片，堆垛機(jī)上相應(yīng)安裝一個(gè)識別器，通常是二進(jìn)制編碼板和一組光電開關(guān)的組合，通過讀取認(rèn)址片的代碼來判斷堆垛機(jī)的當(dāng)前位置。（2） 相對認(rèn)址 每個(gè)貨位的認(rèn)址片結(jié)構(gòu)相同。每經(jīng)過一個(gè)貨位，就對地址編碼進(jìn)行加1或減1，一直移動到和預(yù)定位置號一致時(shí)停止運(yùn)行。（3） 編碼器定位法 主要有兩種，從動輪與軌道旋轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)測定方式、鏈輪與鏈條旋轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)測定方式。從動輪與軌道旋轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)測定方式。堆垛機(jī)的從動輪上配有同軸旋轉(zhuǎn)編碼器，從動輪與軌道近似純滾動，因此通過對旋轉(zhuǎn)編碼器的轉(zhuǎn)角的轉(zhuǎn)換，可以得到堆垛機(jī)的相對運(yùn)行位置。（4） 激光測距定位 近年來應(yīng)用于堆垛機(jī)準(zhǔn)確定位的新技術(shù)，用激光測距儀通過測量堆垛機(jī)

31、到基準(zhǔn)點(diǎn)的距離和事先存儲的位置數(shù)據(jù)比較來確定堆垛機(jī)的當(dāng)前位置。這種方法的精度很高，但是使用時(shí)堆垛機(jī)和激光發(fā)射器和反射板之間不允許有物體，否則會遮擋住激光的傳輸路徑，使系統(tǒng)無法準(zhǔn)確定位。以上是四種常見的認(rèn)址檢測方式，四種方式各有優(yōu)劣，表3-5是他們之間的比較對照：表3-5 認(rèn)址方式對比認(rèn)址器光電開關(guān)旋轉(zhuǎn)編碼器激光測距傳感器認(rèn)址方式相對認(rèn)址絕對認(rèn)址絕對認(rèn)址絕對認(rèn)址可靠性較低高較高最高認(rèn)址精度格格mmmm系統(tǒng)成本低高高較高數(shù)據(jù)接口無無多種多種定位方式反射式反射式接觸式反射式使用壽命短短較長長 認(rèn)址方式確認(rèn)： 激光測距傳感器的精度最高，雖然成本較高，但使用壽命長，因此水平、垂直方向均采用激光測距傳感器

32、，如圖3-3。當(dāng)前數(shù)據(jù)為位移值，經(jīng)過plc計(jì)算后的數(shù)據(jù)為當(dāng)前速度值。激光測距傳感器安裝在堆垛機(jī)上，目標(biāo)放射板安裝在巷道末端。在立體倉庫巷道通道中的激光測距范圍（激光發(fā)射器與反射板之間）內(nèi)不得有任何物體遮擋激光光線。激光測距的原理是通過發(fā)射出的激光光線長度來測定距離，其光線就好比一把光尺，如果物體遮擋激光光線，讓它脫離原標(biāo)準(zhǔn)原點(diǎn)的測定位置，將影響實(shí)際要求的測定距離，從而使道堆垛機(jī)走位偏離所設(shè)定的位置，產(chǎn)生貨叉取、存儲錯(cuò)位或起始點(diǎn)撞擊巷道堆垛機(jī)端部緩沖制動器的情況。因此，在巷道堆垛機(jī)工作時(shí)不允許有任何物體遮擋激光光線，對于激光光線通道應(yīng)采取隔離保護(hù)措施，保證激光測距的準(zhǔn)確性和自動化系統(tǒng)的安全性。圖

33、3-3 激光測距傳感器3.4 plc選擇及配置 根據(jù)實(shí)際的控制點(diǎn)數(shù)和系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)的控制要求，在本設(shè)計(jì)中選用西門子的s7-200系列的plc作為控制中心。 s7-200有很強(qiáng)大的指令系統(tǒng)，功能齊全的編程軟件，同時(shí)有多種功能模塊，便于組態(tài)網(wǎng)絡(luò)，有良好的價(jià)值擴(kuò)展性。s7-200 是一種小型的可編程序控制器，適用于各行各業(yè)，各種場合中的檢測、監(jiān)測及控制的自動化。s7-200系列的強(qiáng)大功能使其無論在獨(dú)立運(yùn)行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能。因此s7-200系列具有極高的性能/價(jià)格比。 集成的24v負(fù)載電源：可直接連接到傳感器和變送器（執(zhí)行器），cpu 221，222具有180ma輸出， cpu 22

34、4，cpu 224xp，cpu 226分別輸出280，400ma?？捎米髫?fù)載電源。cpu 221-226各有2種類型cpu，具有不同的電源電壓和控制電壓。cpu 221具有6個(gè)輸入點(diǎn)和4個(gè)輸出點(diǎn)，cpu 222具有8個(gè)輸入點(diǎn)和6個(gè)輸出點(diǎn)，cpu 224具有14個(gè)輸入點(diǎn)和10個(gè)輸出點(diǎn)，cpu 224xp具有14個(gè)輸入點(diǎn)和10個(gè)輸出點(diǎn)，cpu 226具有24個(gè)輸入點(diǎn)和16個(gè)輸出點(diǎn)。2路高頻率脈沖輸出（最大20khz），用于控制步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn)定位任務(wù)。用于長時(shí)間數(shù)據(jù)后備。用戶數(shù)據(jù)（如標(biāo)志位狀態(tài)，數(shù)據(jù)塊，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器）可通過內(nèi)部的超級電容存貯大約5天。選用電池模塊能延長存貯時(shí)間到200天（1

35、0年壽命）。電池模塊插在存儲器模塊的卡槽中。step 7-micro/win32 編程軟件可以對所有的cpu 221/222/224/224xp/226功能進(jìn)行編程。3.4.1 cpu概述 西門子s7-200的cpu模塊包括一個(gè)中央處理單元、電源以及數(shù)字i/o點(diǎn)，這些都被集成在一個(gè)緊湊、獨(dú)立的設(shè)備中。cpu負(fù)責(zé)執(zhí)行程序，以便對工業(yè)自動化控制任務(wù)或過程進(jìn)行控制。 西門子第二代產(chǎn)品有四種不同結(jié)構(gòu)配置的cpu單元。（a）cpu 221具有6in/4out，共計(jì)10個(gè)點(diǎn)的i/o，無擴(kuò)展能力，有6kb程序和數(shù)據(jù)存儲空間。還具有4個(gè)獨(dú)立的30khz高數(shù)計(jì)數(shù)器，2路獨(dú)立的20khz高數(shù)脈沖輸出端，一個(gè)rs-

36、485通訊/編程端口，具有ppi通訊協(xié)議、mpi通訊協(xié)議和自由通訊方式。非常適合小點(diǎn)數(shù)的控制系統(tǒng)。（b）cpu 222具有8in/6out，共計(jì)14點(diǎn)i/o，可以擴(kuò)展8路模擬量和最多64個(gè)i/o，因此使更廣泛的全功能控制器。（c）cpu 224在cpu 222的基礎(chǔ)上使主機(jī)的i/o點(diǎn)數(shù)增為24點(diǎn)，最大可擴(kuò)展為168點(diǎn)數(shù)字量或者35點(diǎn)模擬量的輸入和輸出；存儲量也進(jìn)一步增加，還增加了一些數(shù)字指令和高數(shù)計(jì)數(shù)器的數(shù)量，具有較強(qiáng)的控制能力。（d）cpu 226在cpu 224的基礎(chǔ)上功能又進(jìn)一步增強(qiáng)，主機(jī)輸入和輸出點(diǎn)增加到40點(diǎn)，最大可擴(kuò)展為248點(diǎn)數(shù)字量和35點(diǎn)模擬量；增加了通訊口的數(shù)量，通訊能力大大

37、增強(qiáng)；它可用于點(diǎn)數(shù)較多、要求較高的小型或中型控制系統(tǒng)。3.4.2 cpu型號的選擇 根據(jù)控制點(diǎn)數(shù)來計(jì)算，可以選用cpu226這個(gè)型號的cpu，cpu226有24in/16out，最大可以擴(kuò)展為248點(diǎn)數(shù)字量或35點(diǎn)模擬量。其特點(diǎn)如下：（a）集成的24v電源：可直接連接到傳感器和變送器、執(zhí)行器，可用作負(fù)載電源。（b）高速脈沖輸出：具有2路高速脈沖輸出端，輸出脈沖頻率可達(dá)20khz，用于控制步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)，實(shí)現(xiàn)定位任務(wù)。（c）通信口：cpu226具有2個(gè)rs-485通信口，支持ppi、mpi協(xié)議，有自由口通信能力。（d）模擬電位器：cpu226有兩個(gè)模擬電位器，用來改變特殊寄存器中的數(shù)值，以改

38、變程序運(yùn)行的參數(shù)，如定時(shí)器、計(jì)數(shù)器的預(yù)設(shè)值，過程量的控制參數(shù)。（e）中斷輸入允許以極快的速度對過程信號的上升沿做出響應(yīng)。3.5 安全系統(tǒng)（1）貨架占有情況檢測 自動化倉庫需要知道貨物是否存放在貨架，或者貨物在貨架的位置信息。以免造成誤動作，損傷機(jī)械。入庫操作時(shí)，當(dāng)堆垛機(jī)到達(dá)目標(biāo)位置時(shí)，先檢測貨位是否有貨物，若沒有貨物，則進(jìn)行伸叉作業(yè)，否則發(fā)出信號使堆垛機(jī)動作停止；出庫時(shí)，若檢測出相應(yīng)貨位無貨物，則發(fā)出信號致堆垛機(jī)動作停止。本文采用漫反射型的光電傳感器可以感知貨物在貨架的存在或者位置。（2）貨物突出貨架檢測 貨物存放在貨架上，可能由于異常的情況導(dǎo)致貨物突出貨架的情況。這些突出的貨物可能妨礙堆垛機(jī)

39、垂直方向的運(yùn)行，導(dǎo)致貨架或堆垛機(jī)的損害。在堆垛機(jī)垂直軌道上頂端安裝長距離光電傳感器可以監(jiān)視貨物突出，一旦有突出，向上位機(jī)報(bào)警，控制系統(tǒng)發(fā)出信號致堆垛機(jī)停止運(yùn)行。（3）終端限位裝置 堆垛機(jī)立柱導(dǎo)軌的極限位置設(shè)有限位開關(guān)，載貨臺到達(dá)各方向極限位置時(shí)相應(yīng)電機(jī)緊急停轉(zhuǎn)。水平、垂直以及伸縮方向兩端各一個(gè)限位開關(guān)。3.6 通信方式 為了控制無人運(yùn)轉(zhuǎn)堆垛機(jī)，必須向堆垛機(jī)發(fā)送運(yùn)轉(zhuǎn)和作業(yè)的信息。一個(gè)指令執(zhí)行完了之后，必須從堆垛機(jī)向地面發(fā)送響應(yīng)信號，即確認(rèn)信號，之后才能執(zhí)行下一個(gè)指令。堆垛機(jī)的信息傳遞順序是：堆垛機(jī)首先接受的作業(yè)信息是從什么地方取貨，之后把它存入什么貨位。堆垛機(jī)控制盤在收到作業(yè)信息之后向地面控制盤

40、發(fā)出響應(yīng)信息。堆垛機(jī)根據(jù)作業(yè)信息進(jìn)行作業(yè)。作業(yè)完了之后，向地面發(fā)出“作業(yè)結(jié)束”信息。這樣把一系列作業(yè)進(jìn)行完了之后，成為等待下一個(gè)作業(yè)信息的待機(jī)狀態(tài)。 串行通信中最常用的物理層協(xié)議為rs-232c和rs-485。本文采用rs-485標(biāo)準(zhǔn)。主要基于以下兩點(diǎn)考慮：（a）rs-232c接口標(biāo)準(zhǔn)只能用于點(diǎn)對點(diǎn)的通信，而rs-485能實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)對多點(diǎn)的通信。rs-485允許平衡電纜上連接32個(gè)發(fā)送器、接收器。立體倉庫控制系統(tǒng)要求監(jiān)控系統(tǒng)和4臺堆垛機(jī)控制系統(tǒng)連接，要求物理層的協(xié)議必須支持一點(diǎn)對多點(diǎn)的通信。（b） rs-485采用差動發(fā)送、接收，所以共模抑制比高，抗干擾能力強(qiáng)。立體倉庫的工作環(huán)境較惡劣，熱、電、

41、磁等干擾信號較多，要求通信網(wǎng)絡(luò)的抗干擾能力較強(qiáng)，才能保證數(shù)據(jù)的正確接收。rs-485標(biāo)準(zhǔn)除上述優(yōu)點(diǎn)外，還具有傳輸速率高、傳輸距離遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)。 由于plc帶有串行通信接口，只需用rs-485總線分別連接到計(jì)算機(jī)即可，可見系統(tǒng)的構(gòu)建十分簡單當(dāng)需要增加新設(shè)備時(shí)，只需要將新設(shè)備也連接到計(jì)算機(jī)，系統(tǒng)的擴(kuò)展也較容易。4 堆垛機(jī)控制程序設(shè)計(jì)4.1編程軟件及語言概述（1）軟件介紹 step 7編程軟件用于西門子系列工控產(chǎn)品包括simatic s7、m7、c7和基于pc的wincc的編程、監(jiān)控和參數(shù)設(shè)置，是simatic工業(yè)軟件的重要組成部分。step7 micro版本適用于西門子s7-200的編程軟件。 ste

42、p7- micro/win32的基本功能是協(xié)助用廣完成丌發(fā)應(yīng)用軟件的任務(wù)，例如創(chuàng)建用廣程序、修改和編輯源有的用戶程序，編輯過程中編輯器具有簡單語法檢查功能。同時(shí)還有一些工具性的功能，例如用戶程序的文檔管理和加密等。此外，還可直接用軟件設(shè)置plc的工作方式、參數(shù)和運(yùn)行監(jiān)控等。 程序編輯過程中的語法檢查功能可以提前避免些語法和數(shù)據(jù)類型方面的錯(cuò)誤。梯形圖中的錯(cuò)誤處的下方白動加紅色曲線，語句表中錯(cuò)誤行前有紅色叉，且錯(cuò)誤處的下方加紅色曲線。軟件功能的實(shí)現(xiàn)可以在聯(lián)機(jī)工作方式（在線方式）下進(jìn)行，部分功能的實(shí)現(xiàn)也可以在離線工作方式下進(jìn)行。 聯(lián)機(jī)方式：有編程軟什的計(jì)算機(jī)與plc連接，此時(shí)允許兩者之間做直接通信。

43、 離線方式：有編程軟件的計(jì)算機(jī)與plc連接，此時(shí)能完成大部分基本功能。如編程、編澤和調(diào)試程序系統(tǒng)組態(tài)等。（2）編程語言 plc的用戶程序，是設(shè)計(jì)人員根據(jù)控制系統(tǒng)的工藝控制要求，通過plc編程語言的編制規(guī)范，按照實(shí)際需要使用的功能來設(shè)計(jì)的。只要用戶能夠掌握某種標(biāo)準(zhǔn)編程語言，就能夠使用plc在控制系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)各種自動化控制功能。根據(jù)國際電工委員會制定的工業(yè)控制編程語言標(biāo)準(zhǔn)（iec1131-3），plc有五種標(biāo)準(zhǔn)編程語言：梯形圖語言（ld）、指令表語言（il）、功能模塊語言（fbd）、順序功能流程圖語言（sfc）、結(jié)構(gòu)文化本語言（st）。這五標(biāo)準(zhǔn)編程語言，十分簡單易學(xué)。 （a）梯形圖語言是plc程序

44、設(shè)計(jì)中最常用的編程語言。它是與繼電器線路類似的一種編程語言。由于電氣設(shè)計(jì)人員對繼電器控制較為熟悉，因此，梯形圖編程語言得到了廣泛的歡迎和應(yīng)用。梯形圖編程語言的特點(diǎn)是：與電氣操作原理圖相對應(yīng)，具有直觀性和對應(yīng)性；與原有繼電器控制相一致，電氣設(shè)計(jì)人員易于掌握。梯形圖編程語言與原有的繼電器控制的不同點(diǎn)是，梯形圖中的能流不是實(shí)際意義的電流，內(nèi)部的繼電器也不是實(shí)際存在的繼電器，應(yīng)用時(shí)，需要與原有繼電器控制的概念區(qū)別對待。 （b）指令表編程語言是與匯編語言類似的一種助記符編程語言，和匯編語言一樣由操作碼和操作數(shù)組成。在無計(jì)算機(jī)的情況下，適合采用plc手持編程器對用戶程序進(jìn)行編制。同時(shí)，指令表編程語言與梯形

45、圖編程語言圖一一對應(yīng)，在plc編程軟件下可以相互轉(zhuǎn)換。圖3就是與圖2plc梯形圖對應(yīng)的指令表。指令表表編程語言的特點(diǎn)是：采用助記符來表示操作功能，具有容易記憶，便于掌握；在手持編程器的鍵盤上采用助記符表示，便于操作，可在無計(jì)算機(jī)的場合進(jìn)行編程設(shè)計(jì)；與梯形圖有一一對應(yīng)關(guān)系。其特點(diǎn)與梯形圖語言基本一致。 （c）功能模塊圖語言是與數(shù)字邏輯電路類似的一種plc編程語言。采用功能模塊圖的形式來表示模塊所具有的功能，不同的功能模塊有不同的功能。功能模塊圖編程語言的特點(diǎn)：功能模塊圖程序設(shè)計(jì)語言的特點(diǎn)是：以功能模塊為單位，分析理解控制方案簡單容易；功能模塊是用圖形的形式表達(dá)功能，直觀性強(qiáng)，對于具有數(shù)字邏輯電路

46、基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)人員很容易掌握的編程；對規(guī)模大、控制邏輯關(guān)系復(fù)雜的控制系統(tǒng)，由于功能模塊圖能夠清楚表達(dá)功能關(guān)系，使編程調(diào)試時(shí)間大大減少。 （d）順序功能流程圖語言是為了滿足順序邏輯控制而設(shè)計(jì)的編程語言。編程時(shí)將順序流程動作的過程分成步和轉(zhuǎn)換條件，根據(jù)轉(zhuǎn)移條件對控制系統(tǒng)的功能流程順序進(jìn)行分配，一步一步的按照順序動作。每一步代表一個(gè)控制功能任務(wù)，用方框表示。在方框內(nèi)含有用于完成相應(yīng)控制功能任務(wù)的梯形圖邏輯。這種編程語言使程序結(jié)構(gòu)清晰，易于閱讀及維護(hù)，大大減輕編程的工作量，縮短編程和調(diào)試時(shí)間。用于系統(tǒng)的規(guī)模校大，程序關(guān)系較復(fù)雜的場合。 （e）結(jié)構(gòu)化文本語言是用結(jié)構(gòu)化的描述文本來描述程序的一種編程語言。它是

47、類似于高級語言的一種編程語言。在大中型的plc系統(tǒng)中，常采用結(jié)構(gòu)化文本來描述控制系統(tǒng)中各個(gè)變量的關(guān)系。主要用于其他編程語言較難實(shí)現(xiàn)的用戶程序編制。4.2 系統(tǒng)控制要求（a）當(dāng)選擇開關(guān)置于自動位置時(shí)，系統(tǒng)復(fù)位到初始位置，各個(gè)軸回到原點(diǎn)。（b）執(zhí)行入庫指令：選擇欲入庫的倉位號，按動倉位號對應(yīng)按鈕，控制面板上的效碼管顯示倉位號；按動按鈕，起動入庫操作，當(dāng)載貨臺上有貨物時(shí)，起重機(jī)自動將貨物送入到指定的倉位；若被選擇倉位內(nèi)已有貨物時(shí)，則該入庫操作不被執(zhí)行；載貨臺若無貨物，則下一個(gè)入庫操作將不被執(zhí)行。 （c）執(zhí)行出庫指令：選擇欲出庫的倉位號，按動倉位號對應(yīng)按鈕，控制面板上的數(shù)碼管顯示倉位號；按動按鈕，當(dāng)載

48、貨臺上有貨物時(shí)，起重機(jī)不執(zhí)行任何操作；若被選擇倉位內(nèi)無貨物時(shí)，則該出庫操作不被執(zhí)行；當(dāng)按下按鈕，載貨臺上無貨物，且該倉位內(nèi)有貨物時(shí)，起重機(jī)自動將貨物從指定的倉位轉(zhuǎn)移到載貨臺上。4.3 分析控制方案 本文設(shè)計(jì)的自動化立體倉庫由四巷道組成，每個(gè)巷道有左右兩列貨架及一個(gè)堆垛機(jī)，每個(gè)堆垛機(jī)所需完成的任務(wù)相同，因此只設(shè)計(jì)一套堆垛機(jī)控制系統(tǒng)，其他三組相同。因此四個(gè)巷道各有由一個(gè)下位機(jī)控制，整個(gè)立體庫由一個(gè)上位機(jī)進(jìn)行管理監(jiān)控。本文單純設(shè)計(jì)單一堆垛機(jī)的plc控制部分。 堆垛機(jī)控制系統(tǒng)主要工作方式為自動和手動，其中自動控制只需人工輸入要存、取貨物的貨格位置，堆垛機(jī)將自動完成存、取貨物的動作。而手動方式，則需人工

49、控制堆垛機(jī)的位置移動及貨叉的伸、縮，此方式多用于維修、調(diào)試。 自動控制的主要內(nèi)容為貨物的存、取及安全保護(hù)，具體控制分析見表4-1：表4-1 控制動作分析表主要內(nèi)容控制分解行走水平行走垂直升降左右伸縮定位水平方向定位垂直方向定位伸縮方向控制安全保護(hù)各軌道的兩端限定堆垛機(jī)運(yùn)行極限（6個(gè)限位開關(guān)）貨架占有及貨叉位置監(jiān)測裝置（光電傳感器）4.4 系統(tǒng)工作流程根據(jù)控制系統(tǒng)運(yùn)動要求，分解整理后得到堆垛機(jī)工作流程圖，入庫流程見圖4-1，出庫流程見圖4-2。是是否否否水平及垂直運(yùn)行到指定的列及層到達(dá)指定位置載貨臺調(diào)至托盤位置調(diào)整到位貨叉伸出貨叉伸出到位載貨臺下降下降到位貨叉收回貨叉收回到位結(jié)束是開始滿足位置的

50、高度貨叉伸出貨叉伸出是否到位行至指定的入庫臺位置到達(dá)指定位置升降機(jī)構(gòu)升至指定的入庫臺高度到達(dá)指定高度入庫臺位置高度的微調(diào)整載貨臺微調(diào)整是否到達(dá)位置貨叉收回貨叉是否到位是是是否否否是是是是是否否否否否圖4-1 入庫操作流程圖圖4是否否微提升，位置調(diào)整是是否到達(dá)指定位置微升起，調(diào)整位置貨叉伸出伸出到位貨叉伸出是開始到達(dá)指定位置微下降，位置調(diào)整到達(dá)微下降位置是否水平和垂直同時(shí)運(yùn)動到指定列和層是否否是達(dá)到伸出位置否結(jié)束微下降，位置調(diào)整否達(dá)到微下降位置是到達(dá)微提升位置水平和垂直運(yùn)行到出庫臺高度貨叉到位出庫臺是貨叉收入貨叉到達(dá)位置否-2出庫操作流程圖4.5 i/o分配首先進(jìn)行輸入輸出點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)。將按鈕、各軸

51、的安全限位、檢測結(jié)果、輸入值設(shè)定為輸入值，統(tǒng)計(jì)得共16個(gè)輸入點(diǎn)。將對電機(jī)的脈沖信號、記錄表、指示燈等設(shè)定為輸出值，統(tǒng)計(jì)得14個(gè)輸出點(diǎn)。將各元器件與plc的i/o點(diǎn)連接，以實(shí)現(xiàn)plc對各功能的控制，i/o分配表見表4-2。表4-2 i/o分配表符號地址注釋d0i0.0矩陣掃描第1列d1i0.1矩陣掃描第2列d2i0.2矩陣掃描第3列d3i0.3矩陣掃描第4列d4i0.4矩陣掃描第5列d5i0.5矩陣掃描第6列d6i0.6矩陣掃描第7列d7i0.7矩陣掃描第8列sq5i1.0z軸原點(diǎn)sq6i1.1z軸限位sni1.2檢測貨臺上是否有貨物sw0i1.3手動控制開關(guān)sq2i1.4x軸限位sq1i1.5

52、x軸原點(diǎn)sq4i1.6y軸限位sq3i1.7y軸原點(diǎn)平移q0.0平移電動機(jī)脈沖信號升降q0.1升降電動機(jī)脈沖信號平移方向q0.2平移電動機(jī)方向信號升降方向q0.3升降電動機(jī)方向信號h0q0.4矩陣掃描第1行h1q0.5矩陣掃描第2行h2q0.6矩陣掃描第3行h3q0.7矩陣掃描第4行前伸q1.1貨叉前伸回縮q1.2貨叉回縮b00q1.4數(shù)碼顯示區(qū)第0位b01q1.5數(shù)碼顯示區(qū)第1位b02q1.6數(shù)碼顯示區(qū)第2位b03q1.7數(shù)碼顯示區(qū)第3位根據(jù)輸入輸出點(diǎn)，簡單的進(jìn)行控制系統(tǒng)的界面設(shè)計(jì)，通過有線方式與plc相連，便于操作人員進(jìn)行控制。界面截圖見圖4-3。圖4-3 控制界面4.6 子程序編寫根據(jù)系

53、統(tǒng)要求，分析得出需編寫鍵盤裝置掃描；傳感器檢測；坐標(biāo)定位；位置控制；入、出庫控制5個(gè)子程序，將子程序按規(guī)范命名，在工具欄中則可出現(xiàn)相應(yīng)的子程序，方便調(diào)用。見圖4-4。圖4-4 編程界面（1）鍵盤裝置掃描子程序 利用矩陣掃描和數(shù)碼管顯示組合，當(dāng)按下矩陣鍵盤時(shí)，對應(yīng)的數(shù)碼管顯示，通過掃描端口判斷當(dāng)前按鈕的狀態(tài)。其中數(shù)碼顯示采用bcd編碼方式。vw238是用于存儲當(dāng)前的按鍵號；vw270是用于存儲數(shù)碼顯示區(qū)的數(shù)據(jù)，通過位傳送給輸出端口，用于七段碼顯示。子程序是用于判斷哪個(gè)按鍵被按下。其中使用了出送指令mov_w，可將數(shù)據(jù)某個(gè)雙字節(jié)數(shù)據(jù)傳送到某個(gè)雙字節(jié)地址里邊去，例如見圖4-5。類似的指令還有mov_b等。鍵盤掃描子程序stl語句見附錄i。圖4-5 傳送指令（2）傳感器檢測子程序 傳感器一般是用于定位及限位作用的。定位就是利用傳感器來判定系統(tǒng)是否處于指定位置，而限位就是要求系統(tǒng)不能超過指定位置。在程序設(shè)計(jì)中常利用傳感器實(shí)