智能倉儲控制系統(tǒng)設計方案

1、智能倉儲控制系統(tǒng)設計方案1 緒論現(xiàn)代倉儲系統(tǒng)集成了先進物流設備、 自動控制系統(tǒng)、 計算機及其網(wǎng)絡、 信息識別和信息管理系統(tǒng)等， 其目的是擴大倉儲作業(yè)能力， 提高勞動生產(chǎn)率， 減少倉儲作業(yè)差錯， 獲取更大利潤。 其中，倉儲控制系統(tǒng)是現(xiàn)代倉儲系統(tǒng)的重要組成部分，是倉儲高效運行的核心。 倉儲系統(tǒng)中的自動分揀系統(tǒng)、 自動入出庫系統(tǒng)等廣泛使用自動控制系統(tǒng)。 隨著物流企業(yè)規(guī)模擴大和物流技術的發(fā)展， 自動化立體倉庫和中小規(guī)模自動化倉儲系統(tǒng)普遍推廣應用， 倉儲控制系統(tǒng)的規(guī)模和復雜程度也日益提高，越來越多的使用計算機控制、 PLC控制，甚至 DCS控制設備，這就直接導致了倉儲控制系統(tǒng)的開發(fā)、 維護難度增大。 本

2、文以一個典型倉儲系統(tǒng)為研究對象，以三菱 PLC為核心建立其控制系統(tǒng)，系統(tǒng)地介紹了整個平臺的組成和如何運用一個三菱 PLC實現(xiàn)倉儲自動化的工作原理。在此基礎上，以一條模擬流水線系統(tǒng)中的小型自動化倉庫為研究對象， 進一步介紹了智能倉儲各部分的工作原理以及設計出了利用三菱 PLC控制系統(tǒng)完成智能分揀、入庫、出庫的程序設計。該智能倉儲控制系統(tǒng)給出了一種智能化、經(jīng)濟型的倉庫自動化設計方案和采用三菱PLC梯形圖設計出的最佳程序。2 課題任務的容和要求1、首先通過有關書籍對PLC技術、傳感器技術進行初步學習。2、本文要研究的倉儲系統(tǒng)如下圖所示。3、倉儲模擬場地是在普通地面上使用寬 30mm的與地面盡可能有最

3、大顏色反差的膠條作為引導線或標志線；機器人出發(fā)區(qū)為 300mm×300mm的區(qū)域；沿出發(fā)區(qū)有引導線 ab 和 cd 兩段，cd 引導線直達停止區(qū)，停止區(qū)也是 300mm ×300mm的區(qū)域。中間 bc 段 500mm的距離無引導線。引導線 ab 通過 O 點，O點處有一條長 200mm，寬 30mm的線與引導線正交；在距離 O點 350mm 的圓周上有 A、B、C、D、E、F 六個點。這六個點以引導線為對稱軸，分布在引導線兩側。 B、O、E 三點在一條直線上， BE垂直于引導線， AOB= BOC= DOE= EOF=45°。 e 點距 c 點 350mm。在引導

4、線 cd 的側方設置有 G、H、I 三個收料槽，三個收料槽底部為 65× 65mm的正方形，幫高 15mm。三個收料槽的中心線與 cd 引導線垂直，相較于 e 點。收料槽 G的中心，距離引導線 cd 350mm， G、H、 I 之間相距 150mm。機器人收取紅、白、黑三種顏色的立方體工件，分別送入指定的收料槽。 （如圖 2.1 ）圖 2.1倉儲系統(tǒng)的基本組成3 倉儲系統(tǒng)及機器人的工作過程如圖 2.1 ，關節(jié)型機器人從出發(fā)區(qū)開始沿引導線或者標志線前進，當碰到O點處的行程開關（十字引導線處）時便停下，并且記下 O點行程開關被碰到的次數(shù)。此時貨物被分別放置在 AF 的平臺上，通過部程序關

5、節(jié)型機器人拾取物料。當機械臂回到參考點時，關節(jié)型機器人繼續(xù)前進。行至 e 點時，關節(jié)型機器人觸動了 e 點的行程開關，經(jīng)過程序處理，一使 ef 段的傳送帶開始工作，二使關節(jié)型機器人的機械臂動作，將物料放置在傳送帶上。當貨物經(jīng)過傳送帶到達 G、H、I 三點時，安裝在這三點的色彩識別傳感器就會分別檢測貨物的顏色，當發(fā)現(xiàn)顏色符合色彩識別傳感器部程序的時候，轉化為數(shù)字信號給 PLC。一使 ef 傳送帶停止， 二使對應的氣缸動作， 推動貨物至相應的收料槽。當機械臂回到參考點時， 控制后退電機運轉， 拾取其他的物料，重復以上操作。當觸及O點行程開關的次數(shù)達到六次時，而且機械臂回到參考點時，機器人便會向停止

6、區(qū)運行繼續(xù)前進， 觸及到 d 點行程開關時延時1-2秒，確保到達停止區(qū)后便停止運行。4 分揀機構的控制系統(tǒng)4.1分揀機構工作過程（如圖 4.3 ）在 e 點安裝一個行程開關 (X001) ，當檢測到機器人到達 e 點時，通過 PLC程序提取行程開關（ X001）的上升沿來控制 ef 段的傳送帶開始工作，并且控制關節(jié)型機器人將物料放置在傳送帶上。 分別在 G、H、I 三點安裝紅、白、黑三色顏色傳感器 (X002、X003、X004)，傳送帶將工件運送至 G點時，當 G點顏色傳感器（紅色）檢測到工件為紅色時， G點顏色傳感器（ X002）發(fā)出信號，通過 PLC程序，此時一使傳送帶停止便于物料停止位

7、置和收料槽在一條直線上， 二使 G點的氣缸 (Y002) 動作，從而將紅色工件送入對應的收料槽； 若檢測到 G點工件不是紅色，則 G點氣缸不采取任何動作，而是由傳送帶將該工件運送至 H 點；當 H 點顏色傳感器（白色）檢測到工件為白色時， H點顏色傳感器 (X003) 發(fā)出信號，通過 PLC程序，一使傳送帶停止便于物料停止位置和收料槽在一條直線上，二使 H 點的氣缸 (Y003) 動作，從而將白色工件送入對應的收料槽；若檢測到H點工件不是白色，則H點氣缸不采取任何動作，而是由傳送帶將該工件運送至I點；當 I 點顏色傳感器（黑色）檢測到工件為黑色時， I 點顏色傳感器 (X004) 發(fā)出信號，通

8、過 PLC程序，一使傳送帶停止便于物料停止位置和收料槽在一條直線上，二使 I 點的氣缸 (Y004) 動作，從而將黑色工件送入對應的收料槽。 當機器人的機械臂回到參考點并且末端執(zhí)行器沒有物料時候，機器人回頭拾取第二個物料。通過 PLC提取只要有一個顏色傳感器檢測到物料使得傳送帶停止工作。從而完成了一個周期收料過程。當機器人中的六個立方體工件全部運送至收料槽后，機器人開始向停止區(qū)運動。4.2分揀機構梯形圖程序X1：e 點處的行程開關Y1：收料槽皮帶輪執(zhí)行電機X2：收料槽 G顏色傳感器Y2：收料槽 G處對應的電磁閥X3：收料槽 H 顏色傳感器Y3：收料槽 H 處對應的電磁閥X4：收料槽 I 顏色傳

9、感器Y4：收料槽 I 處對應的電磁閥4.3分揀機構各硬件布置圖圖 4.34.4分揀機構零部件行程開關參數(shù)：機械壽命1000 萬次以上，電氣壽命： 30 萬次以上 ( 額定負載 ) ，電磁接觸器 FC-100(AC200V)負載： 500 萬次以上，最大通電頻率120 次/ 分鐘顏色傳感器氣缸5 關節(jié)型機器人控制系統(tǒng)的實現(xiàn)5.1 關節(jié)型機器人的大致說明首先機器人我們選擇的是關節(jié)型機器人，下圖為機器人通用的形式：1機座 2 控制系統(tǒng) 3 執(zhí)行機構下圖為關節(jié)型機器人末端執(zhí)行器的機械圖：1 手爪 2 傳動機構3 驅動裝置4 支架 5 物料5.2 實現(xiàn)關節(jié)型機器人的控制過程如下圖所示為智能倉儲中機器人的

10、整體結構實際效果圖。該機器人以PLC為核心，接受傳感器傳來的外部信息，進行處理，控制機器人運行。引導線檢測模塊在機器人的運行過程中起著引導的作用。 根據(jù)白色和黑色反射系數(shù)不同， 通過以光電傳感器為核心的光電檢測電路將路面兩種顏色進行區(qū)分， 轉化為不同電平信號，將此電平信號送入 PLC，由 PLC控制轉向電機作相應的轉向，保證小車沿引導線行駛。而且考慮到小車與路面的相對位置， 采用了反射式光電檢測電路。為了提高檢測精度， 采用了多傳感器信息融合技術。 設計中，在車頭均勻布置三個光電傳感器，其中，中間一個安裝在小車正中央。光電檢測轉換電路機器人左右兩端分別布置一個傳感器， 經(jīng)過正確的電路與 PLC

11、相連接。若兩側某一傳感器檢測到黑線， 表明小車正脫離軌道， 將 3 個檢測點的結果融合后作為 PLC的輸入，機器人按照 PLC信息進行判斷調(diào)整，實現(xiàn)路徑跟蹤和自動糾偏。若兩側的兩個傳感器同時檢測到黑線， 表明小車行駛至裝貨位置， 將 3 個監(jiān)測點的結果融合后作為 PLC的輸入，機器人按照 PLC信息進行判斷，實現(xiàn)運動的暫停與繼續(xù)。工件裝卸檢測電路若機器人經(jīng)過距離 a 點 550mm處的工件裝載點時，通過光電傳感器一來控制機器人暫停前進， 同時給 PLC發(fā)信號啟動關節(jié)型機器人實現(xiàn)物料的抓取。 在抓取的過程中，根據(jù)六個物料分布在以機器人停止點為圓心的圓周上面， 所以根據(jù)已有的數(shù)據(jù)得出機器人各個關節(jié)

12、的運動矩陣， 從而實現(xiàn)物料的抓取。 末端執(zhí)行器采用氣動真空抽吸和真空吹氣的形式。 當末端執(zhí)行器吸有物料的時候， 光電傳感器檢測到有物料， 此時機械臂返回參考點， 當參考點的位置開關被觸動， 才能使得機器人繼續(xù)前進。 送物料的時候同樣的原理， 真空吹氣， 末端執(zhí)行器上面的傳感器檢測到?jīng)]有物料， 而且機械臂回到參考點才能啟動機器人進行下一個物料的拾取和循環(huán)。此時為了保證裝載有工件的機器人能平穩(wěn)運行， 必須將機器人手臂的位置（參考點）調(diào)整至與運行方向在同一平面。直到從 AF（如圖）中的工件全部裝載完畢。當 O的行程開關被觸及的次數(shù)達到六次時候， PLC會給機器人發(fā)信號，即送完物料之后， 機器人直接往

13、停止區(qū)域前進， 不再執(zhí)行回頭拾取物料的指令。5.3控制機器人系統(tǒng)的梯形圖程序X5: 出發(fā)區(qū)域的微動開關Y5:控制機器人前進的電機X6: 關節(jié)型機器人左側的光電傳感器Y6:控制機器人右拐的電機X7: 關節(jié)型機器人右側的光電傳感器Y7:控制機器人左拐的電機X10:O 點處的行程開關Y10:控制機器人后退的電機X11: 末端執(zhí)行器上的光電傳感器X12: 機械臂上的位置開關X13:b 點處的行程開關X14:c 點處的行程開關X15:d 點處的行程開關5.4機器人運動矩陣方程式為了便于理解，我們以三自由度的關節(jié)機器人為例，然后按照機座、關節(jié)及機械接口坐標系的確定方法確定坐標系的方向。O0 與 O1 坐標

14、系的位置矢量關系式可用下式表示：X0YZ1T0TTXYZ1T=T XY Z11 T00111 110,111式中0T010坐標系經(jīng)過0T1為 O和 O 坐標系間的其次坐標變換矩陣，表示O1 變換后與 O 坐標系重合；1為關節(jié) 1 的運動矩陣，0,1 表示 O 坐標系相對 O 坐標1TT10系的相對運動矩陣。本例中：1000C1S1000 T 10100， T1S1C100式中， c0 為 O0 坐標系中沿 Z00010010c 000010001方向平移量，1 為關節(jié) 1 的回轉運動量， C=cos 1，S =sin1 。11用同樣的方法寫出 O 與 O 坐標系的矢量關系如下：21X1 Y1

15、Z1 1T 1T2 T2 X2 Y2 Z2 1T = T1,2 X2Y2Z 21 T1T12T2為關節(jié) 1 的運動矩陣，式中2為 O和 O 坐標系間的其次坐標變換矩陣，T211,2表示 O 坐標系相對O 坐標系的相對運動矩陣。本例中：1001T 20C 1S0SC1000110C2S2000S2C200c1 ， T20010，式中 190 ， 2為關10001節(jié) 2 的回轉運動量。因此，我們可以得到O2 和 O0 坐標系的矢量關系：X0YZ1TTXYZ1T000,1111TTX2YZ21T0,11,22TX2YZ21T0,22式中，T0,2 為 O2 坐標系相對于 O0 坐標系的相對運動矩陣。

16、用同樣的方法可以寫出 T2,3 、 3Tm ，本例中：CT2,32T3T30S0220 S1 00 C0 022a2C3S3000S3C30000010其中 290 ， 3為關節(jié) 310001繞 Z3 軸方向的回轉運動量。C3TmS0033SC003003001c， 3為 O與 O 坐標系間的旋轉變換角， 本例中390。33m01由于 O3 坐標系與 Om坐標系間無運動，故只有坐標轉化。最后寫出Om與 O0 坐標系的矢量關系式為：X0Y0Z01TT0,m XmYmZm1TT0, m 0001T式中，Xm=Ym=Zm=0，其中 Om坐標系相對于 O0 坐標系的相對運動矩陣T0,m 表達式如下：T

17、 0 , mT 0 ,1 T1, 2 T2 ,33T m ，也可將此式子矩陣連乘結果用下式表示：T0,mR0,mP0,mTPo01 ，可以看出運動矩陣分別表示了末端0,m 中的0,m何0,m執(zhí)行器在機座中的位置和姿態(tài)。因此，把相對運動矩陣T0,m稱為運動功能位姿矩陣，可簡稱機器人的運動矩陣，這是機器人位姿的另一種描述方式。5.5機器人各部件的布置圖由于關節(jié)型機器人的機座下面由直流伺服電機來控制， 直流伺服電機又是由 PLC 來控制其運動和停止。下圖為小車的簡圖：機器人各關節(jié)的控制變量如下圖：5.6機器人機構的零部件行程開關在機器人搬運物料過程中， 所用的形成開關和分揀機構的行程開關一樣，所以參

18、考中的圖和特性說明。直流伺服電機微動開關特點：采用熱固性和熱塑料外殼，具有微小觸點間隙，動作快速、高靈敏和微笑行程。配置各種形式的驅動手柄，廣泛應用各家電器、電子設備、自動化設備、通訊設備、汽車電子、儀器儀表等領域。光電傳感器結論傳統(tǒng)倉儲系統(tǒng)的占地面積大、耗用工時多、出入庫不方便、生產(chǎn)效率低下、支出資金大等等缺點， 在現(xiàn)代生產(chǎn)中已經(jīng)完全不能適應。 所以集成了先進物流設備、自動控制系統(tǒng)、 計算機及其網(wǎng)絡、 信息識別和信息管理系統(tǒng)的現(xiàn)代倉儲系統(tǒng)應運而生。由于在智能倉儲中運用了機器人搬運物料使得搬運的工時節(jié)省了， 減少了勞動力，可以二十四小時不停地工作，提高了生產(chǎn)效率。在物料存儲過程中，有傳送帶和自動篩選供功能代替了傳統(tǒng)的人工。 不僅減少了工時、 人力資源還大大降低了錯誤率提高生產(chǎn)工作效率。 其中的高層貨架、立體貨架代替?zhèn)鹘y(tǒng)的平面貨架，不僅節(jié)省了空間資源還提高了效率， 使得出入庫完全自動化， 節(jié)省了大量的時間和勞動力。倉儲自動化系統(tǒng)實現(xiàn)了通過先進物流設備、計算機以及 PLC進行倉儲自動、遠程控制的目標， 不僅減少了占地面積， 提高了土地使用效率， 同時實現(xiàn)了貨物的分揀、入庫、出庫等一系列復雜環(huán)節(jié)的智能化與自動化。 倉儲自動化系統(tǒng)在現(xiàn)代社會中的廣泛應用， 大大加快了貨物的存儲、 提取速度， 倉庫運行效率也大提高了，管理成本明顯