plc的立體倉(cāng)庫(kù)運(yùn)用

1、中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院2011屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書1緒論可編程控制器(programmable logic controller),簡(jiǎn)稱plc。它是20世紀(jì)70年代 以來，在集成電路、計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型工業(yè)控制設(shè)備。由于它具有 功能強(qiáng)、可靠性高、配置靈活、使用方便以及體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，國(guó)外己廣泛應(yīng)用 于自動(dòng)化控制的齊個(gè)領(lǐng)域，并已成為實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的支柱產(chǎn)品。近年來，國(guó)內(nèi)在 plc技術(shù)與產(chǎn)晶開發(fā)應(yīng)用方面發(fā)展很快，除有許多從國(guó)外引進(jìn)的設(shè)備、自動(dòng)化生產(chǎn)線外, 國(guó)產(chǎn)的機(jī)床設(shè)備已越來越多地采用plc控制系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的繼電-接觸器控制系統(tǒng)。與 繼電一接觸器系統(tǒng)相比系統(tǒng)更加可靠；占位空間比

2、繼電一接觸器控制系統(tǒng)?。粌r(jià)格上能 與繼電一接觸器控制系統(tǒng)競(jìng)爭(zhēng)；易丁在現(xiàn)場(chǎng)變更程序；便于使用、維護(hù)、維修；能直接 推動(dòng)電磁閥、接觸器與于z相當(dāng)?shù)膱?zhí)行機(jī)構(gòu)；能向中央執(zhí)行機(jī)構(gòu)；能向屮央數(shù)據(jù)處理系 統(tǒng)直接傳輸數(shù)據(jù)等。1. 1立體倉(cāng)庫(kù)概述1. 1. 1立體倉(cāng)庫(kù)發(fā)展歷史立體倉(cāng)庫(kù)一詞起源于“高層貨架”，一般是指采用幾層、十幾層乃至幾十層高的貨 架儲(chǔ)存單元貨物，隨著科技的發(fā)展，人們逐漸采用起重、裝卸、運(yùn)輸機(jī)械設(shè)備等相應(yīng)的 物料搬運(yùn)設(shè)備進(jìn)行貨物入庫(kù)和出庫(kù)作業(yè)的倉(cāng)庫(kù)。由于這類倉(cāng)庫(kù)能充分利用空間儲(chǔ)存貨 物，故常形象地將其稱為“立體倉(cāng)庫(kù)” ，0早在20世紀(jì)50年代初期，美國(guó)就出現(xiàn)了使用橋式堆垛起重機(jī)的倉(cāng)庫(kù)。這種起重機(jī)

3、 是在通用橋式起重機(jī)的小車上裝設(shè)堆取貨物的裝置，從地面上用按鈕進(jìn)行操縱，其結(jié)果 是使貨架間的通道大大減小，單位面積的儲(chǔ)存量平均增加了 50%多。此后立體倉(cāng)庫(kù)在美 國(guó)和西歐得到迅速發(fā)展。1963年美國(guó)某公司首先在倉(cāng)庫(kù)業(yè)務(wù)中采用計(jì)算機(jī)控制，倉(cāng)庫(kù)高 度已達(dá)12米。20壯紀(jì)60年代中期，h本開始興建立體倉(cāng)庫(kù)，而且發(fā)展的速度越來越快, 據(jù)日木“產(chǎn)業(yè)機(jī)工”的統(tǒng)計(jì)，到1982年，日木已擁有各種立體倉(cāng)庫(kù)3257座，兒乎相當(dāng) 于歐美國(guó)建擁有量得總和。立體倉(cāng)庫(kù)由于具有很高的空間利用率、很強(qiáng)的入岀庫(kù)能力、采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制管 理乂利于企業(yè)實(shí)施現(xiàn)代化管理等特點(diǎn)，已成為企業(yè)物流和生產(chǎn)管理不可缺少的倉(cāng)儲(chǔ)技第1頁(yè)共55頁(yè)

4、術(shù)，越來越受到企業(yè)的重視。1. 1.2立體倉(cāng)庫(kù)的組成立體倉(cāng)庫(kù)一般出高層貨架、倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)械設(shè)備、建筑物及控制和管理設(shè)施等部分組成。 貨架的形式有很多，材料一般用鋼材或鋼筋混凝十制作。鋼貨架的優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)件尺寸小， 倉(cāng)庫(kù)空間利用率高，制作方便，安裝建設(shè)周期短。而耳隨著高度的增加，鋼貨架比混凝 土貨架的優(yōu)越性更加明顯。為了提高貨物裝卸、存取效率，口動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)一般使用貨 箱或托盤盛放貨物。貨箱與托盤的基本功能是盛放小件物料，同時(shí)還應(yīng)便于運(yùn)輸車和堆 跺機(jī)的插取和存放。搬運(yùn)設(shè)備是口動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)中的重要設(shè)備，它們一般出電力驅(qū)動(dòng)，通過 手動(dòng)或自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)把貨物從一處搬運(yùn)到另一處。輸送系統(tǒng)必須具有高度的可靠性。 在立體

5、倉(cāng)庫(kù)內(nèi)，一般只有一套輸送系統(tǒng)，一旦發(fā)生故障，就會(huì)使整個(gè)倉(cāng)庫(kù)工作受到影響。 所以，要求輸送系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)上的設(shè)備可靠、耐用、維修方便。對(duì)輸送系統(tǒng)設(shè)置手動(dòng) 控制做后備。12國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀立體倉(cāng)庫(kù)一般是指采用幾層、十幾層乃至幾十層高的貨架儲(chǔ)存單元貨物，用相應(yīng)的 物料搬運(yùn)設(shè)備進(jìn)行貨物入庫(kù)和出庫(kù)作業(yè)的倉(cāng)庫(kù)。由于這類倉(cāng)庫(kù)能充分利用空間儲(chǔ)存貨 物，故常形象地將其稱為“立體倉(cāng)庫(kù)”。立體倉(cāng)庫(kù)的產(chǎn)生和發(fā)展是第二次世界大戰(zhàn)z后生產(chǎn)和技術(shù)發(fā)展的結(jié)果。50年代初， 美國(guó)出現(xiàn)了采用橋式堆垛起覓機(jī)的立體倉(cāng)庫(kù)；50年代末60年代初出現(xiàn)了司機(jī)操作的巷 道式堆垛起重機(jī)立體倉(cāng)庫(kù)；1963年美國(guó)率先在高架倉(cāng)庫(kù)中采用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，建

6、立了 第一座計(jì)算機(jī)控制的立體倉(cāng)庫(kù)。此后，自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)在美國(guó)和歐洲得到迅速發(fā)展，并 形成了專門的學(xué)科。60年代中期，h本開始興建立體倉(cāng)庫(kù)，并且發(fā)展速度越來越快，成 為當(dāng)今世界上擁有£1動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)最多的國(guó)家之一。我國(guó)對(duì)立體倉(cāng)庫(kù)及其物料搬運(yùn)設(shè)備的研制開始并不晚，1963年研制成第一臺(tái)橋式堆 垛起重機(jī)，1973年開始研制我國(guó)第一座由計(jì)算機(jī)控制的自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)，該庫(kù)1980年 投入運(yùn)行。到冃前為止，我國(guó)自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)數(shù)量已超過200座。立體倉(cāng)庫(kù)由于具有很 高的空間利用率、很強(qiáng)的入出庫(kù)能力、采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制管理而利于企業(yè)實(shí)施現(xiàn)代化 管理等特點(diǎn)，已成為金業(yè)物流和生產(chǎn)管理不可缺少的倉(cāng)儲(chǔ)技術(shù)，越

7、來越受到企業(yè)的重視。自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)應(yīng)用范圍很廣，幾乎遍布所有行業(yè)。在我國(guó)，自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)應(yīng)用的行業(yè)主 耍有機(jī)械、冶金、化工、航空航天、電子、醫(yī)藥、食品加工、煙草、印刷、配送中心、 機(jī)場(chǎng)、港口等。1969年美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司(dec)研制書世界第一臺(tái)可編程控制器，并成功地應(yīng)用 在美國(guó)(gm)的生產(chǎn)線上。但當(dāng)時(shí)只能進(jìn)行邏輯運(yùn)算，故稱為可編程邏輯控制期，簡(jiǎn) 稱 plc (programmable logic controller)o70年代后期，隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)的迅猛發(fā)展，使plc從開關(guān)量的邏輯控制擴(kuò) 展到數(shù)字控制及生產(chǎn)過程控制域，真正成為一種電子計(jì)算機(jī)工業(yè)控制裝置，故稱為可編 程控制器，簡(jiǎn)稱pc (

8、programmable controller).但由于pc容易與個(gè)人計(jì)算機(jī) (programmable computer)相混淆，故人們?nèi)粤?xí)慣地用plc作為可編程器的縮寫。1985年國(guó)際電工委員會(huì)(iec)對(duì)plc的定義如下：可編程控制器是一種進(jìn)行數(shù)字運(yùn)算的屯子系統(tǒng)，是專為在工業(yè)環(huán)境下的應(yīng)用而設(shè)計(jì) 的工業(yè)控制器，它釆用了可以編程的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控 制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字或模擬式的輸入和輸出，控制各 種類型機(jī)械的生產(chǎn)過程。plc是繼電器邏輯控制系統(tǒng)發(fā)展而來，所以它在數(shù)學(xué)處理、順序控制方面具有一定 優(yōu)勢(shì)。繼電器在控制系統(tǒng)中主要起兩種作用：(1

9、)邏輯運(yùn)算(2)弱電控制強(qiáng)電。plc是集自動(dòng)控制技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)丁一體的一種新型t業(yè)控制裝置， 已躍居工業(yè)自動(dòng)化三人支柱(plc、robot. cad/cam)的首位?？删幊炭刂破?，簡(jiǎn) 稱plco它在集成電路、計(jì)算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一屮新型工業(yè)控制設(shè)備。具 有1.可靠性髙、抗干擾能力強(qiáng)2.設(shè)計(jì)、安裝容易，維護(hù)工作量少4.功能強(qiáng)、通用性好5. 開發(fā)周期短，成功率高6.體積小，重量輕、功耗底等特點(diǎn)。己經(jīng)廣泛應(yīng)用于自動(dòng)化控制 的各個(gè)領(lǐng)域，并已成為實(shí)現(xiàn)丁業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的支柱產(chǎn)品。與繼電接觸器系統(tǒng)相比系 統(tǒng)更加可靠；占位空間比繼電接觸器控制系統(tǒng)??；價(jià)格上能與繼電接觸器控制 系統(tǒng)競(jìng)爭(zhēng)；易于在

10、現(xiàn)場(chǎng)變更程序；便于使用、維護(hù)、維修；能直接推動(dòng)電磁閥、觸器與 于z相當(dāng)?shù)膱?zhí)行機(jī)構(gòu)；能向中央執(zhí)行機(jī)構(gòu)；能向中央數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)直接傳輸數(shù)據(jù)等。自上世紀(jì)60年代以來，美日歐等國(guó)家和地區(qū)設(shè)計(jì)和投入使用的立體倉(cāng)庫(kù)越來越多， 立體倉(cāng)儲(chǔ)技術(shù)已成為一門新興的學(xué)科。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，美國(guó)有各種類型的口動(dòng)化立體倉(cāng) 庫(kù)20000多座，h本有38000多座，徳國(guó)有10000多座，英國(guó)有4000多座，前蘇聯(lián)有 1500多座。堆跺機(jī)是自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的主要作業(yè)機(jī)械，擔(dān)負(fù)著出庫(kù)、進(jìn)庫(kù)、盤庫(kù)等任務(wù), 是自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的核心部件，自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的發(fā)展就是以堆跺機(jī)的發(fā)展為主要標(biāo)志 的，h前巷道式堆跺機(jī)為主要發(fā)展方向。在我國(guó)，立體倉(cāng)庫(kù)的發(fā)

11、展是從70年代初期開始的，1963年研制成第一臺(tái)橋式堆垛起 重機(jī)，1973年開始研制我國(guó)第一座由計(jì)算機(jī)控制的自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)（髙15米，機(jī)械部 起重所負(fù)責(zé)），該庫(kù)1980年投入運(yùn)行，出北京機(jī)械工業(yè)口動(dòng)化研究所等單位研制建成我 國(guó)第一座自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)，并在北京汽車制造廠投產(chǎn)。從此以后，立體倉(cāng)庫(kù)在我國(guó)得 到了迅速的發(fā)展。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，h前我國(guó)己建成的立體倉(cāng)庫(kù)近300個(gè)，其中全自動(dòng)化 的立體倉(cāng)庫(kù)有30多個(gè)。1995年建成的儀征化纖工業(yè)聯(lián)合公司滌綸長(zhǎng)絲白動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù), 是冃前我國(guó)獨(dú)立設(shè)計(jì)和制造的綜合自動(dòng)化程度最高的立體倉(cāng)庫(kù)。近些年我國(guó)ft動(dòng)化倉(cāng)庫(kù) 技術(shù)發(fā)展很快，己實(shí)現(xiàn)了與其它信息決策系統(tǒng)的集成，并正在做

12、智能控制和模糊控制的 研究工作。盡管如此，至今在我國(guó)已建成的集成化倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)還不多，我國(guó)的自動(dòng)化立體 倉(cāng)庫(kù)與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家和比，無論是從數(shù)量上還是從建設(shè)水平上都有著比較大的差距。因此，進(jìn)行立體倉(cāng)庫(kù)的plc控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，可以推動(dòng)機(jī)械手行業(yè)的發(fā)展，擴(kuò)人plc 在自動(dòng)控制領(lǐng)域的應(yīng)用，具有一定的經(jīng)濟(jì)和理論研究的價(jià)值。13立體倉(cāng)庫(kù)的研究意義1.3. 1社會(huì)意義立體倉(cāng)庫(kù)的特點(diǎn)在于以高層立體貨架為標(biāo)志，以成套先進(jìn)搬運(yùn)設(shè)備為基礎(chǔ)，以先進(jìn) 的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)為主耍手段，高效率地利用倉(cāng)儲(chǔ)空間，節(jié)約時(shí)間和人力進(jìn)行各種作業(yè), 具有巨人地社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，因此被普遍應(yīng)用于機(jī)器制造業(yè)、電器制造業(yè)、航空港、 輕工和化工企業(yè)、

13、商儲(chǔ)業(yè)、軍需部門等各行各業(yè)。其中自動(dòng)化的立體倉(cāng)庫(kù)更是具有廣闊市場(chǎng)前景。它集機(jī)械、電子、控制、計(jì)算機(jī)技 術(shù)于一體，具有科技含量高，貨物存取效率高和口動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)，在物流監(jiān)控技術(shù)、 計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)、通信技術(shù)、貨位優(yōu)化管理等技術(shù)領(lǐng)域都有很好的應(yīng)用。從制造t廠、 商場(chǎng)、機(jī)場(chǎng)，到港口、軍需部地下室冷庫(kù)到都少不了立體倉(cāng)庫(kù)的身影，特別是隨著人們 生活水平的提高，自我國(guó)的機(jī)動(dòng)車數(shù)量口益猛壇，傳統(tǒng)的停車場(chǎng)已經(jīng)不能滿足人們的需 求，于是人們將立體倉(cāng)庫(kù)這一理念和技術(shù)應(yīng)用于停車庫(kù)，很多城市都相繼出現(xiàn)了立體停 車庫(kù)，使停車難的問題逐漸得以緩解，所以為了更好的合理利用資源、保證產(chǎn)需均衡、 提高物流效率，我們對(duì)于自動(dòng)化

14、立體倉(cāng)庫(kù)的研究迫在眉睫。1.3.2科技意義近些年我國(guó)自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)技術(shù)發(fā)展很快，盡管如此，至今在我國(guó)己建成的集成化倉(cāng)儲(chǔ) 系統(tǒng)述不多，我國(guó)的自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家相比，無論是從數(shù)量上還是從建設(shè) 水平上都有著比較大的差距，究其原因，口動(dòng)化程度不夠是一個(gè)很大的缺陷。對(duì)此能較有效的改善這一缺陷的方法就是在控制系統(tǒng)屮采用plc控制器，因?yàn)閜lc 功能強(qiáng)大，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，維修方便，易丁實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化，可以完全滿足 立體倉(cāng)庫(kù)工作環(huán)境和控制系統(tǒng)的要求。通過plc控制的立休倉(cāng)庫(kù)克服了繼電接觸控制系 統(tǒng)屮的機(jī)械觸點(diǎn)的接線復(fù)雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點(diǎn)，充分利用 了微處理器的優(yōu)點(diǎn)，又照顧

15、到現(xiàn)場(chǎng)電氣操作維修人員的技能與習(xí)慣，特別是plc的程序 編制，不需要專門的計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言知識(shí)，而是采用了一套以繼電器梯形圖為基礎(chǔ)的簡(jiǎn) 單指令形式，使用戶程序編制形象、直觀、方便易學(xué)，調(diào)試與查錯(cuò)也都很方便。另外，當(dāng)前各領(lǐng)域中使用的立體倉(cāng)庫(kù)往往是很龐人的系統(tǒng)，研制立體倉(cāng)庫(kù)往往需要 投入很大的人力和財(cái)力，這給立體倉(cāng)庫(kù)的研究帶來很大難度，令很多科技研發(fā)和教學(xué)研 究機(jī)構(gòu)望而卻步，針對(duì)這一難題，可以通過設(shè)計(jì)制作小型的立體倉(cāng)庫(kù)模型，對(duì)其加入控 制系統(tǒng)，并通過對(duì)其進(jìn)行模擬調(diào)試，再將其研究成果應(yīng)用于立體倉(cāng)庫(kù)的生產(chǎn)研制，這樣 一來既節(jié)約成木，提高效率，也可以更為廣泛的開展對(duì)于立體倉(cāng)庫(kù)的研究。事實(shí)證明， 大型口動(dòng)化

16、倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)己不再是發(fā)展方向。為了適應(yīng)工業(yè)發(fā)展的新形勢(shì)，出現(xiàn)了規(guī)模更小, 反應(yīng)速度更快，用途更廣的自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)，如徳國(guó)veltins啤酒廠制酒倉(cāng)庫(kù)，還有 metzler optik partner ag公司的小件倉(cāng)庫(kù)，通過提髙運(yùn)送速度和加快工作循環(huán)，達(dá)到 了驚人的倉(cāng)庫(kù)利用率。1.3.3教學(xué)意義目前，很多高等院校以及職業(yè)院校的電子、機(jī)械等專業(yè)都把plc列為一項(xiàng)必修課程, 因此可以將此立體倉(cāng)庫(kù)制作成教學(xué)模型，則既可以在教學(xué)過程屮增加教學(xué)的應(yīng)用性，乂 可以通過讓學(xué)生設(shè)計(jì)不同的plc程序來達(dá)到不同的運(yùn)行效果，適用于學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)、課 程設(shè)計(jì)、實(shí)習(xí)實(shí)驗(yàn)等，也適合于研究機(jī)構(gòu)的科研使用，具有一定的教學(xué)意義。傳統(tǒng)

17、條件下的庫(kù)房管理作業(yè)，主要依據(jù)人工裝卸，特別是對(duì)丁一些大型物資，不僅 工作效率低，浪費(fèi)大量的人力、物力，存在較大的安全隱患，同時(shí)還占據(jù)大量的庫(kù)房面 積。立體庫(kù)的投入使用，徹底解決了這一難題.自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)可以產(chǎn)生巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。它通過高層貨架存儲(chǔ)，使存 儲(chǔ)區(qū)大幅度地向高空發(fā)展，提高了空間利用率；自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)采用層積式存放，結(jié)合 計(jì)算機(jī)管理，可以很容易實(shí)現(xiàn)先入先岀，防止貨物的然老化、變質(zhì)和損壞；通過白動(dòng) 存取系統(tǒng)（as/rs）,加快了運(yùn)行和處理速度，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低操作人員的勞動(dòng)強(qiáng) 度；采用自動(dòng)化技術(shù)厲，還能較好地適應(yīng)黑喑、低溫、污染、有毒和易爆等特殊場(chǎng)合的 物品存儲(chǔ)需要；計(jì)算

18、機(jī)控制能夠始終準(zhǔn)確無誤地對(duì)各種信息進(jìn)行存儲(chǔ)和管理，減少了貨 物處理和信息處理過程中的丼錯(cuò)；同時(shí)借助于計(jì)算機(jī)管理還能有效地利用倉(cāng)庫(kù)存儲(chǔ)能 力，便于清點(diǎn)和盤庫(kù)，合理減少庫(kù)存，加快資金周轉(zhuǎn)，節(jié)約流動(dòng)資金，從而提高倉(cāng)庫(kù)的 管理水平。口動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)的信息系統(tǒng)可以與企業(yè)的生產(chǎn)信息系統(tǒng)集成，實(shí)現(xiàn)企業(yè)信息管理的口動(dòng) 化。同時(shí)，由于使用自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)，促進(jìn)企業(yè)的科學(xué)管理，減少了浪費(fèi)，保證均衡生產(chǎn)， 也提高了操作人員素質(zhì)和管理人員的水平。14本文研究的主要內(nèi)容課題的主要任務(wù)是自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。倉(cāng)位的主體框架除包括十二個(gè) 庫(kù)位外，還配有一個(gè)物品入口位和一個(gè)出口位，并在這十二個(gè)庫(kù)位的底部均設(shè)置有檢測(cè) 開關(guān)，若庫(kù)內(nèi)

19、有物品，則壓制相應(yīng)的檢測(cè)開關(guān)使之閉合，若無物品，則相應(yīng)的檢測(cè)開關(guān) 斷開。本文的主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)構(gòu)可分為五個(gè)章節(jié)，分別如下：1）第一章研究了自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的發(fā)展歷史和基本組成，以及國(guó)內(nèi)外立體化倉(cāng)庫(kù)的 現(xiàn)狀和國(guó)內(nèi)立體化倉(cāng)庫(kù)的不足z處，分析立體化倉(cāng)庫(kù)的發(fā)展方向。同時(shí)，提出本文所要 研究的主要內(nèi)容。2）第二章論證自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的設(shè)計(jì)方案，包括模塊組成，以及各個(gè)模塊在系統(tǒng)屮 的功能，還提出了在設(shè)計(jì)屮出現(xiàn)的問題并給出解決方案。3）第三章對(duì)立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)的作了硬件設(shè)計(jì)，并通過立體倉(cāng)庫(kù)模型的來設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)， 分析了組成各模塊的元器件，包括步進(jìn)電機(jī)、直流電機(jī)、傳送桿、電源模塊等，并對(duì)這 些硬件的工作原理和功能進(jìn)行說明

20、。4）第四章進(jìn)行了對(duì)動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，包括所采用的plc控制器、 plc編程軟件、plc與齊模塊間的連接、程序流程圖以及plc程序的詳細(xì)闡述，其中包 括手動(dòng)控制和自動(dòng)控制、取貨物、送貨物、狀態(tài)顯示等程序。5）第五章通過立體倉(cāng)庫(kù)模型系統(tǒng)的操作運(yùn)行進(jìn)行結(jié)果分析，系統(tǒng)調(diào)試和分析得出結(jié) 論，驗(yàn)證設(shè)計(jì)的可行性。2系統(tǒng)控制方案的確定2.1自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的概述自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)是指在不直接進(jìn)行人工處理的情況卜；自動(dòng)地完成物品倉(cāng)儲(chǔ)和取 出的系統(tǒng)，它以高層立體貨架為主體，以成套搬運(yùn)設(shè)備為基礎(chǔ)，是集自動(dòng)控制技術(shù)、通 信技術(shù)、機(jī)電技術(shù)于一體的高效率、大容量存儲(chǔ)機(jī)構(gòu)。自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的出現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了 倉(cāng)庫(kù)功能從

21、單純保管型向綜合流通型的轉(zhuǎn)變。用plc控制的自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)達(dá)到倉(cāng)儲(chǔ)技 術(shù)的全而自動(dòng)化。0動(dòng)化立體庫(kù)基本出以卜部分組成：高層貨架:用于存儲(chǔ)貨物的鋼結(jié)構(gòu)。目前主要有焊接式貨架和組合式貨架兩種基本 形式。托盤（貨箱）：用于承載貨物的器具，亦稱工位器具。巷道堆垛機(jī):用于自動(dòng)存取貨物的設(shè)備。按結(jié)構(gòu)形式分為單立柱和雙立柱兩種基本 形式；按服務(wù)方式分為直道、彎道和轉(zhuǎn)移車三種基本形式。輸送機(jī)系統(tǒng):立體庫(kù)的主要外圍設(shè)備，負(fù)責(zé)將貨物運(yùn)送到堆垛機(jī)或從堆垛機(jī)將貨物 移走。輸送機(jī)種類非常多，常見的有輻道輸送機(jī)，鏈條輸送機(jī)，升降臺(tái)，分配車，提升 機(jī)機(jī)，皮帶機(jī)等。agv系統(tǒng):即自動(dòng)導(dǎo)向小車。根據(jù)其導(dǎo)向方式分為感應(yīng)式導(dǎo)向小車

22、和激光導(dǎo)向小車。自動(dòng)控制系統(tǒng):驅(qū)動(dòng)自動(dòng)化立體庫(kù)系統(tǒng)齊設(shè)備的自動(dòng)控制系統(tǒng)。h前以采用現(xiàn)場(chǎng)總 線方式為控制模式為主。庫(kù)存信息管理系統(tǒng):亦稱中央計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)。是全自動(dòng)化立體庫(kù)系統(tǒng)的核心。冃 前典型的口動(dòng)化立休庫(kù)系統(tǒng)均采用大型的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)（如oracle, sybase等）構(gòu)筑典 型的客戶機(jī)/服務(wù)器體系，可以與其他系統(tǒng)（如erp系統(tǒng)等）聯(lián)網(wǎng)或集成。2. 2采用plc控制立體倉(cāng)庫(kù)的優(yōu)點(diǎn)1、低成木 利用電力線上網(wǎng)，最大的優(yōu)點(diǎn)就是成本低。由于利用電力線上網(wǎng)，直 接使用現(xiàn)有電力網(wǎng)就可以實(shí)現(xiàn)通信，而不需要另外鋪設(shè)電話線、光電纜等，大大地減少 了在基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)上的投資。2、范|韋i廣無所不在的電力線網(wǎng)絡(luò)也是這種技術(shù)

23、的優(yōu)勢(shì)。電力線是最基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò), 它的規(guī)模之大，是其他任何網(wǎng)絡(luò)無法比擬的。因?yàn)榧壹叶加须娏€，由此，運(yùn)營(yíng)商就可 以輕松地把這種網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)滲透到每一個(gè)家庭因此，這一技術(shù)一旦進(jìn)入商業(yè)化階段, 將會(huì)促進(jìn)電信市場(chǎng)的變革，并給互聯(lián)網(wǎng)普及帶來極大的發(fā)展空間。3、高速 利用電力線上網(wǎng)能夠提供高速傳輸。德國(guó)最大的電力設(shè)備生產(chǎn)商rwe承 諾，運(yùn)用他們的電力線上網(wǎng)技術(shù)，其速度要比isdn拔號(hào)上網(wǎng)快30多倍，比adsl更快! 足以支持現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)上的各種應(yīng)用。更高速率的plc產(chǎn)品正在研制之中。4、便 捷 不管在家里的哪個(gè)幷落，只要連接到房間內(nèi)的任何電源插座上，就可立 即擁有plc帶來的高速網(wǎng)絡(luò)享受！5、永遠(yuǎn)在線plc屬

24、于即插即用，不用煩瑣的撥號(hào)過程，接入電源就等于接入網(wǎng) 絡(luò)！6、結(jié)構(gòu)靈活 通過plc技術(shù)實(shí)現(xiàn)internet接入，可以靈活擴(kuò)展接入端口數(shù)屋，使 資源保持較高的利用率。目前還未有效解決電力線信號(hào)通過變壓器的技術(shù)，因此，電力 線通信設(shè)備都是集屮在220v線路變壓器的用戶端。7、家庭數(shù)字化plc技術(shù)能夠通過電力線將整個(gè)家庭的電器與網(wǎng)絡(luò)聯(lián)為一體，在室 內(nèi)的設(shè)備之間構(gòu)筑起可自由交換信息的局域網(wǎng)，使人們能夠通過網(wǎng)絡(luò)來控制自c家里的 電器設(shè)備。2. 3系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本步驟立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試的主要步驟，如下圖2. 1所示：在立體倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中主要要考慮以下幾點(diǎn)：1. 深入了解和分析立體倉(cāng)庫(kù)的工藝條件

25、和控制要求。2確定i/o設(shè)備。根據(jù)立體倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)的功能要求，確主系統(tǒng)所需的用戶輸入、 輸出設(shè)備。3. 根據(jù)i/o點(diǎn)數(shù)選擇合適的plc類型。4. 分配i/o點(diǎn),分配plc的輸入輸出點(diǎn),編制出輸入輸出分配表或者輸入輸出端子 的接線圖。5. 設(shè)計(jì)立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)的梯形圖程序，根據(jù)工作要求設(shè)計(jì)出周密完整的梯形圖程序， 這是整個(gè)立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心工作。6. 將程序輸入plc進(jìn)行軟件測(cè)試，查找錯(cuò)誤，使系統(tǒng)程序更加完善。7. 立體倉(cāng)庫(kù)整體調(diào)試，在plc軟硬件設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)施工完成后，就可以進(jìn)行整個(gè)系 統(tǒng)的聯(lián)機(jī)調(diào)試，調(diào)試屮發(fā)現(xiàn)的問題要逐一排除，直至調(diào)試成功。圖2. 1立體倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)設(shè)汁步驟2. 4系統(tǒng)控制方案

26、本設(shè)計(jì)需要裝一立體倉(cāng)庫(kù)十二個(gè)倉(cāng)庫(kù)位、有物品出入口位與輸出口位，各倉(cāng)位能口檢。立體倉(cāng)庫(kù)的結(jié)構(gòu)示意圖見下圖2. 2所示：堆垛機(jī)動(dòng)作指示燈自動(dòng)堆垛機(jī)四層三列立體庫(kù)緊停按鈕緊停叉中 聯(lián)動(dòng)單動(dòng)手動(dòng)復(fù)位功能伸叉升降行走習(xí)o紗呼1 o 直流開牛電源堆垛機(jī)電源 直流開頭電源行走步進(jìn)電 機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊升降步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊堆垛機(jī)控制plc:fx-2n-80mr圖2. 2立體倉(cāng)庫(kù)結(jié)構(gòu)示意圖根據(jù)設(shè)計(jì)對(duì)立體倉(cāng)庫(kù)的具體要求，本課題所設(shè)計(jì)的立休倉(cāng)庫(kù)具有以下功能：1、堆垛機(jī)（機(jī)械手）要有三個(gè)自由度，wj：前進(jìn)、后退；上、下；左、右;2、堆垛機(jī)的運(yùn)動(dòng)由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)；3、堆垛機(jī)前進(jìn)（或后退）運(yùn)動(dòng)和上（或下）運(yùn)動(dòng)可同時(shí)進(jìn)行；4、堆垛機(jī)

27、前進(jìn)、后退和上、下運(yùn)動(dòng)時(shí)必須有超限位保護(hù)；5、每個(gè)倉(cāng)位必須有檢測(cè)裝置（微動(dòng)開關(guān)），當(dāng)操作有誤時(shí)發(fā)出錯(cuò)誤報(bào)警信號(hào);6、當(dāng)按完倉(cāng)位號(hào)后，沒按入或収前，可以按収消鍵進(jìn)行取消該操作。7、整個(gè)電氣控制系統(tǒng)必須設(shè)置急停按鈕，以防發(fā)生意外。2. 5立體倉(cāng)庫(kù)技術(shù)參數(shù)的確定表2. 1立體倉(cāng)廉具體參數(shù)岀/入貨柜臺(tái)最重物品20kg每個(gè)倉(cāng)位的高度4. 5cm倉(cāng)位的上下距離0. 5cm倉(cāng)位的平行距0. 5cm倉(cāng)位的體積4m6設(shè)計(jì)中的問題及解決方案2.6.1設(shè)計(jì)中的問題立體倉(cāng)庫(kù)的功能比較多，因此結(jié)構(gòu)也相對(duì)比較復(fù)雜，在考慮對(duì)立體倉(cāng)庫(kù)的設(shè)計(jì)屮有 以下幾個(gè)問題需要解決。1）在貨物的傳送過程中如何做到精確而快速定位。2）在plc

28、控制器接受到操作命令時(shí)如何判斷是否應(yīng)該響應(yīng)。3）在傳送平臺(tái)到達(dá)貨物倉(cāng)位后應(yīng)如何進(jìn)行貨物出入庫(kù)作業(yè)。 2. 6. 2解決方案1）在貨物的傳送過程中要實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位的最好方法就是采用坐標(biāo)泄位法。可以把貨物的移動(dòng)分解為水平（x軸）和垂直（y軸）兩個(gè)方向，通過控制這兩9 個(gè)方向上的位移多少，即可以將貨物送到準(zhǔn)確位置。因此在不更件設(shè)計(jì)的時(shí)候，可以將傳可編程控制器（plc）電源24v dc堆垛機(jī)電源220v ac,50hz送貨物的機(jī)械裝置設(shè)計(jì)成水平桿和垂直桿，在動(dòng)力控制上可以采用兩個(gè)電機(jī)，分別給水 平移動(dòng)和乖直移動(dòng)提供動(dòng)力，然后通過電機(jī)控制送貨平臺(tái)在水平桿和乖直桿上的滑動(dòng)將 平臺(tái)移到指定位置。為了提高送貨平

29、臺(tái)移送的速度，縮短其到達(dá)指定位置的時(shí)間，在控 制時(shí)可將水平和垂直的移動(dòng)設(shè)定為同時(shí)進(jìn)行。當(dāng)plc發(fā)出一定脈沖，經(jīng)過驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一定的角度，要想實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電 機(jī)的精確控制，則需要對(duì)它的具體運(yùn)行步數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，步進(jìn)電機(jī)以10cm長(zhǎng)為單位長(zhǎng)度 計(jì)算為例，即坐標(biāo)軸上的每個(gè)單位代表現(xiàn)實(shí)中的locmo為了增大轉(zhuǎn)矩提高控制精度，本 控制系統(tǒng)所有數(shù)據(jù)（脈沖頻率、數(shù)量等）均是以步距角為0. 9度為參考制定的。立體倉(cāng) 庫(kù)模擬裝置絲杠上螺紋的螺距為18伽，也就是說電機(jī)每接400個(gè)脈沖所運(yùn)行的距離為 l.smmo要實(shí)現(xiàn)通過輸入不同數(shù)字使機(jī)械到達(dá)不同的位置，需耍作到的就是控制步進(jìn)電 機(jī)走多少個(gè)單位長(zhǎng)度。2）對(duì)于pl

30、c控制器是否應(yīng)響應(yīng)操作命令的問題，可以通過在每個(gè)倉(cāng)位上安裝限位 開關(guān)來實(shí)現(xiàn)。限位開關(guān)就是用以限定機(jī)械設(shè)備的運(yùn)動(dòng)極限位置的電氣開關(guān)。當(dāng)倉(cāng)位中貨 物已滿時(shí)，限位開關(guān)可以將此信號(hào)傳送給plc控制器，控制器即可根據(jù)接收到的信號(hào)作 出是否響應(yīng)的判斷了。3）傳送平臺(tái)在到達(dá)指定倉(cāng)位后，可通過平臺(tái)上的伸叉控制平臺(tái)的前后和上下移動(dòng) 來進(jìn)行出入庫(kù)作業(yè)。如果將水平桿和垂直桿的移動(dòng)方向設(shè)為x方向和y方向，把出入庫(kù) 的前后移動(dòng)設(shè)為z方向。取貨的時(shí)候，傳送平臺(tái)先向前伸入至貨物底部（z方向），然 后往上抬起貨物（y方向），最后縮回（z方向）。送貨的時(shí)候，傳送平臺(tái)先向前伸入 至倉(cāng)位中（z方向），然后往下放下貨物（y方向），最

31、后縮回（z方向），以此來實(shí)現(xiàn) 貨物的出入庫(kù)作業(yè)。3立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)3. 1立體倉(cāng)庫(kù)的基本結(jié)構(gòu)1011127894560123圖3. 1倉(cāng)位編號(hào)立體倉(cāng)庫(kù)主體由地盤、四層十二倉(cāng)位庫(kù)體、運(yùn)動(dòng)機(jī)械及電氣控制等四部分組成。 機(jī)械部分采用滾珠絲杠、滑杠、普通絲杠等機(jī)械元件紐成，采用步進(jìn)電機(jī)、直流電 機(jī)作為拖動(dòng)元件。電氣控制是出三菱fx2n系列程序控制器(plc)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源模塊、開關(guān)電 源、位置傳感器等器件組成。3.2. 1步進(jìn)電機(jī)3.2. 1. 1步進(jìn)電機(jī)的原理步進(jìn)電機(jī)是數(shù)字控制系統(tǒng)中的執(zhí)行電動(dòng)機(jī)，當(dāng)系統(tǒng)將一個(gè)電脈沖信號(hào)加到步進(jìn)電機(jī) 定子繞組時(shí)，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)一-步，當(dāng)電脈沖按某一相序加到電動(dòng)機(jī)時(shí)

32、，轉(zhuǎn)子沿某一方向轉(zhuǎn)動(dòng) 的步數(shù)等于電脈沖個(gè)數(shù)。因此，改變輸入脈沖的數(shù)日就能控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子機(jī)械位移 的大??；改變輸入脈沖的通電相序，就能控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子機(jī)械位移的方向，實(shí)現(xiàn)位 置的控制。當(dāng)電脈沖按某一相序連續(xù)加到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)時(shí)，轉(zhuǎn)了以正比于電脈沖頻率的轉(zhuǎn) 速沿某一方向旋轉(zhuǎn)。因此，改變電脈沖的頻率犬小和通電相序，就能控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的 轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，實(shí)現(xiàn)寬廣范圍內(nèi)速度的無級(jí)平滑控制。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的這種控制功能，是其 它電動(dòng)機(jī)無法替代的。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可分為磁阻式、永磁式和混合式，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的相數(shù)可分為：?jiǎn)蜗?、二相、三相、四相、五相、六相和八相等多種。增加相數(shù)能提高步進(jìn)電 動(dòng)機(jī)的性能，但電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)電

33、源就會(huì)復(fù)雜，成木就會(huì)增加，應(yīng)按需要合理選用。3.2. 1.2步進(jìn)電機(jī)的選擇（1）、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn) 、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種作為控制用的特種電機(jī)，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度（稱為“步 距角”）一步一步運(yùn)行的，具特點(diǎn)是沒有積累誤差（精度為100%）,所以廣泛應(yīng)用于各種 開環(huán)控制。 、步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與脈沖信號(hào)的頻率成正比 、步距值不容易因?yàn)殡姎?、?fù)載、環(huán)境條件的變化而改變,使用開環(huán)控制（或半閉 環(huán)控制）就能進(jìn)行良好的定位控制。 、起制動(dòng)、正反轉(zhuǎn)、變速等控制方便。 、價(jià)格便宜，可靠性高。 、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的主要缺點(diǎn)是效率較低，并且需要配上適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)電源。 、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)帶負(fù)載慣性的能力不強(qiáng)，在使用時(shí)既要注意負(fù)載轉(zhuǎn)矩

34、的大小，又要注 意負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的大小，當(dāng)兩者選取在合適的范圍時(shí)，電機(jī)才能獲的滿意的運(yùn)行性能。（2）、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的基本組成與交直流電動(dòng)機(jī)不同，僅僅接上供電電源，步進(jìn)電機(jī)不會(huì)運(yùn)行的。為了驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電 動(dòng)機(jī)，必須由一個(gè)決定電動(dòng)機(jī)速度和旋轉(zhuǎn)角度的脈沖發(fā)生器（在該立體倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)中 采用plc作脈沖發(fā)生器進(jìn)行位置控制）、一個(gè)使電動(dòng)機(jī)繞組屯流按規(guī)定次序通斷的脈沖 分配器、一個(gè)保證電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行的功率放大器，以及-個(gè)直流功率電源等組成-個(gè)動(dòng) 力系統(tǒng)，如3. 2所示脈沖分配器直琉電源步進(jìn)電動(dòng)機(jī)脈沖功率放大器圖3. 2步進(jìn)電機(jī)號(hào)動(dòng)系統(tǒng)的組成(3) 、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選擇計(jì)算在選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)時(shí)首先考慮的是步進(jìn)電動(dòng)

35、機(jī)的類型選擇，其次才是具體的品種選 擇，在該立體倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)中要求步進(jìn)電動(dòng)機(jī)電壓低、電流小、有定位轉(zhuǎn)矩和使用螺栓 機(jī)構(gòu)的定位裝置，確定步進(jìn)電動(dòng)機(jī)采用2相8拍混合式步進(jìn)電機(jī)；在進(jìn)行步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的 品種選擇時(shí)，要綜合考慮速比i、軸向力f、負(fù)載轉(zhuǎn)矩7、額定轉(zhuǎn)矩卩和運(yùn)行頻率人， 以確定步進(jìn)電機(jī)的具體規(guī)格和控制裝置。由于我們使用螺栓機(jī)構(gòu)的定位裝置，已知條件和要求條件為：移動(dòng)部分總重m二25kg磨擦系數(shù)"二 0.04螺栓機(jī)構(gòu)的效率77 二0. 9螺栓軸徑=1.2cm螺栓長(zhǎng)分辨率l=0. 01mm移動(dòng)距離二0. 0075mm/步計(jì)算：設(shè)擬選用2相、1.8。步距角的hb型電動(dòng)機(jī)速比(設(shè)使用直接驅(qū)動(dòng)方式

36、)i=mx ©/(360xl)=2x1.8 / (360x0. 01) = 1 軸向力f二fa+"m=4+0 04x25二5kg. - cm負(fù)載轉(zhuǎn)炬刁二fxp/(2 兀 )+ ("ox 尸0 x p)/2 兀=5x0. 3 / (2 x3. 14x0.9)+ (0. 3x1.67x 0. 3)/(2 x3. 14)=0. 289kg.cm螺栓的慣量?jī)憾?龍xpx sxd；) /32=(3. 14x7. 9x 10-3 x42x 1-24 ) /32=0. 0675kg. cm2移動(dòng)體的慣量丿/二mx(p/2兀尸=25x(0.3/6.22=0. 0571 kg.cm

37、 2負(fù)載慣量為j l二b +丿/=0. 0675+0.00571=0. 1246kg. 卅根據(jù)以上計(jì)算可以初步選定步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，具慣量為二0.03 kg. .2,空載起動(dòng) 頻率人二3000h。由要求的速度可求出運(yùn)行的頻率：f二v / l二2000 / (60x0. 01)二3333hz可知需要加減速的驅(qū)動(dòng)方式。齒輪比：g=360° /嘰=0.0075 x3600 / (1.8° x0.01)=150換算到電機(jī)軸的負(fù)載轉(zhuǎn)矩為t=gxl(t/ +f)/ 2 龍=150x0.01x(0. 289+5)/(6. 28x0. 9)=1. 40 kg.cm對(duì)首次設(shè)計(jì)的裝置來講，所選用的電

38、動(dòng)機(jī)通常留有23倍的余量，所以電機(jī)轉(zhuǎn)矩 厲二323x1.40=4.2 kg. - cm 二0.41n.m根據(jù)以上的計(jì)算，在該立體倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)中的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)采用北京斯達(dá)特機(jī)電科技 發(fā)展有限公司生產(chǎn)的2相8拍混合式步進(jìn)電機(jī)，它的主要特點(diǎn)：體積小，具有較高的起動(dòng)和運(yùn)行頻率，有定位轉(zhuǎn)矩等優(yōu)點(diǎn)。型號(hào)：42bygh101o電氣原理圖如圖3. 3所示?？?接線插頭：紅色表示a相，藍(lán)色表示b相；如果發(fā)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)向不對(duì)時(shí)可以將a相或 b相中的兩條線對(duì)調(diào)。圖3. 3步進(jìn)電機(jī)的出線圈表3.1步進(jìn)電機(jī)的電氣技術(shù)數(shù)據(jù)電機(jī)型號(hào)相數(shù)步距角相電流驅(qū)動(dòng)電壓額定轉(zhuǎn)矩42bygh10121.8°1. 7adc24v0.

39、 44n m0. 24kg3.2. 1.3步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的選擇(1)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的選擇步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行要有一電子裝置進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，這種裝置就是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，它是把 控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化為步進(jìn)電機(jī)的角位移，或者說：控制系統(tǒng)每發(fā)一個(gè)脈沖信 號(hào)，通過驅(qū)動(dòng)器就使步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一步距角。所以步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與脈沖信號(hào)的頻率成 正比。所有型號(hào)驅(qū)動(dòng)器的輸入信號(hào)都相同，共有三路信號(hào)，它們是：步進(jìn)脈沖信號(hào)cp、方 向電平信號(hào)dir、脫機(jī)信號(hào)free(此端為低電平有效，這時(shí)電機(jī)處丁無力矩狀態(tài)；此端 為高電平或懸空不接時(shí)，此功能無效，電機(jī)可正常運(yùn)行)。它們?cè)隍?qū)動(dòng)器內(nèi)部的接口電 路都相同，見下圖°opto

40、端為三路信號(hào)的公共端，三路輸入信號(hào)在驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部接成共陽(yáng) 方式，所以opto端須接外部系統(tǒng)的vcc,如果vcc是+5v則可直接接入；如果vcc不是+5v則須外部另加限流電阻r,保證給驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部光耦提供8-1 5ma的驅(qū)電流，在該立 體倉(cāng)庫(kù)中由于fpo提供的電平為24v,而輸入部分的電平為5v,所以須外部另加1.8k 的限流電阻r。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸出信號(hào)有兩種：驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部opto、初相位信號(hào)：驅(qū)動(dòng)器每次上電后將使步進(jìn)電機(jī)起始在一個(gè)固定的相位上，這就 是初相位。初相位信號(hào)是指步進(jìn)電機(jī)每次運(yùn)行到初相位期間，此信號(hào)就輸出為高電平， 否則為低電平。此信號(hào)和控制系統(tǒng)配合使田，可產(chǎn)生相位記憶功能，其接口見圖

41、3. 4。系統(tǒng)內(nèi)部初相位信號(hào)2k 系統(tǒng)地圖3. 4初相位信號(hào)接口電路、報(bào)警輸出信號(hào)：每臺(tái)驅(qū)動(dòng)器都有多種保護(hù)措施（如：過壓、過流、過溫等）。當(dāng) 保護(hù)發(fā)生時(shí)，驅(qū)動(dòng)器進(jìn)入脫機(jī)狀態(tài)使電機(jī)失電，但這時(shí)控制系統(tǒng)可能尚未知曉。如要通 知系統(tǒng)，就要用到'報(bào)警輸出信號(hào)。此信號(hào)占兩個(gè)接線端子，此兩端為一繼電器的常 開點(diǎn)，報(bào)警時(shí)觸點(diǎn)立即閉合。驅(qū)動(dòng)器正常時(shí)，觸點(diǎn)為常開狀態(tài)。一般來說，對(duì)于兩相四 根線電機(jī)，可以直接和驅(qū)動(dòng)器相連，如圖3. 5所示。圖3. 5電機(jī)與驅(qū)動(dòng)器接線圖所以我采用sh系列步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器，型號(hào)為sh-2h057o主要由電源輸入部分、信號(hào)輸入部分、輸出部分組成。sh-2h057步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器

42、采用鑄鋁結(jié)構(gòu)，此種結(jié)構(gòu)主要用于小功率驅(qū)動(dòng)器，這種結(jié)構(gòu)為封閉的超小型結(jié)構(gòu)，本身不帶風(fēng)機(jī)，其外殼即為散熱 體，所以使用時(shí)要將其固定在較厚、較人的金屬板上或較厚的機(jī)柜內(nèi)，接觸面之間要涂 上導(dǎo)熱硅脂，在其旁邊加一個(gè)風(fēng)機(jī)也是一種較好的散熱辦法。此步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的電氣 技術(shù)數(shù)據(jù)為：表3-2步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的電氣技術(shù)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)群型號(hào)相數(shù)類別細(xì)分?jǐn)?shù)通過撥位 開關(guān)設(shè)定最大相電流開關(guān)設(shè)定工作電源sh-2h057二相或四相混合式二相八拍3. 0a一組直流dc (24v-40v)(2)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器接線示意圖見圖3. 6圖3. 6步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器接線示意圖步進(jìn)電機(jī)是數(shù)字控制系統(tǒng)中的執(zhí)行電機(jī)，當(dāng)系統(tǒng)講一個(gè)電脈沖信號(hào)到步進(jìn)電

43、機(jī)定子 繞組時(shí)，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)一步，當(dāng)電脈沖安某一相序加到電動(dòng)機(jī)時(shí)，轉(zhuǎn)子沿某一方向轉(zhuǎn)動(dòng)的步 數(shù)等于電脈沖光個(gè)數(shù)。因此，改變輸入脈沖的數(shù)忖就能控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子機(jī)械位移的大 小；改變輸入脈沖的通電相序，就能控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子機(jī)械位移的方向，實(shí)現(xiàn)位置的控 制，實(shí)現(xiàn)寬廣范困內(nèi)速度的無極平滑控制。步進(jìn)電機(jī)可分為磁阻式、永磁式和混合式， 步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)可分為：?jiǎn)蜗?、二相、三相、四相、五相、六相和八相等多種。增加相 數(shù)能提高步進(jìn)電機(jī)的性能，但電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)電源就會(huì)復(fù)雜，成木就會(huì)增加，應(yīng)按 需要合理選用。本系統(tǒng)用步進(jìn)電機(jī)為42byg250c型步進(jìn)電氣技術(shù)數(shù)據(jù)為：表3-3 2byg250c型步述電機(jī)電氣技術(shù)數(shù)據(jù)電機(jī)

44、型號(hào)相數(shù)步距角靜態(tài)相電流驅(qū)動(dòng)電壓額定轉(zhuǎn)矩重量42byg250c20.9° /1.8°1.5adc24 v0. 54n m0. 3kg3.2.2傳感器3. 2. 2. 1兩種傳感器的工作原理（1）反射式傳感器的工作原理：采用能抗周圍外來剛干擾的變調(diào)光式；采用變調(diào)光式，與直流光式比，不易受外來 光干擾的影響；電源電壓為dc5-24v的大量程電壓輸出型；帶有容易調(diào)整的光軸標(biāo)識(shí)； 帶有便于調(diào)整，動(dòng)作確認(rèn)的入光顯示燈；其結(jié)構(gòu)圖如圖3. 7所示。工作原理：當(dāng)物體相對(duì)于傳感器移動(dòng)時(shí)，反射回來的信號(hào)與原先的信號(hào)相比較，產(chǎn)生頻移，集成電路再把微弱的頻移信號(hào)進(jìn)行放人，再經(jīng)多普勒檢測(cè)、放人、限幅

45、等措施, 最后取得和物體移動(dòng)信號(hào)和關(guān)的主流信號(hào)輸出電平。（2）對(duì)射式傳感器的工作原理：對(duì)射式傳感器的輸出狀態(tài)一般為npn輸出，輸出品體管的動(dòng)作狀態(tài)可分為入光時(shí) on和遮光時(shí)on兩種。入光時(shí)為on的對(duì)射式傳感器的結(jié)構(gòu)圖如圖3. 4所示，當(dāng)24v電壓加到發(fā)光二極管led1時(shí)，它將光發(fā)射給發(fā)光二極管led2, led2接受到 光導(dǎo)通，三極管導(dǎo)通，輸出為on；當(dāng)發(fā)光二極管led1發(fā)射出的光被物體擋住使發(fā)光二 極管led2接收不到時(shí)，led2不導(dǎo)通，三極管也不導(dǎo)通，輸出為off。3.2.2. 2本方案的選擇在該立體倉(cāng)庫(kù)中采用歐姆龍ee-spy402凹槽型、反射型接插件式傳感器作貨物檢測(cè), 它是口木歐姆龍

46、公司的產(chǎn)品，采用能抗周圍外來光干擾的變調(diào)光式；采用變調(diào)光式，與 直流光式比，不易受外來光干擾的影響；電源電壓為dc5-24v的大量程電壓輸出型；帶 有容易調(diào)整的光軸標(biāo)識(shí)；帶有便于調(diào)整，動(dòng)作確認(rèn)的入光顯示燈；反射式傳感器的時(shí)間 圖和輸岀回路圖如圖3. 8所示。時(shí)光圖入光顯示燈（紅）燈滅on off負(fù)戢1 （樂電器）負(fù)勅輸出回路電壓輸出圖3. 8反射式傳感器的時(shí)間圖和輸出冋路圖它有三根連接線（紅、藍(lán)、黑），紅色接電源的正極、黑色接電源的負(fù)極、藍(lán)色為輸 出信號(hào)，當(dāng)與扌當(dāng)塊接近時(shí)輸出電平為低電平，否則為高電平。需要注意檢測(cè)距離不耍離 傳感器太近，否則傳感器不能動(dòng)作；連接是采用接插件方式，千萬(wàn)不要對(duì)端子

47、（讀出頭） 進(jìn)行焊接。此傳感器的電氣技術(shù)數(shù)據(jù)為：表3. 4傳感器的電氣技術(shù)數(shù)據(jù)m 號(hào)ee-spy402形狀立式檢測(cè)方式反射型檢測(cè)距離5mm(反射率 90% 15x 15mm)應(yīng)差距離0.加m （檢測(cè)距離3mm,橫方向）光源（發(fā)光波長(zhǎng)）gaas紅外發(fā)光二級(jí)管（940nm）顯示燈入光時(shí)燈亮（紅）電源電壓dc524v + 10% 脈動(dòng)(p-p)5% 以下消耗電流平均值15ma以上50ma以下控制輸出npn電壓輸出負(fù)載電源電壓dc524v負(fù)載電流80ma以下殘留電壓10以卜（負(fù)載電流80ma時(shí)）殘留電壓0.4以下（負(fù)載電流10ma吋）應(yīng)答頻率100hz使用環(huán)境照度受光面照度白熾燈 太陽(yáng)光：各3, 00

48、0 以下環(huán)境溫度動(dòng)作吋：-10+55° c保存吋-25+65° c（不結(jié)冰）環(huán)境濕度動(dòng)作時(shí)：585%rh保存時(shí)-595%rh （不結(jié)露）耐久振動(dòng)1055hz上下振幅1. 5mm xyz各方向2h耐久沖擊2500m/ $ x、y、z各方向三次保護(hù)構(gòu)造1ec 規(guī)格 1p50連接方式接插件式（不可進(jìn)行軟釬焊）質(zhì)址約 2.6 g外殼材質(zhì)聚碳酸酯（pc）3.2.3微動(dòng)開關(guān)的選擇在該立體倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)中共有13個(gè)倉(cāng)位（四層十二個(gè)倉(cāng)位加0號(hào)倉(cāng)位）分別采用 13只微動(dòng)開關(guān)作為貨物檢測(cè)，當(dāng)有貨物時(shí)相應(yīng)開關(guān)動(dòng)作，其信號(hào)對(duì)應(yīng)plc的輸入點(diǎn)是 x22-x36；另外為保險(xiǎn)起見，在x軸的左限位和y軸的下

49、限位處述分別加裝了 1只微動(dòng) 開關(guān)作限位保護(hù)，以確保立體倉(cāng)庫(kù)在程序出錯(cuò)時(shí)不損壞；微動(dòng)開關(guān)原理圖如圖3.9所示。o<>孑常開點(diǎn)孑中間接線圖3. 9微動(dòng)開關(guān)原理圖3.3 plc控制器3. 3. 1 plc 概述可編程控制器，英文稱programmable controller,簡(jiǎn)稱plc,本課題中用plc作 為它的簡(jiǎn)稱。plc是用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的電控制器。它源于繼電器控制技術(shù)，但基于電了計(jì) 算機(jī)。它通過運(yùn)行存儲(chǔ)在其內(nèi)存屮的程序，把經(jīng)輸入屯路的物理過程得到的輸入信息， 變換為所要求的輸出信息，進(jìn)而再通過輸出電路的物理過程去實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載的控制。plc基于電子計(jì)算機(jī)，但并不等同于普通計(jì)算機(jī)。普通計(jì)

50、算機(jī)進(jìn)行入出信息變換時(shí), 大多只考慮信息木身，信息入出的物理過程一般不考慮的。而plc則要考慮信息入出的 可靠性、實(shí)時(shí)性，以及信息的實(shí)際使用。特別要考慮怎么適應(yīng)于工業(yè)環(huán)境，如便于安裝, 便于維修及抗干擾等問題，入出信息變換及可靠的物理實(shí)現(xiàn)，可以說是plc實(shí)現(xiàn)控制的 兩個(gè)基木要點(diǎn)。plc可以通過它的外設(shè)或通信接口與外界交換信息。其功能要比繼電控 制裝置多的多、強(qiáng)的多。plc有豐富的指令系統(tǒng)，有各種各樣的i/o接口、通信接口，有大容量的內(nèi)存，有 可靠的自身監(jiān)控系統(tǒng)，因而具有以下基本的功能：邏輯處理功能；0數(shù)據(jù)運(yùn)算功能； 準(zhǔn)確定時(shí)功能； 高速計(jì)數(shù)功能；（5）中斷處理（可以實(shí)現(xiàn)各種內(nèi)外中斷）功能；程序

51、與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能；聯(lián)網(wǎng)通信功能；0自檢測(cè)、自診斷功能。可以說，凡普通小型計(jì)算機(jī)能實(shí)現(xiàn)的功能，plc幾乎也都可以做到。像plc這樣。集豐富功能丁一身，是別的電控器所沒有的，更是傳統(tǒng)的繼電控制 電路所無法比擬的。豐富的功能為plc的廣泛應(yīng)用提供了可能，同時(shí)，也為自動(dòng)門行 業(yè)的遠(yuǎn)程化、信息化及智能化創(chuàng)造了條件。3. 3. 2 plc的選型在plc系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)確定控制方案，下一步工作就是plc工程設(shè)計(jì)選型。工藝流程的特點(diǎn)和應(yīng)用要求是設(shè)計(jì)選型的主要依據(jù)。因此，工程設(shè)計(jì)選型和佔(zhàn)算時(shí)，應(yīng) 詳細(xì)分析工藝過程的特點(diǎn)、控制要求，明確控制任務(wù)和范圍確定所需的操作和動(dòng)作，然 后根據(jù)控制耍求，估算輸入輸出點(diǎn)數(shù)、所需

52、存儲(chǔ)器容量、確定plc的功能、外部設(shè)備 特性等，最后選擇有較高性能價(jià)格比的plc和設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制系統(tǒng)。1. 輸入輸出（i/o）點(diǎn)數(shù)的估算i/o點(diǎn)數(shù)估算時(shí)應(yīng)考慮適當(dāng)?shù)挠嗔?，通常根?jù)統(tǒng)計(jì)的輸入輸出點(diǎn)數(shù)，再增加10% 20%的可擴(kuò)展。余量后，作為輸入輸出點(diǎn)數(shù)估算數(shù)據(jù)。實(shí)際訂貨時(shí)，還需根據(jù)制造廠商 plc的產(chǎn)品特點(diǎn)，對(duì)輸入輸出點(diǎn)數(shù)進(jìn)行圓整。根據(jù)估算的方法故本課題的i/o點(diǎn)數(shù)為輸 入40點(diǎn)，輸出21點(diǎn)。2. 存儲(chǔ)器容量的估算存儲(chǔ)器容量是可編程序控制器木身能提供的硬件存儲(chǔ)單元大小，程序容量是存儲(chǔ)器 屮用戶應(yīng)用項(xiàng)日使用的存儲(chǔ)單元的大小，因此程序容量小于存儲(chǔ)器容量。設(shè)計(jì)階段，由 于用戶應(yīng)用程序還未編制，因此，

53、程序容量在設(shè)計(jì)階段是未知的，需在程序調(diào)試z后才 知道。為了設(shè)計(jì)選型時(shí)能對(duì)程序容量有一定估算，通常采用存儲(chǔ)器容量的估算來替代。存儲(chǔ)器內(nèi)存容量的估算沒有固定的公式，許多文獻(xiàn)資料中給出了不同公式，大體上 都是按數(shù)字量i/o點(diǎn)數(shù)的1015倍，加上模擬i/o點(diǎn)數(shù)的100倍，以此數(shù)為內(nèi)存的總字 數(shù)（16位為一個(gè)字），另外再按此數(shù)的25%考慮余量。因此本課題的plc內(nèi)存容量選擇 應(yīng)能存儲(chǔ)5000條梯形圖，這樣才能在以后的改造過程小有足夠的空間。3. 控制功能的選擇該選擇包括運(yùn)算功能、控制功能、通信功能、編程功能、診斷功能和處理速度等特 性的選擇。根據(jù)本課題所設(shè)計(jì)的自動(dòng)門控制的需耍，主要介紹以下兒種功能的選擇

54、。（1）控制功能plc主耍用于順序邏輯控制，因此，大多數(shù)場(chǎng)合常采用單冋路或多冋路控制器解決 模擬量的控制，有時(shí)也采用專用的智能輸入輸出單元完成所需的控制功能，提高plc 的處理速度和節(jié)省存儲(chǔ)器容量。（2）編程功能離線編程方式：plc和編程器公用一個(gè)cpu,編程器在編程模式時(shí)，cpu只為編 程器提供服務(wù)，不對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行控制。完成編程后，編程器切換到運(yùn)行模式，cpu對(duì) 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行控制，不能進(jìn)行編程。離線編程方式可降低系統(tǒng)成木，但使用和調(diào)試不方 便。在線編程方式：cpu和編程器有各口的cpu,主機(jī)cpu負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)控制，并在一個(gè) 掃描周期內(nèi)與編程器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，編程器把在線編制的程序或數(shù)據(jù)發(fā)送到主機(jī)

55、，下一 掃描周期，主機(jī)就根據(jù)新收到的程序運(yùn)行。這種方式成本較高，但系統(tǒng)調(diào)試和操作方便, 在人中型plc中常采用。五種標(biāo)準(zhǔn)化編程語(yǔ)言：順序功能圖（sfc）、梯形圖（ld）、功能模塊圖（fbd）三 種圖形化語(yǔ)言和語(yǔ)句表（il）、結(jié)構(gòu)文本（st）兩種文本語(yǔ)言。選用的編程語(yǔ)言應(yīng)遵守 其標(biāo)準(zhǔn)（iec6113123），同時(shí)，還應(yīng)支持多種語(yǔ)言編程形式，如c, basic等,以滿足特 殊控制場(chǎng)合的控制耍求。（3）診斷功能plc的診斷功能包括硬件和軟件的診斷。硬件診斷通過硬件的邏輯判斷確定硬件的 故障位置，軟件診斷分內(nèi)診斷和外診斷。通過軟件對(duì)plc內(nèi)部的性能和功能進(jìn)行診斷 是內(nèi)診斷，通過軟件對(duì)plc的cpu與外

56、部輸入輸出等部件信息交換功能進(jìn)行診斷是外 診斷。4. 機(jī)型的選擇（l）plc的類型fx2系列可編程控制器主機(jī)分為16、24、32、64、80、128點(diǎn)六檔，述有各種輸入 和輸出擴(kuò)展單元，這樣在增加i/o點(diǎn)數(shù)時(shí)，不必改變機(jī)型，可以通過擴(kuò)展模塊實(shí)現(xiàn)，降低了經(jīng)濟(jì)投入。木課題設(shè)計(jì)的立體倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)有輸入信號(hào)40個(gè)，輸出信號(hào)21個(gè)。其 中，外部輸入元件包括：檢測(cè)元件、按鈕、取、送、急停、限位開關(guān)、超限位保護(hù)等等 輸出有三個(gè)步進(jìn)電機(jī)的正反向、動(dòng)作指示、錯(cuò)誤顯示等等。按照上述配置，所選i/o點(diǎn) 不得低于61點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際情況，所選i/o點(diǎn)為80點(diǎn)。因此我所選型號(hào)為fx2n-80mro(2)經(jīng)濟(jì)性的考慮選擇plc時(shí)，應(yīng)考慮性能價(jià)格比?？紤]經(jīng)濟(jì)性時(shí)，應(yīng)同時(shí)考慮應(yīng)用的可擴(kuò)展性、 可操作性、投入產(chǎn)出比等因素，進(jìn)行比較和兼顧，最終選出較滿意的產(chǎn)品。輸入輸出點(diǎn)數(shù)對(duì)價(jià)格有直接彩響。當(dāng)點(diǎn)數(shù)增加到某一數(shù)值后，相應(yīng)的存儲(chǔ)器容量相 應(yīng)增加，因此，點(diǎn)數(shù)的增加對(duì)cpu選用、存儲(chǔ)器