立體倉庫控制系統(tǒng)的設(shè)計

1、河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）摘要I完成時間： 2013-06-053用誡/ F疣1 enan University of Urban Cinstruction畢業(yè)設(shè)計論文題 目：立體倉庫控制系統(tǒng)的設(shè)計學(xué) 院：電氣與信息工程學(xué)院專 業(yè)：自動化姓 名：指導(dǎo)老師：任琦梅摘要本文主要設(shè)計了一個自動化的立體倉庫系統(tǒng)，首先對設(shè)計方案進行討論，確 定了系統(tǒng)的模塊組成、功能以及各模塊之間的聯(lián)系，并對設(shè)計中出現(xiàn)的問題進行 討論，提出解決方案。其次對于立體倉庫的控制系統(tǒng)也進行了設(shè)計，主要采用可 編程控制器件來對其進行控制，通過 PLC編程軟件對立體倉庫的整個運作進行了 PLC程序的設(shè)計，主要以手動和自動兩種不

2、同的方式控制， 并對意外情況的發(fā)生也 作了意外處理程序的設(shè)計。為了更好的驗證此立體倉庫的設(shè)計，根據(jù)設(shè)計思想制作了一個12倉位的立體倉庫模型，該模型系統(tǒng)采用了先進的 PLC控制器控制，通過內(nèi)部PLC程序的設(shè)計, 能根據(jù)控制要求靈活方便地進行系統(tǒng)配置，并能通過步進電機、運動機械裝置等 組成的自動化控制系統(tǒng)對貨物進行準確的送取。最后通過該系統(tǒng)的模擬運行，驗證了此立體倉庫運行平穩(wěn)，送取貨物定位準 確，安全可靠。關(guān)鍵詞：立體倉庫，電氣控制，PLC，仿真河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）摘要AbstractThe title mai nly talk about the automatic tridime

3、nsio nal warehouse system.Firstly it focuses on design of systems modules, functions, and the linkages between the various modules, and then makes some proposed solutions for expected problems. Secon dly, the tridime nsio nal warehouse con trol systems has bee n desig ned primarily to use programmab

4、le con trol device to con trol, through the PLC program ming software for the entire tridimensional warehouse operation of the PLC program design, developed manual and automatic two way control, and the design of unexpected accide nts treatme nt program is also con ducted.In order to verify the desi

5、gn of tridimensional warehouse better, according to design innovations, I built a 12 storage rooms tridimensional warehouse model, the model system adopts adva need PLC con troller, the internal PLC program desig n control requireme nts for a flexible and convenient way of system con figurati on, th

6、e automatic con trol systems made up with stepper motors and other mecha ni cal devices en sures an accurate delivery of goods.Fin ally, the whole system has bee n verified as a safe, reliable, accurate, and stable operati onal tridime nsio nal warehouse through virtual test.Keywords:tridime nsio na

7、l warehouse ,electrical con trol, plc, simulatio n河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）目錄目錄 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 摘要 I HYPERLINK l bookmark6 o Current Document Abstract n HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 1引言1 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 1.1立體倉庫的概述 1 HYPERLINK l boo

8、kmark14 o Current Document 1.1.1立體倉庫的發(fā)展歷史 1 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 1.1.2立體倉庫的組成 1 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 1.2立體倉庫的優(yōu)點2 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 1.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀2 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 1.3.1國外研究現(xiàn)狀2 HYPERLINK l bookmark24 o Current Doc

9、ument 1.3.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀2 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 1.4立體倉庫設(shè)計的內(nèi)容要求及主要思路 3 HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 2立體倉庫設(shè)計方案 4 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 2.1立體倉庫系統(tǒng)的構(gòu)成 4 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 2.1.1系統(tǒng)模塊組成 4 HYPERLINK l bookmark38 o Current Document 2.1.2系統(tǒng)模

10、塊的功能4 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 2.2系統(tǒng)實現(xiàn)的功能及實現(xiàn)過程 5 HYPERLINK l bookmark42 o Current Document 2.2.1系統(tǒng)實現(xiàn)的功能5 HYPERLINK l bookmark44 o Current Document 2.2.2功能實現(xiàn)過程 5 HYPERLINK l bookmark46 o Current Document 3立體倉庫系統(tǒng)的硬件設(shè)計 7 HYPERLINK l bookmark48 o Current Document 3.1立體倉庫硬件系統(tǒng)構(gòu)成 7 HYPERLI

11、NK l bookmark50 o Current Document 3.2立體倉庫的設(shè)備選型 8 HYPERLINK l bookmark52 o Current Document 3.2.1步進電機原理及選型 83.2.2步進電動機的驅(qū)動模塊 9 HYPERLINK l bookmark54 o Current Document 3.2.3電源模塊原理及其選型 11 HYPERLINK l bookmark56 o Current Document 3.2.4微動開關(guān)的工作原理及型號選擇 12 HYPERLINK l bookmark58 o Current Document 3.2.4

12、PLC 的選擇13 HYPERLINK l bookmark60 o Current Document 3.2.5立體倉庫控制系統(tǒng)的硬件連接圖 14 HYPERLINK l bookmark62 o Current Document 4立體倉庫系統(tǒng)的軟件設(shè)計 15 HYPERLINK l bookmark64 o Current Document 10地址分配表15 HYPERLINK l bookmark66 o Current Document PLC的編程軟件16 HYPERLINK l bookmark68 o Current Document 4.3立體倉庫控制程序的設(shè)計 16 HY

13、PERLINK l bookmark70 o Current Document 4.3.1立體倉庫的程序流程圖 16 HYPERLINK l bookmark72 o Current Document 4.3.2 PLC主要功能程序設(shè)計 17 HYPERLINK l bookmark74 o Current Document 5程序的仿真與調(diào)試 20 HYPERLINK l bookmark76 o Current Document 5.1仿真軟件的概述20 HYPERLINK l bookmark78 o Current Document 5.2程序的仿真過程與調(diào)試 20 HYPERLINK

14、 l bookmark80 o Current Document 結(jié)論22 HYPERLINK l bookmark82 o Current Document 參考文獻23 HYPERLINK l bookmark84 o Current Document 致謝24 HYPERLINK l bookmark86 o Current Document 附錄立體倉庫控制系統(tǒng)的 PLC程序 25河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）1引言 1引言自動化立體倉庫，也叫自動化立體倉儲，物流倉儲中出現(xiàn)的新概念，利用立 體倉庫設(shè)備可實現(xiàn)倉庫高層合理化，存取自動化，操作簡便化：自動化立體倉庫， 是當前技術(shù)水平較高的

15、形式。自動化立體倉庫的主體由貨架，巷道式堆垛起重機、 入（出）庫工作臺和自動運進（出）及操作控制系統(tǒng)組成。貨架是鋼結(jié)構(gòu)或鋼筋 混凝土結(jié)構(gòu)的建筑物或結(jié)構(gòu)體，貨架內(nèi)是標準尺寸的貨位空間，巷道堆垛起重機 穿行于貨架之間的巷道中，完成存、取貨的工作，由于自動化立體倉庫的作業(yè)效 率及自動化的技術(shù)水平可以使得企業(yè)物流效率大幅提升，立體庫的基本技術(shù)也日 益成熟，因此越來越多的企業(yè)開始采用自動化立體倉庫。很多企業(yè)不僅建設(shè)中大 型的立體庫，也根據(jù)需要建設(shè)了很多中小型自動化立體庫。因此，隨著經(jīng)濟的不 斷發(fā)展，立體倉庫的應(yīng)用更為廣泛。1.1立體倉庫的概述1.1.1立體倉庫的發(fā)展歷史立體倉庫一詞起源于“高層貨架”，一

16、般是指采用幾層、十幾層乃至幾十層高 的貨架儲存單元貨物，隨著科技的發(fā)展，人們逐漸采用起重、裝卸、運輸機械設(shè) 備等相應(yīng)的物料搬運設(shè)備進行貨物入庫和出庫作業(yè)的倉庫。由于這類倉庫能充分 利用空間儲存貨物，故常形象地將其稱為“立體倉庫”。倉庫的產(chǎn)生和發(fā)展是第二次世界大戰(zhàn)之后生產(chǎn)和技術(shù)發(fā)展的結(jié)果。50年代初,美國出現(xiàn)了采用橋式堆垛起重機的立體倉庫；50年代末60年代初出現(xiàn)了司機操作 的巷道式堆垛起重機立體倉庫；1963年美國率先在高架倉庫中采用計算機控制技 術(shù)，建立了第一座計算機控制的立體倉庫。此后，自動化立體倉庫在美國和歐洲 得到迅速發(fā)展，并形成了專門的學(xué)科。60年代中期，日本開始興建立體倉庫，并 且

17、發(fā)展速度越來越快，成為當今世界上擁有自動化立體倉庫最多的國家之一。立體倉庫由于具有很高的空間利用率、很強的入出庫能力、采用計算機進行 控制管理又利于企業(yè)實施現(xiàn)代化管理等特點，已成為企業(yè)物流和生產(chǎn)管理不可缺 少的倉儲技術(shù)，越來越受到企業(yè)的重視。1.1.2立體倉庫的組成立體倉庫一般由高層貨架、倉儲機械設(shè)備、建筑物及控制和管理設(shè)施等部分 組成，貨架形式有很多，材料一般用鋼材或鋼筋混凝土制作。鋼貨架的優(yōu)點是構(gòu) 件尺寸小，倉庫空間利用率高，制作方便，安裝建設(shè)周期短。而且隨著高度的增 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，自動化立體倉庫一般使用貨箱或托盤盛放貨物。貨箱與托盤的

18、基本功能是盛放小件 物料，同時還應(yīng)便于運輸車和堆跺機的插取和存放。搬運設(shè)備是自動化倉庫中的 重要設(shè)備，它們一般由電力驅(qū)動，通過手動或自動控制，實現(xiàn)把貨物從一處搬運 到另一處。輸送系統(tǒng)必須具有高度的可靠性。在立體倉庫內(nèi)，一般只有一套輸送 系統(tǒng)，一旦發(fā)生故障，就會使整個倉庫工作受到影響。所以，要求輸送系統(tǒng)的各 個環(huán)節(jié)上的設(shè)備可靠、耐用、維修方便。對輸送系統(tǒng)設(shè)置手動控制做后備。1.2立體倉庫的優(yōu)點使用自動化倉庫可以產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益和社會效益，主要來自以下幾個方面：1）高層貨架儲存。由于使用高層貨架儲存貨物，存儲區(qū)可以大幅度的向高空發(fā) 展,充分利用倉庫地面和其空間，因此節(jié)省了庫存占地面積，提高了空間

19、利用率。2）自動存取。使用機械和自動化設(shè)備，運行和處理速度快，提高了勞動生產(chǎn)率， 減輕操作人員的勞動強度同時能方便的納入企業(yè)的物流系統(tǒng)，使企業(yè)物流更趨合 理化。3）計算機控制。計算機能準確無誤的對各種信息進行儲存和管理，因此能減少 貨單處理和信息處理過程中的差錯。1.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.3.1國外研究現(xiàn)狀60年代中期，日本開始興建立體倉庫，并且發(fā)展速度越來越快，成為當今世 界上擁有自動化立體倉庫最多的國家之一。據(jù)不完全統(tǒng)計，美國有各種類型的自 動化立體倉庫20000多座，日本有38000多座，德國有10000多座，英國有4000 多座，前蘇聯(lián)有1500多座。堆垛機是自動化立體倉庫的主要作業(yè)機械

20、，擔(dān)負著出 庫、進庫、盤庫等任務(wù)，是自動化立體倉庫的核心部件，自動化立體倉庫的發(fā)展 就是以堆跺機的發(fā)展為主要標志的，目前巷道式堆跺機為主要發(fā)展方向。1.3.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀對立體倉庫及其物料搬運設(shè)備的研制開始并不晚，1963年研制成第一臺橋式堆垛起重機，1973年開始研制我國第一座由計算機控制的自動化立體倉庫（高 15 米，機械部起重所負責(zé)），該庫1980年投入運行。到2003年為止，我國自動化立 體倉庫數(shù)量已超過200座。立體倉庫由于具有很高的空間利用率、很強的入出庫 能力、采用計算機進行控制管理而利于企業(yè)實施現(xiàn)代化管理等特點，已成為企業(yè) 物流和生產(chǎn)管理不可缺少的倉儲技術(shù)，越來越受到企業(yè)的重視

21、。盡管如此，至今 在我國已建成的集成化倉儲系統(tǒng)還不多，我國的自動化立體倉庫與國外發(fā)達國家 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。1.4立體倉庫設(shè)計的內(nèi)容要求及主要思路小型立體倉庫的電氣控制系統(tǒng)由 PLC來實現(xiàn)，控制系統(tǒng)分手動和自動兩種方 式。此系統(tǒng)實現(xiàn)的功能主要有：取（由零位出發(fā)到指定倉位號取貨并送到入貨臺）； 入（到零位取貨并送入指定倉位號）等功能，在執(zhí)行完任務(wù)后自動返回到零位等 待下一指令。1、堆垛機前進（或后退）運動和上（或下）運動可同時進行2、堆垛機前進、后退和上、下運動時必須有超限位保護3、每個倉位必須有檢測裝置（微動開關(guān)），當操作有誤時發(fā)出錯誤報警信號4、倉位共有

22、12個，3行4列，在設(shè)置一個初始0倉位5、當按完倉位號后，沒按入或取前，可以按取消鍵進行取消該操作6整個電氣控制系統(tǒng)必須設(shè)置急停按鈕，以防發(fā)生意外本系統(tǒng)設(shè)計的主要思路是：第一、對系統(tǒng)進行整體規(guī)劃，此階段主要進行資 料搜集和閱讀工作；第二、對系統(tǒng)的硬件原理的理解和消化并對其進行合理地選 擇；第三、對系統(tǒng)軟件的編寫并在模擬系統(tǒng)中進行軟件的核對；第四、在時間允 許的情況下對系統(tǒng)進行運行調(diào)試；最后、整理資料進行論文撰寫工作。河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）2立體倉庫設(shè)計方案 2立體倉庫設(shè)計萬案2.1立體倉庫系統(tǒng)的構(gòu)成2.1.1系統(tǒng)模塊組成本文所設(shè)計的立體倉庫系統(tǒng)主要由人機接口界面、控制裝置、驅(qū)動模塊、

23、電機制動裝置、機械部件和倉位模塊所構(gòu)成，它們之間的關(guān)系如圖2.1所示。人機接口界面控制裝置I二1驅(qū)動模塊圖2.1立體倉庫系統(tǒng)模塊電機制動裝置操作人員通過人機接口界面，對立體倉庫輸入命令，比如將貨物送到某一倉 位，人機接口界面將這一命令傳送給控制裝置，控制裝置會根據(jù)這一命令作出簡 單判斷，即執(zhí)行還是不執(zhí)行，比如該倉位已滿，那么將不予執(zhí)行，所以控制裝置 會首先去接受來自倉位模塊的反饋信息，如果該倉位未被占據(jù)，則控制裝置接收 到這一信息后將會調(diào)用執(zhí)行該命令的相應(yīng)程序并執(zhí)行，以此來控制和它相連的驅(qū) 動模塊，驅(qū)動模塊的作用是去驅(qū)動電機制動裝置，通過電機制動裝置的運作會帶 動相應(yīng)的機械部件，機械部件將會把

24、貨物運送到合適的倉位，或是從合適的倉位 中取出貨物，以此來實現(xiàn)操作人員取送貨物的目的。2.1.2系統(tǒng)模塊的功能人機接口界面主要指的是由人來進行機械或設(shè)備操作的平臺，在立體倉庫中， 人機接口界面承擔(dān)了操作人員控制立體倉庫正常運行的作用。操作人員通過人機 接口界面可以向立體倉庫發(fā)出操作命令，這其中包括：貨物的出入庫方式以及存 放的倉庫位置編號。另外為了讓操作人員能更清楚地看到所選倉位編號，在人機 界面上還可加入倉位編號以及當前狀態(tài)顯示。在對控制裝置的設(shè)計中，可以利用可編程控制器（ PLC,可以在PLC控制器 寫入用以控制立體倉庫工作的程序，包括初始化程序、貨物出入庫程序、狀態(tài)顯 示程序等等。當控制

25、器接收到來自人機接口界面的命令之后，就可以做出邏輯判 斷是否相應(yīng)，然后調(diào)用事先設(shè)定好的程序執(zhí)行。驅(qū)動模塊的信號主要由控制模塊輸入，作用是驅(qū)動相應(yīng)的電機制動裝置工作， 并起到電路保護的作用，即過壓、過流保護。電機制動裝置主要用于帶動后續(xù)的機械部件運動，機械部件的運動目的就是 為了將貨物移動到適當?shù)奈恢?，而機械部件本身沒有動力，因此需要依靠電機制 動裝置來帶動它的運動。要將貨物從起始位置運送到倉庫中或是從倉庫中取出到 起始位置。倉位模塊一般可以設(shè)計成框架結(jié)構(gòu)，在材料的選取上應(yīng)選用比較堅固的材質(zhì)， 比如鋼質(zhì)或鐵質(zhì)材料，在外形的設(shè)計上最好是比較整齊的排列，比如最常用的是 陣列式結(jié)構(gòu)，如NX M型倉位，

26、即橫向N排倉位和縱向M列倉位整齊排列，這樣比 較有利于對貨物移送定位的控制。在傳送平臺到達貨物倉位后應(yīng)如何進行貨物出 入庫作業(yè)在傳送平臺到達貨物倉位后應(yīng)如何進行貨物出入庫作業(yè)同時在每一個倉 位的設(shè)計上應(yīng)考慮到倉位當前狀態(tài)信息的傳遞，比如倉位是否已經(jīng)存有貨物，否 則如果向已滿的倉位再送入貨物會導(dǎo)致倉庫的運行發(fā)生錯誤或損壞貨物以及倉庫 的硬件設(shè)備。2.2系統(tǒng)實現(xiàn)的功能及實現(xiàn)過程2.2.1系統(tǒng)實現(xiàn)的功能立體倉庫系統(tǒng)的主要功能是實現(xiàn)貨物的出入庫操作，本文設(shè)計的立體倉庫可 以實現(xiàn)下面一系列功能：1）將倉位中的貨物送到指定位置2）將某一指定位置的貨物取出3）能夠?qū)崿F(xiàn)貨物的自動或手動存取貨物4）將起始位置的

27、貨物送到任意位置5）從任意位置取回貨物放至起始位6）各倉位狀態(tài)的掃描檢測2.2.2功能實現(xiàn)過程1）在傳送平臺到達貨物倉位后應(yīng)如何進行貨物出入庫作業(yè)傳送平臺在到達指定倉位后，可通過平臺上的伸叉控制平臺的前后和上下移 動來進行出入庫作業(yè)。如果將水平桿和垂直桿的移動方向設(shè)為X方向和丫方向,把出入庫的前后移動設(shè)為 Z方向。取貨的時候，傳送平臺先向前伸入至貨物底部（Z方向），然后往上抬起貨物（丫方向），最后縮回（Z方向）。送貨的時候，傳送 平臺先向前伸入至倉位中（Z方向），然后往下放下貨物（丫方向），最后縮回（Z 方向），以此來實現(xiàn)貨物的出入庫作業(yè)。2）在貨物的傳送過程中如何做到精確而快速定位可以把貨物

28、的移動分解為水平（X軸）和垂直（丫軸）兩個方向，通過控制這 兩個方向上的位移多少，即可以將貨物送到準確位置。因此在硬件設(shè)計的時候， 可以將傳送貨物的機械裝置設(shè)計成水平桿和垂直桿，在動力控制上可以采用兩個 電機，分別給水平移動和垂直移動提供動力，然后通過電機控制送貨平臺在水平 桿和垂直桿上的滑動將平臺移到指定位置。為了提高送貨平臺移送的速度，縮短 其到達指定位置的時間，在控制時可將水平和垂直的移動設(shè)定為同時進行。當PLC發(fā)出一定脈沖，經(jīng)過驅(qū)動器驅(qū)動步進電機旋轉(zhuǎn)一定的角度，要想實現(xiàn)步進電機的精確控制，則需要對它的具體運行步數(shù)進行計數(shù)，步進電機以10cm長為單位長度計算為例，即坐標軸上的每個單位代表

29、現(xiàn)實中的10cm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。立體倉庫模擬裝置絲杠上螺紋的螺距為 1.8mm也就是說電機每 接400個脈沖所運行的距離為1.8mm要實現(xiàn)通過輸入不同數(shù)字使機械到達不同的 位置，需要作到的就是控制步進電機走多少個單位長度。河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）3立體倉庫系統(tǒng)的硬件設(shè)計 3立體倉庫系統(tǒng)的硬件設(shè)計3.1立體倉庫硬件系統(tǒng)構(gòu)成立體倉庫主體由底盤、四層十二倉位庫體、運動機械及電氣控制等四部分組 成。電氣控制是由日本三菱公司生產(chǎn)的FX系列可編程序控制器（PLC）、步進電機驅(qū)動電源模塊、開關(guān)電源、微動開關(guān)等器件組成

30、。機械部分采用滾珠絲杠、滑杠、普通絲杠等機械元件組成，采用步進電機作 為拖動元件。其主要組成部分堆垛機一般由升降機構(gòu)、運行機構(gòu)、貨叉、伸縮機 構(gòu)、機架以及電氣部分等組成。自動化立體倉庫中的堆垛機，要求能夠接收上位機的指令并對指令做出判斷（需要做出的判斷包括運行的方式為手動還是自動，進行的是出庫還是入庫，是從哪個方向等），然后再進行動作，完成動作分為自動 取貨和存貨。因此，堆垛機在動作之前就要對上位機給出的位置和自身所處的位 置加以比較，然后做出判斷向哪個方向行走。堆垛機有水平行走，垂直運行和貨叉 伸縮三種動作。如圖3.1，其中1.升降電動機2.貨叉3傳動絲杠4.行走電動機升降電動機在垂直方向上

31、運動，負責(zé)把貨物送到指定的垂直坐標位置，行走 電動機在水平方向上運動，負責(zé)把貨物送到指定的水平坐標位置，貨叉的主要任 務(wù)是把指定位置的貨物送到指定的倉位或把指定倉位的貨物取出送到貨臺，傳動 絲桿的主要是負責(zé)垂直或水平運動的連接，是貨物穩(wěn)定的到達位置?？刂婆_位于底盤的右前側(cè)，上面設(shè)有按鈕功能表、功能選擇開關(guān)、倉位號顯 示、狀態(tài)指示燈等，用戶可以通過控制臺來方便的控制貨物的存取地點以及貨物 的存取，如圖3.1所示。倉位指示狀態(tài)指示圖3.1控制面板上的開關(guān)及按鈕功能鍵盤3.2立體倉庫的設(shè)備選型3.2.1步進電機原理及選型步進電機作為一種常用的電氣執(zhí)行元件，廣泛應(yīng)用于自動化控制領(lǐng)域。步進 電機的運轉(zhuǎn)需

32、要配備一個專門的驅(qū)動電源，驅(qū)動電源的輸出受外部的脈沖信號和 方向信號控制。每一個脈沖信號可使步進電機旋轉(zhuǎn)一個固定的角度，這個角度稱 為步距角。脈沖的數(shù)量決定了旋轉(zhuǎn)的總角度，脈沖的頻率決定了旋轉(zhuǎn)的速度。方 向信號決定了旋轉(zhuǎn)的方向。就一個傳動速比確定的具體設(shè)備而言，無需距離、速 度信號反饋環(huán)，只需控制脈沖的數(shù)量和頻率即可控制設(shè)備移動部件的移動距離和 速度；而方向信號可控制移動的方向。因此，對于那些控制精度要求不是很高的 應(yīng)用場合，用開環(huán)方式控制是一種較為簡單而又經(jīng)濟的電氣控制技術(shù)方案。另外，步進電機的細分運轉(zhuǎn)方式非常實用，盡管其步距角受到機械制造的限 制，不能制作得很小，但可以通過電氣控制的方式使

33、步進電機的運轉(zhuǎn)由原來的每 個整步分成m個小步來完成，以提高設(shè)備運行的精度和平穩(wěn)性。河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）3立體倉庫系統(tǒng)的硬件設(shè)計 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(論文)3立體倉庫系統(tǒng)的硬件設(shè)計 步進電機主要為本設(shè)計執(zhí)行元件，之所以選擇步進電機就是因為其適用于開 環(huán)控制，而且其控制精度較高，能實現(xiàn)精確定位，在供電電源切斷時，混合式步 進電機具有自定位轉(zhuǎn)矩，因此仍能保持原來的位置，同時也是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化 為角位移的執(zhí)行機構(gòu)。本系統(tǒng)所用步進電機為二相八拍混合式步進電機，型號為 42BYGH101此步進電機的主要特點是體積小，具有較高的起動和運行頻率，有定 位轉(zhuǎn)矩等優(yōu)點。當前主要應(yīng)用于監(jiān)控設(shè)備、

34、醫(yī)療儀器、工業(yè)自動化化設(shè)備。其工表3.142BYGH101的技術(shù)數(shù)據(jù)表作環(huán)境溫度：-10+55C，絕緣電阻參數(shù)：500VDC100M? MIN,技術(shù)數(shù)據(jù)如表3.1 所示。型號電壓(V)電 流(A)電 阻(Q)電感(mH)最大靜轉(zhuǎn)矩(N. cm)定位轉(zhuǎn) 矩(N.cm)轉(zhuǎn)動慣 量cm2)重量(k g )引線規(guī) 格42BYGH1012. 4260血輸入-機殼絕緣AC1500V 1 分鐘，10mA DC500V 絕緣電阻 50血輸出-機冗絕緣AC1500V 1 分鐘，10mA DC500V 絕緣電阻 10血相對濕度Ta=25C 相對濕度=80%工作環(huán)境溫度-10C40C儲存溫度-2

35、0C55C尺寸/重量200X118X49mm長 X 寬 X 高）顏色黑色冷卻方式風(fēng)冷3.2.4微動開關(guān)的工作原理及型號選擇1、微動開關(guān)的工作原理微動開關(guān)是具有微小接點間隔和快動機構(gòu)，用規(guī)定的行程和規(guī)定的力進行開 關(guān)動動作的接點機構(gòu)，用外殼覆蓋，其外部有驅(qū)動桿的一種開關(guān)，因為其開關(guān)的 觸點間距比較小，故名微動開關(guān)。外機械力通過傳動元件（按銷、按鈕、杠桿、 滾輪等）將力作用于動作簧片上，當動作簧片位移到臨界點時產(chǎn)生瞬時動作，使 動作簧片末端的動觸點與定觸點快速接通或斷開。當傳動元件上的作用力移去后, 動作簧片產(chǎn)生反向動作力，當傳動元件反向行程達到簧片的動作臨界點后，瞬時 完成反向動作。微動開關(guān)的觸

36、點間距小、動作行程短、按動力小、通斷迅速。其 動觸點的動作速度與傳動元件動作速度無關(guān)。2、微動開關(guān)的型號選擇根據(jù)系統(tǒng)要求和設(shè)計靈活性選擇產(chǎn)品型號KFC-V-08-2A,其性能指標如表3.3表3.3 KFC-V-08-2A的性能指標溫度范圍-40+-70額定電流、電壓DC30V 0.1A接觸電阻 100mQ抗電強度 500V AC/min動作力0.20.5N產(chǎn)品壽命 5000 times在該立體倉庫控制系統(tǒng)中共有13個倉位（四層十二個倉位加0號倉位）分別 采用13只微動開關(guān)作為貨物檢測，當有貨物時相應(yīng)開關(guān)動作，其信號對應(yīng)PLC的輸入點是X22-X36;另外為保險起見，在X軸的左、右限位和Y軸的上

37、、下限位處 和Z軸的前、后限位還分別加裝了 1只微動開關(guān)作限位保護，以確保立體倉庫在 程序出錯時不損壞。3.2.4 PLC的選擇1、PLC I/O點的選擇根據(jù)控制要求，將個輸入設(shè)備和被控設(shè)備詳細列表，準確的統(tǒng)計出被控設(shè)備 對數(shù)需求量，然后在實際統(tǒng)計的I/O點數(shù)的基礎(chǔ)上增加15%-20%勺備用量，以便 以后調(diào)整和擴充。同時要充分利用好輸入和輸出擴展單元，提高主機的利用率， 例如FX2系列可編程控制器主機分為 16、24、32、64、80、128點六檔，還有各 種輸入和輸出擴展單元，這樣在增加I/O點數(shù)時，不必改變機型，可以通過擴展模塊實現(xiàn)，降低了經(jīng)濟投入。在確定好I/O點數(shù)后，還要注意它的性質(zhì)，

38、類型和參數(shù)。例如是開關(guān)量還是模擬量，是交流還是直流以及電壓大小的等級，同時還 要注意輸出端的負載的特點，以此選擇和培植相應(yīng)機型和模塊。小型倉庫電氣控制系統(tǒng)有輸入信號 41個，輸出信號22個。其中，外部輸入 元件包括：檢測元件、按鈕、取、送、急停、限位開關(guān)、超限位保護等等；輸出 有三個步進電機的正反向、動作動作指示、報警顯示等等。按照上述配置，所選 I/O點不得低于63點，結(jié)合實際情況，所選I/O點為80點。2、PLC型號的選擇PLC選型的一般原則為：1、PLC機型選擇的基本原則是，在功能滿足要求的前提下，選擇最可靠、維 護使用最方便以及性能價格比的最優(yōu)化機型。2、在工藝過程比較固定、環(huán)境條件較

39、好（維修量較?。┑膱龊?，建議選用整 體式結(jié)構(gòu)的PLC其它情況則最好選用模塊式結(jié)構(gòu)的 PLC3、對于開關(guān)量控制以及以開關(guān)量控制為主、 帶少量模擬量控制的工程項目中， 一般其控制速度無須考慮，因此，選用帶 A/D轉(zhuǎn)換、D/A轉(zhuǎn)換、加減運算、數(shù)據(jù)傳 送功能的低檔機就能滿足要求。4、而在控制比較復(fù)雜，控制功能要求比較高的工程項目中（如要實現(xiàn) PID運算、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)等），可視控制規(guī)模及復(fù)雜程度來選用中檔或高檔機。其 中高檔機主要用于大規(guī)模過程控制、全PLC的分布式控制系統(tǒng)以及整個工廠的自動化等。本課題根據(jù)I/O的信號數(shù)量，類型及控制要求，同時考慮到維護和保養(yǎng)，改 造和經(jīng)濟等諸多因素，可編程控制器

40、擬選用三菱系列FX2N-80MR足以滿足要求。3.2.5立體倉庫控制系統(tǒng)的硬件連接圖在對立體倉庫進行PLC軟件編程控制，必須首先設(shè)定 PLC各I/O 端口的作 用。圖3.4為PLC各I/O 端口的硬件框圖: 進送- 出取P.-自動手消取T 位復(fù) - 停急制限進前 鍵位車檢 T鍵位當檢 鍵位豐按 鍵位傘按一過超退后 -I制限退后T制限上向-制限進送 一過超下向 制限下向超 出 取-3COMX0 X1 X2 X3 X4 X5 X50X5 . X21 X22X36C37FX2N-80MRY25 Y6 Y7 Y10Y11 -Y24Dp步進電機涉進電機驅(qū)動器S涉進電機驅(qū)動器示 指出 取進 送警報緒示示誤

41、就顯顯錯A相B相圖3.4 PLC 各I/O 端口的硬件框圖4立體倉庫系統(tǒng)的軟件設(shè)計4.1 10地址分配表在進行程序設(shè)計時，首先要確定立體控制系統(tǒng)的輸入、 輸出，其分配表如表4.1表4.1 I0 地址分配表X0啟動X24檢驗2號倉位Y0前進X1手動自動X25檢驗3號倉位Y1后退X2取出X26檢驗4號倉位Y2向上X3送進X27檢驗5號倉位Y3向下X4取消X30檢驗6號倉位Y4送進X5急停X31檢驗7號倉位Y5取出X6按1倉位鍵X32檢驗8號倉位Y6顯示取出X7按2倉位鍵X33檢驗9號倉位Y7顯示送進X10按3倉位鍵X34檢驗10號倉位Y10錯誤報警燈X11按4倉位鍵X35檢驗11號倉位Y25就緒指

42、示燈X12按5倉位鍵X36檢驗12號倉位Y11顯示1號倉位X13按6倉位鍵X37前進限制Y12顯示2號倉位X14按7倉位鍵X40后退限制Y13顯示3號倉位X15按8倉位鍵X42向上限制Y14顯示4號倉位X16按9倉位鍵X43向下限制Y15顯示5號倉位X17按10倉位鍵X45送進限制Y16顯示6號倉位X20按11倉位鍵X46取出限制Y17顯示7號倉位X21按12倉位鍵Y20顯示8號倉位X22檢驗0號倉位Y21顯示9號倉位X23檢驗1號倉位Y22顯示10號倉位Y23顯示11號倉位Y24顯示12號倉位4.2 PLC的編程軟件對于PLC編程采用了三菱 PLC編程軟件 GX Developer，本軟件是

43、運行在 Windows環(huán)境下的PLC編程工具軟件。用戶可以用它實現(xiàn)以下功能： 對PLC程序 和注釋的輸入及編輯；程序檢查；運行狀態(tài)和數(shù)據(jù)的監(jiān)控及測試；系統(tǒng)寄存器和 PLC各種系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置；程序清單和監(jiān)控結(jié)果等文檔的打印；數(shù)據(jù)傳輸及文件管理等。該軟件具有以下功能：1、具備2種程序編輯模式2、注釋功能3、查找功能4、調(diào)試功能5、監(jiān)控功能6程序傳輸和在線編輯4.3立體倉庫控制程序的設(shè)計立體倉庫PLC程序的設(shè)計為軟件設(shè)計的主體部分，控制程序是整個系統(tǒng)工作 的核心，程序的處理方法決定了系統(tǒng)的工作方式和性能，因此程序的設(shè)計在此系 統(tǒng)中至關(guān)重要。立體倉庫程序設(shè)計主要包括實現(xiàn)自動化立體倉庫手動或自動貨物 存

44、取和出入庫作業(yè)，定位準確，能顯示貨物存放狀態(tài)。4.3.1立體倉庫的程序流程圖在進行PLC程序設(shè)計之前，首先應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的功能設(shè)計流程圖。根據(jù)要求按下啟動按鈕后，系統(tǒng)就緒，按下自動按鈕后，選擇倉位號，并檢 測初始位置是否有貨。當初始位置有貨時，檢驗所選倉位號是否有貨，若所選倉 位號無貨，則按下送貨按鈕，把貨物送到指定的倉位位置，送到后，輸送機自動 返回初始位置，等待下一條指令。若初始位置無貨而選擇倉位號有貨時，按下取 貨按鈕，堆垛機從初始位置出發(fā)，到指定取貨倉位號取得貨物后自動返回初始位 置，等待下一條指令，當出現(xiàn)其他狀況時，系統(tǒng)發(fā)出報警信號。立體倉庫控制系 統(tǒng)的總流程圖如圖4.2所示。圖4.2

45、PLC主程序控制流程圖4.3.2 PLC主要功能程序設(shè)計1、手動自動存取貨物功能方式的轉(zhuǎn)換。系統(tǒng)手動運行結(jié)束后 ，須斷開所有手 動工作方式開關(guān)，并按下自動運行方式按鈕一次才能啟動自動運行狀態(tài)，自動運行 狀態(tài)啟動后，各個貨臺將根據(jù)車上貨物的具體情況運動。系統(tǒng)自動運行中，按下任何一個手動方式開關(guān)，系統(tǒng)將停止所有的動作，貨臺停止在當前位置，等待手動指 令的到來。當系統(tǒng)需急停時，可以用手動按鈕使系統(tǒng)恢復(fù)初始位置。手動部分程 序如下所示，通過按鍵 X6, X7, X10, X11, X12, X13控制電動機的前進、后退、 向上、向下、送進，取出，從而實現(xiàn)手動控制的目的。iuzb xuui TOC o

46、1-5 h z _| |piCNOM200K006| 31K007| 32K010_| | 33K011| 34K012_| | 35K013_| | 36當選擇手動工作方式時，判斷動作控制鍵是否被按下，若被按下，貨臺按控 制鍵方向運動并最終到達終點，其手動流程圖如下圖4.3所示。2、系統(tǒng)出錯報警。當系統(tǒng)在自動模式運行時，如果在存取貨物的過程中出現(xiàn)選錯倉位號，或者 存取貨物按鈕按錯時，系統(tǒng)就會發(fā)出報警警告，告訴操作員出現(xiàn)錯誤并檢查以確 保系統(tǒng)安全。系統(tǒng)出錯報警程序如下所示。河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）5程序的仿真與調(diào)試 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(論文)5程序的仿真與調(diào)試 5程序的仿真與調(diào)試

47、5.1仿真軟件的概述本文采用三菱 FX系列編程軟件相配套的仿真軟件GT Designer2和GTSimulator來實現(xiàn)對立體倉庫控制系統(tǒng)的整體仿真安裝后就能夠?qū)崿F(xiàn)不在線時的 調(diào)試，不在線調(diào)試功能包括軟元件的監(jiān)視測試，外部機器的I/O的模擬操作等。如果使用GX Simulator就能夠在1臺計算機上進行順控程序的開發(fā)和調(diào)試，所以 能夠更有效的進行順控程序修正后的確認。其特點如下所述(1)能夠作為程序單體調(diào)試工具使用。依照從前的方法使用可編程控制器CPU進行調(diào)試的時候，除了可編程控制器CPU以外，必要時還需要另外準備輸入輸出模塊，特殊功能模塊，外部機器等?，F(xiàn)在在1臺計算機上就能夠?qū)嵭姓{(diào)試，另外由

48、于沒有連接實際的機器，所以萬一由于程序的制作錯誤發(fā)生異常輸出時，也不 會對系統(tǒng)造成損害。 能夠模擬外部機器運行系統(tǒng)設(shè)定功能。GX Simulator的I/O系統(tǒng)設(shè)定中使用位軟元件的ON/OFF仿真運行后在程序中就能顯示相應(yīng)的軟元件的運行狀態(tài)， 根據(jù)軟元件的指示燈的變化就能夠模擬來自外部的輸入，對應(yīng)于輸入的輸入也能 通過指示燈顯示出來，從而對程序的邏輯進行檢查，可以發(fā)現(xiàn)程序中是否有錯誤， 從而完成對程序的仿真。5.2程序的仿真過程與調(diào)試在GT Designer中設(shè)計好仿真圖形后，打開仿真軟件GX Simulator2開始仿真設(shè)計。按照倉庫系統(tǒng)的運行順序，選擇相應(yīng)的按鈕，觀察貨物的存放情況。不 斷

49、改變輸入變量，觀察結(jié)果變化，系統(tǒng)出錯時，在線進行修改，既可以及時改正 系統(tǒng)設(shè)計出現(xiàn)的錯誤，又能及時仿真，觀察結(jié)果是否正確。它是在理想情況下的 仿真，只能對我們要實現(xiàn)的功能進行演示，幫助我們發(fā)現(xiàn)程序中的一些錯誤而不 能發(fā)現(xiàn)所有的錯誤，只有在實際運行中我們才能發(fā)現(xiàn)更多的錯誤，但對于我們的 設(shè)計來說這已經(jīng)足夠了。通過對程序的仿真，發(fā)現(xiàn)一些程序中的問題，并通過修 改、調(diào)試能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計的基本功能，這樣我們的目的就達到了。GT Designer2的設(shè)計圖與GX Simulator2仿真圖形5.1和5.2所示。-0004啟動刊自取出瞄肖BMJ&W，急停取消按10按11按12按7按8按9披4按5按6按1拋按3

50、啟動手/自取岀送進前限后限后超上限下限送限取限取超急停檢i檢3檢4檢5檢6檢7檢8檢9檢10檢11檢12檢0圖5.1 GT Designer2 的設(shè)計圖顯送運行顯取顯1顯2顯;3顯4顯5顯6顯7顯8顯91011顯12前進后退向上向下送進取岀圖5.2 GX Simulator 系統(tǒng)仿真圖通過對設(shè)計制作的立體倉庫模型系統(tǒng)的各項運行測試證明，本文所研究設(shè)計的自動化立體倉庫系統(tǒng)可以達到預(yù)期的功能，通過PLC程序的控制能準確的執(zhí)行貨物的出入庫作業(yè)。河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）結(jié)論 結(jié)論通過2個多月的立體倉庫電氣控制系統(tǒng)的畢業(yè)設(shè)計，基本上在規(guī)定的時間內(nèi) 完成了指導(dǎo)老師和學(xué)校下達的任務(wù)。經(jīng)過本次設(shè)計，使

51、我更進一步了解到可編程 控制器在現(xiàn)代工業(yè)以及其他行業(yè)中的應(yīng)用，以及它的優(yōu)點，如：成本底、使用范 圍廣、高速、便捷、永遠在線、結(jié)構(gòu)靈活等等。PLC的應(yīng)用范圍已從傳統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)設(shè)備和機械的自動控制，擴展到以下應(yīng)用領(lǐng)域：中小型過程控制系統(tǒng)、遠程維護服 務(wù)系統(tǒng)、節(jié)能監(jiān)視控制系統(tǒng)，以及與生活關(guān)連的機器、與環(huán)境關(guān)連的機器，而且 均有急速的上升趨勢。值得注意的是，隨著 PLC DCS相互滲透，二者的界線日趨 模糊的時候，PLC從傳統(tǒng)的應(yīng)用于離散的制造業(yè)向應(yīng)用到連續(xù)的流程工業(yè)擴展。從方案的論證到最終的設(shè)計，涉及的領(lǐng)域包括：可編程控制器的原理及應(yīng)用、 電機電氣、我國物流設(shè)備發(fā)展趨勢及應(yīng)對措施等等；在設(shè)計的同時，我又

52、對以前 學(xué)過的基礎(chǔ)知識有了更深的了解，例如電機電器部分以及其應(yīng)用方向，應(yīng)用范圍 和經(jīng)常使用的電機電器設(shè)備等，還熟練掌握了CAD GTDesigner2、DTSimulator2以及GX Developer等軟件，學(xué)會了利用這些軟件對一些系統(tǒng)進行仿真、模擬以及 調(diào)試等。此外，對于一個系統(tǒng)的整體構(gòu)造以及需要考慮的問題有一個更深層次的 理解，熟練運用學(xué)過的知識分析整個系統(tǒng)的工作過程，包括輸入、輸出、控制器、 執(zhí)行器、以及檢測變送單元等，每一部分都是一個復(fù)雜的工程，這對于我們以后 對系統(tǒng)的設(shè)計有一定的基礎(chǔ)。再通過大量資料的查找，使我不僅熟悉了立體倉庫 的組成部分和運動過程，對其中的步進電機，微動開關(guān)，

53、PLC原理及設(shè)計程序等有關(guān)事項有了深刻地認識與學(xué)習(xí)，并從方方面面深刻的體會到了立體倉庫在現(xiàn)代自 動化控制系統(tǒng)中的重要性和必要性。綜合整個立體倉庫的控制系統(tǒng)設(shè)計，基本達到了設(shè)計要求，但對于現(xiàn)實生活 中的應(yīng)用，我們還需要在進行完善，在實踐應(yīng)用中，我們要考慮到經(jīng)濟、安全、 效益、穩(wěn)定等因素，因此，要想完成一份完善的系統(tǒng)設(shè)計，我們必須要經(jīng)過大量 的實踐應(yīng)用，不斷總結(jié)，不斷改善，才能使整個系統(tǒng)最大化的被實際應(yīng)用，從而 達到整個系統(tǒng)的實用性。河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(論文)參考文獻 參考文獻吳嘵軍電氣控制與可編程控制器應(yīng)用M西安：西安建筑科技大學(xué)，2002Matthias Seitz .可編程序控制器應(yīng)用

54、教程M.北京：機械工業(yè)出版社，2009劉曙光.基于PLC的立體倉庫運行系統(tǒng)J.物流技術(shù)，2006(9)臺方主.可編程控制器應(yīng)用教程M北京：中國水利水電出版社，2001 宋德玉主.可編程控制器原理應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)M北京：冶金工業(yè)出版社2002Jeroe n van den Berg Con suit in g,Ja n SePPe nPlei n.An alytic ExPressi ons for the Optimal Dwell Point in an Automated Storage/Retrieval SystemJ.Produetion Eeo nomies.2002:13 25張

55、萬忠等.電氣與PLC空制技術(shù)M.北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2003.王永華等.現(xiàn)代電氣及可編程序控制技術(shù)M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2002.程玉凱.基于PLC的自動化立體倉庫控制系統(tǒng)設(shè)計J. PLC&FA，2011(06).陳曉軍.PLC控制技術(shù)在立體倉庫堆垛機中的運用J.科技資訊，2007 (34).錢昕基于PLC的自動化立體倉庫設(shè)計與組態(tài)監(jiān)控D.蘇州大學(xué)，2009(10).河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）致謝 致謝四年的大學(xué)生活馬上就要在畢業(yè)答辯后結(jié)束了，在大學(xué)讓我學(xué)會了很多，認 識了很多優(yōu)秀的老師，結(jié)識了很多知心的朋友，在與老師和朋友的接觸中讓我學(xué) 到了很多道理，擁有了許多終身難忘的人生經(jīng)歷。在這次畢業(yè)設(shè)計中，我不僅重溫了以前學(xué)過的知識，也讓我接觸到了很多自 己沒有涉及到的東西。在設(shè)計中我遇到了很多的難題，雖然困難讓人喪氣，但早 老師和周圍同學(xué)的幫助下我也較為順利地解決了問題。老師們細心的講解，讓我 從無知到了解。同學(xué)們耐心的幫助，讓我從灰心到充滿信心。感謝任老