智能倉儲控制系統(tǒng)設計方案

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課題任務的內(nèi)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300mmX300mm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300mmX300mm的區(qū)域。中間bc段500mm的距離無引導線。引導線ab通過O點，0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(cè)。B、0、E三點在一條直線上，BE垂直于引導線，ZA0B=ZB0C=ZD0E=ZE0F=45°oe點距c點350mm。在引導線cd的側(cè)方設置有G、H、I三個收料槽，三個收料槽底部為65X65mm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cd350mm，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）

anorTiiTi圖2.1倉儲系統(tǒng)的基本組成anorTiiTi3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A?F的平臺上，通過內(nèi)部程序關節(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內(nèi)部程序的時候，轉(zhuǎn)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(zhuǎn)，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X2：收料槽G顏色傳感器X3：收料槽H顏色傳感器X4：收料槽I顏色傳感器Y1：收料槽皮帶輪執(zhí)行電機Y2：收料槽G處對應的電磁閥Y3：收料槽H處對應的電磁閥Y4：收料槽I處對應的電磁閥TOC\o"1-5"\h\z{SE-耐1YM1}{R?-刑JrYin;.1<T2I"1LYJUiJX1：e點處的行程開關X2：收料槽G顏色傳感器X3：收料槽H顏色傳感器X4：收料槽I顏色傳感器fT4l：2014.3分揀機構各硬件布置圖圖4.34.4分揀機構零部件4.4.1行程開關TZ-8111,AZ-8111.ME-8111參數(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^率120次/分鐘4.4.2顏色傳感器

4.4.3氣缸Mk-K；Nml5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:1一機座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：1一手爪2一傳動機構3—驅(qū)動裝置4一支架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。5.2.1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(zhuǎn)化為不同電平信號，將此電平信號送入PLC，由PLC控制轉(zhuǎn)向電機作相應的轉(zhuǎn)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。5.2.2光電檢測轉(zhuǎn)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相連接。若兩側(cè)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(cè)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)。5.2.3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)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內(nèi)。直到從A?F（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Y5:控制機器人前進的電機Y6：控制機器人右拐的電機Y7:控制機器人左拐的電機Y10：控制機器人后退的電機X5：出發(fā)區(qū)域的微動開關X6：關節(jié)型機器人左側(cè)的光電傳感器X7：關節(jié)型機器人右側(cè)的光電傳感器X10：O點處的行程開關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：dY5:控制機器人前進的電機Y6：控制機器人右拐的電機Y7:控制機器人左拐的電機Y10：控制機器人后退的電機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O］坐標系的位置矢量關系式可用下式表示：X0Y)Z011=k￡此Y1Z111或,1k式中Li］為O0和O1坐標系間的其次坐標變換矩陣11］為關節(jié)1的運動矩陣后與O］坐標系重合；系的相對運動矩陣?！?000一G-S100「0100，11]=禹C100001c00010_0001__0001_本例中:式中T]111為關節(jié)1的回轉(zhuǎn)運動量，C1=cos01方向平移量Y1Z11T表示O0坐標系經(jīng)過變換Lj］表示O坐標系相對O坐標c0為O0坐標系中沿Z0Sjsin0。用同樣的方法寫出O2與O］坐標系的矢量關系如下：X1pZ111=h頃2Y2Z21T=T1Jx2式中12］為。］和O2坐標系間的其次坐標變換矩陣，11,2］表示O坐標系相對。坐標系的相對運動矩陣。12］為關節(jié)1的運動矩陣，本例中:「1000一「C2-S200「0Ca1Sa10-Sa1Ca100，wS2C2000c10010_01__0001_21因此，T]12，式中a廣90。，02為關節(jié)2的回轉(zhuǎn)運動量。X0丫0Z01T=t0,L1我們可以得到O2和O0坐標系的矢量關系:與Z10,2政2Y2Z2式中，「02］為O坐標系相對于O坐標系的相對運動矩陣。用同樣的方法可以寫出12,31L”I本例中：0-SP2001SP20a0S3-S3C3000"00cP2000010010001其中p2=90。,03為關節(jié)3繞Z3軸方向的回轉(zhuǎn)運動量。c-S,c-S,00y3y3S,c00y3y3001c30001，3為O3與1坐標系間的旋轉(zhuǎn)變換角，本例中中3=為。。由于O3坐標系與^坐標系間無運動，故只有坐標轉(zhuǎn)化。最后寫出^與O0坐標系的矢量關系式為：0/000,m*mYmZm&Y)Z0式中，X=Y=Z=0，其中O坐標系相對于O坐標系的相對運動矩陣l0m]表達式如mmmm0,TL「R0,mP0T0,m0/000,m*mYmZmTL「R0,mP0T0,m-，可以看出運動矩陣T0,m^中的Lml可LmL別表示了末端執(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5.6.1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，所以參考4.4.1中的圖和特性說明。5.6.2直流伺服電機

■onEDM5.6.3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(qū)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。5.6.4■onEDM5.6.3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(qū)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。5.6.4光電傳感器,r5O.2tQ.25匚如；貓22.2^0.2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，倉庫運行效率也大大地提高了，管理