巷道中型立體倉庫系統(tǒng)設計

一、 畢業(yè)設計（論文）課題來源、類型本次畢業(yè)設計是以風動機械零部件庫3巷道中型立體倉庫系統(tǒng)為對象，對堆垛機電氣系統(tǒng)方案和PLC控制器進行設計。論文課題來源于生產實踐。選題類型為工程設計課題。二、 選題的目的及意義選題的目的是：通過本次設計熟悉控制系統(tǒng)設計流程，詳細掌握立體倉庫系統(tǒng)各部件尤其是堆垛機控制系統(tǒng)的設計方案，熟練應用PLC構架控制系統(tǒng)，同時系統(tǒng)的復習大學所學的專業(yè)知識并應用于實踐當中。選題的意義是：隨著企業(yè)現(xiàn)代化生產規(guī)模的不斷擴大，立體倉庫已成為生產物流系統(tǒng)中的一個重要且不可缺少的環(huán)節(jié)，并得到廣泛的推廣，其在理論和技術上的突破，對物流系統(tǒng)在企業(yè)中的實際應用具有廣泛的價值。自動化立體倉庫集成了通信技術、自動控制技術、檢測技術、數(shù)據(jù)庫技術和優(yōu)化調度技術于一體，是現(xiàn)代物流的重要組成部分。由于自動化立體倉庫空間利用率高、管理方便及自動化程度高，其應用也越來越廣泛。隨著紅外線、高性能的PLC、高性能的變頻器及激光測距等新技術的廣泛普及和應用，立體倉庫堆垛機的運行速度有了明顯的提高，原有的控制技術已經(jīng)不能滿足新型自動化倉庫的需求，必須做出相應的調整。自動化倉庫系統(tǒng)一般由高層貨架、堆垛機、輸送設備、電氣控制系統(tǒng)、信息處理系統(tǒng)等組成，各部分相互協(xié)調共同完成貨物的存儲運輸和管理。自動化立體倉庫又稱自動化倉庫、現(xiàn)代智能庫、高層貨架倉庫等，是近年來國際上迅速發(fā)展起來的一種新型倉儲設施，是在不直接進行人工干預的情況下能自動存儲和取出物料的系統(tǒng)。自動化立體倉庫是現(xiàn)代物流系統(tǒng)的重要組成部分，擔負著物資的接受、分類、計量、包裝、分揀配送、存檔等多種功能，是實現(xiàn)高效率物流和大容量儲藏，適應現(xiàn)代化生產和商品流通的有效手段。自動存取設備（AS/RS）作為核心功能模塊之一在很大程度上提高了倉庫作業(yè)的自動化水平，節(jié)省了人力，尤其是堆垛機設備的使用提高了倉庫的作業(yè)效率，增強了作業(yè)的安全性。其性能直接影響到自動化立體倉庫的快速性、安全性、可靠性以及工作效率?？删幊炭刂破鳎≒LC）對巷道堆垛機實施自動控制，來完成貨物的自動入庫、出庫、盤庫等作業(yè)。因此，堆垛機PLC控制程序的優(yōu)劣直接影響著整個系統(tǒng)自動化程度及各項質量性能指標，如:系統(tǒng)工作效率，系統(tǒng)可靠性，系統(tǒng)可操作性等。不同類型的立體倉庫，其堆垛機運行方式也各有特點。在整個系統(tǒng)中，堆垛機是這類系統(tǒng)中最主要的起重運輸設備之一，它在高架立體倉庫貨架的巷道間前后運行，運輸貨物，完成在站臺和貨格間的存取動作，最典型的自動化立體倉庫，可以將設備簡化為堆垛機、貨架和存取站臺，堆垛機的性能直接決定了整個系統(tǒng)的性能，是自動化倉庫的核心設備。其性能的優(yōu)劣對整個立體倉庫的正常運行起著重要的作用。立體庫的優(yōu)勢是通過它體現(xiàn)出來的。因此，就目前我國現(xiàn)有生產力發(fā)展水平來看，在自動化立體倉庫中設計出造價低廉、工作可靠地堆垛機替代原有倉庫的控制和管理，能更加適應某些中小企業(yè)要求投資少見效快的目標。三、本課題在國內外的研究狀況及發(fā)展趨勢倉庫的產生和發(fā)展是第二次世界大戰(zhàn)之后生產和技術發(fā)展的結果。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，建立了第一座計算機控制的立體倉庫。后來德國和日本也相繼開發(fā)了自動化立體倉庫。進入20世紀80年代，自動化立體倉庫在世界各國發(fā)展迅速，使用范圍涉及幾乎所有行業(yè)。據(jù)不完全統(tǒng)計，美國擁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。我國對高架倉庫及其物料搬運設備的研制開始并不晚，1963年研制成第一臺橋式堆垛起重機（機械部北京起重運輸機械研究所負責），1973年開始研制我國第一座由計算機控制的自動化高架倉庫（高15米，機械部北京起重運輸機械研究所負責），該庫1980年投入運行。到目前為止，據(jù)不完全統(tǒng)計，我國高架倉庫數(shù)量已超過500座。高架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)物流和生產管理不可缺少的技術，越來越受到企業(yè)的重視。隨著現(xiàn)代工業(yè)生產的發(fā)展，柔性制造系統(tǒng)、計算機集成制造系統(tǒng)和工廠自動化對自動化倉庫提出更高的要求，搬運倉儲技術要具有更可靠、更實時的信息，工廠和倉庫中的物流必須伴隨著并行的信息流。射頻數(shù)據(jù)通信、條形碼技術、掃描技術和數(shù)據(jù)采集越來越多地應用于倉庫堆垛機、自動導引車和傳送帶等運輸設備上，移動式機器人也作為柔性物流工具在柔性生產、倉儲和產品發(fā)送中日益發(fā)揮重要的作用。實現(xiàn)系統(tǒng)的柔性化，采用靈活的傳輸設備和物流線路是實現(xiàn)物流和倉儲自動化的趨勢。在經(jīng)歷了四個發(fā)展階段之后，目前，自動化倉庫已經(jīng)開始進人智能儲運技術階段，逐步向更合理化、系統(tǒng)化、綜合化和社會化方向發(fā)展。所謂智能儲運技術主要包括智能物料儲運設計和智能物料儲運作業(yè)，目前研究人員在這一技術方面進行著大量的工作。例如將專家系統(tǒng)運用在自動導向車中，使其能夠確定行走路線并做出合理的運行決策；在倉庫的建設工程中也可以用專家系統(tǒng)確定最佳參數(shù)以及如何縮短時間；專家系統(tǒng)還能夠控制機器人進行物料入庫和出庫工作，控制堆垛機的裝卸及指定物料儲存位置等。堆垛機是自動化立體倉庫的主要作業(yè)機械，擔負著出庫、進庫、盤庫等任務，是自動化立體倉庫的核心部件，自動化立體倉庫的發(fā)展是以堆垛機的發(fā)展為主要標志的，目前巷道式堆垛機為主要發(fā)展方向。最初的堆垛機是從橋式起重機發(fā)展起來的，這種堆垛機是從行車大梁上懸掛一個立柱或門架，利用門架的上下和門架上可左右移動的機構來搬運貨物，我們稱之為橋式堆垛機，20世紀六十年代在美國出現(xiàn)了不同于橋式起重機的巷道式堆垛機，它沒有大梁，具有地面軌道和上部軌道防止傾倒，目前所稱之為堆垛機的設備都是巷道式堆垛機，其主要特征為采用貨架支撐，在貨架巷道內具有地面單軌和安裝于貨架頂部的天軌，對堆垛機由電機驅動，沿巷道內的天地軌道運動，依靠貨叉或存取機構完成對貨架內貨物的存取。從20世紀六十年代歐洲、美國和日本逐步在各行業(yè)建設大量的立體倉庫，技術水平逐步發(fā)展，目前在歐洲和日本已經(jīng)出現(xiàn)了高度超過50m的堆垛機，在機場、立體車庫及港口、鋼廠等行業(yè)中，堆垛機超重重量已達到5噸以上，由于計算機系統(tǒng)功能的強大，立體倉庫系統(tǒng)越來越復雜，要求存取速度越來越迅速，堆垛機的速度也越來越高，近年求運動控制等技術的迅速發(fā)展使堆垛機運行速度達到了360m/min，夜輕型堆垛機上，使用特殊材料制作的驅動輪運行加速廢達到3m/s2以上，現(xiàn)在堆垛機技術依然保持著向更快速度、更高結構的方向發(fā)展。在堆垛機方面，不斷推出具有新穎美麗外形和更高性能的機種，進一步提高電子控制技術，在使推垛機具有更高定位精度的同時，提高搜索能力和運行速度。作業(yè)的基本要求是能獲得更短的操作周期和更大的生產能力。隨著計算機技術的不斷發(fā)展，人工智能技術，特別是專家系統(tǒng)在工業(yè)中的應用日益增多。日本對一些搬運工具，如堆垛機等已采用智能系統(tǒng)。未來自動化立體倉庫的發(fā)展趨勢主要表現(xiàn)為：自動化程度不斷提高，近年來采用可編程控制器（PLC）和微型控制搬運設備的倉庫和采用計算機管理與PLC聯(lián)網(wǎng)控制的全自動化立體倉庫在全部立體倉庫中的比重不斷增加。大型自動化立體倉庫系統(tǒng)已不再是發(fā)展方向。為了適應工業(yè)發(fā)展的新形勢，出現(xiàn)了規(guī)模更小，反應速度更快，用途更廣的自動化倉庫系統(tǒng)。它結合先進的控制技術，應用到分段輸送和按預定路線輸送方面，保持高度的柔性和高生產率，滿足了工業(yè)庫存搬運的需要。在堆垛機方面，不斷推出具有新的物理外形和更高性能的設備。目前，巷道式堆垛機的升速已經(jīng)可以達到090m/min，運行速度達到0240m/min，貨叉伸縮速度達到30m/min。在有的高度較大的立體倉庫中，分上、下兩層，分別使用巷道式堆垛機進行搬運作業(yè)的方法提高出入庫能力。應用領域日趨廣泛，從制造工廠、商場、機場、港口、軍需部門到地下室冷庫等各行各業(yè)均有采用。隨著計算機技術的不斷發(fā)展，人工智能技術，特別是專家系統(tǒng)是一個具有智能特點的計算機程序，它的智能化主要表現(xiàn)為能夠在特定的領域內模仿人類專家思維來求解復雜問題。四、 本課題主要研究內容本課題研究的對象是以風動機械零部件庫3巷道中型立體倉庫系統(tǒng)為對象，對堆垛機電氣系統(tǒng)方案和PLC控制器進行設計。在本論文中，針對系統(tǒng)是設有3巷道的自動化立體倉庫。在自動化立體倉庫堆垛機電氣系統(tǒng)方案中，研究內容涉及到：根據(jù)設計對象的應用背景，如立體倉庫貨架信息、物料信息及出入庫作業(yè)特點等，分析堆垛機的基本運動功能和控制功能要求，初步確定設計方案；詳細分析風動機械零部件立體倉庫出入庫作業(yè)流程及其對堆垛機的運動功能要求，進行堆垛機總體控制功能的方案設計；進行堆垛機安全裝置方案設計及相關傳感器方案設計，明確堆垛機控制功能及其與其他設備運行狀態(tài)的邏輯互鎖關系；進行堆垛機PLC控制器硬件系統(tǒng)設計；控制功能的軟件編程實現(xiàn)。五、 完成論文的條件和擬采用的研究手段（途徑）（1） 通過調研搜集設計數(shù)據(jù)，了解立體倉庫的結構、存取工作要求以及工作流程，找出各種制約條件，并對其進行細致的分析。（2） 搜集和查閱與自動化立體倉庫有關的資料，了解自動化立體倉庫堆垛機電氣系統(tǒng)方案和PLC控制器。（3） 用AutoCAD設計堆垛機的電器裝置圖和電氣原理圖。（4） 用可編程控制器PLC編寫立體倉庫控制系統(tǒng)，實現(xiàn)存取功能。（5） 對程序調試結果進行效果評估，并根據(jù)結果及時修正。最終系統(tǒng)客戶端和服務端的運行平臺都是WindowsXP，Step7-MicroWINV5.5CN用于西門子S7-200PLC的程序編程。六、 本課題進度安排、各階段預期達到的目標：3.26?4.01 熟悉畢業(yè)設計任務內容及要求；借閱有關參考書，查閱相關文獻資料。4.02?4.08 查閱相關技術文獻；擬定設計方案及設計計劃；寫出文獻綜述及開題報告。

4.09?4.15翻譯2000單詞左右的外文文獻一份。4.16?4.22學習電氣控制系統(tǒng)設計和PLC編程方面的知識，熟悉ST-MATICS7-200編程手冊。4.23?4.29完成堆垛機系統(tǒng)總體設計。4.30?5.06詳細分析風動機械零部件立體倉庫出入庫作業(yè)流程及其對堆垛機的運動功能要求，進行堆垛機系統(tǒng)總體控制功能方案設計。5.07?5.13進行堆垛機安全裝置方案設計及相關傳感器