單立柱巷道式堆垛機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要在現(xiàn)代的物流倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)中，自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)應(yīng)用日益廣泛。而堆垛機(jī)性能的優(yōu)劣，對(duì)整個(gè)立體庫(kù)的正常運(yùn)行起著重要的作用。但就我國(guó)現(xiàn)有生產(chǎn)力發(fā)展水平來(lái)看，在自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)中設(shè)計(jì)出造價(jià)低廉、工作可靠的堆垛機(jī)替代原有倉(cāng)庫(kù)的控制和管理，能更加適應(yīng)某些中小企業(yè)要求投資少見(jiàn)效快的目標(biāo)。本論文就實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的堆垛機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。在堆垛機(jī)控制系統(tǒng)（StorageandRetrievalMachinecontrolsystem，以下簡(jiǎn)稱SRMC系統(tǒng)）的開(kāi)發(fā)應(yīng)用中，將PLC技術(shù)和變頻控制技術(shù)相結(jié)合，重點(diǎn)研究基于旋轉(zhuǎn)編碼器與光電開(kāi)關(guān)的組合進(jìn)行堆垛機(jī)定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。本文主要的研究工作如下：(1)深入研究實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中堆垛機(jī)的工作情況，指出其在運(yùn)行、定位及故障指示等方面的不足之處，并從硬件改進(jìn)和軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)方面給出具體的實(shí)施方案；(2)針對(duì)自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的存取特點(diǎn)，對(duì)堆垛機(jī)的硬件部分進(jìn)行設(shè)備選型與參數(shù)計(jì)算，設(shè)計(jì)出電氣原理圖，提出一套SRMC系統(tǒng)的硬件配備方案；(3)在三菱GX-Developer軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境下，采用流程圖的設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)SRMC系統(tǒng)的PLC控制程序，隨時(shí)改進(jìn)控制思路和控制程序系統(tǒng)。關(guān)鍵詞:堆垛機(jī)；PLC技術(shù)；自動(dòng)化控制；速度控制AbstractInlogisticwarehouse’ssystem,automatichigh-risewarehousewaswidelyapplied.ThefeaturesofstackercranewerethekeyPointtothefunctionofthehigh-risewarehouse.Accordingtothenationalexistingcurrenteconomiccondition,tostudyonekindofgreattonnagestackercontrolsystemwhichcostinexpensiveandmovedstablewasusefultosomesmallormediumenterpriseswhoseaimwasinvestinglesswhileprofitinglots.Thispaperintroducedthedesignofstackercranecontrolsystem,unifiedthePLCtechnologyandthefrequencyconversioncontroltechnology,thekeyresearchbasedonthetransformationonSshaperunningratecurveoffrequencychanger,aswellascombinedtherevolvesencoderandthephotoelectricityswitchtoconstructstheStorageandRetrievalMachine’saccuratepositioningsystem.Thepaper’smainresearchworkisasfollows:(1)ResearchingtheStorageandRetrievalMachine’sworkingconditionintheactualproductionprocess,Thepaperpointedoutthedeficiencyinthemovement,localizationandfailureindication,andputforwardtheconcreteimplementationplanfromtwoaspectsonthehardwareimprovementandsoftwaredesign；(2)InviewofthestoreandfetchcharacteristicintheAutomatedHigh-riseairconditioningStorage,ThepaperhascarriedontheequipmentshapingandtheparametercomputationonthehardwareofStorageandRetrievalMachine,hasdrawntheelectricalprinciplediagram,andreasonablyinstalledthemtogether,composedthehardwaresystem.PutforwardthehardwareallocatedplanwhichisquitefeasibleontheStorageandRetrievalMachineinthecurrent；(3)UndertheMitsubishiGX-Developersoftwaredevelopmentenvironment,fortherealizationofthisdesign,wehasestablishedtheStorageandRetrievalMachinecontrolsystemprocedureonPLC,bymonitoringandpracticing,foundtheproblem,improvedthecontrolmentalityandthecontrolprocedureasnecessary.KeywordsStorageandRetrievalMachinePLCtechnologyAutomatedcontrolSpeedcontrol目錄1緒論 11.1自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)概述 11.1.1自動(dòng)化技術(shù)在倉(cāng)儲(chǔ)領(lǐng)域的發(fā)展 11.1.2自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)的分類 21.2堆垛機(jī)簡(jiǎn)介 31.2.1堆垛機(jī)的發(fā)展 31.2.2巷道式堆垛機(jī)的技術(shù)現(xiàn)狀 31.2.3單立柱巷道式堆垛機(jī)結(jié)構(gòu) 41.2.4堆垛機(jī)的發(fā)展趨勢(shì) 61.3課題研究意義及主要研究?jī)?nèi)容 62SRMC系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì) 72.1SRMC系統(tǒng) 72.2SRMC系統(tǒng)的功能要求 82.3堆垛機(jī)的速度控制方案 92.3.1變頻調(diào)速技術(shù)的優(yōu)點(diǎn) 92.3.2變頻器的基本結(jié)構(gòu) 102.4系統(tǒng)主控制器的選擇方案設(shè)計(jì) 102.4.1可編程控制器概述 112.4.2PLC的基本組成 112.4.3PLC各部分的功能 112.4.4PLC的主要特點(diǎn) 132.4.5PLC控制系統(tǒng)的類型選擇 132.5堆垛機(jī)的定位控制方案 142.6本章小結(jié) 163SRMC系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 173.1SRMC系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu) 173.2電動(dòng)機(jī)的選型 183.3變頻器的選型 193.3.1變頻器的特點(diǎn) 193.3.2變頻器型號(hào)以及PG速度控制卡的選擇 193.4PLC型號(hào)選擇 203.4.1FX-2N系列PLC的特點(diǎn) 203.4.2機(jī)型的配置及I/O點(diǎn)數(shù)的分配 203.5SRMC系統(tǒng)其它主要硬件的選取 223.5.1旋轉(zhuǎn)編碼器 223.5.2光電開(kāi)關(guān) 233.5.3電磁閘 233.5.4斷路器、接觸器 233.6本章小結(jié) 234SRMC系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 244.1堆垛機(jī)速度曲線模型的設(shè)計(jì) 244.1.1現(xiàn)有速度曲線的分析 254.1.2速度曲線改進(jìn)的函數(shù)分析過(guò)程 254.1.3改進(jìn)的速度曲線特點(diǎn) 284.2主控制器PLC的程序設(shè)計(jì) 284.2.1PLC控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)的主要工作 284.2.2本程序設(shè)計(jì)使用軟件 284.2.3程序設(shè)計(jì)方法選擇 294.2.4程序設(shè)計(jì)過(guò)程 314.3本章小結(jié) 35結(jié)論 36致謝 37參考文獻(xiàn) 38附錄 40附錄1 40附錄2 501緒論自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)又稱立體庫(kù)、高層貨架倉(cāng)庫(kù)、自動(dòng)倉(cāng)儲(chǔ)AS/RS(AutomaticStorage&RetrievalSystem)。它是一種用高層立體貨架(托盤系統(tǒng))儲(chǔ)存物資，用電子計(jì)算機(jī)控制管理和用自動(dòng)控制堆垛運(yùn)輸車進(jìn)行存取作業(yè)的倉(cāng)庫(kù)。自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)是生產(chǎn)物流的重要組成部分，擔(dān)負(fù)著物資的接受、分類、計(jì)量、包裝、分揀配送、存檔等多種功能。是實(shí)現(xiàn)高效率物流和大容量?jī)?chǔ)藏，適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)和商品流通的有效手段。有軌巷道堆垛起重機(jī)是隨著立體倉(cāng)庫(kù)的出現(xiàn)而發(fā)展起來(lái)的專用起重機(jī)，通常簡(jiǎn)稱為堆垛機(jī)。堆垛機(jī)是立體倉(cāng)庫(kù)中最重要的起重運(yùn)輸設(shè)備，主要用途是在高層貨架倉(cāng)庫(kù)的巷道內(nèi)沿軌道運(yùn)行，將位于巷道口的貨物存入貨格或取出貨格內(nèi)的貨物運(yùn)送到巷道口，完成出入庫(kù)作業(yè)。立體庫(kù)的優(yōu)勢(shì)是通過(guò)它體現(xiàn)出來(lái)的[1][2]。1.1自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)概述1.1.1自動(dòng)化技術(shù)在倉(cāng)儲(chǔ)領(lǐng)域的發(fā)展1959年美國(guó)開(kāi)發(fā)了世界上最早的自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)，并在1963年最早使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的控制管理。后來(lái)德國(guó)和日本也相繼開(kāi)發(fā)了自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)。進(jìn)入20世紀(jì)80年代，自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)在世界各國(guó)發(fā)展迅速，使用范圍涉及幾乎所有行業(yè)。1974年在鄭州紡織機(jī)械廠建成我國(guó)第一座自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)，但我國(guó)在這一領(lǐng)域發(fā)展速度比較緩慢。自動(dòng)化技術(shù)在倉(cāng)儲(chǔ)領(lǐng)域的發(fā)展可分為五個(gè)階段:人工倉(cāng)儲(chǔ)階段、機(jī)械化倉(cāng)儲(chǔ)階段、自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)階段、集成化倉(cāng)儲(chǔ)階段和智能自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)階段。第一階段—人工倉(cāng)儲(chǔ)階段:物資的運(yùn)送、存儲(chǔ)、管理及控制主要是靠人工實(shí)現(xiàn)，具有初期設(shè)備投資經(jīng)濟(jì)性好、控制的實(shí)時(shí)性和直觀性等優(yōu)勢(shì)。第二階段—機(jī)械化倉(cāng)儲(chǔ)階段:物料可以通過(guò)各種各樣的傳送帶、工業(yè)輸送車、機(jī)械手、吊車、堆垛機(jī)和升降機(jī)來(lái)移動(dòng)和搬運(yùn)，用貨架托盤和可移動(dòng)貨架存儲(chǔ)物料，通過(guò)人工操作機(jī)械存取設(shè)備，用限位開(kāi)關(guān)、螺旋機(jī)械制動(dòng)和機(jī)械監(jiān)視器等控制設(shè)備運(yùn)行。機(jī)械化滿足了人們對(duì)速度、精度、高度、重量、重復(fù)存取和搬運(yùn)等要求。第三階段—自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)技術(shù)階段:50年代末和60年代，采用自動(dòng)導(dǎo)引小車(AGV)、自動(dòng)貨架、自動(dòng)存取機(jī)器人、自動(dòng)識(shí)別和自動(dòng)分揀等系統(tǒng)。70年代和80年代，旋轉(zhuǎn)式貨架、移動(dòng)式貨架、巷道式堆垛機(jī)和其他搬運(yùn)設(shè)備也加入了自動(dòng)控制的行列。但此時(shí)的自動(dòng)化是各個(gè)設(shè)備的局部并各自獨(dú)立應(yīng)用，被稱為“自動(dòng)化孤島”。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)物料控制和管理的實(shí)時(shí)化、協(xié)調(diào)一體化逐漸成為倉(cāng)儲(chǔ)自動(dòng)化技術(shù)的核心。計(jì)算機(jī)之間、數(shù)據(jù)采集點(diǎn)之間、機(jī)械設(shè)備的控制器之間以及它們與主計(jì)算機(jī)之間的通訊可以及時(shí)匯總信息，管理人員通過(guò)倉(cāng)庫(kù)計(jì)算機(jī)及時(shí)記錄訂貨和到貨時(shí)間，顯示庫(kù)存量，以便隨時(shí)掌握貨源及需求。信息技術(shù)的應(yīng)用己成為倉(cāng)儲(chǔ)技術(shù)的重要支柱。第四階段—集成自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)階段:70年代末和80年代，隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，柔性制造系統(tǒng)(FlexibleManufacturingSystem)、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(ComputerIntegratedManufacturingSystem)和工廠自動(dòng)化(FactoryAutomation)對(duì)自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)提出更高的要求，搬運(yùn)倉(cāng)儲(chǔ)技術(shù)要具有更可靠、更實(shí)時(shí)的信息，工廠和倉(cāng)庫(kù)中的物流必須伴隨著并行的信息流?！白詣?dòng)化孤島”需要集成化，使整個(gè)系統(tǒng)有機(jī)協(xié)作，這樣的總體效益和生產(chǎn)應(yīng)變能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)各部分獨(dú)立效益的總和。第五階段—智能自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)階段:它包括人工(或機(jī)械)和自然(或人類)兩種方式。內(nèi)容涉及智能物料儲(chǔ)運(yùn)設(shè)計(jì)和智能物料儲(chǔ)運(yùn)作業(yè)。目前，人們?cè)谌斯ぶ悄芗拔锪蟽?chǔ)運(yùn)領(lǐng)域中的專家系統(tǒng)的技術(shù)方面正進(jìn)行著大量的工作。我國(guó)自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)正處在不斷發(fā)展和完善階段，世界主要工業(yè)國(guó)家把著眼點(diǎn)放在開(kāi)發(fā)性能可靠的新產(chǎn)品和采用高技術(shù)上。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外在建設(shè)物流系統(tǒng)及自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)方面更加注重實(shí)用性和安全性。大型自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)已不在是發(fā)展方向。美國(guó)Hallmark公司安裝的多達(dá)120個(gè)巷道的系統(tǒng)己達(dá)到了頂峰，甚至10~20個(gè)巷道的系統(tǒng)也不是首選了。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)。它是把先進(jìn)的控制技術(shù)應(yīng)用到分段輸送和按預(yù)定線路輸送方面，保持了高度的柔性和高生產(chǎn)率，滿足了工業(yè)庫(kù)存搬運(yùn)的需要。標(biāo)準(zhǔn)的模塊式自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)已引起人們的關(guān)注，這種系統(tǒng)在硬件和軟件方面比傳統(tǒng)的根據(jù)用戶要求而提供的自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)有更多的現(xiàn)成產(chǎn)品，其價(jià)格一般也比較適中。國(guó)外自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)發(fā)展的一個(gè)方面是普遍采用掃描技術(shù)，提高信息的傳輸速度和準(zhǔn)確性。采用射頻數(shù)據(jù)通信技術(shù)，數(shù)據(jù)的采集、處理和交換能夠在搬運(yùn)工具與中央計(jì)算機(jī)之間快速進(jìn)行，使物品的存取和發(fā)送信息做到快速、實(shí)時(shí)、可靠和準(zhǔn)確。我國(guó)正在發(fā)展這方面技術(shù)，將其應(yīng)用到新建庫(kù)和己建庫(kù)原有通信系統(tǒng)以改善倉(cāng)庫(kù)管理，提高倉(cāng)庫(kù)作業(yè)效率。現(xiàn)在，對(duì)自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)的要求，與最初因節(jié)省土地和節(jié)省勞動(dòng)力而受到歡迎的情況不同，要求具有控制生產(chǎn)和銷售活動(dòng)的功能，即起到所謂“經(jīng)營(yíng)型倉(cāng)庫(kù)”的作用[5]。1.1.2自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)的分類自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)的分類方式有:(1)按建筑形式分為整體和分離式。(2)按貨物存取行式為單元架式，移動(dòng)貨架式和揀選貨架式。(3)按貨架構(gòu)造形式分為單元貨格式，貫通式，水平循環(huán)式和垂直循環(huán)式倉(cāng)庫(kù)。(4)按所起的作用分為生產(chǎn)性倉(cāng)庫(kù)和流通性倉(cāng)庫(kù)。(5)按自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)與生產(chǎn)聯(lián)接的緊密程度分為獨(dú)立型，半緊密型和緊密型倉(cāng)庫(kù)[6]。1.2堆垛機(jī)簡(jiǎn)介1.2.1堆垛機(jī)的發(fā)展初期的立體倉(cāng)庫(kù)使用的堆垛機(jī)以橋式起重機(jī)為基礎(chǔ)。這種堆垛機(jī)是從起重機(jī)的大梁上懸掛一個(gè)門架(立柱)，利用門架的上下和旋轉(zhuǎn)來(lái)搬運(yùn)貨物。1960年左右在美國(guó)出現(xiàn)了沒(méi)有大梁的巷道式堆垛機(jī)。這種堆垛機(jī)是在地面的導(dǎo)軌上行走，利用貨架上部的導(dǎo)軌防止傾倒，或者是在上部導(dǎo)軌上行走，利用地面導(dǎo)軌防止傾倒。1967年日本開(kāi)始安裝了高度20~25m高層堆垛機(jī)，1969年出現(xiàn)了聯(lián)機(jī)全自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)。1973年建成了世界上第一座-401.2.2巷道式堆垛機(jī)的技術(shù)現(xiàn)狀按現(xiàn)行機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，有軌巷道式堆垛機(jī)分類方式很多，如按支承方式、用途、控制方式、結(jié)構(gòu)、運(yùn)行軌跡等分類。無(wú)論何種類型的堆垛機(jī)一般都由水平行走機(jī)構(gòu)、起升機(jī)構(gòu)、載貨臺(tái)及貨叉機(jī)構(gòu)、機(jī)架和電氣設(shè)備等基本部分組成。在目前立體倉(cāng)庫(kù)應(yīng)用中，堆垛機(jī)最常見(jiàn)的是按結(jié)構(gòu)形式和運(yùn)動(dòng)軌跡分類。(1)有軌巷道堆垛機(jī)的結(jié)構(gòu)形式按結(jié)構(gòu)形式可分為雙立柱結(jié)構(gòu)和單立柱結(jié)構(gòu)。l)雙立柱堆垛機(jī):雙立柱結(jié)構(gòu)的堆垛機(jī)機(jī)架由兩根立柱和上、下橫梁組成一個(gè)長(zhǎng)方形框架。立柱形式有方管和圓管。方管兼作起升導(dǎo)軌，圓管附加起升導(dǎo)軌。雙立柱堆垛機(jī)的起升機(jī)構(gòu)普遍采用鏈條傳動(dòng)，由電機(jī)減速機(jī)驅(qū)動(dòng)鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)鏈條牽引載貨臺(tái)沿立柱或起升機(jī)導(dǎo)軌作升降運(yùn)動(dòng)。由于鏈條牽引載貨臺(tái)或配重裝置，受空間尺寸限制，傳動(dòng)和布置較復(fù)雜，但定位較準(zhǔn)確。雙立柱堆垛機(jī)的最大優(yōu)點(diǎn)是強(qiáng)度和剛性都較好，且運(yùn)行平穩(wěn)。適合起重高度較高、起重量較大和水平運(yùn)行速度高的堆垛機(jī)。2)單立柱堆垛機(jī):單立柱結(jié)構(gòu)的堆垛機(jī)機(jī)架由一根立柱和下橫梁組成。立柱多采用較大的H型鋼或焊接制作，立柱上附加導(dǎo)軌。單立柱堆垛機(jī)的起升結(jié)構(gòu)，普遍采用鋼絲繩傳動(dòng)，由電機(jī)減速器驅(qū)動(dòng)卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)鋼絲繩牽引載貨臺(tái)沿立柱或起升導(dǎo)軌作升降運(yùn)動(dòng)。對(duì)于鋼絲繩傳動(dòng)，傳動(dòng)和布置相對(duì)容易，但定位準(zhǔn)確性差。單立柱結(jié)構(gòu)的堆垛機(jī)整機(jī)重量輕，消耗材料少，故制造成本低，但剛性較差。由于載貨臺(tái)及貨物對(duì)立柱的偏心作用，以及行走、制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的水平慣性力作用，使單立柱堆垛機(jī)在使用上有一定的局限性。(2)有軌巷道堆垛起重機(jī)的運(yùn)行軌跡堆垛機(jī)水平驅(qū)動(dòng)裝置一般安裝在堆垛機(jī)下橫梁上，通過(guò)電機(jī)減速機(jī)驅(qū)動(dòng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)，使堆垛機(jī)沿水平方向運(yùn)行。采用兩個(gè)承重車輪，沿敷設(shè)在地面上的軌道(地軌)運(yùn)行。通過(guò)下部?jī)山M水平輪沿軌道運(yùn)行導(dǎo)向，在堆垛機(jī)頂部?jī)山M導(dǎo)向輪沿上軌道(天軌)運(yùn)行輔助導(dǎo)向。按其運(yùn)行軌跡形式可分為直線運(yùn)行型堆垛機(jī)和曲線運(yùn)行型堆垛機(jī)。l)直線運(yùn)行型堆垛機(jī):它只能在巷道內(nèi)直線軌道上運(yùn)行，不能自行轉(zhuǎn)換軌道。轉(zhuǎn)換軌道只能通過(guò)其它輸送設(shè)備，如堆垛機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)車。直線型堆垛機(jī)可實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)行，能夠滿足出入庫(kù)頻率較高的立體倉(cāng)庫(kù)作業(yè)，應(yīng)用最為廣泛。2)曲線運(yùn)行型堆垛機(jī):它的車輪與下橫梁是通過(guò)垂直軸鉸接的，能夠在環(huán)形或其它曲線軌道上運(yùn)行，即可以走曲線，不通過(guò)其它輸送設(shè)備便可以從一個(gè)巷道自行轉(zhuǎn)移到另一個(gè)巷道，又稱為轉(zhuǎn)軌堆垛機(jī)。此種堆垛機(jī)的轉(zhuǎn)彎半徑受到場(chǎng)地的限制，且轉(zhuǎn)彎時(shí)速度特別慢，只適用于出入庫(kù)頻率較低的立體倉(cāng)庫(kù)。(3)堆垛機(jī)動(dòng)態(tài)性能現(xiàn)狀體現(xiàn)堆垛機(jī)動(dòng)態(tài)性能優(yōu)劣的指標(biāo)主要有:運(yùn)行速度、提升速度、貨叉速度、平穩(wěn)性、振動(dòng)與噪音、認(rèn)址精度等。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的技術(shù)水平和倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)械設(shè)備的動(dòng)態(tài)性能也在不斷提高。例如，堆垛機(jī)的運(yùn)行驅(qū)動(dòng)己由20世紀(jì)70年代的子母電動(dòng)機(jī)改為變頻調(diào)速，速度由5~50m/min提升至4~160m/min，國(guó)外小載重量的堆垛機(jī)最高可達(dá)300m/min;提升驅(qū)動(dòng)己由20世紀(jì)70年代的雙速電動(dòng)機(jī)改進(jìn)為變頻調(diào)速，速度由4~16m/min提升至0~25m/min;貨叉運(yùn)行也由單速電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)改進(jìn)為變頻調(diào)速，速度由8m/min如提升至4~35m/min;在堆垛機(jī)自動(dòng)控制方面還采用了激光測(cè)距定位系統(tǒng)、閉環(huán)控制變頻調(diào)速系統(tǒng)、Profibus總線控制等先進(jìn)技術(shù)。盡管如此，目前國(guó)產(chǎn)堆垛機(jī)的運(yùn)行速度最高仍保持在160m/min，由于整機(jī)剛度低，無(wú)隔振減振措施，運(yùn)行擺動(dòng)幅度大;提升速度在0~80m/min;貨叉速度一直保持在根據(jù)市場(chǎng)預(yù)測(cè)，傳統(tǒng)技術(shù)制造的20世紀(jì)70年代水平的堆垛機(jī)將被淘汰，高速度、高科技含量的新型堆垛機(jī)將迅速占據(jù)市場(chǎng)。我國(guó)堆垛機(jī)綜合性能急待改善。根據(jù)物流設(shè)備發(fā)展趨勢(shì)，針對(duì)近幾年用戶的反映，結(jié)合國(guó)內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展情況等有關(guān)情報(bào)資料分析，找出我們存在的主要差距為:①綜合性能差距：主要體現(xiàn)在運(yùn)行速度、提升速度、貨叉速度、平穩(wěn)性、振動(dòng)和噪音;②結(jié)構(gòu)的差距：國(guó)外產(chǎn)品結(jié)構(gòu)合理，比較精巧，我國(guó)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)相對(duì)笨重[25]。1.2.3單立柱巷道式堆垛機(jī)結(jié)構(gòu)單立柱巷道式堆垛機(jī)（簡(jiǎn)稱為堆垛機(jī)）主要由起升機(jī)構(gòu)、運(yùn)行機(jī)構(gòu)、貨叉伸縮機(jī)構(gòu)、機(jī)架金屬機(jī)構(gòu)（立柱及下橫梁）、載貨臺(tái)、電氣設(shè)備和安全及連鎖保護(hù)機(jī)構(gòu)等組成。這類型的堆垛機(jī)最顯著的特點(diǎn)是機(jī)架由一根立柱和下橫梁組成，見(jiàn)圖1-1。1.地軌2.下橫梁3.載貨臺(tái)4.貨叉機(jī)構(gòu)5.提升滑輪6.天軌7.立柱8.控制柜9.起升電機(jī)10.行駛機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)輪圖1-1單立柱巷道式堆垛機(jī)的結(jié)構(gòu)(1)起升機(jī)構(gòu)起升機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)堆垛機(jī)的升降運(yùn)動(dòng)，一般由電動(dòng)機(jī)、制動(dòng)器、減速機(jī)、卷筒或鏈輪以及柔性件組成。目前，常用廠家專門生產(chǎn)的“三合一”（即電機(jī)、制動(dòng)器、卷筒合一）起升卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu)，它相對(duì)結(jié)構(gòu)緊湊。為減少起升機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)功率，常設(shè)置質(zhì)量等于載貨臺(tái)質(zhì)量和一半起重量的配重。起升機(jī)構(gòu)一般設(shè)置在立柱下部或下橫梁上，以便于維護(hù)。(2)水平運(yùn)行機(jī)構(gòu)水平運(yùn)行機(jī)構(gòu)主要由電動(dòng)機(jī)、減速器、行走輪組成。在堆垛機(jī)的下橫梁上裝有水平運(yùn)行機(jī)構(gòu)和支撐堆垛機(jī)在鋼軌上運(yùn)行的車輪。按運(yùn)行機(jī)構(gòu)所在的位置不同可以分為地面驅(qū)動(dòng)式，頂部驅(qū)動(dòng)式和中部驅(qū)動(dòng)式幾種，其中地面運(yùn)行式使用最廣泛。在這種運(yùn)行方式中，堆垛機(jī)的上、下橫梁分別有兩組導(dǎo)向輪。(3)載貨臺(tái)及貨叉伸縮機(jī)構(gòu)載貨臺(tái)是貨物單元的承載裝置，通常是一個(gè)剛性框架，通過(guò)鋼絲繩或鏈條與起升機(jī)構(gòu)聯(lián)結(jié)，載貨臺(tái)沿立柱上的導(dǎo)軌上下升降。貨叉伸縮機(jī)構(gòu)是堆垛機(jī)的主要工作機(jī)構(gòu)，安裝在載貨臺(tái)上，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是能夠雙向伸出，以便向兩側(cè)貨格送入（取出）貨箱?？s回后，貨叉連同載貨臺(tái)一起隨大車在巷道內(nèi)運(yùn)行。(4)金屬結(jié)構(gòu)金屬結(jié)構(gòu)是堆垛機(jī)的安裝基礎(chǔ)，承受和傳遞堆垛機(jī)所擔(dān)負(fù)的各機(jī)構(gòu)的重量以及載重量，金屬結(jié)構(gòu)一般采用優(yōu)質(zhì)鋼材，聯(lián)結(jié)部分采用焊接，這樣可以簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)節(jié)省工料，且不削弱桿件截面，易于加工制造，縮短工期，而且可以減輕自重。單立柱結(jié)構(gòu)主要由立柱和下橫梁組成，其上橫梁很短，有的甚至沒(méi)有上橫梁。這種結(jié)構(gòu)形式的堆垛機(jī)，起升高度較小，起重量不大，占用空間小，因而運(yùn)行起來(lái)較為靈活，廣泛用于中小型立體倉(cāng)庫(kù)。(5)電氣設(shè)備電氣設(shè)備主要包括電力拖動(dòng)、控制、檢測(cè)和安全保護(hù)等，目前國(guó)內(nèi)外普遍采用的是變頻調(diào)速控制，從而滿足堆垛機(jī)高速運(yùn)行、換速平穩(wěn)、低速停準(zhǔn)的要求。檢測(cè)系統(tǒng)必須具有堆垛機(jī)自動(dòng)認(rèn)址、貨位虛實(shí)探測(cè)、貨箱位置檢查等功能。(6)安全及聯(lián)鎖機(jī)構(gòu)為了保證人身及設(shè)備的安全，堆垛機(jī)必須配備有完善的硬件和軟件的安全保護(hù)措施，并在電氣控制上采取一系列聯(lián)鎖和保護(hù)措施。主要的安全保護(hù)裝置有：端限位保護(hù)、聯(lián)鎖保護(hù)、正位檢測(cè)控制、載貨臺(tái)斷繩保護(hù)和斷點(diǎn)保護(hù)等。1.2.4堆垛機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)隨著我國(guó)加入WTO，加快了經(jīng)濟(jì)全球化進(jìn)程，進(jìn)一步促進(jìn)了物資流通，貨物儲(chǔ)運(yùn)發(fā)送量越來(lái)越大?？梢灶A(yù)測(cè)，今后市場(chǎng)對(duì)倉(cāng)儲(chǔ)物流設(shè)備的需求量將有更大幅度的增長(zhǎng)，而且將在存取率、自動(dòng)化程度、信息化程度等方面提出更高的要求。為實(shí)現(xiàn)物流的高效率，必須提高堆垛機(jī)的存取速度。要求堆垛機(jī)的運(yùn)行速度達(dá)到160~200m/min以上、運(yùn)行平穩(wěn)可靠、認(rèn)址準(zhǔn)確、起動(dòng)制動(dòng)靈敏、運(yùn)行振動(dòng)小、噪音低于84dB等綜合性能的提高，需要多項(xiàng)技術(shù)的創(chuàng)新和改進(jìn)，更需要新技術(shù)的支持。相信通過(guò)我們的不懈努力，在使用堆垛機(jī)具有更高定位精度的同時(shí)，提高運(yùn)行速度，以獲得更短的操作周期和更大的生產(chǎn)能力。更加高速、安全、可靠的堆垛機(jī)將不斷從國(guó)外引進(jìn)消化到國(guó)內(nèi)，使有軌巷道堆垛機(jī)發(fā)展到一個(gè)新階段。1.3課題研究意義及主要研究?jī)?nèi)容本課題主要用于某食品氣調(diào)庫(kù)的改造項(xiàng)目，該氣調(diào)庫(kù)主要用于存放各種易腐敗的食品,目前主要通過(guò)人工操縱叉車進(jìn)行貨物的存取，存在著工作效率低下，對(duì)工人健康不利等缺點(diǎn)。本課題結(jié)合本氣調(diào)庫(kù)的實(shí)際情況，基于對(duì)立體庫(kù)電氣控制系統(tǒng)的研究，綜合運(yùn)用交流變頻調(diào)速、PLC控制、位置檢測(cè)等技術(shù)，為堆垛機(jī)的正常運(yùn)行設(shè)計(jì)一套比較完整的控制系統(tǒng)。具體包括以下內(nèi)容：(1)通過(guò)對(duì)堆垛機(jī)現(xiàn)有的運(yùn)行速度曲線進(jìn)行的分析研究，設(shè)計(jì)出一種適合本系統(tǒng)的堆垛機(jī)速度曲線模型，確定變頻器型號(hào)，構(gòu)建交流變頻調(diào)速控制系統(tǒng)；(2)在堆垛機(jī)的位置檢測(cè)方面，綜合運(yùn)用旋轉(zhuǎn)編碼器、PG卡以及利用PLC中的高速計(jì)數(shù)器單元，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)于堆垛機(jī)位置的精確控制；(3)根據(jù)堆垛機(jī)的實(shí)際工作情況，對(duì)PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。運(yùn)用流程圖法，建立各運(yùn)動(dòng)階段的流程圖，編制出控制程序和故障檢測(cè)程序，使PLC控制系統(tǒng)更加完善，更好地控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行；2SRMC系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)本章詳細(xì)描述了堆垛機(jī)的控制系統(tǒng)，著重論述了如何對(duì)堆垛機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，分別從堆垛機(jī)的速度控制、系統(tǒng)主控制器的選擇及堆垛機(jī)的定位控制方案三個(gè)方面進(jìn)行闡述。2.1SRMC系統(tǒng)目前，堆垛機(jī)的控制方式大致可以分為手動(dòng)操作、半自動(dòng)控制、全自動(dòng)控制、遠(yuǎn)程控制與計(jì)算機(jī)控制等。計(jì)算機(jī)控制的控制系統(tǒng)，考慮到備用情況，一般由三級(jí)組成。最低一級(jí)是利用堆垛機(jī)上的控制盤手動(dòng)操作，其次是為了遙控利用安置在地上的控制盤的數(shù)字開(kāi)關(guān)進(jìn)行操作，最高一級(jí)采用計(jì)算機(jī)控制，三級(jí)可以轉(zhuǎn)換運(yùn)轉(zhuǎn)。如圖2-1所示。圖2-1SRMC系統(tǒng)采用遙控時(shí)，也必須具有低級(jí)的手動(dòng)操作功能，采用自動(dòng)控制時(shí)使用機(jī)上控制盤，但控制方法，在本質(zhì)上與遙控基本相同，因此以遙控為中心來(lái)敘述堆垛機(jī)的控制系統(tǒng)。圖2-2所示為在自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)情況下以及特殊情況下的堆垛機(jī)作業(yè)循環(huán)的作業(yè)流程圖。堆垛機(jī)按行走、升降、貨叉伸縮等三種操作，根據(jù)指令自動(dòng)定位，進(jìn)行叉取作業(yè)。當(dāng)用戶發(fā)出存貨要求時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)倉(cāng)庫(kù)貨位情況，給出貨物的存放地址，上位機(jī)根據(jù)堆垛機(jī)的當(dāng)前位置，經(jīng)過(guò)貨位地址變換，給出相對(duì)于堆垛機(jī)當(dāng)前位置的貨位地址，發(fā)出存貨指令給堆垛機(jī)。SRMC系統(tǒng)接收信號(hào)后，在貨物輸入口接收貨物，堆垛機(jī)行走，同時(shí)載貨臺(tái)沿立柱作升降運(yùn)動(dòng)。當(dāng)運(yùn)動(dòng)到達(dá)目的貨位時(shí)，貨叉開(kāi)始伸縮運(yùn)動(dòng)，執(zhí)行存貨操作，完成操作后在此位待命或返回至規(guī)定位置。用戶發(fā)出取貨要求，給出貨位地址（貨位地址用相應(yīng)的排號(hào)、列號(hào)、層號(hào)組成）后，上位機(jī)（計(jì)算機(jī)）根據(jù)堆垛機(jī)當(dāng)前位置，經(jīng)過(guò)貨位地址變換，給出相對(duì)于堆垛機(jī)當(dāng)前位置的貨位地址，發(fā)出取貨指令給堆垛機(jī)。SRMC系統(tǒng)接收信號(hào)后，堆垛機(jī)行走，同時(shí)載貨臺(tái)沿立柱作升降運(yùn)動(dòng)。當(dāng)運(yùn)動(dòng)到達(dá)目的貨位時(shí)，貨叉開(kāi)始伸縮運(yùn)動(dòng)，執(zhí)行取貨操作，堆垛機(jī)將所取貨物送至貨物輸出口，然后在此位待命或返回至規(guī)定位置[10]。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，用戶需對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行檢修，可以通過(guò)控制面板上的按鈕進(jìn)行堆垛機(jī)的升、降、急停以及貨叉的伸、縮等手動(dòng)控制操作[8][9]。2.2SRMC系統(tǒng)的功能要求堆垛機(jī)系統(tǒng)是立體倉(cāng)庫(kù)貨物存取任務(wù)的最終執(zhí)行者，其主要運(yùn)動(dòng)包括：(1)堆垛機(jī)沿貨架巷道（列方向）的前后高低速運(yùn)動(dòng)；(2)堆垛機(jī)沿立柱（層方向）的上下升降運(yùn)動(dòng)；(3)安裝在堆垛機(jī)載貨臺(tái)上的貨叉機(jī)構(gòu)的升降伸縮運(yùn)動(dòng)[8]。因此，SRMC系統(tǒng)的功能主要應(yīng)包含以下幾方面的內(nèi)容：(1)自動(dòng)控制功能：運(yùn)用地面控制臺(tái)系統(tǒng)，完成貨物的自動(dòng)出入庫(kù)任務(wù)。此時(shí)可以接受地面控制臺(tái)的各種命令操作，如：入庫(kù)、出庫(kù)、運(yùn)行到目標(biāo)列層、進(jìn)、退、升、降等；(2)手動(dòng)控制功能：僅能通過(guò)控制面板的按鈕進(jìn)行進(jìn)、退、升、降、急停等控制操作。此功能主要用于系統(tǒng)的檢修與調(diào)試；(3)安全保護(hù)功能：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各關(guān)鍵器件的使用情況及系統(tǒng)的運(yùn)行情況，出現(xiàn)故障時(shí)及時(shí)報(bào)警。對(duì)于以上的各種控制功能，主要應(yīng)由以下幾個(gè)方面來(lái)完成：(1)速度控制：堆垛機(jī)工作時(shí)在各種方向上的運(yùn)行速度；(2)定位控制：以適合的速度運(yùn)行并精確地定位在貨格或入出庫(kù)口處；(3)通訊功能：與上位機(jī)及其它倉(cāng)庫(kù)設(shè)備的通訊；(4)保護(hù)功能：具有一定機(jī)械和電氣方面的保護(hù)功能；(5)人機(jī)界面：通過(guò)I/O設(shè)備，提供本機(jī)狀態(tài)信息或遙控操作[10]。2.3堆垛機(jī)的速度控制方案在立體倉(cāng)庫(kù)中，交流異步電動(dòng)機(jī)是堆垛機(jī)系統(tǒng)中的驅(qū)動(dòng)部件。一般情況下，其調(diào)速方式分為：電機(jī)減速器調(diào)速、變極調(diào)速、串阻調(diào)速、串極調(diào)速、滑差電機(jī)調(diào)速和變頻調(diào)速等。用減速器進(jìn)行調(diào)速，調(diào)速設(shè)備不僅體積大，調(diào)速效率低，而且容易發(fā)生機(jī)械故障。其它幾種調(diào)速方法與變頻調(diào)速方法相比，使用起來(lái)又非常不便。隨著對(duì)于電動(dòng)機(jī)調(diào)速性能要求的逐步提高，變頻調(diào)速技術(shù)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。2.3.1變頻調(diào)速技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)變頻調(diào)速技術(shù)是一門綜合性的技術(shù)，它建立在控制技術(shù)、電子電力技術(shù)、微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上。與傳統(tǒng)的交流拖動(dòng)系統(tǒng)相比，利用變頻器對(duì)交流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制，有許多優(yōu)點(diǎn)，如：調(diào)速范圍廣、輸出平滑性好、機(jī)械特性較硬、能很好地實(shí)現(xiàn)異步電動(dòng)機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速、可實(shí)現(xiàn)有效的節(jié)能、可方便地進(jìn)行恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速和恒功率調(diào)速等。尤其當(dāng)電機(jī)帶動(dòng)較大負(fù)載啟動(dòng)時(shí)，會(huì)有較大的沖擊電流，若采用變頻器控制，可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的軟啟動(dòng)，減小沖擊電流，從而解決了大負(fù)載的啟動(dòng)問(wèn)題。另外，變頻器還具有很強(qiáng)的保護(hù)功能，在電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中能隨時(shí)檢測(cè)到各種故障，并顯示故障類別（如電網(wǎng)瞬時(shí)電壓降低，電網(wǎng)缺相，直流過(guò)電壓，功率模塊過(guò)熱，電機(jī)短路等），并立即封鎖輸出電壓。這種自我保護(hù)的功能，不僅保護(hù)了變頻器，還保護(hù)了電機(jī)。綜上所述，變頻調(diào)速技術(shù)不僅在性能上大大優(yōu)于以往的交流電機(jī)調(diào)速方式，并且將會(huì)逐步取代直流電機(jī)的調(diào)速方式，用交流異步電機(jī)取代直流電機(jī)，將會(huì)使調(diào)速系統(tǒng)變得更加簡(jiǎn)單。綜上所述，采用改變供電電源頻率的調(diào)速方法，從本質(zhì)上講，是一種無(wú)級(jí)、平滑而又經(jīng)濟(jì)的調(diào)速方法。變頻時(shí)使電壓按不同規(guī)律變化，可以實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩或恒功率調(diào)速，以實(shí)現(xiàn)不同負(fù)載的要求，這些均早已被人們所認(rèn)識(shí)和掌握。隨著可控硅靜止變頻裝置的出現(xiàn)，解決了運(yùn)行性能較為理想的變頻電源問(wèn)題，使異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)獲得了進(jìn)一步的發(fā)展，為其廣泛地應(yīng)用開(kāi)辟了新的途徑，特別是較為理想地解決了普通鼠籠式電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速問(wèn)題。因此，在本SRMC系統(tǒng)中，我們選擇變頻調(diào)速的方式對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行速度的控制[16][20]。2.3.2變頻器的基本結(jié)構(gòu)變頻器是把工頻電流（50HZ或60HZ）變換成各種頻率的交流電流，以實(shí)現(xiàn)電機(jī)變速運(yùn)行的設(shè)備。變頻器一般由控制電路和主電路構(gòu)成?？刂齐娐钒ㄖ骺刂齐娐贰⑿盘?hào)檢測(cè)電路、門極驅(qū)動(dòng)電路、外部接口電路以及保護(hù)電路等幾個(gè)部分，是變頻器的核心部分?？刂齐娐返膬?yōu)劣決定了變頻器性能的優(yōu)劣?？刂齐娐返闹饕饔檬峭瓿蓪?duì)逆變器的開(kāi)關(guān)控制、對(duì)整流器的電壓控制以及完成各種保護(hù)功能，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)主電路的控制。圖2-3所示為通用變頻器的結(jié)構(gòu)原理。圖2-3變頻器的構(gòu)成變頻器的主電路，包括整流電路和逆變電路兩部分。其中，整流電路是把輸入到變頻器的工頻交流電變換成直流電，且對(duì)直流電進(jìn)行平滑濾波，然后逆變電路再將此直流電變換成實(shí)際需要的各種頻率的交流電，從而驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。2.4系統(tǒng)主控制器的選擇方案設(shè)計(jì)在當(dāng)今的工業(yè)控制領(lǐng)域，有相當(dāng)多的控制手段和設(shè)備，比如：繼電器控制、個(gè)人計(jì)算機(jī)控制、單板機(jī)控制、集散控制系統(tǒng)（DCS）以及可編程控制器（PLC）控制等等。PLC的梯形圖與繼電器控制線路圖十分相似，同時(shí)，信號(hào)的輸入/輸出形式及控制功能也是相同的，但兩種控制方式又有不同之處。PLC在性能上比繼電器控制邏輯優(yōu)異，特別是可靠性高、設(shè)計(jì)施工周期短、調(diào)試修改方便，而且體積小、功耗低、使用維護(hù)方便，但價(jià)格高于繼電器。與個(gè)人計(jì)算機(jī)相比，PLC是一種用于工業(yè)自動(dòng)化控制的專用微機(jī)控制系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，抗干擾能力強(qiáng)，價(jià)格也較低。單板機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低，在數(shù)據(jù)采集與處理等方面優(yōu)于PLC，但不如PLC容易掌握，抗干擾性能也較差。集散控制系統(tǒng)在回路調(diào)節(jié)、模擬量控制方面較PLC有一定優(yōu)勢(shì)，但PLC在開(kāi)關(guān)量控制、順序控制等方面又優(yōu)于前者。綜上所述，可編程控制器作為一種專門在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置，具有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)[23][24]。2.4.1可編程控制器概述可編程控制器（ProgrammableController），簡(jiǎn)稱PLC，是一種以數(shù)字計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的通用型工業(yè)控制裝置。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程，具有適用于各類控制所必需的高可靠性、配置擴(kuò)充的靈活性。對(duì)于工程技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，它具有簡(jiǎn)單易學(xué)、使用維修方便等特點(diǎn)。PLC自問(wèn)世以來(lái)，經(jīng)過(guò)30多年的發(fā)展，己經(jīng)成為最受歡迎的工業(yè)控制類產(chǎn)品，較好地解決了工業(yè)控制領(lǐng)域中普遍關(guān)心的安全、可靠、方便、靈活、經(jīng)濟(jì)等問(wèn)題[21]。2.4.2PLC的基本組成PLC是一種通用的工業(yè)控制裝置，其組成與一般的微機(jī)系統(tǒng)基本相同。按結(jié)構(gòu)形式的不同，PLC可分為整體式和組合式兩類。整體式PLC是將中央處理單元（CPU）、存儲(chǔ)器、輸入單元、輸出單元、電源、通信接口等組裝成一體，構(gòu)成主機(jī)。另外還有獨(dú)立的I/O擴(kuò)展單元與主機(jī)配合使用。主機(jī)中，CPU是PLC的核心，I/O單元是連接CPU與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的接口電路，通信接口用于PLC與編程器和上位機(jī)等外部設(shè)備的連接。組合式PLC將CPU單元、輸入單元、輸出單元、智能I/O單元、通信單元等分別做成相應(yīng)的電路板或模塊，各模塊插在底板上，模塊之間通過(guò)底板上的總線相互聯(lián)系。裝有CPU單元的底板稱為CPU底板，其它稱為擴(kuò)展底板。CPU底板與擴(kuò)展底板之間通過(guò)電纜連接，距離一般不超過(guò)10cm[11]。無(wú)論哪種結(jié)構(gòu)類型的PLC，都可以根據(jù)需要進(jìn)行配置與組合。2.4.3PLC各部分的功能(1)中央處理單元（CPU）CPU在PLC中的作用類似于人體的神經(jīng)中樞，它是PLC的運(yùn)算、控制中心，按照系統(tǒng)程序所賦予的功能，可以完成以下任務(wù)：①接收并存儲(chǔ)從編程器輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)；②診斷電源、PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程的語(yǔ)法錯(cuò)誤；③用掃描的方式接收輸入信號(hào)，送入PLC的數(shù)據(jù)寄存器保存起來(lái)；④PLC進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后，根據(jù)存放的先后順序逐條讀取用戶程序，進(jìn)行解釋和執(zhí)行，完成用戶程序中規(guī)定的各種操作；⑤將用戶程序的執(zhí)行結(jié)果送至輸出端?，F(xiàn)代PLC使用的CPU主要有以下幾種：①通用微處理器，如80801等。通用微處理器的價(jià)格便宜，通用性強(qiáng)，還可以借用微機(jī)成熟的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)和豐富的軟硬件資源；②單片機(jī)，如8051等。單片機(jī)由于集成度高、體積小、價(jià)格低和可擴(kuò)充性好，很適合在小型PLC上使用，也廣泛地用于PLC的智能I/O模塊；③位片式微處理器，如AMD2900系列等。位片式微處理器是獨(dú)立于微型機(jī)的另一分支。它主要追求運(yùn)算速度快，它以4位為一片。用幾個(gè)位片級(jí)聯(lián)，可以組成任意字長(zhǎng)的微處理器。改變程序存儲(chǔ)器的內(nèi)容，可以改變計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)。位片式結(jié)構(gòu)可以使用多個(gè)微處理器，將控制任務(wù)劃分為若干個(gè)可以并行處理的部分，幾個(gè)微處理器同時(shí)進(jìn)行處理。這種高運(yùn)算速度與可以適應(yīng)用戶需要的指令系統(tǒng)相結(jié)合，很適合于以順序掃描方式工作的PLC使用[12]。(2)存儲(chǔ)器根據(jù)存儲(chǔ)器在系統(tǒng)中的作用，可以把它們分為以下三種：①系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器：和各種計(jì)算機(jī)一樣，PLC也有其固定的監(jiān)控程序、解釋程序，它們決定了PLC的功能，稱為系統(tǒng)程序，系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器就是用來(lái)存放這部分程序的。系統(tǒng)程序是不能由用戶更改的，故所使用的存儲(chǔ)器為只讀存儲(chǔ)器ROM或EPROM；②用戶程序存儲(chǔ)器：用戶根據(jù)控制功能要求而編制的應(yīng)用程序稱為用戶程序，用戶程序存放在用戶程序存儲(chǔ)器中。由于用戶程序需要經(jīng)常改動(dòng)、調(diào)試，故用戶程序存儲(chǔ)器多為可隨時(shí)讀寫的RAM。由于RAM掉電會(huì)丟失數(shù)據(jù)，因此使用RAM作用戶程序存儲(chǔ)器的PLC，都有后備電池（鋰電池）保護(hù)RAM，以免電源掉電時(shí)，丟失用戶程序。當(dāng)用戶程序調(diào)試修改完畢，不希望被隨意改動(dòng)時(shí)，可將用戶程序?qū)懭隕PROM；③工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器：工作數(shù)據(jù)是經(jīng)常變化、經(jīng)常存取的一些數(shù)據(jù)。這部分?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)在RAM中，以適應(yīng)隨機(jī)存取的要求。在PLC的工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，開(kāi)辟有元件映象寄存器和數(shù)據(jù)表。元件映象寄存器用來(lái)存儲(chǔ)PLC的開(kāi)關(guān)量輸入/輸出和定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、輔助繼電器等內(nèi)部繼電器的ON/OFF狀態(tài)。數(shù)據(jù)表用來(lái)存放各種數(shù)據(jù)，它的標(biāo)準(zhǔn)格式為每一個(gè)數(shù)據(jù)占一個(gè)字。它存儲(chǔ)用戶程序執(zhí)行時(shí)的某些可變參數(shù)值，如定時(shí)器和計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值和設(shè)定值。它還用來(lái)存放A/D轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字和數(shù)學(xué)運(yùn)算的結(jié)果等。根據(jù)需要，部分?jǐn)?shù)據(jù)在停電時(shí)用后備電池維持其當(dāng)前值，在停電時(shí)可以保持?jǐn)?shù)據(jù)的存儲(chǔ)器區(qū)域稱為數(shù)據(jù)保持區(qū)。(3)I/O單元I/O單元也稱為I/O模塊。PLC通過(guò)I/O單元與工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)相聯(lián)系，輸入單元接收操作指令和現(xiàn)場(chǎng)的狀態(tài)信息，如控制按鈕、操作開(kāi)關(guān)和限位開(kāi)關(guān)、光電管、繼電器觸點(diǎn)、行程開(kāi)關(guān)、接近開(kāi)關(guān)等信號(hào)，并通過(guò)輸入電路的濾波、光電隔離和電平轉(zhuǎn)換等將這些信號(hào)轉(zhuǎn)換成CPU能夠接收和處理的信號(hào)。輸出單元將CPU送出的弱電控制信號(hào)通過(guò)輸出電路的光電隔離和功率放大等轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場(chǎng)需要的強(qiáng)電信號(hào)輸出，以驅(qū)動(dòng)接觸器、電磁閥、電磁鐵等執(zhí)行元件。2.4.4PLC的主要特點(diǎn)可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)，平均故障時(shí)間為幾十萬(wàn)小時(shí)。而且PLC采用了許多硬件和軟件抗干擾措施。(1)硬件方面：①隔離。在微處理器與I/O電路之間采用光電隔離減少外部干擾源對(duì)PLC的影響；②濾波。對(duì)供電系統(tǒng)及輸入線路采用多種形式的濾波，減少高頻干擾。有些模塊還設(shè)置了連鎖保護(hù)、自診斷電路等[12][27]。(2)軟件方面：①設(shè)置故障檢測(cè)與診斷程序；②當(dāng)軟故障條件出現(xiàn)時(shí)，立即把重要狀態(tài)信息存入指定存儲(chǔ)器，禁止對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行任何不穩(wěn)定的讀寫操作，以防止存儲(chǔ)器信息被沖掉。這樣，一旦外界調(diào)節(jié)正常后，便可以恢復(fù)故障發(fā)生前的狀態(tài)，恢復(fù)原來(lái)的工作；③編程簡(jiǎn)單、使用方便。目前大多數(shù)PLC采用繼電器控制形式的梯形圖編程方式，很容易被操作人員接受。一些PLC還根據(jù)具體問(wèn)題設(shè)計(jì)了如步進(jìn)梯形指令等，進(jìn)一步簡(jiǎn)化了編程；④設(shè)計(jì)安裝容易、維護(hù)工作量少、功能完善、通用性強(qiáng)、體積小、能耗低、性能價(jià)格比高。2.4.5PLC控制系統(tǒng)的類型選擇一般來(lái)說(shuō)，PLC控制系統(tǒng)有以下三種類型：(1)PLC構(gòu)成的單機(jī)系統(tǒng)這種系統(tǒng)的被控對(duì)象是單一的機(jī)器生產(chǎn)或生產(chǎn)流水線，其控制器是由單臺(tái)PLC構(gòu)成，一般不需要與其它PLC或計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信。但是，設(shè)計(jì)者還要考慮將來(lái)是否聯(lián)網(wǎng)的需要，如果有的話，應(yīng)當(dāng)選用具有通信功能的PLC。如圖2-4所示。圖2-4單機(jī)系統(tǒng)圖2-5集中控制系統(tǒng)(2)PLC構(gòu)成的集中控制系統(tǒng)這種系統(tǒng)的被控對(duì)象通常是由數(shù)臺(tái)機(jī)器或數(shù)條流水線構(gòu)成，該系統(tǒng)的控制單元由單臺(tái)PLC構(gòu)成，每個(gè)被控對(duì)象與PLC指定的I/O相連。由于采用一臺(tái)PLC控制，因此，各被控對(duì)象之間的數(shù)據(jù)、狀態(tài)不需要另外的通信線路。但是，這種系統(tǒng)也有一個(gè)缺點(diǎn)，一旦PLC出現(xiàn)故障，整個(gè)系統(tǒng)將停止工作。對(duì)于大型的集中控制系統(tǒng)，通常采用冗余系統(tǒng)克服上述缺點(diǎn)。如圖2-5所示。(3)PLC構(gòu)成的分布式控制系統(tǒng)這類系統(tǒng)的被控對(duì)象通常比較多，分布在一個(gè)較大的區(qū)域內(nèi)，相互之間比較遠(yuǎn)，而且，被控對(duì)象之間經(jīng)常地交換數(shù)據(jù)和信息。這種系統(tǒng)的控制器采用若干個(gè)相互之間具有通信功能的PLC構(gòu)成，系統(tǒng)的上位機(jī)可以采用PLC，也可以采用工控機(jī)。如圖2-6所示。圖2-6分布式控制系統(tǒng)使用四臺(tái)電機(jī)，兩臺(tái)變頻器，單臺(tái)PLC進(jìn)行多個(gè)對(duì)象的控制，并且我們用一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)作為上位機(jī)，進(jìn)行系統(tǒng)的運(yùn)行監(jiān)控，所以我們采用如圖2-7所示的PLC控制系統(tǒng)。圖2-7PLC控制系統(tǒng)2.5堆垛機(jī)的定位控制方案堆垛機(jī)的定位控制方法很多，現(xiàn)就幾種典型方法介紹如下：(1)常規(guī)的限位開(kāi)關(guān)定位方法堆垛機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，要先確定目前的位置，然后才能根據(jù)目標(biāo)信號(hào)決定控制狀態(tài)。例如：堆垛機(jī)到某一層需要停下來(lái)時(shí)，首先在接近這一層時(shí)，要先從高速狀態(tài)減速，到達(dá)平層位置時(shí)，再停車準(zhǔn)備存取貨物。因此，我們通常在每一層井道上安裝三個(gè)限位開(kāi)關(guān)，即上、下平層限位開(kāi)關(guān)和平層限位開(kāi)關(guān)。圖2-8平層開(kāi)關(guān)示意圖如圖2-8所示，當(dāng)堆垛機(jī)在上升時(shí)，首先碰到下平層限位開(kāi)關(guān)，此信號(hào)送到PLC輸入端，PLC向變頻器發(fā)出減速信號(hào)，變頻器按照預(yù)先設(shè)定的減速曲線，控制堆垛機(jī)開(kāi)始減速，當(dāng)停下時(shí)，進(jìn)入貨物存取狀態(tài)[13][14]。(2)認(rèn)址片的定位方法[13]采用認(rèn)址片的定位方法時(shí)，準(zhǔn)確地認(rèn)址定位是正確存取貨物的關(guān)鍵。圖2-9認(rèn)址片結(jié)構(gòu)認(rèn)址片結(jié)構(gòu)如圖2-9所示，認(rèn)址方法如下：在巷道地基上相對(duì)于每列貨格安裝固定的認(rèn)址片（擋板），在堆垛機(jī)底部安裝4個(gè)光電開(kāi)關(guān)（GDl和GD2）與（GD3和GD4）隨堆垛機(jī)一起前后運(yùn)動(dòng)，每經(jīng)過(guò)列貨格，光電開(kāi)關(guān)通過(guò)認(rèn)址檔板發(fā)出脈沖信號(hào)到PLC從而達(dá)到列認(rèn)址目的。同樣，在堆垛機(jī)立柱上相對(duì)于每層安裝認(rèn)址片，在其升降臺(tái)安裝光電開(kāi)關(guān)（GD5和GD6）隨升降臺(tái)一起上下運(yùn)動(dòng)，達(dá)到層認(rèn)址的目的。光電開(kāi)關(guān)的脈沖輸入信號(hào)作為PLC內(nèi)部認(rèn)址計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)信號(hào)，計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值作為速度控制的依據(jù)。當(dāng)堆垛機(jī)到達(dá)目標(biāo)貨格即計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值計(jì)到零時(shí)，發(fā)出停車信號(hào)使其停止運(yùn)行。升降臺(tái)上的光電開(kāi)關(guān)又用PLC內(nèi)部的計(jì)數(shù)器接收光電脈沖，升降臺(tái)每經(jīng)過(guò)一層，計(jì)數(shù)器減1計(jì)數(shù)，從而達(dá)到層方向認(rèn)址的目的。堆垛機(jī)對(duì)其定位精度要求是比較高的，一般誤差不超過(guò)2mm。否則，由于誤差的積累，在貨叉存取貨物時(shí)易碰到貨架或發(fā)生其他事故。但當(dāng)發(fā)出停車信號(hào)后，堆垛機(jī)由于慣性還會(huì)滑行一點(diǎn)，這樣，光靠計(jì)數(shù)認(rèn)址很難達(dá)到精確定位的目的。為此我們把認(rèn)址片結(jié)構(gòu)做成如圖2-9所示的形式。用1號(hào)光電開(kāi)關(guān)作為認(rèn)址計(jì)數(shù)開(kāi)關(guān)，計(jì)數(shù)到零時(shí)發(fā)出停車信號(hào)，然后再利用1號(hào)和2號(hào)開(kāi)關(guān)作精確定位。如果1號(hào)與2號(hào)開(kāi)關(guān)同時(shí)有信號(hào)，說(shuō)明已停準(zhǔn)；如果只2號(hào)開(kāi)關(guān)有信號(hào)，說(shuō)明己超過(guò)，點(diǎn)動(dòng)堆垛機(jī)回退，再檢測(cè)比較；如果只1號(hào)開(kāi)關(guān)有信號(hào)，說(shuō)明還未到中心點(diǎn)，點(diǎn)動(dòng)堆垛機(jī)前進(jìn)，再檢測(cè)比較。這樣達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的[15]。(3)采用光電編碼器的位移定位方法光電編碼器分為絕對(duì)脈沖編碼器（APC）和增量脈沖編碼器（SPC），兩者一般都作為速度控制或位置控制系統(tǒng)的檢測(cè)元件。編碼器分為單路輸出和雙路輸出兩種。單路輸出是指旋轉(zhuǎn)編碼器的輸出是一組脈沖，而雙路輸出的旋轉(zhuǎn)編碼器輸出兩組相位差90度的脈沖，通過(guò)這兩組脈沖不僅可以測(cè)量轉(zhuǎn)速，還可以判斷旋轉(zhuǎn)的方向。當(dāng)采用光電編碼器進(jìn)行位移定位時(shí)，由于堆垛機(jī)的運(yùn)行是由曳引電動(dòng)機(jī)來(lái)拖動(dòng)的，因此曳引電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)動(dòng)的角度也就決定了它所移動(dòng)的距離，如圖2-10所示。圖2-10光電編碼示意圖在曳引電動(dòng)機(jī)軸上安裝一個(gè)光電盤，盤上同一圓周上均勻地打上許多小孔，曳引電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，光電盤也跟著旋轉(zhuǎn)，光電編碼器根據(jù)轉(zhuǎn)過(guò)小孔的數(shù)量，發(fā)出相應(yīng)數(shù)量的脈沖信號(hào)，這樣只要計(jì)算出脈沖數(shù)，就可知道堆垛機(jī)運(yùn)行的距離，也就是堆垛機(jī)的實(shí)際位置。目前，PLC一般都具有高速脈沖輸入端或?qū)Ｓ糜?jì)數(shù)單元，可用編碼器測(cè)取堆垛機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的準(zhǔn)確位置，并可直接與PLC的高速脈沖輸入端相連，利用高速記數(shù)器的功能指令能很方便地實(shí)現(xiàn)堆垛機(jī)的定位。由以上的介紹，我們可以看出，安裝限位開(kāi)關(guān)或認(rèn)址片的定位方法，不僅廢工廢料，而且每個(gè)開(kāi)關(guān)或認(rèn)址片的實(shí)際安裝距離，均不可避免地存在一定量的誤差，使得系統(tǒng)的安裝調(diào)試變得復(fù)雜，而且定位質(zhì)量難以保證。一旦系統(tǒng)要求改造，又要重新進(jìn)行安裝工作。而采用旋轉(zhuǎn)編碼器的位移定位方法，通過(guò)其發(fā)出的脈沖數(shù)可以很容易地確定堆垛機(jī)的當(dāng)前位置，再經(jīng)過(guò)給定速度曲線的計(jì)算，得出變頻器應(yīng)當(dāng)輸出的頻率來(lái)進(jìn)行調(diào)速，這種堆垛機(jī)的位移定位方法具有定位精度高、適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，因此，我們采用此方案。2.6本章小結(jié)本章針對(duì)立體倉(cāng)庫(kù)中堆垛機(jī)的控制系統(tǒng)進(jìn)行了方案設(shè)計(jì)。在速度控制方案方面，選取當(dāng)前應(yīng)用范圍非常廣泛的變頻調(diào)速技術(shù)，它所具有的調(diào)速范圍廣、輸出平滑性好、機(jī)械特性較硬、可實(shí)現(xiàn)異步電動(dòng)機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速以及可以進(jìn)行恒轉(zhuǎn)矩和恒功率調(diào)速等優(yōu)點(diǎn)，使它完全可以勝任本設(shè)計(jì)中的速度控制要求。系統(tǒng)主控制器選擇了在工業(yè)環(huán)境中廣受歡迎的可編程控制器（PLC），并結(jié)合本設(shè)計(jì)的實(shí)際要求，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的PLC控制系統(tǒng)。最后，在綜合比較了多種堆垛機(jī)的定位方法后，選擇了定位精度更高，控制方法更加靈活的光電編碼器的位移定位方法。最終，設(shè)計(jì)了一套比較合理的堆垛機(jī)控制系統(tǒng)方案。3SRMC系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)通過(guò)前面對(duì)于SRMC系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，本章將詳細(xì)分析系統(tǒng)中各個(gè)組成硬件的原理與特點(diǎn)，并根據(jù)貨物存儲(chǔ)系統(tǒng)的實(shí)際工作環(huán)境，選擇適合本系統(tǒng)的設(shè)備型號(hào)以及參數(shù)，完成SRMC系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，最后設(shè)計(jì)出電氣原理圖。3.1SRMC系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖3-1SRMC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖圖3-1為采用可編程控制器（PLC）作為主控制器的立體倉(cāng)庫(kù)的SRMC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。一臺(tái)作為上位監(jiān)控機(jī)的計(jì)算機(jī)通過(guò)RS232C接口與PLC相連，可以對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行全面的監(jiān)控管理。拖動(dòng)系統(tǒng)主要由三相交流電源、變頻器、交流接觸器K1、K2和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)M等幾部分構(gòu)成，與電動(dòng)機(jī)同軸聯(lián)接的旋轉(zhuǎn)編碼器PG產(chǎn)生A、B兩相輸出脈沖,經(jīng)PG卡進(jìn)入變頻器，形成速度反饋。為使PLC對(duì)變頻器進(jìn)行有效的速度閉環(huán)控制，PLC與變頻器之間還存在如下的信號(hào)傳輸。(1)PLC發(fā)往變頻器的控制信號(hào)主要有：①PLC檢測(cè)系統(tǒng)工作正常,允許變頻器工作的信號(hào)；②堆垛機(jī)運(yùn)行方向的信號(hào)；③堆垛機(jī)運(yùn)行速度的信號(hào)；④堆垛機(jī)減速及平層停車信號(hào)。(2)變頻器反饋給PLC的信號(hào)主要有：①變頻器正常工作狀態(tài)信號(hào)（變頻器無(wú)報(bào)警輸出，允許PLC控制其運(yùn)行）；②堆垛機(jī)速度信號(hào)；③速度一致信號(hào)（變頻器上的速度指令與電動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行速度相匹配）；④減速及停車狀態(tài)信號(hào)。圖3-1中，從變頻器的分頻器引入PLC的計(jì)數(shù)脈沖，通過(guò)高速計(jì)數(shù)器的脈沖計(jì)數(shù)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)堆垛機(jī)位移的精確控制。3.2電動(dòng)機(jī)的選型作為整個(gè)堆垛機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)速度驅(qū)動(dòng)者，電動(dòng)機(jī)的合適選取十分重要。針對(duì)該立體倉(cāng)庫(kù)的實(shí)際工作情況，設(shè)計(jì)的堆垛機(jī)系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)滿足以下參數(shù)要求：自重：m1=4800kg載重：m2=700kg提升重量：m3=1200kg水平額定速度：V1=0.5水平加減速率：a1=1.5垂直額定速度：V2=0.5垂直加減速率：a2=1.5行走輪徑：Ｄ=300mm軸徑：ｄ=60mm貨叉伸縮速度：V3=0.2根據(jù)本系統(tǒng)的實(shí)際情況，要完成堆垛機(jī)的出入庫(kù)貨物存取工作，擬選取水平、垂直、貨叉伸縮及升降共4臺(tái)電機(jī)。首先，在選用電動(dòng)機(jī)前應(yīng)當(dāng)考慮以下問(wèn)題：(1)在機(jī)械與電氣方面對(duì)反復(fù)起動(dòng)停止的操作都應(yīng)有充分的耐久性；(2)應(yīng)完全適合負(fù)載的速度與轉(zhuǎn)矩特性，特別是起動(dòng)轉(zhuǎn)矩應(yīng)有余裕；(3)速度的可控性良好；(4)慣性矩小，體積小而且重量輕；(5)輸出軸的轉(zhuǎn)數(shù)應(yīng)適宜于減速裝置的結(jié)構(gòu)；(6)應(yīng)有可靠的外殼保護(hù)結(jié)構(gòu)。通過(guò)分析水平運(yùn)行電機(jī)的各種運(yùn)行狀況，帶載加速功率應(yīng)當(dāng)是最大值，其計(jì)算如下：=()×a×/(1000×η)＝5500×1.5×0.5/(1000×0.9)=4.58(kW)對(duì)于垂直運(yùn)行電機(jī)，其功率的計(jì)算如下：=×g×/(1000×η)=1200×9.8×0.5/(1000×0.8)=7.35(kW)通過(guò)計(jì)算分析可以清楚地發(fā)現(xiàn)，堆垛機(jī)垂直方向的運(yùn)動(dòng)較水平方向?qū)τ陔妱?dòng)機(jī)的功率要求更高，因此只要把垂直方向的電機(jī)功率選擇好，就可以滿足其它運(yùn)動(dòng)對(duì)于電動(dòng)機(jī)功率的要求?？紤]到可能發(fā)生的過(guò)載情況，對(duì)于垂直電機(jī)的選取，我們選擇11kW的電動(dòng)機(jī)。而對(duì)于水平電機(jī)和貨叉電機(jī)，選擇同樣的電機(jī)也是完全滿足要求的。因此，本設(shè)計(jì)所選擇的電動(dòng)機(jī)主要參數(shù)如下：電動(dòng)機(jī)型號(hào)：Y型160M-4額定功率：=11kW額定轉(zhuǎn)速：=1460r/min額定電流：In=22.6A3.3變頻器的選型目前，交流調(diào)速傳動(dòng)已經(jīng)上升為電氣調(diào)速傳動(dòng)的主流。中、小容量范圍內(nèi)，采用自關(guān)斷器件的全數(shù)字控制PWM變頻器己經(jīng)實(shí)現(xiàn)了通用化。全數(shù)字控制方式的軟件功能不但考慮到通用變頻器自身的內(nèi)在性能，而且還融入了大量的實(shí)用經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)、技巧，使得通用變頻器的RAS三性(Reliability,Ability,Serviceability，可靠性、可使用性、可維修性)功能得以充實(shí)。變頻器的應(yīng)用主要有兩個(gè)方面：一方面是為了節(jié)能需要而進(jìn)行的變頻器的應(yīng)用；另一方面是為了滿足生產(chǎn)工藝調(diào)速的要求而進(jìn)行的變頻器的應(yīng)用。對(duì)于立體庫(kù)系統(tǒng)來(lái)講，為了保證貨物的高效存取，堆垛機(jī)的運(yùn)行要求高速平穩(wěn)，定位準(zhǔn)確，需要使用變頻器來(lái)驅(qū)動(dòng)水平、垂直電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。3.3.1變頻器的特點(diǎn)變頻器與異步電動(dòng)機(jī)相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)機(jī)械的調(diào)速傳動(dòng)控制，簡(jiǎn)稱為變頻器傳動(dòng)。變頻器傳動(dòng)具有固有的優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用在不同的生產(chǎn)機(jī)械或設(shè)備上體現(xiàn)不同的功能，總體來(lái)說(shuō)，變頻器傳動(dòng)具有以下幾個(gè)效能。(l)節(jié)能應(yīng)用主要的相關(guān)技術(shù)體現(xiàn)在提高運(yùn)行可靠性、臺(tái)數(shù)控制和調(diào)速控制并用；(2)提高生產(chǎn)效率；①保證加工工藝中的最佳運(yùn)行②適應(yīng)負(fù)載不同工作情況下的最佳轉(zhuǎn)速③使原有設(shè)備的增速運(yùn)轉(zhuǎn)(3)設(shè)備的合理化；(4)改善和適應(yīng)環(huán)境。3.3.2變頻器型號(hào)以及PG速度控制卡的選擇本論文采用安川矢量型變頻器CIMR-G7A4015型，實(shí)現(xiàn)對(duì)水平機(jī)、提升電機(jī)，貨叉電機(jī)的變頻控制。通過(guò)多調(diào)速以實(shí)現(xiàn)水平方向和提升方向的定位精度。在選擇與電機(jī)匹配的變頻器時(shí)有兩個(gè)要素:變頻器功率必須大于等于電機(jī)功率;變頻器額定電流必須大于等于電機(jī)額定電流。CIMR-G7A4015型變頻器的主要特點(diǎn)如下：(1)將無(wú)PGU/f控制、無(wú)PG矢量控制、有PGU/f控制、有PG矢量控制的四種控制方式融為一體；(2)有豐富的內(nèi)藏與選擇功能；(3)由于采用了最新式的硬件，因此，功能全、體積?。?4)保護(hù)功能完善、維修性能好；(5)通過(guò)LCD操作裝置，可提高操作性能。變頻器的PG速度控制卡是使用了PG（脈沖發(fā)生器）來(lái)對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制的。當(dāng)旋轉(zhuǎn)編碼器的輸出信號(hào)送到PG速度控制卡后，由速度卡將其轉(zhuǎn)換成與實(shí)際轉(zhuǎn)速相對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，再送給變頻器進(jìn)行速度控制。同時(shí)，將兩相脈沖分頻后（分頻的程度可以設(shè)置）作為兩相脈沖的監(jiān)視輸出，我們利用脈沖的監(jiān)視輸出進(jìn)行堆垛機(jī)的位置控制。CIMR-G7A3.4PLC型號(hào)選擇目前，市場(chǎng)上存在著種類繁多的大、中、小型PLC，小到作為少量的繼電器裝置的替代品，大到作為分布式系統(tǒng)中的上位機(jī)，幾乎可以滿足工業(yè)控制的各種需要。那么，針對(duì)我們的實(shí)際情況，如何給本系統(tǒng)選擇一個(gè)合適的PLC呢？PLC選型的一般流程如下：(1)定義PLC的I/O點(diǎn)數(shù)，包括開(kāi)關(guān)量的I/O點(diǎn)數(shù)、模擬量的I/O點(diǎn)數(shù)以及特殊功能模塊；(2)建立I/O分配表，繪制PLC的輸入、輸出接線圖；(3)根據(jù)控制要求繪制程序的流程圖，繪制用戶程序，裝入PLC的用戶程序存儲(chǔ)器，并進(jìn)行初步測(cè)試，從而選擇滿足要求的PLC[17][18][19]。3.4.1FX-2N系列PLC的特點(diǎn)三菱FX-2N系列PLC采用緊湊的箱體式結(jié)構(gòu)，安裝方便。它可由不同點(diǎn)數(shù)的基本單元和擴(kuò)展單元構(gòu)成，主單元的輸入輸出點(diǎn)數(shù)比為1：1，并可按照實(shí)際需要，靈活進(jìn)行配置和擴(kuò)展。FX-2N系列還有很多的特殊功能單元，如：高速計(jì)數(shù)單元、位置控制單元、模擬量I/O單元等等，可通過(guò)擴(kuò)展口等方式與主機(jī)相連。FX-2N系列的最大I/O點(diǎn)數(shù)為256點(diǎn)。程式容量為8000步，并可以擴(kuò)展至16000步。對(duì)于本設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，完全可以滿足要求[18][21]。環(huán)境規(guī)格是指PLC能正常工作的外部環(huán)境條件，F(xiàn)X-2N系列PLC能適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的惡劣條件，對(duì)環(huán)境的要求很低，一般的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)均可滿足這些要求。對(duì)于某些立體倉(cāng)庫(kù)來(lái)講，其內(nèi)部的環(huán)境是低溫潮濕，而FX-2N系列PLC可在溫度為-20℃3.4.2機(jī)型的配置及I/O點(diǎn)數(shù)的分配本實(shí)驗(yàn)條件下，共有4臺(tái)電機(jī)、2臺(tái)變頻器、6個(gè)限位開(kāi)關(guān)、貨架采用6層6列。需要40個(gè)數(shù)字量輸入點(diǎn)，25個(gè)數(shù)字量輸出點(diǎn)，共計(jì)65個(gè)I/O點(diǎn)?？紤]到PLC輸出需接電磁閥和接觸器線圈，要求大電流輸出，宜選擇繼電器輸出型，這里選擇三菱FX2N-80MR-001型PLC，其I/O點(diǎn)總數(shù)為80個(gè)[19]，可以滿足系統(tǒng)的需求[31][32]。根據(jù)本系統(tǒng)的輸入輸出信號(hào)情況，可編程控制器I/O點(diǎn)數(shù)的分配表如下:3-1輸入部分分配表輸入繼電器信號(hào)名稱輸入繼電器信號(hào)名稱X000X001X002X003X004X005X006X007X010X011X012X013X014X015X016X017X020X021X022X023C252的A相輸入C252的B相輸入C252的復(fù)位輸入C253的A相輸入C253的B相輸入C253的復(fù)位輸入層點(diǎn)動(dòng)按鈕層選向列點(diǎn)動(dòng)按鈕目標(biāo)位置選中第1層目標(biāo)位置選中第2層目標(biāo)位置選中第3層目標(biāo)位置選中第4層目標(biāo)位置選中第5層目標(biāo)位置選中第6層層平層停車點(diǎn)伸叉開(kāi)關(guān)取貨貨叉上限位開(kāi)關(guān)存貨X024X025X026X027X030X031X032X033X034X035X036X037X040X041X042X043X044X045X046X047貨叉平層開(kāi)關(guān)上行強(qiáng)迫換速開(kāi)關(guān)下行強(qiáng)迫換速開(kāi)關(guān)下行換速開(kāi)關(guān)貨叉伸出限位層起點(diǎn)開(kāi)關(guān)左行強(qiáng)迫換速開(kāi)關(guān)右行強(qiáng)迫換速開(kāi)關(guān)左行換速開(kāi)關(guān)列起點(diǎn)開(kāi)關(guān)縮叉開(kāi)關(guān)貨叉縮回限位列選向目標(biāo)位置選中第1列目標(biāo)位置選中第2列目標(biāo)位置選中第3列目標(biāo)位置選中第4列目標(biāo)位置選中第5列目標(biāo)位置選中第6列列平層停車點(diǎn)3-2中間繼電器分配表中間繼電器信號(hào)名稱中間繼電器信號(hào)名稱M0M1M2M3M4M5M6M8M9M10M11M12M13M14M15M17M18M19M20M22伸叉超時(shí)計(jì)1層計(jì)2層計(jì)3層計(jì)4層計(jì)5層計(jì)6層層到達(dá)，準(zhǔn)備換速伸叉縮叉縮叉超時(shí)提叉降叉層計(jì)數(shù)點(diǎn)層換速點(diǎn)層換速層停車下行（反轉(zhuǎn)）上行（正轉(zhuǎn)）伸叉完畢M24M25M26M27M28M30M31M32M33M34M35M36M38M40M41M44M45M46M47M48列到達(dá)，準(zhǔn)備換速列換速列停車右行（正轉(zhuǎn)）左行（反轉(zhuǎn)）列計(jì)數(shù)點(diǎn)計(jì)1列計(jì)2列計(jì)3列計(jì)4列計(jì)5列計(jì)6列列換速點(diǎn)提叉超時(shí)降叉超時(shí)層向運(yùn)行超時(shí)列向運(yùn)行超時(shí)層向換速超時(shí)列向換速超時(shí)取貨存貨指令沖突續(xù)表3-2M14層計(jì)數(shù)點(diǎn)M40提叉超時(shí)3-3輸出部分分配表輸出繼電器信號(hào)名稱輸出繼電器信號(hào)名稱Y000Y001Y002Y003Y004Y005Y006Y007Y010Y011Y012Y013Y014伸叉縮叉提叉降叉層換速層停車下行（反轉(zhuǎn)）上行（正轉(zhuǎn)）列換速列停車右行（正轉(zhuǎn)）左行（反轉(zhuǎn)）層快車Y015Y020Y021Y030Y031Y032Y033Y034Y035Y036Y040Y041列快車層點(diǎn)動(dòng)列點(diǎn)動(dòng)數(shù)碼管a段輸出數(shù)碼管b段輸出數(shù)碼管c段輸出數(shù)碼管d段輸出數(shù)碼管e段輸出數(shù)碼管f段輸出數(shù)碼管g段輸出層電磁閘列電磁閘3-4其他部分分配表其它部分信號(hào)名稱其它部分信號(hào)名稱M8000M8200M8201C200C201C252C253T0T1運(yùn)行監(jiān)控C200方向切換C201方向切換層計(jì)數(shù)器列計(jì)數(shù)器層高速計(jì)數(shù)器列高速計(jì)數(shù)器伸叉定時(shí)器縮叉定時(shí)器T2T3T4T5T6T7T8T9層電磁閘延時(shí)器列電磁閘延時(shí)器提叉定時(shí)器降叉定時(shí)器層電磁閘打開(kāi)定時(shí)器列電磁閘打開(kāi)定時(shí)器層換速定時(shí)器列換速定時(shí)器3.5SRMC系統(tǒng)其它主要硬件的選取3.5.1旋轉(zhuǎn)編碼器堆垛機(jī)工作時(shí)所處的位置，需由電機(jī)旋轉(zhuǎn)所發(fā)出的脈沖個(gè)數(shù)來(lái)反映。脈沖的發(fā)生一般由旋轉(zhuǎn)編碼器完成，也就是說(shuō)，在堆垛機(jī)運(yùn)行的PLC控制中，可以使用旋轉(zhuǎn)編碼器測(cè)取堆垛機(jī)運(yùn)行過(guò)程中所處的實(shí)際位置，從而確定理想的換速點(diǎn)。旋轉(zhuǎn)編碼器的輸出信號(hào)送給變頻器PG速度卡，由速度卡將其轉(zhuǎn)換成與實(shí)際轉(zhuǎn)速相對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)再送到變頻器內(nèi)部進(jìn)行速度控制，同時(shí)將兩相脈沖分頻后（分頻的程度可以設(shè)置）作為脈沖的監(jiān)視輸出，輸入到PLC中，進(jìn)行堆垛機(jī)的位置控制。為提高檢測(cè)位置的精度，應(yīng)選用每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)較多的旋轉(zhuǎn)編碼器，一般選500（脈沖/旋轉(zhuǎn)）以上的產(chǎn)品。這里，我們選用分辨率為1200（脈沖/旋轉(zhuǎn)）的歐姆龍E6H-CWZ6C增量型編碼器，它采用不需耦合器的空心軸，是小型、高分辨率的通用型旋轉(zhuǎn)編碼器，工作電壓為DC24V，最高響應(yīng)頻率為100kHz，實(shí)施CE標(biāo)識(shí)（EMC指令），適合EN/IEC規(guī)格，輸出有-A，A及B，或A及B及Z方向，輸出方式有集電極開(kāi)路輸出、電壓輸出及線性驅(qū)動(dòng)器輸出。它還可配一些耦合器，用于需要計(jì)數(shù)或變速的場(chǎng)合。3.5.2光電開(kāi)關(guān)光電開(kāi)關(guān)（光電傳感器）是光電接近開(kāi)關(guān)的簡(jiǎn)稱，它是利用被檢測(cè)物體對(duì)紅外光束的遮光或反射作用，由同步回路選通來(lái)檢測(cè)物體的，見(jiàn)圖3-2。其物體不局限于金屬，對(duì)所有能反射光線的物體均可檢測(cè)，是理想的電子開(kāi)關(guān)量傳感器。它能準(zhǔn)確反應(yīng)出運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的位置和行程，即使用于一般的行程控制，其定位精度、操作頻率、使用壽命、安裝調(diào)整的方便性和對(duì)惡劣環(huán)境的適應(yīng)能力，也是一般機(jī)械式行程開(kāi)關(guān)所不能相比的。圖3-2鏡反射式光電開(kāi)關(guān)工作原理圖考慮到氣調(diào)庫(kù)內(nèi)的低溫潮濕環(huán)境，選取瀛來(lái)機(jī)電公司的SKK05-1K型，輸出形式為直流NPN三線常開(kāi)，鏡反射式光電開(kāi)關(guān)共8個(gè)，檢測(cè)距離為50cm。將光電開(kāi)關(guān)安裝于堆垛機(jī)的初始起點(diǎn)位置，貨叉的上下前后四個(gè)極限位置，在堆垛機(jī)上安裝兩個(gè)分別控制行列，并在貨架每層和每列相應(yīng)的平層位置均安裝鏡反射器，通過(guò)輸入信號(hào)到PLC使堆垛機(jī)相應(yīng)地改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。3.5.3電磁閘本控制系統(tǒng)有兩個(gè)電磁閘，作用是使堆垛機(jī)在行列方向上停車制動(dòng)，選用QZ23JD2-L型雙控電磁閘，AC220V。3.5.4斷路器、接觸器斷路器能在主電路發(fā)生短路、過(guò)負(fù)荷和低電壓時(shí)自動(dòng)跳閘，從而保護(hù)電路。該系統(tǒng)中斷路器選用上海蒙崎電氣380VHYCM1L-63L型，運(yùn)行短路分?jǐn)嗄芰?8KA。接觸器是用來(lái)防止變頻器電纜由于過(guò)載和短路而造成的損壞。在此，我們選擇西門子3TF4622，線圈電壓為220V系列。3.6本章小結(jié)本章針對(duì)立體倉(cāng)庫(kù)中的實(shí)際工作環(huán)境，選擇了適合本系統(tǒng)的主要相關(guān)設(shè)備，并進(jìn)行了相應(yīng)參數(shù)的計(jì)算，對(duì)堆垛機(jī)的控制系統(tǒng)進(jìn)行了硬件方面的設(shè)計(jì)。分別從電動(dòng)機(jī)、變頻器及其附屬設(shè)備、PLC、旋轉(zhuǎn)編碼器、光電開(kāi)關(guān)、電磁閘、斷路器和接觸器等方面，進(jìn)行了比較合理的設(shè)備選型與參數(shù)計(jì)算[33]。根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件下的I/O點(diǎn)數(shù)與I/O信號(hào)的特點(diǎn)，對(duì)PLC進(jìn)行了I/O點(diǎn)的分配，并將所選的設(shè)備合理地進(jìn)行接線連接，構(gòu)建出系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)，最后設(shè)計(jì)出主要設(shè)備的電氣原理圖。4SRMC系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)一個(gè)完整的SRMC系統(tǒng)是由硬件與軟件兩大部分組成的。要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)所要求的功能，除了完成硬件部分的設(shè)計(jì)，還要配備完善的軟件，系統(tǒng)才能正常工作。本章主要包括以下內(nèi)容：對(duì)當(dāng)前同類氣調(diào)庫(kù)內(nèi)堆垛機(jī)的速度控制曲線進(jìn)行改造，完成變頻器的參數(shù)計(jì)算與設(shè)置，運(yùn)用GX-Developer軟件編寫系統(tǒng)的控制程序，設(shè)計(jì)出滿足系統(tǒng)功能要求的軟件系統(tǒng)。本文中的控制系統(tǒng)要求實(shí)現(xiàn)的主要功能如下：(1)貨叉控制；(2)層數(shù)與列數(shù)計(jì)算；(3)快車運(yùn)行控制；(4)換速控制；(5)停車控制；(6)檢修點(diǎn)動(dòng)控制。4.1堆垛機(jī)速度曲線模型的設(shè)計(jì)堆垛機(jī)的控制系統(tǒng)主要由變頻器、PLC及旋轉(zhuǎn)編碼器組成。變頻器用來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)的調(diào)速。圖4-1控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖本文所選用的安川CIMR-G7A4015通用變頻器，具有可自行設(shè)置速度曲線的特點(diǎn)，能實(shí)現(xiàn)堆垛機(jī)的平穩(wěn)操作和精確控制。另外，變頻器通過(guò)與電動(dòng)機(jī)同軸連接的旋轉(zhuǎn)編碼器和選配的PG卡，可以完成電機(jī)速度的檢測(cè)與反饋，形成閉環(huán)系統(tǒng)?？删幊炭刂破鳎≒LC）負(fù)責(zé)處理各種信號(hào)的邏輯關(guān)系，從而向變頻器發(fā)出起、停等信號(hào)，同時(shí)變頻器也將工作狀態(tài)信號(hào)送給PLC，形成雙向聯(lián)絡(luò)關(guān)系，這是系統(tǒng)的核心。旋轉(zhuǎn)編碼器與電動(dòng)機(jī)同軸連接,對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行測(cè)速。旋轉(zhuǎn)編碼器輸出A、B兩相脈沖，根據(jù)A、B脈沖的相序，可判斷電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，并可根據(jù)A、B脈沖的頻率測(cè)得電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。旋轉(zhuǎn)編碼器將此脈沖輸出給PG卡，PG卡再將此反饋信號(hào)送給變頻器內(nèi)部，以便進(jìn)行運(yùn)算調(diào)節(jié)。所以旋轉(zhuǎn)編碼器和PG卡實(shí)現(xiàn)了閉環(huán)運(yùn)行?？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖4-1所示。4.1.1現(xiàn)有速度曲線的分析根據(jù)實(shí)際調(diào)查結(jié)果，現(xiàn)在很多氣調(diào)自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)堆垛機(jī)的速度控制方法還比較落后，堆垛機(jī)的速度控制曲線多數(shù)均為如圖4-2(a)所示的形式，在A、B、C、D處加速度變化率為正、負(fù)無(wú)窮大，其它時(shí)刻則為0，存在著運(yùn)行過(guò)程中速度起伏過(guò)大，穩(wěn)定性差等問(wèn)題。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，一般情況下，氣調(diào)立體倉(cāng)庫(kù)堆垛機(jī)的加、減速度應(yīng)限制在1.5以內(nèi)，且加速度變化率應(yīng)限制在2.0以內(nèi)，這樣可以最大程度地避免貨箱在堆垛機(jī)搬運(yùn)過(guò)程中由于慣性造成的傾倒和碰撞，降低啟停時(shí)對(duì)電氣設(shè)備的電流沖擊，盡量發(fā)揮各個(gè)設(shè)備的效能。這里，我們選擇的CIMR-G7A4015型變頻器，具有可以自行編制速度曲線的特點(diǎn)。針對(duì)以上情況，本文運(yùn)用函數(shù)分析的方法，設(shè)計(jì)一種新型的速度控制曲線，以滿足系統(tǒng)對(duì)于堆垛機(jī)速度控制性能的要求[3][4]。圖4-2堆垛機(jī)的速度曲線圖4.1.2速度曲線改進(jìn)的函數(shù)分析過(guò)程(1)曲線的選擇在如圖4-2(b)所示的AE、FB、CG、HD四段，選用拋物線平滑地完成堆垛機(jī)的加速與減速，而EF、GH兩段則選用曲線的切線來(lái)完成調(diào)速過(guò)程。根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際要求所知：堆垛機(jī)X方向或Y方向的額定轉(zhuǎn)速為0.5，為防止貨箱傾倒和碰撞，最大的加速度和加速度變化率應(yīng)為=1.5，=2.0。根據(jù)上述速度曲線的特點(diǎn)，可進(jìn)行以下分析：加速段曲線AE：=k，可知此段=,=加速段切線EF：,則可知此段考慮到系統(tǒng)加速的快速性，可選擇加速曲線FB與AE對(duì)稱，即。勻速運(yùn)行時(shí)堆垛機(jī)X方向或Y方向的額定轉(zhuǎn)速是0.5，這要求B點(diǎn)加速度及加速度變化率均為0，即：勻速段曲線BC:根據(jù)以上分析可知：初步選擇,計(jì)算如下:由于設(shè)定AE與FB對(duì)稱，則有：可得各點(diǎn)參數(shù)如下:E點(diǎn):F點(diǎn):B點(diǎn):可知，AE段:EF段:FB段:由于我們?cè)O(shè)定加速段和減速段曲線是對(duì)稱的，由對(duì)稱性可知：CG段:GH段:HD段:其中是電機(jī)以額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行的時(shí)間。運(yùn)用作圖工具，速度曲線分段顯示如圖4-3所示。圖4-3速度曲線分段顯示(2)曲線的合理性檢驗(yàn)①光滑性由以上計(jì)算得：滿足，則兩段曲線間存在切線，加速曲線光滑。由對(duì)稱性可知，減速曲線也光滑。②最小間距可實(shí)現(xiàn)性。即在起動(dòng)段，堆垛機(jī)沿X或Y方向走了0.264m的距離。由對(duì)稱性，降速段也運(yùn)行了0.264m，所以在這兩個(gè)階段，共運(yùn)行了0.528m。由于本立體庫(kù)單位層高與單位列寬均為1m，所以在堆垛機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為0.5，加、減速所用時(shí)間為1.056s的前提下，所設(shè)計(jì)的加減速曲線滿足最小間距的要求。③穩(wěn)定性在本設(shè)計(jì)中，曲線的A、B、C、D四個(gè)狀態(tài)點(diǎn)，加速度的變化率均為0，在整個(gè)運(yùn)行過(guò)程中加速度變化率最大值為，因此，我們所設(shè)計(jì)的加減速曲線滿足系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性要求。4.1.3改進(jìn)的速度曲線特點(diǎn)以上對(duì)于堆垛機(jī)速度曲線模型的設(shè)計(jì)，可以較好地改進(jìn)PLC與變頻器的整體配合效果。PLC根據(jù)實(shí)際控制的要求，向變頻器發(fā)出正向運(yùn)行、反向運(yùn)行、減速及制動(dòng)等信號(hào)，而變頻器則根據(jù)我們?cè)O(shè)計(jì)的控制規(guī)律和控制算法，正確地控制電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)與停止。這樣的運(yùn)行速度曲線，較好地解決了當(dāng)前氣調(diào)立體倉(cāng)庫(kù)堆垛機(jī)存在的運(yùn)行過(guò)程中速度起伏過(guò)大，穩(wěn)定性差的問(wèn)題，基本實(shí)現(xiàn)了我們預(yù)想的目標(biāo)。4.2主控制器PLC的程序設(shè)計(jì)4.2.1PLC控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)的主要工作(1)主導(dǎo)思想：根據(jù)本堆垛機(jī)系統(tǒng)的工作要求，確定PLC程序需要解決的問(wèn)題，制定合理的設(shè)計(jì)任務(wù)書。在程序的設(shè)計(jì)和調(diào)試階段不斷進(jìn)行完善，進(jìn)一步加深對(duì)某些概念和問(wèn)題的理解，最終使設(shè)計(jì)的程序符合我們的控制要求；(2)軟件設(shè)計(jì)：根據(jù)堆垛機(jī)系統(tǒng)的各種控制，即入庫(kù)、出庫(kù)、取貨、存貨、點(diǎn)動(dòng)等控制，運(yùn)用過(guò)載保護(hù)、限位保護(hù)、聯(lián)鎖及互鎖等基本功能，確保所設(shè)計(jì)的軟件能夠使堆垛機(jī)在工作中可靠地運(yùn)轉(zhuǎn)。我們應(yīng)用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)，根據(jù)規(guī)范要求按功能塊設(shè)計(jì)，整個(gè)程序結(jié)構(gòu)分明，條理清晰，便于編寫、檢查、修改及維護(hù)；(3)軟件調(diào)試：在程序編制完成后，首先進(jìn)行模擬調(diào)試，通過(guò)PLC的輸入輸出點(diǎn)的控制來(lái)檢查程序編制的正確與否，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)進(jìn)行更改，然后進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，調(diào)試時(shí)充分考慮各種可能性，對(duì)系統(tǒng)的不同工作方式和各種限制條件逐一進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)更改程序，直至所編制的程序符合堆垛機(jī)系統(tǒng)的控制要求[26]。4.2.2本程序設(shè)計(jì)使用軟件由于本設(shè)計(jì)選取三菱FX-2N系列PLC作為系統(tǒng)的主控制器，因此，程序設(shè)計(jì)軟件選用當(dāng)前比較流行的三菱GX-Developer編程工具，它是應(yīng)用于三菱系列PLC的中文編程軟件，可在Windows9x及以上操作系統(tǒng)運(yùn)行。GX-Developer編程軟件的主要功能[34]GX-Developer的功能十分強(qiáng)大，集成了項(xiàng)目管理、程序鍵入、編譯鏈接、模擬仿真和程序調(diào)試等功能，其主要功能如下：①在GX-Developer中，可通過(guò)線路符號(hào)、列表語(yǔ)言及SFC符號(hào)來(lái)創(chuàng)建PLC程序，建立注釋數(shù)據(jù)及設(shè)置寄存器數(shù)據(jù)；②創(chuàng)建PLC程序以及將其存儲(chǔ)為文件，用打印機(jī)打印；③該程序可在串行系統(tǒng)中與PLC進(jìn)行通訊、文件傳送、操作監(jiān)控以及各種測(cè)試功能。(2)編程系統(tǒng)的構(gòu)成與配置[27]三菱GX-Developer編程系統(tǒng)主要由以下幾個(gè)部分構(gòu)成：計(jì)算機(jī)、接口單元、通訊電纜、系統(tǒng)操作軟件及操作手冊(cè)等。①計(jì)算機(jī)要求機(jī)型：IBMPC/AT（兼容）；CPU：486以上；內(nèi)存：8兆或更高（推薦16兆以上）；顯示器：分辨率為800×600點(diǎn)，16色或更高。②接口單元采用FX-232AWC型RS-232/RS-422轉(zhuǎn)換器（便攜式）或FX-232AW型RS-232C/RS-422換器（內(nèi)置式），以及其他指定的轉(zhuǎn)換器。③通訊電纜采用FX-422CAB型RS-422纜線（用于FX2，F(xiàn)X2C型PLC，0.3m）或FX-422CAB-150型RS-422纜線（用于FX2，F(xiàn)X2C型PLC，1.5m），以及其他指定的纜線。(3)GX-Developer編程軟件的運(yùn)行[28]安裝好軟件后，在計(jì)算機(jī)桌面上自動(dòng)形成GX-Developer的圖標(biāo)，用鼠標(biāo)雙擊該圖標(biāo)，可打開(kāi)編程軟件。執(zhí)行菜單中[文件]-[退出]，將退出編程軟件。執(zhí)行菜單中[文件]-[新建]，可創(chuàng)建一個(gè)新的用戶程序，在彈出的窗口中選擇PLC的型號(hào)后單擊[確認(rèn)]，此時(shí)計(jì)算機(jī)屏幕的顯示如圖4-4所示。菜單中的其它命令與Windows軟件的操作相似，不再說(shuō)明。4.2.3程序設(shè)計(jì)方法選擇目前，PLC應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)方法大體有以下幾種：經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法、邏輯設(shè)計(jì)法和狀態(tài)流程圖設(shè)計(jì)法等[29]。(1)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法實(shí)際上是沿用了傳統(tǒng)繼電器系統(tǒng)電氣原理圖的設(shè)計(jì)方法，即在一些典型單元電路的基礎(chǔ)上，根據(jù)被控對(duì)象對(duì)控制系統(tǒng)的具體要求，不斷地修改和完善梯形圖。經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法只能用來(lái)設(shè)計(jì)一些簡(jiǎn)單的程序或復(fù)雜系統(tǒng)的某一局部程序（如手動(dòng)程序等）。如果用來(lái)設(shè)計(jì)復(fù)雜系統(tǒng)程序，存在以下問(wèn)題：①考慮不周、設(shè)計(jì)麻煩、設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)，沒(méi)有一套固定的方法和步驟可以遵循，具有很大的試探性和隨意性。設(shè)計(jì)復(fù)雜系統(tǒng)的程序，要用大量的中間元件來(lái)完成記憶、聯(lián)鎖、互鎖等功能。由于需要考慮的因素很多，它們往往又交織在一起，分析起來(lái)非常困難，并且很容易遺漏一些問(wèn)題。修改某一局部程序時(shí)，很可能會(huì)對(duì)系統(tǒng)其它部分程序產(chǎn)生意想不到的影響，程序的修改也很麻煩，往往花了很長(zhǎng)的時(shí)間，還得不到一個(gè)滿意的結(jié)果。圖4-4打開(kāi)本軟件時(shí)的屏幕顯示②程序的可讀性較差、系統(tǒng)維護(hù)困難用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)的程序往往非常復(fù)雜。它是按照設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)和習(xí)慣的思路進(jìn)行設(shè)計(jì)。因此，即使是設(shè)計(jì)者的同行，要分析這種程序也很困難，更不用說(shuō)維修人員了，這給PLC系統(tǒng)的維護(hù)和改進(jìn)帶來(lái)許多困難。(2)工業(yè)電氣控制線路中，有不少都是通過(guò)繼電器等電器元件來(lái)實(shí)現(xiàn)的。而繼電器、交流接觸器的觸點(diǎn)都只有兩種狀態(tài)即吸合和斷開(kāi)，因此，用