基于plc的自動(dòng)化立體倉庫設(shè)計(jì)畢設(shè)論文

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　自動(dòng)化立體倉庫也稱自動(dòng)化存取系統(tǒng)AS/RS(Automatic Storage& Retrieval System)，是在不直接進(jìn)行人工參與的情況下自動(dòng)地存儲(chǔ)和取出貨物的系統(tǒng)。自動(dòng)化立體倉庫采用高層倉庫貨架存儲(chǔ)貨物，用專門的倉儲(chǔ)搬運(yùn)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行貨物出入庫作業(yè)。用可編程控制器PLC控制的自動(dòng)化立體倉庫實(shí)現(xiàn)了物流機(jī)械和計(jì)算機(jī)

2、技術(shù)的完美結(jié)合，推動(dòng)了倉儲(chǔ)技術(shù)的全面自動(dòng)化。</p><p>　　基于PLC的自動(dòng)化立體倉庫系統(tǒng)是根據(jù)自動(dòng)化立體倉庫運(yùn)行的基本原理而設(shè)計(jì)的。在整個(gè)控制系統(tǒng)中，以三菱FX2N系列的PLC作為系統(tǒng)中的核心控制元件，控制面板作為人機(jī)接口部件，采用3*3+1的倉庫貨架來存儲(chǔ)貨物，由兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)來驅(qū)動(dòng)巷道式堆垛機(jī)在水平和豎直方向上的運(yùn)動(dòng)，由一個(gè)直流電機(jī)完成貨叉的取放貨操作。另外，為了保證整個(gè)控制系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性，在

3、每一個(gè)倉位上設(shè)置光電傳感器進(jìn)行貨物檢測，并采用了限位開關(guān)在故障狀況下進(jìn)行斷電急停保護(hù)。 </p><p>　　通過理論研究和邏輯推理，表明本論文所研究的自動(dòng)化立體倉庫技術(shù)具有一定的先進(jìn)性和實(shí)用性，具備廣闊的應(yīng)用前景。</p><p>　　關(guān)鍵詞　自動(dòng)化立體倉庫；可編程控制器（PLC）；步進(jìn)電機(jī) </p><p><b>　　Abstract</b&

4、gt;</p><p>　　Automated warehouse, also known as automated retrieval system AS / RS (Automatic Storage & Retrieval System), is a system which automatically store and retrieve goods without direct human in

5、volvement. Automated warehouse uses high-level storage shelves to store goods, and completes storage operations with a special cargo warehouse handling machinery and equipment. Automated warehouse which is based on PLC a

6、chieves the perfect combination of logistics and computer technology, and promotes the ful</p><p>　　PLC-based automated warehouse system is based on the basic principles of automated warehouse designed to ru

7、n on. In the control system, the PLC Mitsubishi FX2N series is as the core of the system control element, the control panel member is as a human interface, a 3*3+1 warehouse shelves is for storing goods, the stepper moto

8、r is to drive the two roadway stacker movement in the horizontal and vertical directions, a DC motor forks take delivery of the goods to complete the operation. Further, in </p><p>　　This thesis warehouse au

9、tomation technology has certainly advancement、practicability and broad application prospects, through theoretical and logical reasoning.</p><p>　　Keywords automated warehouse； programmable logic controller

10、 (PLC) ； stepper motor </p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要I</b></p><p>　　AbstractIII</p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p&g

11、t;　　1.1 自動(dòng)化立體倉庫概述1</p><p>　　1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1</p><p>　　1.2.1 國外研究現(xiàn)狀1</p><p>　　1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀2</p><p>　　1.3 課題研究意義2</p><p>　　1.3.1 社會(huì)意義2</p><p>

12、　　1.3.2 科技意義3</p><p>　　1.4 未來發(fā)展趨勢3</p><p>　　第2章 自動(dòng)化立體倉庫設(shè)計(jì)方案5</p><p>　　2.1倉庫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)5</p><p>　　2.2倉庫系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能6</p><p>　　2.3 倉庫系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的核心問題及解決方法6</p>

13、<p>　　2.4 本章小結(jié)7</p><p>　　第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)9</p><p>　　3.1 主要硬件模塊介紹9</p><p>　　3.1.1控制面板9</p><p>　　3.1.2倉庫貨架9</p><p>　　3.1.3倉儲(chǔ)機(jī)械設(shè)備10</p><p>

14、　　3.1.4 光電傳感器15</p><p>　　3.1.5 電源模塊17</p><p>　　3.2 可編程控制器PLC18</p><p>　　3.2.1 PLC的定義及特點(diǎn)18</p><p>　　3.2.2 PLC的工作原理19</p><p>　　3.2.3 PLC的選型20</p>

15、<p>　　3.2.4 PLC輸入輸出I/O口分配22</p><p>　　3.3 系統(tǒng)電氣原理圖設(shè)計(jì)24</p><p>　　3.3.1 電氣原理圖設(shè)計(jì)的基本步驟24</p><p>　　3.3.2 電氣原理圖的設(shè)計(jì)方法24</p><p>　　3.3.3 主電路電氣原理圖25</p><p>

16、;　　3.3.4 控制電路電氣原理圖27</p><p>　　3.3.5 元器件目錄清單29</p><p>　　3.4 系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)的計(jì)算與確定29</p><p>　　3.5 本章小結(jié)30</p><p>　　第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)31</p><p>　　4.1 PLC梯形圖概述31</p>

17、<p>　　4.2 三菱編程軟件的特點(diǎn)32</p><p>　　4.3 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)33</p><p>　　4.3.1 流程圖設(shè)計(jì)34</p><p>　　4.3.2 PLC程序37</p><p>　　4.4 本章小結(jié)44</p><p><b>　　結(jié)論45</b>

18、</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)47</b></p><p><b>　　致 謝49</b></p><p><b>　　附錄151</b></p><p><b>　　附錄269</b></p><p><b

19、>　　附錄377</b></p><p><b>　　附錄495</b></p><p><b>　　附錄599</b></p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　1.1 自動(dòng)化立體倉庫概述</p><p&

20、gt;　　根據(jù)國際自動(dòng)化倉庫會(huì)議(International Conference on Automatic Warehouse)的定義，所謂自動(dòng)化立體倉庫(Automated High-rise Warehouse)就是采用幾層、十幾層乃至幾十層的高層貨架存放貨物，以巷道堆垛起重機(jī)為主、并結(jié)合入出庫周邊機(jī)械設(shè)備來進(jìn)行作業(yè)的一種倉庫。由于這類倉庫能充分的利用空間來儲(chǔ)存貨物，故常形象地將其稱為自動(dòng)化立體倉庫。</p><

21、;p>　　自動(dòng)化立體倉庫的形式主要分為整體式倉庫(Building type：Building in rack supported)和分離式倉庫(Unit type：Building is freestanding front rack structure)兩個(gè)基本的類型。自動(dòng)化立體倉庫起始于整體式倉庫。它由貨架項(xiàng)部支撐建筑屋架，在貨架邊側(cè)安裝墻圍，貨架與建筑物成為一個(gè)整體。其主要特點(diǎn)是建筑費(fèi)用較低，抗震性強(qiáng)，尤其適用于建設(shè)15米

22、以上的大中型自動(dòng)化立體倉庫。整體式倉庫具有技術(shù)水平高、投資大和建設(shè)周期長等問題，適用于大型企業(yè)和流通中心．相反，分離式倉庫的貨架結(jié)構(gòu)自成一個(gè)單元，與建筑無關(guān)，呈獨(dú)立、分離狀態(tài)，適用于車間存儲(chǔ)倉庫、舊倉庫技術(shù)改造革新和中小型自動(dòng)化立體倉庫。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)的是中小型分離式自動(dòng)化立體倉庫，其基本系統(tǒng)主要有四個(gè)組成部分：儲(chǔ)存貨架、存取設(shè)備、輸入輸出設(shè)備、控制系統(tǒng)。這類倉庫由于其投資小，建設(shè)周期短，空間利用

23、率高、出入庫能力強(qiáng)、采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制等特點(diǎn)，利于企業(yè)實(shí)施現(xiàn)代化管理，已成為企業(yè)物流和生產(chǎn)管理不可缺少的倉儲(chǔ)設(shè)備，越來越受到企業(yè)的青睞和重視。</p><p>　　1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀</p><p>　　1.2.1 國外研究現(xiàn)狀</p><p>　　堆跺機(jī)是自動(dòng)化立體倉庫的主要作業(yè)機(jī)械，擔(dān)負(fù)著出庫、進(jìn)庫、盤庫等任務(wù)，是自動(dòng)化立體倉庫的核心部件，自動(dòng)化立體倉庫的發(fā)

24、展就是以堆跺機(jī)的發(fā)展為主要標(biāo)志的。50年代初，在美國率先出現(xiàn)了采用橋式堆垛起重機(jī)的立體倉庫; 50年代末60年代初出現(xiàn)了司機(jī)人工操作的巷道式堆垛起重機(jī)立體倉庫; 1963年美國首次在高架倉庫中采用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，建立了第一座基于計(jì)算機(jī)控制的立體倉庫。自60年代以來，美日歐等國家和地區(qū)設(shè)計(jì)和投入使用的立體倉庫越來越多，立體倉儲(chǔ)技術(shù)也逐步發(fā)展成為專門的新興學(xué)科，目前巷道式堆跺機(jī)為主要發(fā)展方向。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，美國有各種類型的自動(dòng)化立體倉庫20

25、000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[1]。</p><p>　　1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀</p><p>　　中國對(duì)自動(dòng)化立體倉庫及其物料搬運(yùn)設(shè)備的研制開始并不晚，早在1963年就研制成第一臺(tái)橋式堆垛起重機(jī)(由機(jī)械部北京起重運(yùn)輸機(jī)械研究所研制)，1973年研制出我國第一座由計(jì)算機(jī)控制的自動(dòng)化立體倉庫(高約15 m，機(jī)械部起重所負(fù)

26、責(zé))，該庫1980年投入正常運(yùn)營。由北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所等單位研制成的我國第一座自動(dòng)化立體倉庫，在北京汽車制造廠進(jìn)入投產(chǎn)。從此以后，立體倉庫在我國得到了迅速的發(fā)展。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前我國己經(jīng)建成的立體倉庫近300個(gè)，其中全自動(dòng)化的立體倉庫有30多個(gè)。1995年建成的儀征化纖工業(yè)聯(lián)合公司滌綸長絲自化立體倉庫，是目前我國獨(dú)立設(shè)計(jì)和制造的綜合自動(dòng)化程度最高的立體倉庫[2]。近些年我國自動(dòng)化倉庫技術(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

27、，并且具備一定規(guī)模的開發(fā)能力，目前正在做智能控制和模糊控制的進(jìn)一步研究工作。盡管如此，至今在我國已建成的集成化的自動(dòng)化立體倉庫系統(tǒng)還不是很多，我國的自動(dòng)化立體倉庫與國外發(fā)達(dá)國家相比，無論是從建設(shè)水平上還是從數(shù)量上都存在著比較大的差距。</p><p>　　1.3 課題研究意義</p><p>　　1.3.1 社會(huì)意義</p><p>　　自動(dòng)化立體倉庫的主要特點(diǎn)在于

28、以高層貨架為標(biāo)志，以成套先進(jìn)運(yùn)輸設(shè)備為基礎(chǔ)，以先進(jìn)的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)為手段，高效率地利用倉儲(chǔ)空間，節(jié)約人力、物力和財(cái)力進(jìn)行各種出入庫作業(yè)，具有巨大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，因此在機(jī)械生產(chǎn)業(yè)、電器制造業(yè)、航空港、輕工和化工企業(yè)、商儲(chǔ)業(yè)、軍需部門等各行各業(yè)中得到了普遍應(yīng)用。其中自動(dòng)化立體倉庫集機(jī)械、電子、控制、計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體，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)域發(fā)揮著重要作用。其科技含量高，貨物存取效率高、自動(dòng)化程度高，讓

29、自動(dòng)化立體倉庫具有廣闊的市場前景,所以為了更加合理利用資空間源、保證社會(huì)供求平衡、提高現(xiàn)代物流運(yùn)輸效率，我們應(yīng)該為提高自動(dòng)化立體倉庫先進(jìn)性、可靠性，提高其經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，提高我國的物流技術(shù)水平做出我們應(yīng)有的貢獻(xiàn)[3]。 </p><p>　　1.3.2 科技意義</p><p>　　近些年我國更加重視教育的發(fā)展，自動(dòng)化立體倉庫技術(shù)在這個(gè)大環(huán)境下也有了顯著地進(jìn)步和發(fā)展，但盡管如此，比較成

30、熟的自動(dòng)化立體倉庫系統(tǒng)在我國還是不太多見，無論是從數(shù)量上還是從建設(shè)水平上，我國的自動(dòng)化立體倉庫與國外發(fā)達(dá)國家還是存在著比較大的差距，其主要原因就是自動(dòng)化程度不高，控制技術(shù)不成熟。在自動(dòng)化立體倉庫控制系統(tǒng)中采用PLC控制器進(jìn)行編程控制是一個(gè)很大的技術(shù)領(lǐng)域的飛躍，因?yàn)镻LC控制器有很多優(yōu)點(diǎn)，其功能強(qiáng)大，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，維修方便，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化，完全可以滿足自動(dòng)化立體倉庫系統(tǒng)對(duì)于工作環(huán)境和控制技術(shù)的要求。所以近幾年來，基于可編程控

31、制器PLC與微機(jī)控制搬運(yùn)設(shè)備的倉庫以及采用計(jì)算機(jī)管理與PLC聯(lián)網(wǎng)控制的全自動(dòng)化倉庫在整體立體倉庫中的比重不斷增加。當(dāng)然隨著科技的發(fā)展也逐漸證明，非自動(dòng)化倉庫系統(tǒng)己不再是我們現(xiàn)代物流運(yùn)輸?shù)难芯堪l(fā)展方向。為了適應(yīng)工業(yè)發(fā)展的形勢與需求，出現(xiàn)了規(guī)模更小，反應(yīng)速度更快，用途更廣的自動(dòng)化立體倉庫系統(tǒng)，并且達(dá)到了很高的倉庫空間利用率。</p><p>　　1.4 未來發(fā)展趨勢</p><p>　　隨著我

32、國加入WTO，加快了經(jīng)濟(jì)全球化的進(jìn)程，近一步促進(jìn)了物資流通，貨物儲(chǔ)運(yùn)發(fā)送量越來越大?？梢灶A(yù)測，今后市場對(duì)倉儲(chǔ)物流設(shè)備的需求量將有更大幅度的增長，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。</p><p>　　目前，自動(dòng)化立體倉庫正在向集成化、智能化、信息化、小型化、專業(yè)化[5]方向發(fā)展，只有增強(qiáng)系統(tǒng)的控制柔性，提高系統(tǒng)的運(yùn)行反應(yīng)速度，才能更好的適應(yīng)工作現(xiàn)場的不同要求。在自動(dòng)化立體倉庫的設(shè)計(jì)和發(fā)展

33、中要緊緊的把握自動(dòng)化立體倉庫的發(fā)展動(dòng)向，了解社會(huì)各方面的真實(shí)需求，才能設(shè)計(jì)出合理、實(shí)用、高效的自動(dòng)化立體倉庫系統(tǒng)，在實(shí)現(xiàn)倉儲(chǔ)自動(dòng)化的基礎(chǔ)上，達(dá)到經(jīng)濟(jì)的最優(yōu)化，做到性能與經(jīng)濟(jì)的統(tǒng)一，為企業(yè)的生產(chǎn)物流管理帶來更大的便利和經(jīng)濟(jì)效益，真正推動(dòng)中小型企業(yè)的現(xiàn)代化管理。</p><p>　　第2章 自動(dòng)化立體倉庫設(shè)計(jì)方案</p><p>　　2.1倉庫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p&

34、gt;　　基于PLC控制的自動(dòng)化立體倉庫能較好地滿足特殊倉儲(chǔ)環(huán)境的需要,保證貨品在整個(gè)倉儲(chǔ)過程的安全運(yùn)行,明顯的提升了出入庫作業(yè)質(zhì)量;由于采用了高層存儲(chǔ)貨架和自動(dòng)化管理系統(tǒng),大大提高了倉庫的單位面積利用率；減少了貨物和信息處理過程中差錯(cuò)的出現(xiàn)及造成的損失，便于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的整體優(yōu)化管理與升級(jí)。</p><p>　　通過參考自動(dòng)化立體倉庫系統(tǒng)實(shí)物的一般結(jié)構(gòu)形態(tài)，設(shè)計(jì)微型模擬自動(dòng)化立體倉庫，主要由控制面板、PLC控制器、

35、倉庫貨架、倉儲(chǔ)機(jī)械設(shè)備、電源模塊和光電傳感器等組成，簡要實(shí)現(xiàn)過程：操作人員通過控制面板，對(duì)自動(dòng)化立體倉庫輸入操作命令，比如將貨物送到某一倉位，控制面板將這一命令傳送給PLC控制裝置，PLC控制裝置會(huì)首先去接受來自倉庫光電傳感器模塊的反饋檢測信息，如果該倉位沒有貨物占據(jù)位置，則PLC控制裝置接收到這一檢測信息后將會(huì)調(diào)用送貨命令的相應(yīng)子程序并執(zhí)行，以此來驅(qū)動(dòng)倉儲(chǔ)機(jī)械設(shè)備把貨物運(yùn)送到合適的倉位，完成送貨的任務(wù)。根據(jù)各個(gè)模塊的功能，合理排列模塊

36、之間的位置，設(shè)計(jì)了一個(gè)微型自動(dòng)化立體倉庫的整體結(jié)構(gòu)，如圖2-1所示：</p><p>　　圖2-1 微型自動(dòng)化立體倉庫的整體結(jié)構(gòu)</p><p>　　2.2倉庫系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能</p><p>　　自動(dòng)化立體倉庫系統(tǒng)是基于PLC控制的，實(shí)現(xiàn)的主要功能如下：

37、 </p><p>　　自動(dòng)將貨物送進(jìn)某一指定倉位；</p><p>　　自動(dòng)將某一指定倉位貨物取出；</p><p>　　將起始0倉位的貨物運(yùn)送到任意倉位；</p>

38、;<p>　　將任意倉位的貨物取出至起始0倉位；</p><p>　　將某一倉位的貨物送至另一倉位；</p><p>　　實(shí)現(xiàn)整體倉位的貨物檢測；</p><p>　　倉庫運(yùn)行故障情況下急停保護(hù)；</p><p>　　2.3 倉庫系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的核心問題及解決方法</p><p>　　自動(dòng)化立體倉庫系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)

39、的功能比較多，因此結(jié)構(gòu)功能設(shè)計(jì)也相對(duì)復(fù)雜一點(diǎn)，在研究自動(dòng)化立體倉庫的設(shè)計(jì)中，主要遇到了以下幾個(gè)問題：</p><p>　　1)貨物倉位的準(zhǔn)確定位</p><p>　　常用的定位辦法采用三維X、Y、Z軸坐標(biāo)定位法?？梢园严锏朗蕉讯鈾C(jī)的移動(dòng)分解為水平(X軸)和豎直(Y軸)兩個(gè)方向，通過控制這兩個(gè)方向上的位移多少來進(jìn)行定位，即可以將貨物送到準(zhǔn)確的倉庫位置，之后將貨叉的取送貨移動(dòng)作為Z軸方向運(yùn)動(dòng)，

40、因此在硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候，在動(dòng)力驅(qū)動(dòng)控制上可以采用兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)，分別給水平(X軸)移動(dòng)和豎直(Y軸)移動(dòng)提供動(dòng)力，從而準(zhǔn)確到達(dá)指定倉庫位置。PLC發(fā)出一定數(shù)量的脈沖，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)，即實(shí)現(xiàn)通過輸入不同數(shù)字脈沖量使機(jī)械到達(dá)不同的位置，需要做到的就是控制步進(jìn)電機(jī)到達(dá)指定倉位走多少個(gè)單位長度。</p><p>　　2)到達(dá)指定倉位后，貨

41、叉的取放操作</p><p>　　巷道式堆垛機(jī)在到達(dá)指定的操作倉位后，可通過控制傳送平臺(tái)上的貨叉前后和上下移動(dòng)來進(jìn)行貨物出入庫作業(yè)。我們已將水平方向和垂直方向的移動(dòng)設(shè)為X軸方向和Y軸方向，把貨叉的前后移動(dòng)設(shè)為Z軸方向。取貨的時(shí)候，貨叉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，貨叉先向前伸入至倉位中(+Z方向)，然后往下放下貨物(-Y方向)，最后縮回(-Z方向

42、)，以此來有效的實(shí)現(xiàn)取放貨操作。另外，為了使貨叉在不規(guī)律交替取放貨時(shí)位置能夠統(tǒng)一，通過計(jì)算給貨叉設(shè)定一個(gè)固定停放位置。</p><p>　　3)PLC控制器接到操作命令時(shí)，響應(yīng)前倉位情況的判斷</p><p>　　對(duì)于這個(gè)問題，可以通過在每個(gè)倉位上安裝光電傳感器來實(shí)現(xiàn)。光電傳感器是采用光電元件作為檢測元件的傳感器，當(dāng)倉位中貨物已滿時(shí)，光電傳感器接收到遮光信號(hào)后轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，進(jìn)而可將此信號(hào)傳

43、送給PLC控制器，當(dāng)然，在光電傳感器與PLC輸入口連接時(shí)要具體考慮供電電壓及容量等問題，因此PLC控制器可根據(jù)接收到光電傳感器的信號(hào)判斷倉位是否有貨物并決定如何響應(yīng)。</p><p>　　4) 意外故障情況時(shí)，機(jī)械裝置的保護(hù)措施</p><p>　　對(duì)于保護(hù)機(jī)械裝置在各個(gè)方向的移動(dòng)，可以在立體倉庫中設(shè)置極限限位開關(guān)，從而在倉儲(chǔ)機(jī)械設(shè)備移動(dòng)時(shí)實(shí)施必要的保護(hù)，設(shè)置X軸前進(jìn)后退極限位保護(hù)和Y軸上

44、行極限位保護(hù)。通過以上保護(hù)限位開關(guān)的存在，可以確保操作人員在編程實(shí)驗(yàn)調(diào)試或是立體倉庫實(shí)際運(yùn)行出錯(cuò)時(shí)，及時(shí)切斷步進(jìn)電機(jī)的供電電壓，不對(duì)裝置造成損壞，提供系統(tǒng)的安全性和可靠性。</p><p><b>　　2.4 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章簡明的介紹了自動(dòng)化立體倉庫方案中的模塊組成，說明了系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)的控制功能，并且對(duì)于方案設(shè)計(jì)確立過程中遇到的核心問題與解

45、決方法進(jìn)行了詳細(xì)的說明。</p><p>　　第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 主要硬件模塊介紹</p><p>　　自動(dòng)化立體倉庫系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)主要由控制面板，倉庫貨架，倉儲(chǔ)機(jī)械設(shè)備，光電傳感器、電源模塊等組成，其具體結(jié)構(gòu)介紹如下。</p><p><b>　　3.1.1控制面板</b></p>

46、;<p>　　控制面板作為自動(dòng)化立體倉庫系統(tǒng)的人機(jī)接口部件，是操作人員操控立體倉庫系統(tǒng)的平臺(tái)。主要設(shè)有系統(tǒng)起停按鈕區(qū)、功能鍵盤輸入?yún)^(qū)、倉位號(hào)顯示區(qū)和狀態(tài)指示區(qū)。面板中間的綠色按鈕為啟動(dòng)按鈕，紅色按鈕為停止按鈕，啟動(dòng)后操作人員可以通過控制面板上的鍵盤將具體操作信號(hào)和指定的倉位號(hào)傳送給PLC控制器，PLC控制器通過綜合判斷，將是否響應(yīng)、如何響應(yīng)的信息傳送給其他模塊，從而控制物品的取或送操作。同時(shí)面板上倉位號(hào)顯示區(qū)的七段共陰極數(shù)

47、碼管可以把當(dāng)前進(jìn)行操作的倉位的標(biāo)號(hào)顯示出來，三個(gè)黃色狀態(tài)指示燈可以顯示系統(tǒng)此時(shí)處于“取貨”、“送貨”或是“操作錯(cuò)誤”的狀態(tài)?？刂泼姘迨疽鈭D如圖3-1所示：</p><p>　　圖3-1 控制面板示意圖</p><p>　　3.1.2倉庫貨架 </p><p>　　目前的倉庫貨架具有多種功能，以滿足機(jī)械化和自動(dòng)化的要求。自動(dòng)化立體倉庫使用高層貨架存儲(chǔ)貨物，貨架被分

48、成若干排，每排貨架為一組，其間留有一條巷道供堆垛機(jī)或其他存取貨物裝備作業(yè)。每排貨架又分若干行和列，形成大量倉庫貨位，用以存儲(chǔ)貨物。為了提高貨物出入庫效率，自動(dòng)化立體倉庫一般使用貨箱或托盤盛放貨物，以便于堆垛機(jī)貨叉的插取和存放。此次自動(dòng)化立體倉庫系統(tǒng)采用3*3+1微型倉庫貨架進(jìn)行模擬設(shè)計(jì)，其中0倉位為原始倉位，設(shè)有原始0號(hào)倉位檢測限位開關(guān)，不涉及貨物存放，只是堆垛機(jī)的起始停放處。整體倉庫貨架簡要示意圖如圖3-2所示：</p>

49、<p>　　圖3-2 3*3+1微型倉庫貨架示意圖</p><p>　　3.1.3倉儲(chǔ)機(jī)械設(shè)備 </p><p>　　自動(dòng)化立體倉庫的倉儲(chǔ)機(jī)械設(shè)備主要是巷道堆垛機(jī)，巷道堆垛機(jī)也是整個(gè)自動(dòng)化立體倉庫系統(tǒng)的核心設(shè)備，其主要用途是在高層貨架的巷道內(nèi)來回穿梭運(yùn)行，將位于巷道口的貨物存放入指定倉位中，或者將貨物取出運(yùn)送到巷道口。</p><p>　　巷道堆垛機(jī)

50、按結(jié)構(gòu)分為：單立柱型堆垛機(jī)、雙立柱型堆垛機(jī)、梯形立柱堆垛機(jī)；按運(yùn)行軌跡分為：直線運(yùn)行型堆垛機(jī)、曲線運(yùn)行型堆垛機(jī)；本次設(shè)計(jì)的自動(dòng)化立體倉庫系統(tǒng)按照具體設(shè)計(jì)功能要求，采用直線運(yùn)行型、單立柱型有軌巷道堆垛機(jī)作為自動(dòng)化立體倉庫的核心運(yùn)輸設(shè)備。它主要由機(jī)架（天軌、地軌、立柱、底架）、水平走行機(jī)構(gòu)、豎直升降機(jī)構(gòu)、載貨臺(tái)、貨叉及電氣控制系統(tǒng)構(gòu)成。圖3-3為直線運(yùn)行型單立柱有軌巷道堆垛機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖：</p><p>　　圖3-3

51、 直線運(yùn)行型單立柱有軌巷道堆垛機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　巷道堆垛機(jī)結(jié)構(gòu)中走行驅(qū)動(dòng)和升降驅(qū)動(dòng)分別由兩臺(tái)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制，貨叉的取放貨物操作則由一臺(tái)直流電機(jī)進(jìn)行控制。</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)為系統(tǒng)中的主要執(zhí)行元件，選擇步進(jìn)電機(jī)的主要原因是其適用于開環(huán)控制，而且其控制精度較高，同時(shí)也是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。通過控制脈沖個(gè)數(shù)可以很方便的控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過的角位移，且步進(jìn)電

52、機(jī)的誤差不積累，可以達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的。步進(jìn)電機(jī)是PLC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，最終轉(zhuǎn)子沿某一方向轉(zhuǎn)動(dòng)的步數(shù)就等于系統(tǒng)發(fā)出的電脈沖個(gè)數(shù)。因此，改變輸入脈沖的數(shù)目就能控制步進(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，最終實(shí)現(xiàn)位置的定位控制。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，步

53、進(jìn)電動(dòng)機(jī)的這種精確的控制定位功能，是其它電動(dòng)機(jī)無法比擬和替代的,解決了自動(dòng)化立體倉庫系統(tǒng)核心問題。</p><p>　　在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選擇時(shí)，首先要考慮的是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的類型選擇，其次才是具體的品種選擇。步進(jìn)電機(jī)主要分為三類：</p><p>　　1）永磁式步進(jìn)電機(jī)：一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進(jìn)角一般為7.5度或15度。</p><p>　　2）反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)：一

54、般為三相，可實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進(jìn)角一般為1.5度，但噪聲和振動(dòng)都很大。</p><p>　　3）混合式步進(jìn)電機(jī)：指混合了永磁式和反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，它又分為兩相和五相。兩相步進(jìn)角一般分為1.8度而五相步進(jìn)角一般為 0.72度，這種步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用最為廣泛。</p><p>　　該自動(dòng)化立體倉庫設(shè)計(jì)中需要步進(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，故確定步進(jìn)電動(dòng)機(jī)采用2相8

55、拍混合式步進(jìn)電機(jī)，其主要特點(diǎn)是：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)；在進(jìn)行步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的品種選擇時(shí)，綜合考慮速比i、軸向力F、負(fù)載轉(zhuǎn)矩、額定轉(zhuǎn)矩和運(yùn)行頻率，確定步進(jìn)電機(jī)型號(hào)為： 42BYGHl01。電氣原理圖如下圖3-4所示?？旖泳€插頭： A相和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)調(diào)整。</p><p>　　圖3-4 2相8拍混合式步進(jìn)電機(jī)電氣原理圖</p>

56、<p><b>　　步進(jìn)電機(jī)電氣參數(shù)：</b></p><p>　　電機(jī)型號(hào)：42BYGHl01</p><p><b>　　相數(shù)：2</b></p><p><b>　　步距角：1.8度</b></p><p><b>　　相電流：1.7A</b&g

57、t;</p><p>　　驅(qū)動(dòng)電壓：DC24V</p><p>　　額定轉(zhuǎn)矩：0.44N·M</p><p><b>　　凈重：0.24kg</b></p><p>　　步進(jìn)電機(jī)與交直流電動(dòng)機(jī)不同的是，僅僅接上供電電源，它是不會(huì)正常運(yùn)行的。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)需要專門的驅(qū)動(dòng)裝置供電，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一個(gè)有機(jī)的

58、整體，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行性能是電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)器二者配合所反映的綜合效果。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器是一種能使步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的功率放大器，能把PLC控制器發(fā)來的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化為步進(jìn)電機(jī)的角位移，電機(jī)的轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比，所以控制脈沖頻率可以精確調(diào)速，控制脈沖數(shù)就可以精確定位。下圖3-5為步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖：</p><p>　　圖3-5 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖</p><p><b&g

59、t;　　其中：</b></p><p>　　接口電路：用光電隔離方式將運(yùn)動(dòng)控制器和驅(qū)動(dòng)器連接起來，避免驅(qū)動(dòng)器中的大電流干擾信號(hào)經(jīng)地線竄入運(yùn)動(dòng)控制器電路。</p><p>　　環(huán)形分配器：將脈沖及方向信號(hào)按設(shè)定的節(jié)拍方式，轉(zhuǎn)換為功放管的導(dǎo)通和截止信號(hào)，從而控制各相繞組的通電和斷電。</p><p>　　功率放大器：將電源功率轉(zhuǎn)換為電機(jī)輸出功率驅(qū)動(dòng)負(fù)載運(yùn)動(dòng)。

60、</p><p>　　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)處于無力矩狀態(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。OPTO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)部接成共陽方式，所以O(shè)PTO端須接外部系統(tǒng)的Vcc，在自動(dòng)化立體倉庫系統(tǒng)中PLC的COM1提供+5V

61、電壓，保證給驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部光耦提供合適的驅(qū)動(dòng)電流。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器具體接線圖如下圖3-6所示：</p><p>　　圖3-6 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器具體接線圖</p><p>　　經(jīng)比較采用SH系列步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器與42BYGHl01步進(jìn)電機(jī)配合使用，型號(hào)為SH-2H057。SH-2H057步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器采用鑄鋁結(jié)構(gòu)，此種結(jié)構(gòu)主要用于小功率驅(qū)動(dòng)器。</p><p>　　步進(jìn)電

62、機(jī)驅(qū)動(dòng)器的電氣參數(shù)為：</p><p>　　驅(qū)動(dòng)器型號(hào)：SH-2H057</p><p><b>　　相數(shù)：二相</b></p><p><b>　　類別：混合式</b></p><p>　　撥位開關(guān)設(shè)定細(xì)分?jǐn)?shù)：二相八拍</p><p>　　最大相電流開關(guān)設(shè)定：3.0A<

63、;/p><p>　　工作電源：一組直流DC(24V-40V)</p><p>　　直流電機(jī)的作用是帶動(dòng)貨叉工作，控制貨物的出入庫取放操作，控制貨叉在Z軸方向上的運(yùn)動(dòng)。直流電機(jī)正轉(zhuǎn)，貨叉伸入倉位；直流電機(jī)反轉(zhuǎn)，貨叉縮回退出倉位。直流電機(jī)功能和原理比較簡單，在自動(dòng)化立體倉庫系統(tǒng)中，選用ZD13200－13300型號(hào)，具體技術(shù)參數(shù)如下：</p><p>　　額定功率：0.08

64、-0.30kW</p><p>　　額定電壓：12－24VDC</p><p>　　額定轉(zhuǎn)速：2000-5000rpm</p><p>　　外形尺寸：Φ78x125mm</p><p>　　3.1.4 光電傳感器</p><p>　　光電傳感器是采用光電元件作為檢測元件的傳感器.它首先把被測量的變化轉(zhuǎn)換成光信號(hào)的變化,

65、然后借助光電元件進(jìn)一步將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào).光電傳感器在一般情況下，有三部分構(gòu)成：</p><p>　　圖3-7 光電傳感器結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　它們分為：發(fā)送器、接收器和檢測電路。發(fā)送器對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射光束，光束不間斷地發(fā)射，或者改變脈沖寬度。接收器由光電二極管、光電三極管、光電池組成。在接收器的前面，裝有光學(xué)元件如透鏡和光圈等。在其后面是檢測電路，它能濾出有效信號(hào)和應(yīng)用該信號(hào)。此外，

66、光電開關(guān)的結(jié)構(gòu)元件中還有發(fā)射板和光導(dǎo)纖維。三角反射板由很小的三角錐體反射材料組成，能夠使光束準(zhǔn)確地從反射板中返回，具有實(shí)用意義。</p><p>　　在此次自動(dòng)化立體倉庫的設(shè)計(jì)中，經(jīng)過性能與經(jīng)濟(jì)性的綜合比較，最終決定采用日本歐姆龍OMRON型號(hào)EE-SY672光電傳感器作貨物檢測，它是歐姆龍自動(dòng)化（中國）有限公司的反射型、立式產(chǎn)品，其內(nèi)置可進(jìn)行靈敏度調(diào)節(jié)的旋鈕；入光指示燈明亮，便于進(jìn)行動(dòng)作確認(rèn)；內(nèi)置專用IC，最大

67、可直接開關(guān)100mA，設(shè)計(jì)緊湊；電源電壓范圍寬達(dá)DC5～24V；便于驅(qū)動(dòng)各種IC、繼電器以及連接PLC。其輸出回路如下圖3-8所示：</p><p>　　圖3-8 光電傳感器輸出回路圖</p><p>　　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)。以下為日本歐姆龍OMRON型號(hào)EE-SY672光電傳感器的技術(shù)參數(shù)：</p><p&

68、gt;　　檢測距離1～5mm(反射率90%白紙15×15mm)</p><p>　　標(biāo)準(zhǔn)檢測物體15×15mm以上的透明體·不透明體</p><p>　　應(yīng)差距離0.5mm(檢測距離3mm、橫方向)</p><p>　　光源(最大發(fā)光波長) GaAs紅外發(fā)光二極管(940nm)</p><p>　　顯示燈* 1入

69、光時(shí)燈亮(紅色)</p><p>　　電源電壓DC5～24V±10%、脈動(dòng)(p-p)10%以下下</p><p>　　消耗電流40mA以下</p><p>　　控制輸出NPN集電極開路輸出負(fù)載電源電壓DC5～24V、負(fù)載電流100mA以下</p><p>　　殘留電壓0.8V以下(負(fù)載電流100mA時(shí))</p><

70、;p>　　殘留電壓0.4V以下(負(fù)載電流40mA時(shí))</p><p>　　應(yīng)答頻率 250Hz以上(平均值500Hz)</p><p>　　使用時(shí)環(huán)境照度* 3受光面照度熒光燈1,500 lx以下</p><p>　　環(huán)境溫度動(dòng)作時(shí)：-25～+55℃、保存時(shí)：-30～+80℃(不結(jié)冰)</p><p>　　環(huán)境濕度動(dòng)作時(shí)：5～85%RH

71、、保存時(shí)：5～95%RH(不結(jié)露)</p><p>　　振動(dòng)(耐久) 20～2,000Hz(最大加速度100m/s2)</p><p>　　復(fù)振幅1.5mm X、Y、Z各方向2h(4min周期)</p><p>　　沖擊(耐久) 500m/s2 X、Y、Z各方向3次</p><p>　　保護(hù)結(jié)構(gòu)IEC規(guī)格IP50</p><

72、;p>　　連接方式接插件式(能直接進(jìn)行軟釬焊)</p><p>　　質(zhì)量約3.5g(調(diào)節(jié)用螺絲刀)</p><p>　　材質(zhì)外殼聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯(PBT)</p><p>　　投/受光部聚碳酸酯（PC）</p><p><b>　　附件調(diào)節(jié)用螺絲刀</b></p><p>　　在自動(dòng)化立

73、體倉庫中，為了與貨物檢測相關(guān)PLC信號(hào)的準(zhǔn)確輸入，分別對(duì)應(yīng)于9個(gè)倉庫貨架采用9個(gè)光電傳感器作為貨物檢測，當(dāng)有光電傳感器檢測到貨物時(shí)相應(yīng)信號(hào)傳遞到PLC控制器中，其信號(hào)對(duì)應(yīng)PLC的輸入點(diǎn)是X16-X26 。</p><p>　　3.1.5 電源模塊</p><p>　　在自動(dòng)化立體倉庫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案中，需要供電的設(shè)備的具體要求如下：</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)： 驅(qū)

74、動(dòng)電壓DC 24V</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器： 工作電壓DC 24V-40V，取24V</p><p>　　直流電機(jī)： 輸入電壓DC 12V-24V，取24V</p><p>　　控制器三菱系列PLC： 工作電壓DC 24V</p><p>　　光電傳感器： 電源電壓DC 5V-24V，取24V</p><p&g

75、t;　　七段數(shù)碼管： 工作電壓DC 24V</p><p>　　PLC輸出與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器相連的COM1：DC 5V</p><p>　　綜合上述設(shè)備用電要求，電源模塊需要提供低壓直流電，要想從220V市電變換成直流電，應(yīng)先將電網(wǎng)220V交流電通過變壓器降壓變壓成36V低壓交流電，再經(jīng)過橋式整流電路變成脈動(dòng)的直流電，后用濾波電路濾除脈動(dòng)直流電中的交流成分后才能得到直流電，最終經(jīng)穩(wěn)壓輸出電路

76、獲得高質(zhì)量的直流電供給自動(dòng)化立體倉庫系統(tǒng)中需要供電的設(shè)備，具體結(jié)構(gòu)圖如下圖3-9所示：</p><p>　　圖3-9 電源模塊具體結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　在穩(wěn)壓電路中，選擇使用LM78XX系列三端穩(wěn)壓管組成正電壓穩(wěn)壓電路。LM78XX 系列是美國國家半導(dǎo)體公司的固定輸出三端正穩(wěn)壓器集成電路，是一種直到臨界反向擊穿電壓前都具有很高電阻的半導(dǎo)體集成芯片，其輸出電流 1A 以上，內(nèi)置過熱保護(hù)

77、電路，無需外部元件，輸出晶體管安全范圍保護(hù)，且內(nèi)置短路電流限制電路。在反向擊穿時(shí)，在一定的電流范圍內(nèi)（或者說在一定功率損耗范圍內(nèi)），端電壓幾乎不變，表現(xiàn)出穩(wěn)壓特性，因而廣泛應(yīng)用于穩(wěn)壓電源與限幅電路之中。自動(dòng)化立體倉庫系統(tǒng)中，使用LM7805和LM7824分別產(chǎn)生+5V和+24V的穩(wěn)定直流電壓，除特殊說明和設(shè)計(jì)要求外，參數(shù)為： 0<Tj<125°C,Io=500mA,Vi=30-40V,Ci=0.33

78、µF,Co=0.1µF,具體電氣連接圖如下圖3-10所示：</p><p>　　圖3-10 電源模塊電氣連接圖</p><p>　　3.2 可編程控制器PLC </p><p>　　3.2.1 PLC的定義及特點(diǎn)</p><p>　　可編程序控制器PLC是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用了可編

79、程序的存儲(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)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型機(jī)械的生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)外圍設(shè)備，都按易于與工業(yè)系統(tǒng)連成一個(gè)整體、易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。</p><p>　　PLC是綜合了繼電器接觸器控制的優(yōu)點(diǎn)以及計(jì)算機(jī)靈活、方便的優(yōu)點(diǎn)而設(shè)計(jì)制造和發(fā)展起來的，這就使PLC具有許多其他控制器所無法相比的特點(diǎn)。具體優(yōu)點(diǎn)如下：<

80、;/p><p>　　可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)</p><p><b>　　通用性強(qiáng)，使用方便</b></p><p>　　采用模塊化結(jié)構(gòu)，是系統(tǒng)組合靈活方便</p><p>　　編程語言簡單、易學(xué)，便于掌握</p><p><b>　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)周期短</b></p>

81、<p>　　對(duì)生產(chǎn)工藝改變適應(yīng)性強(qiáng)</p><p>　　安裝簡單、調(diào)試方便、維護(hù)工作量小</p><p>　　PLC 自產(chǎn)生至今只有幾十年的歷史，卻得到了迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，成為當(dāng)代工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域的主要支柱產(chǎn)品之一，為工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)提供了非?？煽康膽?yīng)用控制，廣泛應(yīng)用于冶金、輕工業(yè)、機(jī)械制造等各個(gè)領(lǐng)域，極大的推進(jìn)機(jī)電一體化的進(jìn)程，提高了生產(chǎn)效率，由此可見，PLC在工業(yè)自動(dòng)化控制

82、特別是順序控制中的地位是無法取代的。</p><p>　　3.2.2 PLC的工作原理</p><p>　　和繼電器控制器系統(tǒng)類似，PLC也可以分為輸入部分、邏輯部分和輸出部分。各部分的主要作用是：</p><p>　　輸入部分：它收集并保存被控對(duì)象實(shí)際運(yùn)行的數(shù)據(jù)和信息。例如，它收集來自被控制對(duì)象上的各種開關(guān)信息或操作臺(tái)上的操作命令等。</p><

83、;p>　　邏輯部分：處理輸入部分所取得的信息，并按照被控對(duì)象實(shí)際的動(dòng)作要求做出反應(yīng)。</p><p>　　輸出部分：提供正在被控制的許多裝置中，哪幾個(gè)設(shè)備需要實(shí)時(shí)操作處理。</p><p>　　PLC通過編程器編制控制程序，即將PLC內(nèi)部的各種邏輯部件按照控制工藝進(jìn)行組合以達(dá)到一定的邏輯功能。PLC將輸入信息采入PLC內(nèi)部，之后執(zhí)行邏輯部件組合后所達(dá)到的邏輯功能，最后輸出達(dá)到控制要求

84、。這就是PLC基本控制原理。</p><p>　　3.2.3 PLC的選型</p><p>　　據(jù)統(tǒng)計(jì)，可編程控制器是工業(yè)自動(dòng)化裝置中應(yīng)用最多的一種設(shè)備。目前，各廠家生產(chǎn)制造的自動(dòng)化立體倉庫基本上都采用PLC作為堆垛機(jī)控制系統(tǒng)的核心控制單元，只是采用的品牌、型號(hào)有所差異。主要由以下幾方面進(jìn)行選型參考：</p><p>　　1．輸入輸出（I/O）點(diǎn)數(shù)的估算</p

85、><p>　　I/O點(diǎn)數(shù)估算時(shí)應(yīng)考慮適當(dāng)?shù)挠嗔浚ǔ８鶕?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)行調(diào)整。本次設(shè)計(jì)的自動(dòng)化立體倉庫系統(tǒng)中需要的I/O點(diǎn)數(shù)為輸入30點(diǎn)，輸出18點(diǎn)，故選擇64點(diǎn)的PLC比較合適。</p><p>　　2．存儲(chǔ)器容量的估算</p><p>

86、　　存儲(chǔ)器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲(chǔ)單元大小，程序容量是存儲(chǔ)器中用戶應(yīng)用項(xiàng)目使用的存儲(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，程序容量在設(shè)計(jì)階段是未知的，需在程序調(diào)試之后才知道。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。</p><p>　　存儲(chǔ)器內(nèi)存容量的估算沒有固定的公式，許多文獻(xiàn)資料中給出了不同參考計(jì)算公式，大體上都是按數(shù)字

87、量I/O點(diǎn)數(shù)的10～15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?jǐn)?shù)（16位為一個(gè)字），另外考慮余量的話，再按此數(shù)的125%選取。因此自動(dòng)化立體倉庫系統(tǒng)的PLC內(nèi)存容量選擇應(yīng)能存儲(chǔ)大概5000條梯形圖，這樣才能在以后的使用和改動(dòng)過程中有足夠的空間。</p><p><b>　　3．控制功能的選擇</b></p><p>　　三菱系列PLC的優(yōu)勢在于離散控制和

88、運(yùn)動(dòng)控制，三菱系列PLC指令豐富，有專用的定位指令，控制伺服和步進(jìn)容易實(shí)現(xiàn)，要實(shí)現(xiàn)某些復(fù)雜的動(dòng)作控制也是三菱系列PLC的強(qiáng)項(xiàng)，而西門子系列PLC在這塊就較弱，對(duì)于過程控制與通信控制，西門子系列PLC是強(qiáng)項(xiàng)，西門子系列PLC的模擬量模塊價(jià)格便宜，程序簡單，而三菱系列PLC的模擬量模塊價(jià)格昂貴，程序復(fù)雜，西門子系列PLC做通信也容易，程序簡單，三菱系列PLC在這塊功能較弱沒有專用的指令，做伺服控制不是不能實(shí)現(xiàn)，而是程序復(fù)雜，控制精度不高。針

89、對(duì)此次設(shè)計(jì)需求，自動(dòng)化立體倉庫的控制主要以離散控制為主，巷道堆垛機(jī)使用步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行精確定位動(dòng)作控制，取其長處，避其短處，可優(yōu)先選擇三菱系列的PLC。</p><p><b>　　4. 經(jīng)濟(jì)性的考慮</b></p><p>　　選擇PLC時(shí)，應(yīng)綜合考慮控制器的性能價(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

90、產(chǎn)品。</p><p>　　輸入輸出點(diǎn)數(shù)對(duì)價(jià)格有直接影響。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)器容量、控制功能范圍等選擇都有影響。在估算和選用時(shí)應(yīng)充分考慮系統(tǒng)的規(guī)模，使整個(gè)控制系統(tǒng)有較合理的性能價(jià)格比。本課題所設(shè)計(jì)的自動(dòng)化立體倉庫屬于小型控制系統(tǒng)，基于經(jīng)濟(jì)性的考慮，可選擇整體型PLC。</p><p>　　三菱PLC（Mitsubish P

91、rogrammable Logic Controller）主要有FX1N、FX1S、FX2N、FX3U、FX2NC、FR-A、FR-Q等幾個(gè)系列，其中FX2N是FX系列PLC家族中最先進(jìn)的系列，由于FX2N系列具備如下特點(diǎn)：最大范圍的包容了標(biāo)準(zhǔn)特點(diǎn)、程式執(zhí)行更快、全面補(bǔ)充了通信功能、適合世界各國不同的電源以及滿足單個(gè)需要的大量特殊功能模塊，它可以為你的工廠自動(dòng)化應(yīng)用提供最大的靈活性和控制能力，故選擇的FX2N系列，此系列分為16、2

92、4、32、64、80、128點(diǎn)六檔，還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。其中，在自動(dòng)化立體倉庫系統(tǒng)中，PLC控制步進(jìn)電機(jī)動(dòng)作完成倉位定位，為了能夠滿足步進(jìn)電機(jī)各相繞組數(shù)10V級(jí)脈沖電壓、1A級(jí)脈沖電流的脈沖驅(qū)動(dòng)要求 ，PLC必須采用大功率晶體管的輸出端口。</p><p>　　綜合上述配置要求并結(jié)合實(shí)際情況，本次設(shè)計(jì)的自動(dòng)化立體倉庫系統(tǒng)其輸入點(diǎn)數(shù)

93、為30點(diǎn)、輸出點(diǎn)數(shù)為18點(diǎn)，所以選擇晶體管輸出型三菱系列PLC FX2N-64MT，32點(diǎn)輸入,32點(diǎn)晶體管輸出，基本單元內(nèi)置2軸獨(dú)立最高20kHz定位功能脈沖輸出，限于Y0或Y1。</p><p>　　3.2.4 PLC輸入輸出I/O口分配</p><p>　　PLC與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分（I/O）完成的。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號(hào)狀態(tài)，輸

94、出點(diǎn)反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)進(jìn)入PLC系統(tǒng)，輸出模塊相反。I/O分為開關(guān)量輸入、開關(guān)量輸出、模擬量輸入、模擬量輸出等模塊。</p><p>　　根據(jù)任務(wù)書對(duì)自動(dòng)化立體倉庫的輸入輸出控制要求，得出如下PLC輸入輸出I/O口分配表：</p><p>　　表3-1 PLC輸入輸出端口分配</p><p>　　3.3 系統(tǒng)電氣原理圖設(shè)計(jì)</

95、p><p>　　3.3.1 電氣原理圖設(shè)計(jì)的基本步驟</p><p>　　根據(jù)選定的方案及控制方式設(shè)計(jì)系統(tǒng)的原理框圖，擬訂出各部分的主要技術(shù)要求和主要技術(shù)參數(shù)；</p><p>　　根據(jù)各部分的要求，設(shè)計(jì)出原理框圖中各個(gè)部分的具體電路；</p><p>　　繪制總原理圖。按系統(tǒng)框圖結(jié)構(gòu)將各部分聯(lián)成一個(gè)整體；</p><p>

96、;　　正確選用原理線路中每一個(gè)電器元件，并制訂元器件目錄清單；</p><p>　　3.3.2 電氣原理圖的設(shè)計(jì)方法</p><p>　　分析設(shè)計(jì)法 ：所謂分析設(shè)計(jì)法是根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求去選擇適當(dāng)?shù)幕究刂骗h(huán)節(jié)（單元電路）或經(jīng)過考驗(yàn)的成熟電路，按各部分的聯(lián)鎖條件組合起來并加以補(bǔ)充和修改，綜合成滿足控制要求的完整線路。當(dāng)找不到現(xiàn)成的典型環(huán)節(jié)時(shí)，可根據(jù)控制要求邊分析邊設(shè)計(jì)，將主令信號(hào)經(jīng)過適當(dāng)?shù)?/p>

97、組合與變換，在一定條件下得到執(zhí)行元件所需要的工作信號(hào)。設(shè)計(jì)過程中，要隨時(shí)增減元器件和改變觸點(diǎn)的組合方式，以滿足拖動(dòng)系統(tǒng)的工作條件和控制要求，經(jīng)過反復(fù)修改得到理想的控制線路。由于這種設(shè)計(jì)方法是以熟練掌握各種電氣控制線路的基本環(huán)節(jié)和具備一定的閱讀分析電氣控制線路的經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，所以又稱為經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法。 </p><p>　　邏輯設(shè)計(jì)法 ：邏輯設(shè)計(jì)法是利用邏輯代數(shù)這一數(shù)學(xué)工具來進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，即根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的拖動(dòng)要求及工藝要

98、求，將執(zhí)行元件需要的工作信號(hào)以及主令電器的接通與斷開狀態(tài)看成邏輯變量，并根據(jù)控制要求將它們之間的關(guān)系用邏輯函數(shù)關(guān)系式來表達(dá)，然后再運(yùn)用邏輯函數(shù)基本公式和運(yùn)算規(guī)律進(jìn)行簡化，使之成為需要的與或關(guān)系式，根據(jù)最簡式畫出相應(yīng)的電路結(jié)構(gòu)圖，最后再作進(jìn)一步的檢查和完善，即能獲得需要的控制線路。采用邏輯設(shè)計(jì)法能獲得理想、經(jīng)濟(jì)的方案，所用元件數(shù)量少，各元件能充分發(fā)揮作用，當(dāng)給定條件變化時(shí)，能指出電路相應(yīng)變化的內(nèi)在規(guī)律，在設(shè)計(jì)復(fù)雜控制線路時(shí)，更能顯示出它的

99、優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　這兩種方法各有千秋，在自動(dòng)化立體倉庫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中綜合兩種設(shè)計(jì)方法對(duì)系統(tǒng)的電氣原理圖進(jìn)行分析與繪制。</p><p>　　3.3.3 主電路電氣原理圖</p><p>　　自動(dòng)化立體倉庫系統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)主電路原理圖如3-11所示：</p><p>　　圖3-11 主電路原理圖</p><p>

100、　　主電路中，從電網(wǎng)引出220V單相交流電，一部分直接供給三菱PLC，另一部分通過電源模塊輸出24V直流。</p><p>　　直流接觸器KM1、KM2控制Z軸直流電機(jī)M1的正反轉(zhuǎn)，以完成貨物的取放操作；直流接觸器KM3控制X、Y軸兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)M2、M3的自身工作電源接入，在故障情況下緊急切斷，以保證系統(tǒng)運(yùn)行中的安全。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器SH-2H057(1)、SH-2H057(2)與步進(jìn)電機(jī)M2、M3配套使用連接，保

101、證正常驅(qū)動(dòng)信號(hào)的輸入。</p><p>　　QF1為電源總開關(guān)，既可以完成主電路的短路保護(hù)，又起到分?jǐn)嗳嘟涣麟娫吹淖饔谩F2、QF3、QF4分別實(shí)現(xiàn)各負(fù)載回路的過載和短路保護(hù)，使用和維修方便。</p><p>　　3.3.4 控制電路電氣原理圖</p><p>　　自動(dòng)化立體倉庫系統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)控制電路原理圖如3-12所示：</p><p&g

102、t;　　圖3-12 控制電路原理圖</p><p><b>　　輸出部分：</b></p><p>　　DC5V對(duì)應(yīng)主電路中L5、N5，L5作為PLC輸出回路的電源，分別向輸出回路中Y0、Y1、Y2、Y3所接的負(fù)載供電，輸出回路中N5連接PLC中的COM1端。PLC選用晶體管輸出型，Y0、Y1能發(fā)出2~20kHz頻率的脈沖，連接步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器SH-2H057(1)、S

103、H-2H057(2)的CP端進(jìn)而控制步進(jìn)電機(jī)M2、M3的脈沖驅(qū)動(dòng)。Y2、Y3連接步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器SH-2H057(1)、SH-2H057(2)的DIR端進(jìn)而控制步進(jìn)電機(jī)M2、M3的運(yùn)動(dòng)方向。</p><p>　　DC24V對(duì)應(yīng)主電路中L24、N24，L24作為PLC輸出回路的電源，分別向輸出回路中Y4~Y21所接的負(fù)載供電，輸出回路中N24連接PLC中的COM2~ COM5端。Y4、Y5分別驅(qū)動(dòng)Z軸直流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)

104、，KM1、KM2接觸器線圈支路設(shè)計(jì)了互鎖電路，以防止誤操作故障。Y21驅(qū)動(dòng)繼電器KM3動(dòng)作，在故障狀況下切斷步進(jìn)電機(jī)自身工作電壓，保證系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。Y6、Y7、Y20分別接取貨顯示燈HL1、送貨顯示燈HL2、操作錯(cuò)誤顯示燈HL3，指示系統(tǒng)此時(shí)的工作狀態(tài)。Y10~Y17連接七段數(shù)碼管， Y10~Y16分別連接數(shù)碼管的a~g段，由于不需要小數(shù)點(diǎn)顯示，則Y17空著不接，在系統(tǒng)運(yùn)行中顯示當(dāng)前操作的倉位號(hào)。</p><p&

105、gt;<b>　　輸入部分：</b></p><p>　　PLC的X0~X15連接系統(tǒng)的按鍵按鈕輸入部分，主要用于系統(tǒng)操作和倉位選擇信號(hào)的輸入。</p><p>　　PLC的X16~X26連接9個(gè)倉位的光電傳感器，輸入倉位貨物檢測信息，能夠保證系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的可靠性。</p><p>　　PLC的X27~X35連接7個(gè)限位開關(guān)，其中前進(jìn)限位開關(guān)、后

106、退限位開關(guān)、上行限位開關(guān)用于系統(tǒng)故障情況的監(jiān)測，當(dāng)PLC接收到其中任一限位開關(guān)的信號(hào)輸入時(shí)，則啟動(dòng)操作錯(cuò)誤顯示燈HL3，并控制繼電器KM3動(dòng)作，使步進(jìn)電機(jī)切斷自身電源，保證系統(tǒng)安全；下行限位開關(guān)和原始0號(hào)倉位檢測限位開關(guān)主要用于系統(tǒng)自復(fù)位限制；送進(jìn)限位開關(guān)和取出限位開關(guān)則主要控制貨叉取放貨操作時(shí)的動(dòng)作定位。</p><p>　　3.3.5 元器件目錄清單</p><p>　　表3-2 自

107、動(dòng)化立體倉庫系統(tǒng)元器件目錄表</p><p>　　3.4 系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)的計(jì)算與確定</p><p>　　自動(dòng)化立體倉庫系統(tǒng)中使用螺栓定位裝置，根據(jù)選擇的步進(jìn)電機(jī)參數(shù)和系統(tǒng)預(yù)設(shè)條件，可知：</p><p>　　相數(shù) m=2,即電機(jī)內(nèi)部的線圈組數(shù)；</p><p>　　步距角 \* MERGEFORMAT = \* MERGEFORMAT

108、，即對(duì)應(yīng)一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角位移；</p><p>　　螺距 p=10mm，即步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)一圈，機(jī)械的行走長度為10mm;</p><p>　　在保證精度的情況下，將步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的細(xì)分?jǐn)?shù)設(shè)為4，故步 進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)一圈所需脈沖數(shù)為a= \* MERGEFORMAT /( \* MERGEFORMAT /4)=800個(gè)；</p><

109、p>　　一個(gè)脈沖下的機(jī)械行走長度l=p/a=10mm/800=0.0125mm;</p><p>　　系統(tǒng)中步進(jìn)電機(jī)的行速度一般控制在在60 rpm；</p><p>　　脈沖頻率f=(v/60)*a=(60/60)*800=800Hz，滿足PLC脈沖輸出口的2~20 KHz的頻率要求；自動(dòng)化立體倉庫模擬倉位的上下距離和平行距離均設(shè)為d=0.2m=20mm，故步進(jìn)電機(jī)在單方向上移動(dòng)單

110、位倉位所需脈沖數(shù)為A=d/l=20/0.0125=1600個(gè)。貨叉固定位置設(shè)置為Y軸步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行300脈沖處，大概20*（300/1600）=3.75mm處。</p><p>　　表3-3 倉位號(hào)對(duì)應(yīng)行列脈沖數(shù)表</p><p><b>　　3.5 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章首先詳細(xì)講述了控制面板，倉庫貨架，倉儲(chǔ)機(jī)械設(shè)備，光電傳