自動立體倉庫傳輸系統(tǒng)機電一體化設(shè)計畢業(yè)論文.doc

畢業(yè)論文（設(shè)計）題 目：自動立體倉庫傳輸系統(tǒng)機電一體化設(shè)計系部名稱： 專業(yè)班級： 學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： 教師職稱： 中原工學(xué)院信息商務(wù)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計）摘 要隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，物品儲備問題越來越突出，通過大力發(fā)展立體倉庫，可以有效地改善這一問題。自動化是現(xiàn)代物流技術(shù)發(fā)展的主要趨勢，因此作為現(xiàn)代物流系統(tǒng)主要組成部分的自動化立體倉庫在整個物流系統(tǒng)中占有非常重要的地位。入庫輸送機系統(tǒng)是自動化立體倉庫的重要組成。本文通過對立體倉庫輸送系統(tǒng)的設(shè)計，比較了多種控制方式和輸送系統(tǒng)設(shè)備，對電動機，PLC,變頻器等硬件進(jìn)行比較選擇。繪制了控制各硬件的電器原理圖。最后通過對PLC的編程完成了整個輸送部分的任務(wù)。關(guān)鍵字：自動化立體倉庫，堆垛機，PLC，輸送系統(tǒng)Automated multi-layered storehouse transmission system electromechanical integration designAbstractAs Chinas economic development, goods reserves has become increasingly prominent through great efforts to develop three-dimensional warehouse, can effectively improve the problem. Automatic technology is the main tendence ofthelogistic .As the main element of the modern logistic system, automated storage has a very important statue in the whole logistic system. Transportation system which carry the objects to the storage is a main part of the automated storage. This article compared different control methods and transportation machines in the process of the design. It compared and choose the different motors ,PLC and transducer , protracted electrical drawing. And at last it made aprogramme to control the whole process by the PLC.Keywords：Automated multi-layered storehouse The stacker PLC Transportation system目錄1 緒論11.1課題選題背景11.2國內(nèi)外發(fā)展環(huán)境11.3本次設(shè)計的任務(wù)和目的22 系統(tǒng)組成32.1系統(tǒng)簡介32.2整體系統(tǒng)組成32.2.1總體方案設(shè)計32.2.2機械設(shè)計部分32.2.3電氣自動控制設(shè)計部分32.2.4立體倉庫技術(shù)參數(shù)43機械設(shè)計53.1堆垛機簡介53.1.1堆垛機的發(fā)展環(huán)境53.1.2堆垛機的分類53.2堆垛機設(shè)計方案63.2.1堆垛機的結(jié)構(gòu)組成63.2.2堆垛機的機械計算74電氣控制104.1硬件選擇104.1.1步進(jìn)電機的選擇104.1.2光電傳感器的選擇124.1.3條碼技術(shù)154.1.4PLC的選擇165PLC程序設(shè)計185.1整體概述185.2電氣控制原理185.3控制電路分析195.3.1I/O接口分布195.3.2堆垛機自動運行205.3.3貨叉的上升和下降215.3.4貨叉的伸縮225.4PLC梯形圖和語句指令表24結(jié)論27致謝28參考文獻(xiàn)291 緒論1.1 課題選題背景隨著世界經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，物流產(chǎn)業(yè)作為現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)中一個新興的服務(wù)部門，作為“第三利潤源”所起的作用越來越大。而以此同時，企業(yè)的倉儲物流問題顯得越來越突出，通過大力發(fā)展自動化立體倉庫，可以有效地改善這一問題，更好的節(jié)省空間，資源和勞動力，為企業(yè)創(chuàng)造出更多的利潤。自動化是現(xiàn)代物流技術(shù)發(fā)展的主要趨勢，因此作為現(xiàn)代物流系統(tǒng)主要組成部分的自動化立體倉庫在整個物流系統(tǒng)中占有非常重要的地位。自動化立體倉庫，顧名思義，重點落在“自動化”上，如何更好的實現(xiàn)自動化，就是要充分利用國內(nèi)外本領(lǐng)域發(fā)展的優(yōu)勢和經(jīng)驗，更好的做好的立體倉庫的“控制”這個核心的部分，而本課題主要研究的就是自動化立體倉庫的傳輸系統(tǒng)機電一體化設(shè)計。1.2 國內(nèi)外發(fā)展環(huán)境立體倉庫的產(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，并且發(fā)展速度越來越快，成為當(dāng)今世界上擁有自動化立體倉庫最多的國家之一。 我國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（機械部北京起重運輸機械研究所），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(fù)責(zé)），該庫1980年投入運行。到目前為止，我國自動化立體倉庫數(shù)量已超過200座。我國目前已建成自動化立體倉庫400 多座、立體倉庫2000 多座。與發(fā)達(dá)國家相比，在自動化程度、信息處理、可靠性等方面還有很大的差距。所以一些大型物流工程往往被國外廠商所承攬。VNA立體倉庫是利用無軌巷道堆垛機在窄巷道內(nèi)完成從高層貨架上存取托盤作業(yè)的立體倉庫形式。它與有軌巷道堆垛機來完成存取作業(yè)的ASRS 立體倉庫形式相比，有如下優(yōu)點：機動性好：無軌巷道堆垛機可以在多個巷道內(nèi)作業(yè)，不必在每個巷道內(nèi)部配置堆垛機。它還可以駛出庫區(qū)，直接將貨物托盤送往生產(chǎn)線或從生產(chǎn)線將貨物托盤送往立體倉庫存放；投資?。涸诖鎯π偷牧Ⅲw倉庫中，由于出入庫頻率低、庫存量大，VNA立體倉庫只需一兩臺無軌巷道堆垛機就可以完成作業(yè)，不必象ASRS 那樣配置許多設(shè)備。1.3 本次設(shè)計的任務(wù)和目的物流輸送系統(tǒng)是自動化立體倉庫的重要組成。本設(shè)計通過比較多種控制方式和輸送系統(tǒng)設(shè)備，對電動機、PLC、變頻器、傳感器等硬件進(jìn)行比較選擇，同時進(jìn)行電路控制的分析，設(shè)計出符合課題要求的物流輸送系統(tǒng)。通過對倉庫模型控制系統(tǒng)的設(shè)計研究，能夠?qū)ψ詣踊Ⅲw倉庫設(shè)計的基本工作原理有一定的認(rèn)識，并且對大學(xué)階段所學(xué)知識能夠進(jìn)一步的深化，對理論知識和實際應(yīng)用之間的相互轉(zhuǎn)化有更具體的理解，特別是對PLC技術(shù)、數(shù)字電路、機電一體化技術(shù)有了更進(jìn)一步的認(rèn)識，以及PLC的程序設(shè)計有了更認(rèn)真地學(xué)習(xí)和運用。 另外，通過對此課題的學(xué)習(xí)研究，還可以培養(yǎng)自己獨立解決實際問題的能力，為以后的工作學(xué)習(xí)打下堅實的基礎(chǔ)。2 系統(tǒng)組成22.1 系統(tǒng)簡介自動化立體倉庫是現(xiàn)代物流系統(tǒng)中迅速發(fā)展的一個重要組成部分，它具有節(jié)約用地、減輕勞動強度、消除差錯、提高倉儲自動化水平及管理水平、提高管理和操作人員素質(zhì)、降低儲運損耗、有效地減少流動資金的積壓、提高物流效率等諸多優(yōu)點。與廠級計算機管理信息系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)以及與生產(chǎn)緊密相連的自動化立體倉庫更是當(dāng)今CIMS（計算機集成制造系統(tǒng)）及FMS（柔性制造系統(tǒng)）必不可少的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。自動化所圍繞自動化輸送系統(tǒng)開發(fā)了多種自動化系統(tǒng)硬件設(shè)備及軟件產(chǎn)品，如：不同類型的庫存管理軟件、系統(tǒng)仿真軟件、堆垛機輸送機控制軟件、條形碼識別跟蹤系統(tǒng)、搬運機器人、碼垛機械手、貨物分選系統(tǒng)、堆垛機認(rèn)址檢測系統(tǒng)、堆垛機控制系統(tǒng)、貨位探測器、高度檢測器、輸送系統(tǒng)、碼垛系統(tǒng)、自動輸送小車等產(chǎn)品。2.2 整體系統(tǒng)組成2.2.1 總體方案設(shè)計本課題主要研究的是自動化立體倉庫的輸送系統(tǒng)，整體方案設(shè)計主要包括機械設(shè)計和電氣自動控制兩個方面。2.2.2 機械設(shè)計部分機械部分主要是兩方面的硬件設(shè)施：立體倉庫和堆垛機。由于課題已經(jīng)將立體倉庫的貨架單元格的規(guī)格給出，所以在設(shè)計方面只需按照課題的要求畫出方案圖即可。立體倉庫的規(guī)格為3X3X3層，貨架單元格的規(guī)格為600X600X800，且單元格貨物為不大于100kg，所以參考了相關(guān)資料和進(jìn)行相關(guān)的市場調(diào)研，再結(jié)合本課題要求，堆垛機采用單立柱式巷道堆垛機。2.2.3 電氣自動控制設(shè)計部分時下機械設(shè)備常用的自動控制包括單片機控制和PLC控制。單片機就是一個沒有外設(shè)的微型計算機，需要與其它的原器件構(gòu)成一個控制器。PLC是生產(chǎn)商將其功能模塊化了，并提供專用的編程軟件，主要用于開關(guān)量的控制，其可靠性比較高。故本課題的自動控制部分采用的是PLC控制。2.2.4 立體倉庫技術(shù)參數(shù)表2-1立體倉庫具體參數(shù)出/入貨柜臺最重物品100Kg每個倉位的高度800mm倉位的上下距離50mm倉位的平行距50mm倉位的體積0.288M3可編程控制器（PLC）電源24V DC堆垛機電源220V AC,50Hz3 機械設(shè)計3.1 堆垛機簡介3.1.1 堆垛機的發(fā)展環(huán)境巷道堆垛機是自動化立體倉庫中的核心物流設(shè)備，是隨著自動化立體倉庫的出現(xiàn)而發(fā)展起來的專用起重機，它是倉庫中使用最廣泛的物料搬運設(shè)備，也是物流倉儲系統(tǒng)的最重要設(shè)備，其用途是在自動化立體倉庫的貨架巷道間來回穿梭運行，將位于巷道口的貨物存入貨格，或者相反取出貨格內(nèi)的貨物運送到巷道口。早期的堆垛機是在橋式起重機的起重小車上懸掛一個門架，利用貨叉在立柱上的上下運動及立柱的旋轉(zhuǎn)運動來搬運貨物，通常稱之為橋式堆垛機。1960年左右在美國出現(xiàn)了巷道堆垛機，這種堆垛機是在地面的導(dǎo)軌上行走，利用貨架上部的導(dǎo)軌防止傾倒，或者相反，在上部導(dǎo)軌上行走，利用地面導(dǎo)軌防止傾倒隨著立體倉庫的發(fā)展，巷道堆垛機逐漸替代了橋式堆垛機。在口本從1967年開始安裝高度為25米高度的堆垛機。隨著計算機控制技術(shù)和自動化立體倉庫的發(fā)展，堆垛機的應(yīng)用越來越廣泛，技術(shù)性能越來越好，高度也在不斷增加，到1970年實現(xiàn)了由貨架支承的高度為40米的堆垛機。堆垛機的運行速度也不斷提高，目前堆垛機水平運行速度最高達(dá)200m/min(小載重量的堆垛機己達(dá)300m/min)，起升速度高達(dá)120m/min，貨叉伸縮速度達(dá)50m/min。3.1.2 堆垛機的分類有軌巷道堆垛機從不同的方面，可有不同的分類方法，主要可按其結(jié)構(gòu)形式、支承方式和運行軌跡等進(jìn)行分類，我們一般主要研究的是從結(jié)構(gòu)形式方式的分類。 按結(jié)構(gòu)形式，分為雙立柱有軌巷道堆垛機和單立柱有軌巷道堆垛機：（1） 雙立柱有軌巷道堆垛機雙立柱有軌巷道堆垛機由兩根立柱、上橫梁、下橫梁和帶貨叉的載貨臺組成，立柱、上橫梁和下橫梁組成一個長方形的框架，一般稱為機架。立柱形式有方管和圓管兩種，方管可兼作起升導(dǎo)軌，圓管需要附加起升導(dǎo)軌。這種堆垛機的最大優(yōu)點就是強度和剛性都比較好，能快速起、制動，并且運行平穩(wěn)。一般用在起升高度較高、起重量較大和水平運行速度較高的立體倉庫中，其缺點是自重較大。其結(jié)構(gòu)圖如圖3.1所示圖3. 1雙立柱有軌巷道堆垛機（2）單立柱有軌巷道堆垛機單立柱有軌巷道堆垛機的機架由一根立柱、下橫梁和上橫梁組成。立柱多采用型鋼或焊接制作，立柱上附加導(dǎo)軌。整機重量較輕，消耗材料少，因此制造成本相對較低，但剛性稍差。由于載貨臺和貨物對立柱有偏心作用，以及行走、制動時產(chǎn)生的水平慣性力作用，使單立柱有軌巷道堆垛機在使用上有較大的局限性。不適于起重量大和水平運行速度高的堆垛機。單立柱堆垛機的起升結(jié)構(gòu)，普遍采用鋼絲繩傳動，由電機減速機驅(qū)動卷筒轉(zhuǎn)動，通過鋼絲繩牽引載貨臺沿立柱或起升導(dǎo)軌作升降運動。對于鋼絲繩傳動，傳動和布置相對容易，但定位準(zhǔn)確性稍差。其結(jié)構(gòu)如圖3.2所示。 圖3.2單立柱有軌巷道堆垛機3.2 堆垛機設(shè)計方案3.2.1 堆垛機的結(jié)構(gòu)組成堆垛機主要由立柱、法蘭、水平運行機構(gòu)、起升機構(gòu)貨叉伸縮機構(gòu)、水平及起升導(dǎo)向輪機構(gòu)等部件組成（見圖2-1）。圖2-1 堆垛機結(jié)構(gòu)圖水平運行機構(gòu)采用變頻調(diào)速電機減速器及車輪和水平輪組組成。貨叉伸縮機構(gòu)是堆垛機存取貨物的執(zhí)行機構(gòu)，裝設(shè)在載貨臺上。為減小巷道的寬度，且具有足夠的伸縮行程，本機構(gòu)采用的是步進(jìn)電機驅(qū)動絲杠帶動貨叉做前后的伸縮，由貨叉、絲杠、滑塊、聯(lián)軸器、導(dǎo)向滑塊等組成。起升導(dǎo)向輪裝置由鋼質(zhì)滾輪、特制軸承組成，是將載貨臺上載荷傳遞給立柱，并沿立柱上下運行的導(dǎo)向受力機構(gòu)，滾輪能承受較大的擠壓接觸應(yīng)力，可通過偏心輪軸調(diào)度滾輪與起升導(dǎo)軌之間的間隙，保證載貨臺沿著起升導(dǎo)軌正常運行。3.2.2 堆垛機的機械計算堆垛機立柱計算堆垛機立柱的動剛度可用自振頻率表征，要求該頻率不大于許用值，即f動f許（Hz）堆垛機在運行過程中制動，各部分質(zhì)量將受到慣性力作用。由于立柱是彈性構(gòu)件，慣性沖擊將引起堆垛機振動。這時堆垛機可簡化為如圖2-2多質(zhì)量振動系統(tǒng)。圖2-2堆垛機振動簡圖m1 貨臺總質(zhì)量m2立柱均布質(zhì)量m3 起升機構(gòu)質(zhì)量m4 行走機構(gòu)質(zhì)量利用等效質(zhì)量原理可將圖2-2示的振動系統(tǒng)簡化為圖圖2-3的單自由度系統(tǒng)。m2.m3,m4等效簡化到立柱頂部的總質(zhì)量為：me=m1+（m2）e+（m3）e+（m4）e= m1+0.25 m2+(H1/H)2m3圖2-3堆垛機振動力學(xué)模型圖示為堆垛機走行位置制動，制動距離為Sn，至位置時停止。此時力學(xué)方程式為mxxm+kx+mea=0式中mx為立柱頂部等效質(zhì)量，k為立柱頂部橫向剛度，a為堆垛機運行制動減速度。將試改寫成xm+( k/ me)x+a=0 令wn2= k/ me，寫成標(biāo)準(zhǔn)方程：xm+ wn2=-a其解為：x(t)=Asinwnt+Bcoswnt-a/ wn2由x（0）=xe=0和xm=0帶入方程解x（t）=( a/ wn2)*( coswnt-1)將wn2= k/ me代入上式得x(t)=me/k( coswnt-1)因此（1）立柱靜態(tài)變形為mea/k（2） 立柱振動系數(shù)為Sw= coswnt-1（3） 立柱振動頻率為f動=wn/2本文已經(jīng)確定了立柱的振動頻率小于了許用頻率。4 電氣控制4.1 硬件選擇4.1.1 步進(jìn)電機的選擇1.步進(jìn)電機的原理步進(jìn)電機是數(shù)字控制系統(tǒng)中的執(zhí)行電動機，當(dāng)系統(tǒng)將一個電脈沖信號加到步進(jìn)電機定子繞組時，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)一步，當(dāng)電脈沖按某一相序加到電動機時，轉(zhuǎn)子沿某一方向轉(zhuǎn)動的步數(shù)等于電脈沖個數(shù)。因此，改變輸入脈沖的數(shù)目就能控制步進(jìn)電動機轉(zhuǎn)子機械位移的大??；改變輸入脈沖的通電相序，就能控制步進(jìn)電動機轉(zhuǎn)子機械位移的方向，實現(xiàn)位置的控制。當(dāng)電脈沖按某一相序連續(xù)加到步進(jìn)電動機時，轉(zhuǎn)子以正比于電脈沖頻率的轉(zhuǎn)速沿某一方向旋轉(zhuǎn)。因此，改變電脈沖的頻率大小和通電相序，就能控制步進(jìn)電動機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，實現(xiàn)寬廣范圍內(nèi)速度的無級平滑控制。步進(jìn)電動機的這種控制功能，是其它電動機無法替代的。步進(jìn)電動機可分為磁阻式、永磁式和混合式，步進(jìn)電動機的相數(shù)可分為：單相、二相、三相、四相、五相、六相和八相等多種。增加相數(shù)能提高步進(jìn)電動機的性能，但電動機的結(jié)構(gòu)和驅(qū)動電源就會復(fù)雜，成本就會增加，應(yīng)按需要合理選用。2.步進(jìn)電機的特點、步進(jìn)電動機是一種作為控制用的特種電機，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度(稱為“步距角”)一步一步運行的，其特點是沒有積累誤差(精度為100)，所以廣泛應(yīng)用于各種開環(huán)控制。、步進(jìn)電機的轉(zhuǎn)速與脈沖信號的頻率成正比、步距值不容易因為電氣、負(fù)載、環(huán)境條件的變化而改變,使用開環(huán)控制(或半閉環(huán)控制)就能進(jìn)行良好的定位控制。、起制動、正反轉(zhuǎn)、變速等控制方便。、價格便宜,可靠性高。、步進(jìn)電動機的主要缺點是效率較低,并且需要配上適當(dāng)?shù)尿?qū)動電源。、步進(jìn)電動機帶負(fù)載慣性的能力不強,在使用時既要注意負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小,又要注意負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量的大小,只有當(dāng)兩者選取在合適的范圍時,電機才能獲的滿意的運行性能。、由于存在失步和共振，因此步進(jìn)電機的加減速的方法根據(jù)利用狀態(tài)的不同而復(fù)雜多變。3.步進(jìn)電機的選擇計算在選擇步進(jìn)電動機時首先考慮的是步進(jìn)電動機的類型選擇，其次才是具體的品種選擇，在該立體倉庫控制系統(tǒng)中要求步進(jìn)電動機電壓低、電流小、有定位轉(zhuǎn)矩和使用螺栓機構(gòu)的定位裝置，確定步進(jìn)電動機采用2相8拍混合式步進(jìn)電機；在進(jìn)行步進(jìn)電動機的品種選擇時，要綜合考慮速比i、軸向力F、負(fù)載轉(zhuǎn)矩、額定轉(zhuǎn)矩和運行頻率，以確定步進(jìn)電機的具體規(guī)格和控制裝置。由于我們使用螺栓機構(gòu)的定位裝置，已知條件和要求條件為：移動部分總重 M=25kg 外力 Fa=4kg.cm磨擦系數(shù) =0.04螺栓機構(gòu)的效率 =O. 9螺栓軸徑 =1.2cm螺栓長 =42cm螺距 P=3mm分辨率 L=0.01mm移動距離 =0.0075mm/步速度 V=2mmin 計算： 設(shè)擬選用2相、1.8步距角的HB型電動機速比(設(shè)使用直接驅(qū)動方式)i=m/(360L)=21.8(360O.01)=1軸向力F=Fa+M=4+0.0425=5kg.cm負(fù)載轉(zhuǎn)矩=FP(2 )+()/2 =50.3(2 3.140.9)+ (0.31.67 0.3)/(2 3.14)=0.289kg.cm 螺栓的慣量 =（）/32=（3.147.942）/32=0.0675kg.移動體的慣量=M=25=0.0571 kg. 負(fù)載慣量為=+=0.0675+0.00571=0.1246kg.根據(jù)以上計算可以初步選定步進(jìn)電動機，其慣量為=0.03 kg.，空載起動頻率=3000H。由要求的速度可求出運行的頻率：f=VL=2000(600.01)=3333HZ可知需要加減速的驅(qū)動方式。齒輪比：G=360/L=0.0075 360/ (1.80.01)=150換算到電機軸的負(fù)載轉(zhuǎn)矩為T=GL(+F)/ 2 =1500.01(0.289+5)/(6.280.9) =1.40 kg.cm對首次設(shè)計的裝置來講，所選用的電動機通常留有23倍的余量，所以電機轉(zhuǎn)矩=3T=31.40=4.2 kg.cm =0.41N.M根據(jù)以上的計算，在該立體倉庫控制系統(tǒng)中的步進(jìn)電動機采用北京斯達(dá)特機電科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的2相8拍混合式步進(jìn)電機，它的主要特點：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。型號：42BYGHl01。4.1.2 光電傳感器的選擇1. 光電傳感器的原理光電傳感器是指能夠?qū)⒖梢姽廪D(zhuǎn)換成某種電量的傳感器。光敏二極管是最常見的光電傳感器。光敏二極管的外型與一般二極管一樣，只是它的管殼上開有一個嵌著玻璃的窗口，以便于光線射入，為增加受光面積，PN結(jié)的面積做得較大，光敏二極管工作在反向偏置的工作狀態(tài)下，并與負(fù)載電阻相串聯(lián)，當(dāng)無光照時，它與普通二極管一樣，反向電流很小（A），稱為光敏二極管的暗電流；當(dāng)有光照時，載流子被激發(fā)，產(chǎn)生電子-空穴，稱為光電載流子。在外電場的作用下，光電載流子參于導(dǎo)電，形成比暗電流大得多的反向電流，該反向電流稱為光電流。光電流的大小與光照強度成正比，于是在負(fù)載電阻上就能得到隨光照強度變化而變化的電信號。光敏三極管除了具有光敏二極管能將光信號轉(zhuǎn)換成電信號的功能外，還有對電信號放大的功能。光敏三極管的外型與一般三極管相差不大，只引出兩個極發(fā)射極和集電極，基極不引出，管殼同樣開窗口，以便光線射入。為增大光照，基區(qū)面積做得很大，發(fā)射區(qū)較小，入射光主要被基區(qū)吸收。工作時集電結(jié)反偏，發(fā)射結(jié)正偏。在無光照時管子流過的電流為暗電流Iceo=（1+）Icbo（很?。纫话闳龢O管的穿透電流還?。划?dāng)有光照時，激發(fā)大量的電子-空穴對，使得基極產(chǎn)生的電流Ib增大，此刻流過管子的電流稱為光電流，集電極電流Ic=（1+）Ib，可見光電三極管要比光電二極管具有更高的靈敏度。2光電傳感器相關(guān)原理圖光電傳感器是應(yīng)用非常廣泛的一種器件，有各種各樣的形式，如透射式、反射式等，基本的原理就是當(dāng)發(fā)射管光照射到接收管時，接收管導(dǎo)通，反之關(guān)斷。以透射式為例，當(dāng)不透光的物體擋住發(fā)射與接收之間的間隙時，開關(guān)管關(guān)斷，否則打開。為此，可以制作一個遮光葉片，安裝在轉(zhuǎn)軸上，當(dāng)扇葉經(jīng)過時，產(chǎn)生脈沖信號。當(dāng)葉片數(shù)較多時，旋轉(zhuǎn)一周可以獲得多個脈沖信號。圖4-1 光電傳感器透射式原理圖時序電路鎖存譯碼電路驅(qū)動顯示電路檢測信號輸入放大整形電路記數(shù)電路電源電路比較電路驅(qū)動電路予置電路執(zhí)行電路DC12VAC220V圖4-2 光電傳感器電路順序圖3光電傳感器在設(shè)計中的應(yīng)用對于傳感器來說，相應(yīng)于不同的路面條件（主要是黑白度），接收管接收到地面漫反射紅外線后其兩端電壓將有所不同，即傳感器接收管正對白色路面，則其電壓較高，若正對黑色的路徑標(biāo)記線，則電壓較低。因此，基于這個原理可以提出一種比較常見的路徑離散識別算法：通過普通I/O端口將接收管電壓讀入單片機,根據(jù)端口輸入的高低電平邏輯來判斷該傳感器是否處于路徑標(biāo)記線上方，再篩選出所有處于標(biāo)記線上方的傳感器，便可以大致判斷此時車身相對道路的位置，確定路徑信息。算法簡便易行，對硬件及算法要求都比較低，在傳感器數(shù)目較多的情況下也可以實現(xiàn)較高的識別準(zhǔn)確性。但它的一個致命缺陷在于路徑信息只是基于間隔排 布的傳感器的離散值，對于兩個相鄰傳感器之間的“盲區(qū)”無法提供有效的距離信息，因此在傳感器數(shù)目受到限制的智能車賽事中，其路徑識別精度極大地受制于傳 感器數(shù)目及其間距。傳感器器數(shù)目不受限制，路徑識別精度足夠高，離散路徑識別算法仍有其難以克服的固有缺陷。表4-1 傳感器組參數(shù)排布形式數(shù)目間距 /cm離地高度 /cm 仰角 / 發(fā)射管接收管一字形等間距81.7511.812.2454.1.3 條碼技術(shù)貨物的條形碼是建立整個供應(yīng)鏈的最基本條件，它是實現(xiàn)倉儲自動化的第一步，也是用為POS系統(tǒng)快速準(zhǔn)確收集銷售數(shù)據(jù)的手段借助條形碼，POS系統(tǒng)可以實現(xiàn)商品從訂購，送貨，內(nèi)部配送，銷售，盤貨等零售業(yè)循環(huán)的一元化管理，使商業(yè)的管理模式實現(xiàn)三個轉(zhuǎn)變：從傳統(tǒng)的依靠經(jīng)驗管理轉(zhuǎn)變?yōu)橐揽烤_的數(shù)字分析管理；從事后管理（隔一段時間進(jìn)行結(jié)算，盤點）轉(zhuǎn)變?yōu)椤皩崟r”管理（對每一商品項目，如品種，規(guī)格，包裝樣式等細(xì)賬的管理）。這樣一來，銷售商可隨時掌握商品早晚銷售情況，以調(diào)整進(jìn)貨計劃，組織適銷貨源，從而減少脫銷、滯銷帶來的損失，并可以加速資金周轉(zhuǎn)，有利于貨架安排的合理化，提高銷售量。條形碼的物流應(yīng)用包括配送中心的訂貨、進(jìn)貨、存放、揀貨、出庫。以便利店訂貨簿的方式為例：連鎖總部定期將訂貨簿發(fā)給各便利店，訂貨簿上有商品名稱、商品貨號、商品條形碼、訂貨點、訂貨單位、訂貨量等，工作人員拿著訂貨簿巡視格商品以確認(rèn)所剩陳列數(shù)，記入訂貨量；或到辦公室后，用條形碼掃描器掃描預(yù)定商品的條形碼并輸入訂貨量，再用調(diào)制器傳出訂貨數(shù)據(jù)。配送中心的進(jìn)貨驗收作業(yè)：對整箱進(jìn)貨的商品，其包裝箱上有條形碼，放在輸送帶上經(jīng)過固定式條形碼掃描器的動識別，可接受指令傳送到存放位置附近。對整個托盤進(jìn)貨的商品，叉車駕駛員用手持式條形碼掃描器掃描外包裝箱上的條形碼標(biāo)簽，利用計算機與射頻數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，可將存放指令下載到叉車的終端機上。其實商品的自動辨識方法還可以采用磁卡，IC卡等其他方式來達(dá)成。但以物流倉儲配送作業(yè)而言，由于大多數(shù)的儲存貨品都具備有條形碼，所以用條形碼作自動識別與資料收集是最便宜，最方便的方式。商品條形碼上的資料經(jīng)條形碼讀取設(shè)備讀取后，可迅速，正確，簡單地將商品資料自動輸入，從而達(dá)到自動化登錄，控制，傳遞，溝通的目的。其在儲存管理的效益上有： 登錄快速，節(jié)省人力； 提高物流作業(yè)效率； 減少管理成本； 降低錯誤率，提高作業(yè)質(zhì)量； 更精確地控制儲位的指派與貨品的揀??； 可方便有效地盤點貨品，準(zhǔn)確地掌握庫存，控制庫存； 可做到實時數(shù)據(jù)收集，實時顯示，并經(jīng)計算機快速處理而達(dá)到實施分析與實施控制的目的。由上可見，條形碼技術(shù)已經(jīng)成為物流現(xiàn)代化的一個重要組成部分。同時，它還有力的促進(jìn)了物流體系各環(huán)節(jié)作業(yè)的機械化、自動化，對物流各環(huán)節(jié)的計算機管理起著基礎(chǔ)性作用。條形碼在現(xiàn)代化物流管理中起著直接、高效的信息媒體作用，它使現(xiàn)代化的管理和現(xiàn)代化的技術(shù)互相結(jié)合。以條形碼技術(shù)的應(yīng)用為基礎(chǔ)的信息流將是未來信息技術(shù)的重要特征。控制了信息流就控制了物流。信息技術(shù)的現(xiàn)代化必然促進(jìn)物流技術(shù)和管理的現(xiàn)代化。我國物流業(yè)要在條形碼的開發(fā)應(yīng)用上多下功夫，應(yīng)當(dāng)學(xué)習(xí)國外先進(jìn)的經(jīng)驗，加快條形碼的普及應(yīng)用推動物流現(xiàn)代化的發(fā)展。4.1.4 PLC的選擇1.PLC的原理可編程控制器，英文稱Programmable Controller，簡稱PLC，本課題中用PLC作為它的簡稱。PLC是用于工業(yè)現(xiàn)場的電控制器。它源于繼電器控制技術(shù)，但基于電子計算機。它通過運行存儲在其內(nèi)存中的程序，把經(jīng)輸入電路的物理過程得到的輸入信息，變換為所要求的輸出信息，進(jìn)而再通過輸出電路的物理過程去實現(xiàn)對負(fù)載的控制。2.PLC的特點（1）抗干擾能力強，可靠性高：PLC采用微電子技術(shù)，大量的開關(guān)動作由無觸點的電子存儲器件來完成，大部分繼電器和復(fù)雜的連線被軟件程序所取代，故壽命長，可靠性也大大提高；（2）控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、通用性強、應(yīng)用靈活：PLC產(chǎn)品均成系列化生產(chǎn)，品種齊全，外圍模塊品種也多，可由各種組件靈活組合成各種大小和不同要求的控制系統(tǒng)。在PLC構(gòu)成的控制系統(tǒng)中，只需要在PLC的端子上接入相應(yīng)的輸入、輸出信號線即可；（3）編程方便，易于使用：PLC是面向用戶的設(shè)備，PLC的設(shè)計者充分考慮到現(xiàn)場工程技術(shù)人員的技能和習(xí)慣，PLC程序的編制，采用梯形圖或面向工業(yè)控制的簡單指令形式；（4）功能完善，擴(kuò)展能力強：PLC中含有數(shù)量巨大的用于開關(guān)量處理的繼電器類軟元件，可以輕松地實現(xiàn)大規(guī)模的開關(guān)量邏輯控制，這是一般的繼電器控制所不能實現(xiàn)的；（5）PLC控制系統(tǒng)設(shè)計、安裝、調(diào)試方便：PLC中相當(dāng)于繼電器系統(tǒng)中的中間繼電器、時間繼電器、計數(shù)器等“軟元件”數(shù)量巨大，軟件齊全，且為模塊化積木式結(jié)構(gòu)，并已商品化，故可按性能、容量等選用組裝；（6）維修方便，維修工作量小：PLC具有完善的自診斷，履歷情報存儲及監(jiān)視功能；（7）結(jié)構(gòu)緊湊：體積小、重量輕，易于實現(xiàn)機電一體化。3.PLC的選擇目前，PLC的生產(chǎn)廠家很多，PLC的種類繁多。各有特色，主要有日本三菱公司FX2型、德國西門子生產(chǎn)的S7系列。本文是以FX2進(jìn)行改裝。FX2系列PLC它是整體式和模塊式相結(jié)合的疊裝式結(jié)構(gòu)。堆垛機控制系統(tǒng)采用的PLC是S7-200 CPU226。5 PLC程序設(shè)計5.1 整體概述在自動化倉庫中，其控制部分大都采用PLC加計算機或計算機加控制板卡的方式。隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，計算機的性能以及穩(wěn)定性等大幅度提高，現(xiàn)場總線技術(shù)的日益成熟，一種新的控制方式軟PLC控制方式逐漸形成并逐漸被應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域，其中就包括自動化倉庫。電氣原理圖是用來表示電路各電氣器件中導(dǎo)電部件的連接關(guān)系和工作原理圖。該圖應(yīng)根據(jù)簡單、清晰的原則，采用電氣元器件展開形式來繪制，它不按電氣元器件的實際位置來畫，也不反映電氣元器件的大小、安裝位置，用導(dǎo)線將電氣元件的導(dǎo)電部件連接起來以發(fā)映其連接關(guān)系。所以電氣原理圖結(jié)構(gòu)簡單、層次分明，關(guān)系明確，適用于分析研究電路的工作原理，且為其他電氣圖的依據(jù)，在設(shè)計部門和生產(chǎn)現(xiàn)場獲得廣泛應(yīng)用。圖5-1 立體倉庫控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖5.2 電氣控制原理電氣控制系統(tǒng)是由電氣控制元件按一定要求聯(lián)接而成。為了清晰地表達(dá)生產(chǎn)機械電氣控制系統(tǒng)的工作原理，便于系統(tǒng)的安裝、調(diào)整、使用和維修，將電氣控制系統(tǒng)中的各電氣元件用一定的圖形符號和文字符號來表示，再將其聯(lián)接情況用一定的圖形表達(dá)出來，這種圖形就是電氣控制系統(tǒng)圖。常用的電氣控制系統(tǒng)圖有電氣原理圖、電器布置圖和安裝接線圖。電氣原理圖是用來表示電路各電器元件中導(dǎo)電部件的連接關(guān)系和工作原理圖。該圖應(yīng)根據(jù)簡單、清晰地原則，采用電氣元件展開形式來繪制，它不按電氣元器件的實際位置來畫，也不反映電器元件的大小、安裝位置，只用電氣元件的導(dǎo)電部件及其接線端鈕按國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的圖形符號來表示電器元件，再用導(dǎo)線將這些導(dǎo)電部件連接起來反映其連接關(guān)系。所以電氣原理圖結(jié)構(gòu)簡單、層次分明、關(guān)系明確，適用于分析研究電路的工作原理，且為其他電氣圖的依據(jù)，在設(shè)計部門和生產(chǎn)現(xiàn)場得到廣泛應(yīng)用。圖5-3立體倉庫電氣原理圖控制部分5.3 控制電路分析5.3.1 I/O接口分布表5-1 PLC（CPU226）輸入輸出I/O點分配序號控制元件編程地址序號控制元件編程地址 1 啟動I0.019貨叉右伸按鈕I2.2 2 停止I0.120貨叉左伸按鈕I2.3 3 復(fù)位I0.221貨叉原位按鈕I2.4 4 存貨I0.322貨叉電機脈沖輸出Q0.0 5 取貨I0.423堆垛機上升Q0.1 6 自動I0.524堆垛機下降Q0.2 7水平編碼器反饋AI0.625貨叉方向改變Q0.3 8水平編碼器反饋BI0.726堆垛機前進(jìn)Q0.4 9手動I1.027堆垛機后退Q0.510貨叉右伸到位I1.128低貨位指示燈Q0.611貨叉到中位I1.229高貨位指示燈Q0.712貨叉左伸到位I1.330水平停準(zhǔn)指示燈Q1.013垂直編碼器反饋AI1.431垂直停準(zhǔn)指示燈Q1.114垂直編碼器反饋BI1.532警示燈Q1.215前進(jìn)按鈕I1.633水平電動機停機Q1.316后退按鈕I1.717上升按鈕I2.018下降按鈕I 堆垛機自動運行首先考慮的問題是：小車處于前進(jìn)或者是存放貨物的過程，還是完成了預(yù)定任務(wù)返回在的過程。但是由于PLC程序的執(zhí)行特點是逐行掃描，所以僅僅判斷小車是處于前進(jìn)過程還是返回過程是不夠的，因為在返回過程中，還有貨叉從貨架上縮回、升降臺下降到初始位置等過程，所以，必須要在程序中能夠?qū)⑦@3種不同的運動區(qū)分開來。根據(jù)這種要求，在編寫程序的時候加入了3個不同的BOOL類型的變量M20.1、M20.3、M20.5，分別作為小車沿運行到位標(biāo)志、升降臺運行標(biāo)志、貨叉到位標(biāo)志。當(dāng)變量為ON時，表示已完成該項動作，為OFF時表明小車還沒有完成動作。Q0.6是開關(guān)量輸出，表示啟動小車前進(jìn)，小車開始向前運動。程序如下所示，表5-2為網(wǎng)絡(luò)的注釋表。網(wǎng)絡(luò)1：列向自動運行LD SM0.0 LPSAN M20.7AN M20.1A M0.0A M10.0S Q0.4, 1 / 置Q0.4為ON，Q0.4為小車前向運行輸出LPPA M20.7AN M20.5A M0.0A M10.0S Q0.5, 1/ 置Q0.5為ON，Q0.5為小車后退運行輸出表5-2 網(wǎng)絡(luò)1注釋表地址 注釋 M20.7小車是否處于執(zhí)行動作過程中；為ON則表示執(zhí)行動作過程中 SM0.0該值始終為1 M10.0手、自動狀態(tài) Q0.5小車向后狀態(tài) M20.1列到位標(biāo)志 Q0.4小車向前運行 M20.5物品到位標(biāo)志 M0.0運行狀態(tài)5.3.3 貨叉的上升和下降貨叉運動是由三個光電開關(guān)定位，貨叉定位原理與堆垛機運行定位原理相似，區(qū)別在于，存貨開始或是取貨結(jié)束時，升降臺貨叉停在高位置，下面兩個光電開關(guān)處于認(rèn)址片內(nèi)；取貨開始或存貨結(jié)束時，貨叉停在低位置，此時上面兩個光電開關(guān)處于起升認(rèn)址片內(nèi)，在定位停準(zhǔn)后，存在貨叉的上浮和下移動作。程序如下所示，表5-3為網(wǎng)絡(luò)2注釋表。網(wǎng)絡(luò)2 貨叉上升和下降LD SM0.0LPS LD I0.3 AN M20.7AN M20.3A M10.0A C1A I2.2LDN I0.3AN M20.7AN M20.3A M10.0A C1A I2.0OLD A M0.0ALD= Q2.0S M20.3, 1LPPA M20.7AN M20.6A M0.0A M10.0A C2S Q2.1, 1表5-2 網(wǎng)絡(luò)2注釋表地址注釋M20.7堆垛機是否處于執(zhí)行動作過程中，ON表示執(zhí)行動作SM0.0該值始終為1M10.0手、自動狀態(tài)I0.3出入庫選擇 M20.1堆垛機到位標(biāo)志 5.3.4 貨叉的伸縮貨叉控制的基本原理與前面相似，不再詳細(xì)說明，僅對不同于前面兩種運動的情況進(jìn)行說明。M20.5是伸縮到位標(biāo)志。為ON時，表示貨叉到達(dá)指定位置，為OFF時表示未達(dá)到指定位置。如果定時器標(biāo)志T37為ON，表示定時器已經(jīng)達(dá)到了預(yù)定的時間，說明貨叉已經(jīng)前伸到了指定的深度所以停止前伸的運動。程序如下所示，表5-4為網(wǎng)絡(luò)3注釋表。網(wǎng)絡(luò)3 貨叉伸縮LD SM0.0/ 始終為1LPSAN M20.7A M20.1A M20.3A M0.0A M10.0A T37S I1.6, 1= Q2.4/ 定時到，停止前伸LPPA M20.7A M20.1A M20.3A I1.6A M0.0LD I0.3A I2.0LDN I0.1A I2.2OLDALDA M10.0A T37R I1.6, 1= Q2.5/ 定時到，停止回縮表5-4網(wǎng)絡(luò)3注釋表地址注釋M20.7小車是否處于執(zhí)行動作過程中，ON表示是SM0.0該值始終為1M10.0手、自動狀態(tài)I4.3貨位虛實檢測開關(guān)I0.3出入庫選擇M20.1列到位標(biāo)志M20.3行到位標(biāo)志M0.0運行狀態(tài)Q2.5停止回縮5.4 PLC梯形圖和語句指令表PLC控制梯形圖語句指令表LD SM0.0 LPSAN M20.7AN M20.1A M0.0A M10.0S Q0.4, 1 LPPA M20.7AN M20.5A M0.0A M10.0S Q0.5, 1LD SM0.0LPS LD I0.3 AN M20.7AN M20.3A M10.0A C1A I2.2LDN I0.3AN M20.7AN M20.3A M10.0A C1A I2.0OLD A M0.0ALD= Q2.0S M20.3, 1LPPA M20.7AN M20.6A M0.0A M10.0A C2S Q2.1, 1LD SM0.0LPSAN M20.7A M20.1A M20.3A M0.0A M10.0A T37S I1.6, 1= Q2.4LPPA M20.7A M20.1A M20.3A I1.6A M0.0LD I0.3A I2.0LDN I0.1A I2.2OLDALDA M10.0A T37R I1.6, 1= Q2.5結(jié)論本論文是對自動化立體倉庫的輸送系統(tǒng)改造說明設(shè)計。自動化立體倉庫高效、可靠、操作方便的優(yōu)點為越來越多的使用者接受，應(yīng)用也日益廣泛。在以往的自動化倉庫中，其控制部分大都采用PLC加計算機或計算機加控制板卡的方式。隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，計算機的性能以及穩(wěn)定性等大幅度提高，現(xiàn)場總線技術(shù)日益成熟，一種新的控制方式軟PLC控制方式逐漸形成并逐漸應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。本論文首先對自動化立體倉庫的產(chǎn)生發(fā)展進(jìn)行簡介，而后對其結(jié)構(gòu)和運行原理進(jìn)行介紹和分析，再對各需元部器件進(jìn)行說明和選用，最后對立體倉庫輸送系統(tǒng)電路圖的編譯和分析。本次論文中，基本完成了自動化立體倉庫輸送系統(tǒng)的設(shè)計，PLC在立體倉庫中的應(yīng)用實現(xiàn)了自動化和智能化，使立體倉庫的輸送系統(tǒng)在物流運輸中更易于使用，占據(jù)著越來越重要的地位。運用了一流的集成化物流理念，采用先進(jìn)的控制、總線、通訊和信息技術(shù)，通過以上設(shè)備的協(xié)調(diào)動作，按照用戶的需要完成指定貨物的自動有序、快捷準(zhǔn)確、高效的入庫出庫作業(yè)。立體化倉庫輸送系統(tǒng)也有不足之處，堆垛機的運行以及控制過程也需改進(jìn)提高，工作輸送量也可以不斷增加。致謝本論文是在吳軍老師的精心指導(dǎo)下完成的，論文寫作過程中，吳軍老師以其精湛的專業(yè)知識循循善誘我，給了我很多的寫作靈感，在此，我要向吳軍老師表示忠心的感謝！同時，我還要感謝同學(xué)們對我的幫助，才使我的論文得以順利完成。參考文獻(xiàn) 1 濮良貴，紀(jì)名剛機械設(shè)計（第七版）.京：高等教育出版社，20012 孫恒機械原理（第七版）.：高等教育出版社，20063 成大先機械設(shè)計手冊（第五版）.京：化學(xué)工業(yè)出版社，20084 大連理工大學(xué)工程圖學(xué)教研室機械制圖（第六版），北京：高等教育出版社，20085 吳宗澤機械設(shè)計禁忌800例（第2版）.京：機械工業(yè)出版社，20066 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