基于PLC的自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)設(shè)計(jì)..

1、濱州學(xué)院?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文）畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目基于PLC的自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)設(shè)計(jì)系（院）自動(dòng)化系專業(yè)電氣自動(dòng)化技術(shù)班級(jí)2010級(jí)5班學(xué)生姓名學(xué) 號(hào)指導(dǎo)教師職 稱助教二一三年六月十日濱州學(xué)院?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于PLC的自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)設(shè)計(jì)摘要隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)會(huì)在各行各業(yè)中得到越來(lái) 越廣泛的應(yīng)用。自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)是現(xiàn)代物流系統(tǒng)的重要組成部分，是一種 多層存放貨物的高架倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)，由自動(dòng)控制、管理系統(tǒng)、高位貨架、巷道 堆垛機(jī)、自動(dòng)入庫(kù)、自動(dòng)出庫(kù)、計(jì)算機(jī)管理控制系統(tǒng)以及其他輔助設(shè)備組 成。本倉(cāng)庫(kù)模型控制系統(tǒng)是根據(jù)自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)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

2、列PLC作為核心控制元件，專用鍵盤(pán)作為 人機(jī)接口部件，控制步進(jìn)電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)一個(gè)有三自由度的倉(cāng)庫(kù)模型在高強(qiáng)度 導(dǎo)軌上做三維運(yùn)動(dòng)。以步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)輸出的脈沖數(shù)為基礎(chǔ)，通過(guò)鍵盤(pán)對(duì)每 個(gè)倉(cāng)位予以地址編碼，通過(guò) PLC對(duì)命令鍵盤(pán)進(jìn)行掃描并得到相應(yīng)的倉(cāng)位號(hào)， 當(dāng)PLC接收到來(lái)自鍵盤(pán)的輸入命令后，便輸出對(duì)應(yīng)倉(cāng)位的脈沖數(shù)，經(jīng)過(guò)驅(qū) 動(dòng)器驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度，進(jìn)而控制傳動(dòng)部件絲杠 旋轉(zhuǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確的定位，以完成貨物的存取功能。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，我們還采用了限位開(kāi)關(guān)對(duì)其進(jìn)行限位保護(hù)。 本文首先對(duì)該課題的可行性及課題實(shí)現(xiàn)的現(xiàn)實(shí)意義和價(jià)值進(jìn)行了介紹；其 次對(duì)該系統(tǒng)的硬件組成、結(jié)

3、構(gòu)、原理進(jìn)行了闡述和分析；再次對(duì)本控制系 統(tǒng)的核心軟件進(jìn)行了編寫(xiě)，論文中既有梯形圖又有相應(yīng)的語(yǔ)句表；最后對(duì) 設(shè)計(jì)本課題所學(xué)到的知識(shí)和結(jié)論進(jìn)行歸納和總結(jié)，并對(duì)本論文有待完善的 地方進(jìn)行扼要的說(shuō)明。關(guān)鍵字：立體倉(cāng)庫(kù)，可編程控制器（PLC），步進(jìn)電機(jī)，物流管理2Based on PLC automatic stereoscopic warehouse designAbstractWith the rapid development of national economy, the automation stereoscopic warehouse will get more and more ext

4、ensive application in all trades and professi ons. The automated warehouse is an importa nt part of moder n logistics system, elevated warehouse system for a multi-layer storage of goods, which consists of automatic control and management system, high shelves, stack ing mach ine, automatic storage,

5、automatic warehouse, computer con trol system and other auxiliary equipment. The warehouse model of the control system is designed according to the basic principle of automated warehouse operation. In the whole control system in order to Mitsubishi FX2N series PLC as the core con trol eleme nt, a sp

6、ecial keyboard as the man-machi ne in terface un it, con trol the stepper motor to drive a warehouse model of three degrees of freedom movement in three dimensional high strength rail. This paper first introduces the feasibility and the subject of the implementation of practical sig ni fica nee and

7、value; sec on dly, the system hardware compositi on, structure, principle are described and analyzed; the core of the control system again -software has been written, the paper is a ladder diagram and the corresponding statement at the end of the table; the subject of the design knowledge and conclu

8、sions are summarized, and the perfect place to be making a brief expla nati on.Key words: stereoscopic warehouse programmable controller (PLC) steppingmotor, logistics man ageme nt濱州學(xué)院?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)(論文)目錄引言3.第一章 緒論2.1.1本課題設(shè)計(jì)的背景21.2本課題設(shè)計(jì)的內(nèi)容31.3本課題設(shè)計(jì)的目的和意義3第二章系統(tǒng)控制方案的確定5.2.1自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的概述 5.2.2采用PLC控制立體倉(cāng)庫(kù)的優(yōu)點(diǎn)6.2.3系

9、統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本步驟6.2.4系統(tǒng)控制方案 6.2.5立體倉(cāng)庫(kù)技術(shù)參數(shù)的確定 8.第三章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)9.3.1控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .9.3.2可編程控制器(PLC)的選型1.03.2.1 PLC 概述103.2.2 PLC 的選型103.2.3機(jī)型的選擇113.3步進(jìn)電機(jī)113.3.1步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的基本組成和工作原理 113.4傳感器1.23.5微動(dòng)開(kāi)關(guān)的選擇133.6 PLC輸入輸出分配表 1.43.7電氣原理圖的設(shè)計(jì) 15第四章系統(tǒng)控制軟件設(shè)計(jì)1.64.1PLC梯形圖概述164.2系統(tǒng)流程圖17II濱州學(xué)院?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文）4.3梯形圖的設(shè)計(jì)18第五章系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)論1.95.1梯形圖程序的

10、下載 195.1.1傳輸設(shè)置195.1.2梯形圖寫(xiě)入 PLC195.2程序運(yùn)行過(guò)程記錄 205.3 結(jié)論21.謝辭錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。參考文獻(xiàn)23附錄 PLC設(shè)計(jì)的梯形圖23III濱州學(xué)院?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文）引言自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)也稱立庫(kù)，是在不直接進(jìn)行人工參與的情況下自動(dòng)地存儲(chǔ)和取出物 料的系統(tǒng)。它是采用高層貨架存儲(chǔ)貨物，用專門(mén)的倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè)設(shè)備進(jìn)行貨物出入庫(kù)作業(yè)的 倉(cāng)庫(kù)。立體倉(cāng)庫(kù)是一種集信息、儲(chǔ)存、管理于一體的高技術(shù)機(jī)電一體化產(chǎn)品，隨著現(xiàn)代 工業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大和深化，它將為工業(yè)、企業(yè)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益。以往的自 動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)，大都采用PLC加計(jì)算機(jī)或計(jì)算機(jī)加控制板卡的方式進(jìn)行控制。計(jì)算機(jī)技術(shù) 的飛

11、速發(fā)展，計(jì)算機(jī)的性能以及穩(wěn)定性的大幅度提高以及現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的日益成熟，一 種新的控制方式一一軟PLC控制方式正在逐漸形成并被應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域，其中就 包括自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)。本文中PLC對(duì)立體倉(cāng)庫(kù)的控制系統(tǒng)是利用計(jì)算機(jī)控制調(diào)度、管 理，完成了計(jì)算機(jī)與PLC之間或PLC與PLC之間的監(jiān)視和控制參數(shù)的傳遞，應(yīng)用了 PLC通用性強(qiáng)、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，提 高了立體倉(cāng)庫(kù)的自動(dòng)化管理水平。并且與繼電、接觸器系統(tǒng)相比更加可靠，占位空間比 繼電、接觸器控制系統(tǒng)小。經(jīng)過(guò)實(shí)踐證明，這種管理和控制結(jié)構(gòu)具有很高的可靠性和穩(wěn) 定性。1濱州學(xué)院?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文）第一章緒論1.1本

12、課題設(shè)計(jì)的背景立體倉(cāng)庫(kù)一般是指采用幾層、十幾層乃至幾十層高的貨架儲(chǔ)存單元貨物，用相應(yīng)的 物料搬運(yùn)設(shè)備進(jìn)行貨物入庫(kù)和出庫(kù)作業(yè)的倉(cāng)庫(kù)。由于這類倉(cāng)庫(kù)能充分利用空間儲(chǔ)存貨 物，故常形象地將其稱為“立體倉(cāng)庫(kù)”。立體倉(cāng)庫(kù)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(guó)出現(xiàn)了采用橋式堆垛起重機(jī)的立體倉(cāng)庫(kù)；50年代末60年代初出現(xiàn)了司機(jī)操作的巷道式堆垛起重機(jī)立體倉(cāng)庫(kù)；1963年美國(guó)率先在高架倉(cāng)庫(kù)中采用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，建立了第一座計(jì)算機(jī)控制的立體倉(cāng)庫(kù)。此后，自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)在美國(guó)和歐洲得到迅速發(fā)展，并 形成了專門(mén)的學(xué)科。60年代中期，日本開(kāi)始興建立體倉(cāng)庫(kù)，并且發(fā)展速度越來(lái)越快，成為當(dāng)今世界上

13、擁有自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)最多的國(guó)家之一。我國(guó)對(duì)立體倉(cāng)庫(kù)及其物料搬運(yùn)設(shè)備的研制開(kāi)始并不晚，1963年研制成第一臺(tái)橋式堆垛起重機(jī)，1973年開(kāi)始研制我國(guó)第一座由計(jì)算機(jī)控制的自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)，該庫(kù)1980年投入運(yùn)行。到目前為止，我國(guó)自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)數(shù)量已超過(guò)200座。由于其具有很高的空間利用率、很強(qiáng)的入出庫(kù)能力、采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制管理而利于企業(yè)實(shí)施現(xiàn)代化管理等 特點(diǎn)，已成為企業(yè)物流和生產(chǎn)管理不可缺少的倉(cāng)儲(chǔ)技術(shù)，越來(lái)越受到企業(yè)的重視。青島 海爾集團(tuán)國(guó)際物流中心立體庫(kù)就是個(gè)很好的例子，目前經(jīng)過(guò)第三次技術(shù)革新，躍升為技 術(shù)水平世界領(lǐng)先的物流中心。該立體庫(kù)高22米，全部操作采用世界上最先進(jìn)的激光導(dǎo)引無(wú)人運(yùn)輸車系統(tǒng)，實(shí)

14、現(xiàn)了物流的自動(dòng)化和智能化，使海爾集團(tuán)庫(kù)存資金占用從每年15億元降至6億元，杜絕了呆滯物資的產(chǎn)生。這是激光導(dǎo)引無(wú)人運(yùn)輸車向自動(dòng)巷道堆垛機(jī)運(yùn)送產(chǎn)品。高度智能化使立體倉(cāng)庫(kù)僅需要 28名工人就能全部控制。自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)應(yīng)用范圍很廣，幾乎遍布所有行業(yè)。在我國(guó)，自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)應(yīng)用的行業(yè)主 要有機(jī)械、冶金、化工、航空航天、電子、醫(yī)藥、食品加工、煙草、印刷、配送中心、 機(jī)場(chǎng)、港口等。1969年美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（DEC研制書(shū)世界第一臺(tái)可編程控制器，并成功地應(yīng)用 在美國(guó)（GM的生產(chǎn)線上。但當(dāng)時(shí)只能進(jìn)行邏輯運(yùn)算，故稱為可編程邏輯控制器，簡(jiǎn)稱 PLC（ programmable logic controller ）。70年代

15、后期，隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)的迅猛發(fā)展， 使PLC從開(kāi)關(guān)量的邏輯控制擴(kuò) 展到數(shù)字控制及生產(chǎn)過(guò)程控制域，真正成為一種電子計(jì)算機(jī)工業(yè)控制裝置，故稱為可編程控制器，簡(jiǎn)稱PC （programmable controller ）。但由于PC容易與個(gè)人計(jì)算機(jī)（programmable computer）相混淆，故人們?nèi)粤?xí)慣地用 PLC作為可編程器的縮寫(xiě)。1985年國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）對(duì)PLC的定義如下：可編程控制器是一種進(jìn)行數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下的應(yīng)用而設(shè)計(jì)，它采用了可編程序的存儲(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(guò)數(shù)字或模擬式的輸

16、入和輸出，控制各種類型機(jī)械 的生產(chǎn)過(guò)程。PLC是繼電器邏輯控制系統(tǒng)發(fā)展而來(lái)，所以它在數(shù)學(xué)處理、順序控制方面具有一定 優(yōu)勢(shì)。繼電器在控制系統(tǒng)中主要起兩種作用：（1）邏輯運(yùn)算（2）弱電控制強(qiáng)電。PLC是集自動(dòng)控制技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)于一體的一種新型工業(yè)控制裝置， 已躍居工業(yè)自動(dòng)化三大支柱 （PLG ROBOTCAD/CAM的首位。可編程控制器，簡(jiǎn)稱PLG 它在集成電路、計(jì)算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一中新型工業(yè)控制設(shè)備。具有：（1）可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)（2）設(shè)計(jì)、安裝容易，維護(hù)工作量少（3）功能強(qiáng)、通用性（4） 開(kāi)發(fā)周期短，成功率高（5）體積小，重量輕、功耗底等特點(diǎn)。已經(jīng)廣泛應(yīng)用于自動(dòng)化 控

17、制的各個(gè)領(lǐng)域，并已成為實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的支柱產(chǎn)品。與繼電一接觸器系統(tǒng)相比 系統(tǒng)更加可靠；占位空間比繼電一接觸器控制系統(tǒng)?。粌r(jià)格上能與繼電一接觸器控制系 統(tǒng)競(jìng)爭(zhēng)；易于在現(xiàn)場(chǎng)變更程序；便于使用、維護(hù)、維修；能直接推動(dòng)電磁閥、觸器與于 之相當(dāng)?shù)膱?zhí)行機(jī)構(gòu)；能向中央執(zhí)行機(jī)構(gòu)；能向中央數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)直接傳輸數(shù)據(jù)等。因此，進(jìn)行立體倉(cāng)庫(kù)的PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，可以推動(dòng)機(jī)械手行業(yè)的發(fā)展，擴(kuò)大PLC 在自動(dòng)控制領(lǐng)域的應(yīng)用，具有一定的經(jīng)濟(jì)和理論研究的價(jià)值。1.2本課題設(shè)計(jì)的內(nèi)容課題的主要任務(wù)是基于三菱FX2N系列PLC的自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。倉(cāng) 位的主體框架除包括十二個(gè)庫(kù)位外，還配有一個(gè)物品入口位和一個(gè)出口

18、位，并在這十二 個(gè)庫(kù)位的底部均設(shè)置有檢測(cè)開(kāi)關(guān)，若庫(kù)內(nèi)有物品，則壓制相應(yīng)的檢測(cè)開(kāi)關(guān)使之閉合，若 無(wú)物品，則相應(yīng)的檢測(cè)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。1.3本課題設(shè)計(jì)的目的和意義傳統(tǒng)條件下的庫(kù)房管理作業(yè)，主要依據(jù)人工裝卸，特別是對(duì)于一些大型物資，不僅 工作效率低，浪費(fèi)大量的人力、物力，存在較大的安全隱患，同時(shí)還占據(jù)大量的庫(kù)房面 積。立體庫(kù)的投入使用，徹底解決了這一難題。3濱州學(xué)院專科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)(1) 由于能充分利用倉(cāng)庫(kù)的垂直空間，其單位面積存儲(chǔ)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于普通的單層倉(cāng)庫(kù)(一般是單層倉(cāng)庫(kù)的4-7倍)。目前，世界上最高的立體倉(cāng)庫(kù)可達(dá)40多米，容量多達(dá)30 萬(wàn)個(gè)貨位。(2) 倉(cāng)庫(kù)作業(yè)全部實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化，一方面能大大節(jié)

19、省人力，減少勞動(dòng)力費(fèi)用 的支出，另一方面能大大提高作業(yè)效率。(3) 采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行倉(cāng)儲(chǔ)管理，可以方便地做到先進(jìn)先出，并可防止貨物自然老 化、變質(zhì)、生銹，也能避免貨物的丟失。(4) 貨位集中，便于控制與管理，特別是使用電子計(jì)算機(jī)，不但能夠?qū)崿F(xiàn)作業(yè)的自 動(dòng)控制，而且能夠進(jìn)行信息處理。(5) 能更好地適應(yīng)黑暗、低溫、有毒等特殊環(huán)境的要求。例如，膠片廠把膠片卷軸 存放在自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)里，在完全黑暗的條件下，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制可以實(shí)現(xiàn)膠片卷軸的 自動(dòng)出入庫(kù)。(6) 采用托盤(pán)或貨箱存儲(chǔ)貨物，貨物的破損率顯著降低。6濱州學(xué)院專科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)第二章 系統(tǒng)控制方案的確定2.1自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的概述自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)是

20、指在不直接進(jìn)行人工處理的情況下 ，自動(dòng)地完成物品倉(cāng)儲(chǔ)和取出 的系統(tǒng),它以高層立體貨架為主體，以成套搬運(yùn)設(shè)備為基礎(chǔ)，是集自動(dòng)控制技術(shù)、通信技 術(shù)、機(jī)電技術(shù)于一體的高效率、大容量存儲(chǔ)機(jī)構(gòu)。自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的出現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了倉(cāng)庫(kù)功能從單純保管型向綜合流通型的轉(zhuǎn)變。 用PLC控制的自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)達(dá)到倉(cāng)儲(chǔ)技術(shù)的 全面自動(dòng)化。自動(dòng)化立體庫(kù)基本由以下部分組成 ：(1) 土建及公用工程設(shè)施 庫(kù)房。庫(kù)存容量和貨架規(guī)格是庫(kù)房設(shè)計(jì)的主要依據(jù)。 消防系統(tǒng)。對(duì)于自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)而言，由于庫(kù)房規(guī)模大，存儲(chǔ)的貨物和設(shè)備 較多且密度大，而倉(cāng)庫(kù)的管理和操作人員較少，所以倉(cāng)庫(kù)內(nèi)一般都采用自動(dòng)消防系統(tǒng)。 照明系統(tǒng)。 動(dòng)力系統(tǒng)。 通風(fēng)及米暖

21、系統(tǒng)。 其他設(shè)施。如排水設(shè)施、避雷接地設(shè)施和環(huán)境保護(hù)設(shè)施等。(2) 機(jī)械設(shè)備 貨架。 貨箱與托盤(pán)。 巷道機(jī)。 周邊搬運(yùn)設(shè)備。(3) 電氣與電子設(shè)備 檢測(cè)裝置。 信息識(shí)別設(shè)備。 控制裝置。 監(jiān)控及調(diào)度設(shè)備。 計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)。 數(shù)據(jù)通信設(shè)備。 大屏幕顯示器。濱州學(xué)院?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)(論文)2.2采用PLC控制立體倉(cāng)庫(kù)的優(yōu)點(diǎn)(1) 結(jié)構(gòu)靈活，使用方便。(2) 傳輸質(zhì)量高、速度快、帶寬穩(wěn)定，(3) 范圍廣，無(wú)所不在的電力線網(wǎng)絡(luò)也是這種技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。(4) 低成本(5) 適用面廣(6) 可靠性強(qiáng)(7) 抗干擾能力強(qiáng) 2.3系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本步驟立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試的主要步驟:(1) 收集、研究用戶的原始資料(2

22、) 確定自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的主要形式及相關(guān)參數(shù)(3) 合理布置自動(dòng)化立休倉(cāng)庫(kù)的總體布局及物流圖(4) 選擇機(jī)械設(shè)備類型及相關(guān)參數(shù)(5) 初步設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)及倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)(WMS)的各功能模塊(6) 仿真模擬整套系統(tǒng) 2.4系統(tǒng)控制方案立體倉(cāng)庫(kù)的結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)下圖2-1所示:濱州學(xué)院?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文）26堆垛機(jī)動(dòng)自動(dòng)堆垛機(jī)四層三列立體庫(kù)1211稱重儀緊停按鈕 緊停叉中 聯(lián)動(dòng)單動(dòng)手動(dòng)復(fù)位功能伸叉升降行走堆垛機(jī)電源線位g）直動(dòng)&動(dòng) 行走步進(jìn)電升降步進(jìn)電直流開(kāi)頭 堆垛機(jī)控制PLC:Fx-2n-80mr直流開(kāi)頭電源供步進(jìn)機(jī)驅(qū)動(dòng)塊圖2-1立體倉(cāng)庫(kù)結(jié)構(gòu)示意圖本課題所設(shè)計(jì)的立體倉(cāng)庫(kù)具有以下功能：（1）堆垛機(jī)（機(jī)械手

23、）要有三個(gè)自由度，即：前進(jìn)、后退；上、下；左、右；（2）堆垛機(jī)的運(yùn)動(dòng)由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)；（3）堆垛機(jī)前進(jìn)（或后退）運(yùn)動(dòng)和上（或下）運(yùn)動(dòng)可同時(shí)進(jìn)行；（4）堆垛機(jī)前進(jìn)、后退和上、下運(yùn)動(dòng)時(shí)必須有超限位保護(hù)；（5）每個(gè)倉(cāng)位必須有檢測(cè)裝置（微動(dòng)開(kāi)關(guān)），當(dāng)操作有誤時(shí)發(fā)出錯(cuò)誤報(bào)警信號(hào);（6） 當(dāng)按完倉(cāng)位號(hào)后，沒(méi)按入或取前，可以按取消鍵進(jìn)行取消該操作；（7）整個(gè)電氣控制系統(tǒng)必須設(shè)置急停按鈕，以防發(fā)生意外2.5立體倉(cāng)庫(kù)技術(shù)參數(shù)的確定表2-1立體倉(cāng)庫(kù)具體參數(shù)出/入貨柜臺(tái)最重物品20Kg每個(gè)倉(cāng)位的高度4. 5M倉(cāng)位的上下距離1. 5M倉(cāng)位的平行距1. 5M倉(cāng)位的體積4lM可編程控制器（PLC電源24V DC堆垛機(jī)電源2

24、20V AC,50Hz第三章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)是運(yùn)用PLC控制系統(tǒng)來(lái)控制立體倉(cāng)庫(kù)的運(yùn)動(dòng)的方式。能快速的對(duì)輸入信號(hào)做 出反應(yīng)控制立體倉(cāng)庫(kù)，便于檢修。控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖3-1所示。圖3-1控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖3.2可編程控制器（PLC）的選型3.2.1 PLC 概述可編程控制器，英文稱 Programmable Controller ，簡(jiǎn)稱PLC PLC是一種專門(mén)為 在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)它源于繼電器控制技術(shù)。它通過(guò)運(yùn)行存儲(chǔ)在其內(nèi)存中的程序，把經(jīng)輸入電路的物理過(guò)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(guò)輸出電路的物理過(guò)程去實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載的控制。PLC

25、有豐富的指令系統(tǒng)，有各種各樣的I/O接口、通信接口，有大容量的內(nèi)存，有 可靠的自身監(jiān)控系統(tǒng)，因而具有以下基本的功能：（1）邏輯處理功能；（2）數(shù)據(jù)運(yùn)算功能；（3）準(zhǔn)確定時(shí)功能；（4）高速計(jì)數(shù)功能；（5）中斷處理（可以實(shí)現(xiàn)各種內(nèi)外中斷）功能；（6）程序與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能；（7）聯(lián)網(wǎng)通信功能；（8）自檢測(cè)、自診斷功能。322 PLC的選型在PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)確定控制方案，下一步工作就是 PLC工程設(shè)計(jì)選型。工 藝流程的特點(diǎn)和應(yīng)用要求是設(shè)計(jì)選型的主要依據(jù)。因此，工程設(shè)計(jì)選型和估算時(shí)，應(yīng)詳 細(xì)分析工藝過(guò)程的特點(diǎn)、控制要求，明確控制任務(wù)和范圍確定所需的操作和動(dòng)作，然后 根據(jù)控制要求，估算輸入輸出點(diǎn)數(shù)、

26、所需存儲(chǔ)器容量、確定PLC的功能、外部設(shè)備特性等，最后選擇有較高性能價(jià)格比的 PLC和設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制系統(tǒng)。（1）輸入輸出（I/O ）點(diǎn)數(shù)的估算（2）存儲(chǔ)器容量的估算（3）控制功能的選擇該選擇包括運(yùn)算功能、控制功能、通信功能、編程功能、診斷功能和處理速度等特 性的選擇。根據(jù)本課題所設(shè)計(jì)的自動(dòng)門(mén)控制的需要，主要介紹以下幾種功能的選擇。 控制功能 編程功能五種標(biāo)準(zhǔn)化編程語(yǔ)言：順序功能圖（SFC、梯形圖（LD）、功能模塊圖（FBD三種 圖形化語(yǔ)言和語(yǔ)句表（IL、結(jié)構(gòu)文本（ST兩種文本語(yǔ)言。選用的編程語(yǔ)言應(yīng)遵守其 標(biāo)準(zhǔn)（IEC6113123），同時(shí)，還應(yīng)支持多種語(yǔ)言編程形式，如 C, Basic等，以滿

27、足特殊 控制場(chǎng)合的控制要求。 診斷功能PLC的診斷功能的強(qiáng)弱，直接影響對(duì)操作和維護(hù)人員技術(shù)能力的要求，并影響平均維修時(shí)間。323機(jī)型的選擇結(jié)合實(shí)際情況，所選I/O點(diǎn)為80點(diǎn)。因此我所選型號(hào)為FX2N-80MR3.3步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)是數(shù)字控制系統(tǒng)中的執(zhí)行電機(jī)，當(dāng)系統(tǒng)講一個(gè)電脈沖信號(hào)到步進(jìn)電機(jī)定子繞組時(shí)，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)一步，當(dāng)電脈沖安某一相序加到電動(dòng)機(jī)時(shí)，轉(zhuǎn)子沿某一方向轉(zhuǎn)動(dòng)的步 數(shù)等于電脈沖光個(gè)數(shù)。因此，改變輸入脈沖的數(shù)目就能控制步進(jìn)電機(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)電機(jī)轉(zhuǎn)子機(jī)械位移的方向，實(shí)現(xiàn)位置的控 制，實(shí)現(xiàn)寬廣范圍內(nèi)速度的無(wú)極平滑控制。步進(jìn)電機(jī)可分為磁阻式、永磁式和混合

28、式， 步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)可分為：?jiǎn)蜗?、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)電機(jī)的性能，但電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)電源就會(huì)復(fù)雜，成本就會(huì)增加，應(yīng)按 需要合理選用。本系統(tǒng)用步進(jìn)電機(jī)為 42BYG250C型步進(jìn)電機(jī)，其電氣技術(shù)數(shù)據(jù)為： 表3-1 步進(jìn)電機(jī)電氣技術(shù)數(shù)據(jù)電機(jī)型號(hào)相數(shù)步距角靜態(tài)相電流驅(qū)動(dòng)電 壓額定轉(zhuǎn) 矩重量42BYG250C20.9 /1.8 1.5ADC24V0.54N ?M0.36kg3.3.1步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的基本組成和工作原理為了驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，必須由一個(gè)決定電動(dòng)機(jī)速度和旋轉(zhuǎn)角度的脈沖發(fā)生器（在該 立體倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)中采用PLC作脈沖發(fā)生器進(jìn)行位置控制）、一個(gè)使電動(dòng)機(jī)繞

29、組電流按 規(guī)定次序通斷的脈沖分配器、一個(gè)保證電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行的功率放大器，以及一個(gè)直流功率電源等組成一個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器是把控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化為步進(jìn)電機(jī)的角位移，或者說(shuō)： 控制系統(tǒng)每發(fā)一個(gè)脈沖信號(hào)，通過(guò)驅(qū)動(dòng)器就使步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一步距角。所以步進(jìn)電 機(jī)的轉(zhuǎn)速與脈沖信號(hào)的頻率成正比。所以設(shè)計(jì)中采用北京斯達(dá)特機(jī)電科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的SH系列步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，SH-2H057主要由電源輸入部分、信號(hào)輸入部分、輸出部分組成。SH-2H057步進(jìn)電機(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，這種結(jié)構(gòu)為封閉的超小型結(jié) 構(gòu)，本身不帶風(fēng)機(jī)，其外殼即為散熱體，所以使用時(shí)要將其固定在較厚、較大的

30、金屬板 上或較厚的機(jī)柜內(nèi)，接觸面之間要涂上導(dǎo)熱硅脂，在棋盤(pán)邊加一個(gè)風(fēng)機(jī)也是一種較好的 散熱辦法。此步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的電氣技術(shù)數(shù)據(jù)為：表3-2 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器電氣技術(shù)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)器型號(hào)相數(shù)類別細(xì)分?jǐn)?shù)（通 過(guò)撥位開(kāi)關(guān) 設(shè)定）最大相電流 開(kāi)關(guān)設(shè)定工作電源SH-2H057二相或四相混合式二相八拍3.0A一組直流DC(24V-40V)3.4傳感器在該立體倉(cāng)庫(kù)中采用歐姆龍EE-SPY4 0凹槽型、反射型接插件式傳感器作貨物檢測(cè),它采用能抗周圍外來(lái)光干擾的變調(diào)光式；采用變調(diào)光式，與直流光式比，不易受外來(lái)光 干擾的影響；電源電壓為DC5-24V的大量程電壓輸出型；帶有容易調(diào)整的光軸標(biāo)識(shí)；帶有便于調(diào)整，動(dòng)作確認(rèn)入光顯

31、示燈；反射式傳感器的時(shí)間圖和輸出回路圖如圖 3-2所示。搐出回略時(shí)光圖:入光呈示燈 紅）廠1-1 5-3nlVI負(fù)載1躍電器電壓輸岀圖3-2反射式傳感器的時(shí)間圖和輸出回路圖它有三根連接線（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)，當(dāng)與擋塊接近時(shí)輸出電平為低電平，否則為高電平。需要注意檢測(cè)距離不要離傳感器太近，否則傳感器不能動(dòng)作；連接是采用接插件方式，千萬(wàn)不要對(duì)端子（讀出頭）進(jìn)行焊接。3.5微動(dòng)開(kāi)關(guān)的選擇在該立體倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)中共有13個(gè)倉(cāng)位（四層十二個(gè)倉(cāng)位加0號(hào)倉(cāng)位）分別采用13只微動(dòng)開(kāi)關(guān)作為貨物檢測(cè)，當(dāng)有貨物時(shí)相應(yīng)開(kāi)關(guān)動(dòng)作，其信號(hào)對(duì)應(yīng)PLC的輸入點(diǎn)是X22-X36;另

32、外為保險(xiǎn)起見(jiàn)，在X軸的左限位和Y軸的下限位處還分別加裝了 1只微動(dòng)開(kāi)關(guān)作限位保護(hù),3-3所示。3.6 PLC輸入輸出分配表根據(jù)本課題PLC輸入輸出的控制要求，得出PLC輸入輸出I/O分配，如表3-4所示表3-4 PLC輸入輸出I/O分配X0啟動(dòng)X24檢驗(yàn)2號(hào)倉(cāng)庫(kù)Y0前 進(jìn)X1手動(dòng)/自動(dòng)X25檢驗(yàn)3號(hào)倉(cāng)庫(kù)Y1后退X2取出X26檢驗(yàn)4號(hào)倉(cāng)庫(kù)Y2向上X3送進(jìn)X27檢驗(yàn)5號(hào)倉(cāng)庫(kù)Y3向下X4取消X30檢驗(yàn)6號(hào)倉(cāng)庫(kù)Y4送進(jìn)X5急停X31檢驗(yàn)7號(hào)倉(cāng)庫(kù)Y5取出X61號(hào)倉(cāng)庫(kù)的鍵X32檢驗(yàn)8號(hào)倉(cāng)庫(kù)Y6顯示取出X72號(hào)倉(cāng)庫(kù)的鍵X33檢驗(yàn)9號(hào)倉(cāng)庫(kù)Y7顯示送進(jìn)X103號(hào)倉(cāng)庫(kù)的鍵X34檢驗(yàn)10號(hào)倉(cāng)庫(kù)Y10顯示操作錯(cuò)誤X1

33、14號(hào)倉(cāng)庫(kù)的鍵X35檢驗(yàn)11號(hào)倉(cāng)庫(kù)Y11顯示1號(hào)倉(cāng)庫(kù)X125號(hào)倉(cāng)庫(kù)的鍵X36檢驗(yàn)12號(hào)倉(cāng)庫(kù)Y12顯示2號(hào)倉(cāng)庫(kù)X136號(hào)倉(cāng)庫(kù)的鍵X37前進(jìn)限制Y13顯示3號(hào)倉(cāng)庫(kù)X147號(hào)倉(cāng)庫(kù)的鍵X40后退限制Y14顯示4號(hào)倉(cāng)庫(kù)X158號(hào)倉(cāng)庫(kù)的鍵X41后退超過(guò)Y15顯示5號(hào)倉(cāng)庫(kù)X169號(hào)倉(cāng)庫(kù)的鍵X42向上限制Y16顯示6號(hào)倉(cāng)庫(kù)X1710號(hào)倉(cāng)庫(kù)的鍵X43向下限制Y17顯示7號(hào)倉(cāng)庫(kù)X2011號(hào)倉(cāng)庫(kù)的鍵X44向下超過(guò)Y20顯示8號(hào)倉(cāng)庫(kù)X2112號(hào)倉(cāng)庫(kù)的鍵X45前時(shí)限制Y21顯示9號(hào)倉(cāng)庫(kù)X22檢驗(yàn)0號(hào)倉(cāng)庫(kù)X46取出限制Y22顯示10號(hào)倉(cāng)庫(kù)X23檢驗(yàn)1號(hào)倉(cāng)庫(kù)X47取岀超過(guò)Y23顯示11號(hào)倉(cāng)庫(kù)Y24顯示12號(hào)倉(cāng)庫(kù)3.7電氣原

34、理圖的設(shè)計(jì)啟根據(jù)立本倉(cāng)庫(kù)的課題設(shè)計(jì)要求得出如下圖3-4電氣原理圖 急停SB5SB1EEESB2限制開(kāi)關(guān)X0X5X.2 X.3X4X37 X40X41 X42 X43 X44X45 X46 X47 X6 X21X22 X36X1PLC FX2N-80MRCPDIROPTO圖3-4電氣原理圖第四章系統(tǒng)控制軟件設(shè)計(jì)4.1PLC梯形圖概述梯形圖是通過(guò)連線把PLC指令的梯形圖符號(hào)連接在一起的連通圖，用以表達(dá)所使用 的PLC指令及其前后順序，它與電氣原理圖和相似。它的連線有兩種：一為母線，另一 為內(nèi)部橫豎線。開(kāi)關(guān)量：按電壓水平分，有220VAC 110VAC 24VDC按隔離方式分，有繼電器隔 離和晶體管

35、隔離。模擬量：按其精度可分為12bit、14bit、16bit等；按信號(hào)類型可分為電流型 （4-20mA,0-20mA）、電壓型（0-10V,0-5V,-10-10V） 等。除了上述通用I/O夕卜，還有特殊 I/O模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。梯形圖兩側(cè)的垂直公共線稱為母線（Bus bar）。 根據(jù)梯形圖中各觸點(diǎn)的狀態(tài)和邏輯關(guān)系，求出與圖中各線圈對(duì)應(yīng)的編程元件的狀態(tài)，稱 為梯形圖的邏輯解算。梯形圖中邏輯解算是按從左至右、從上到下的順序進(jìn)行的。PLC與電氣回路的接口，是通過(guò)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)，輸出點(diǎn)反映輸出鎖

36、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(kāi)關(guān)量輸入（DI），開(kāi) 關(guān)量輸出（DO,模擬量輸入（AI），模擬量輸出（AO等模塊。4.2系統(tǒng)流程圖根據(jù)系統(tǒng)工作過(guò)程的分析得出，示意圖 4-1所示圖4-1系統(tǒng)流程圖4.3梯形圖的設(shè)計(jì)本系統(tǒng)運(yùn)用SWOPC-FXGP/WIN編程軟件進(jìn)行梯形圖順控程序編寫(xiě)，在編寫(xiě)梯形圖 的過(guò)程中遵循以下編程規(guī)則：1. 每個(gè)繼電器的線圈和它的觸點(diǎn)均用同一編號(hào)，每個(gè)元件的觸點(diǎn)使用時(shí)沒(méi)有數(shù)量限制。2. 梯形圖每一行都是從左邊開(kāi)始，線圈接在最右邊（線圈右邊不允許再有觸點(diǎn)）。3. 線圈不能直接接在左邊母線上。4. 在梯形圖中沒(méi)有真實(shí)的電流流動(dòng)

37、，為了便于分析，假定在梯形圖中有“電流”流 動(dòng)，這個(gè)“電流”只能在梯形圖中單方向流動(dòng)。具體梯形圖見(jiàn)附錄。第五章系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)論5.1梯形圖程序的下載5.1.1傳輸設(shè)置要將編制好的程序下載到PLC必須先進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)置。先將 PLC與計(jì)算機(jī)的串 口互連，然后單擊在線卜傳輸設(shè)置，可以進(jìn)入傳輸設(shè)置對(duì)話框，進(jìn)行FX2n PLC設(shè) 備與網(wǎng)絡(luò)傳輸參數(shù)設(shè)定，可以進(jìn)行 PLC和計(jì)算機(jī)的串口通信口及通信方式的設(shè)定，可以 進(jìn)行其他網(wǎng)絡(luò)站點(diǎn)的設(shè)定，還可以實(shí)現(xiàn)通信測(cè)試。5.1.2梯形圖寫(xiě)入PLC單擊在線-PLC寫(xiě)入，就可以打開(kāi)“ PLC寫(xiě)入”對(duì)話框，進(jìn)行相關(guān)設(shè)置并執(zhí)行， 就可將GX Developer中已編好的程序?qū)懭?PLC如圖5.1所示。選中要下載到PLC的內(nèi)容，單擊執(zhí)行就可以將寫(xiě)好的梯形圖程序下載到 PLC的 CPU 中。圖5-1 PLC寫(xiě)入5.2程序運(yùn)行過(guò)程記錄待程序全部寫(xiě)入PLC之后，首先運(yùn)用PLC的編程軟件進(jìn)行模擬調(diào)試，模擬調(diào)試成功以后，接上外部接線進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的具體情況如下表所示：表5-1程序運(yùn)行過(guò)程記錄PLC元件狀態(tài)運(yùn)行結(jié)果X0ON啟動(dòng)X1ON手動(dòng)/自動(dòng)X2ON取出X3ON送進(jìn)X4ON取消X5ON急停X6ON1號(hào)倉(cāng)庫(kù)的鍵X7ON2號(hào)倉(cāng)庫(kù)的鍵X10ON3號(hào)倉(cāng)庫(kù)的鍵X11ON4號(hào)倉(cāng)庫(kù)的鍵X12ON5號(hào)倉(cāng)庫(kù)的鍵X13ON6