基于PLC的立體倉(cāng)庫(kù)堆垛機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 一一一一、設(shè)計(jì)題目設(shè)計(jì)題目設(shè)計(jì)題目設(shè)計(jì)題目：基于基于基于基于PLC的立體倉(cāng)庫(kù)堆垛機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的立體倉(cāng)庫(kù)堆垛機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的立體倉(cāng)庫(kù)堆垛機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的立體倉(cāng)庫(kù)堆垛機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)二、畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的 1設(shè)計(jì)一個(gè)立體倉(cāng)庫(kù)堆垛機(jī)控制系統(tǒng)； 2水平移動(dòng)、垂直移動(dòng)及伸叉機(jī)機(jī)構(gòu)分別由220W 的三相交流異步電動(dòng)機(jī)、200W 的單相交流異步電動(dòng)機(jī)和二相混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)；3上述電機(jī)由西門子S7-226型PLC控制，其中水平移動(dòng)、垂直移動(dòng)由PLC通過(guò)變頻器控制，步進(jìn)電機(jī)由步進(jìn)驅(qū)動(dòng)模塊進(jìn)行自動(dòng)控制。 三、主要設(shè)計(jì)內(nèi)容主要設(shè)計(jì)內(nèi)容主要設(shè)計(jì)內(nèi)容主要

2、設(shè)計(jì)內(nèi)容 1變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)；2貨叉伸縮控制；3PLC控制程序編寫(xiě)與調(diào)試；四、重點(diǎn)研究問(wèn)題重點(diǎn)研究問(wèn)題重點(diǎn)研究問(wèn)題重點(diǎn)研究問(wèn)題 PLC控制，確定設(shè)計(jì)方案，完成各功能單元的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，參數(shù)計(jì)算和元件選擇。 五、主要技術(shù)指標(biāo)或主要設(shè)計(jì)參數(shù)主要技術(shù)指標(biāo)或主要設(shè)計(jì)參數(shù)主要技術(shù)指標(biāo)或主要設(shè)計(jì)參數(shù)主要技術(shù)指標(biāo)或主要設(shè)計(jì)參數(shù) 堆垛機(jī)運(yùn)行的速度范圍：水平方向：2mmin-360mmin；垂直方向：2mmin-80mmin；貨叉： 2mmin-60mmin 六、設(shè)計(jì)成果要求設(shè)計(jì)成果要求設(shè)計(jì)成果要求設(shè)計(jì)成果要求 1畢業(yè)設(shè)計(jì)論文要求字?jǐn)?shù)為1000015000字，論文格式參照華北水利水電學(xué)院關(guān)于本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文格式要求

3、；2系統(tǒng)電氣原理圖，要求用0#圖紙（按國(guó)標(biāo)要求繪制）；3各部分環(huán)節(jié)的工作原理及調(diào)試故障分析及排除方法；4畢業(yè)設(shè)計(jì)論文內(nèi)插圖必須用電腦制作；I華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)I 基于基于基于基于PLC的立體倉(cāng)庫(kù)堆垛機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的立體倉(cāng)庫(kù)堆垛機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的立體倉(cāng)庫(kù)堆垛機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的立體倉(cāng)庫(kù)堆垛機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘摘摘摘 要要要要 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)是立體倉(cāng)庫(kù)的關(guān)鍵組成部分，堆垛機(jī)性能的優(yōu)劣對(duì)整個(gè)立體倉(cāng)庫(kù)的運(yùn)行起到至關(guān)重要的作用，所以設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)自動(dòng)化程度較高的堆垛機(jī)控制系統(tǒng)成為當(dāng)前立體倉(cāng)庫(kù)的發(fā)展趨勢(shì)，開(kāi)展與此有關(guān)的研究具有重要的理論和應(yīng)用價(jià)值。本文基于現(xiàn)代

4、物流技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展要求，介紹自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的應(yīng)用及其功能和作用，結(jié)合現(xiàn)代科技的發(fā)展，著重研究自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)堆垛機(jī)控制系統(tǒng)的控制技術(shù)。本文詳細(xì)闡述了本控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想，以及整個(gè)系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)和軟件設(shè)計(jì)。論文依據(jù)立體倉(cāng)庫(kù)的有關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)，對(duì)堆垛機(jī)電氣控制的硬件系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，為了提高堆垛機(jī)的性能，本文采用了轉(zhuǎn)速、位置反饋的雙閉環(huán)控制，以滿足系統(tǒng)的調(diào)速要求。系統(tǒng)的水平認(rèn)址采用激光測(cè)距傳感器定位，垂直認(rèn)址采用光電開(kāi)關(guān)和認(rèn)址片組合定位。變頻調(diào)速系統(tǒng)由S7-226PLC及其擴(kuò)展模塊EM235通過(guò)變頻器MM440控制交流電動(dòng)機(jī)，采用光電編碼器反饋轉(zhuǎn)速信號(hào)，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制。貨叉伸叉系統(tǒng)由S7-226PLC

5、通過(guò)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器SH-20403控制二相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。根據(jù)系統(tǒng)的控制要求進(jìn)行了PLC、變頻器、電機(jī)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的選型，并給出了系統(tǒng)的硬件接線圖，然后利用西門子的編程軟件step7設(shè)計(jì)了堆垛機(jī)控制程序。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞 自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)，堆垛機(jī)， PLCII華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)II Abstract In modern logistics warehousing systems, automated storage is increasinglywidespread. Hay stackers are the key equipments, Performance of

6、the stacker playsan important role. Design and Development of a higher degree of automationStacker Control System become Warehouse trend of development, Thereforerelated research has important theory and application value. This paper introducesapplication and performance of automated High-rise Wareh

7、ouse basing onapplication and development requirement of modern logistics techniques. And putsemphasis on the researching of control techniques in automated High-riseWarehouse stacker combining modern science and techniques. This paperelaborated on the design of the system of control, as well as the

8、 implementation ofthe system's hardware and the design of the software.Based on the parameter related to the automated storage, this paper presentedthe hardware system of stacker electrical control. Speed of the stacker was thebasic. In order to improve the performance of the stacker, the system

9、 adopts thespeed, position, double feedback control. The horizontal recognize addresses ofsystem using laser rangefinder sensor positioning, and vertical recognition usingphotoelectric switches and address piece combination addressing. Speed-adjustedsystem by S7-226PLC and its extension module EM235

10、 through transducerMM440 control ac motor. Goods fork system is by S7-226PLC binary systemthrough stepping motor driver SH - 20403 control two-phase hybrid steppingmotor. According to the requirements of the control system, this paper completedthe selection of PLC，frequency converter, the motor and

11、its controller. Andpresents the system hardware hookup. Then use the software of Siemens step7designs the stacker control procedures.Key Words: Automated Storage and Retrieval System， Stacker， PLC1華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)目目目目 錄錄錄錄 摘 要 . I Abstract . II 第一章 緒論 . 11.1 自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的概述 . 11.1.1 自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的組成 . 11.1.2 自動(dòng)

12、化立體倉(cāng)庫(kù)的優(yōu)點(diǎn) . 21.1.3 自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的發(fā)展 . 21.2 堆垛機(jī)概述 . 31.2.1 堆垛機(jī)的發(fā)展 . 31.2.2 堆垛機(jī)技術(shù)的研究現(xiàn)狀 . 31.3 本文研究的主要內(nèi)容 . 4 第二章堆垛機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) . 52.1 控制技術(shù)要求和系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) . 52.2 堆垛機(jī)位置控制 . 72.2.1 定位控制 . 72.2.2 認(rèn)址檢測(cè)方式 . 82.2.3 認(rèn)址方式確認(rèn) . 92.2.4 堆垛機(jī)速度曲線分析 . 102.3 PLC及資源配置 .112.3.1 S7-200系列PLC概述 .112.3.2 CPU型號(hào)選擇 . 122.3.3 PLC模塊選型 . 132.4 堆

13、垛機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) . 142.4.1 變頻器的選型 . 142.4.2 水平方向變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) . 152.4.3 垂直方向變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) . 172.5 堆垛機(jī)貨叉控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) . 19 2華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)2.6安全檢測(cè)傳感器的應(yīng)用 . 202.7 元器件的選型 . 212.8 通信方案的確定 . 222.9 輸入輸出點(diǎn)分配 . 232.10 本章小節(jié) . 24 第三章堆垛機(jī)控制程序設(shè)計(jì) . 253.1 堆垛機(jī)自檢和復(fù)位/歸位程序 . 273.1.1 堆垛機(jī)自檢程序 . 273.1.2 堆垛機(jī)復(fù)位/歸位程序 . 283.2 自動(dòng)方式下的堆垛機(jī)運(yùn)行控制 . 293.2.1

14、 列向運(yùn)行PLC程序?qū)崿F(xiàn) . 293.2.2 行向運(yùn)行PLC程序?qū)崿F(xiàn) . 313.2.3 貨叉伸縮控制PLC程序?qū)崿F(xiàn) . 323.3 手動(dòng)方式下的堆垛機(jī)運(yùn)行控制 . 343.4 本章小節(jié) . 35 總結(jié). 36 參考文獻(xiàn) . 37 致 謝 . 38 附錄一 外文翻譯 . 39附錄二 堆垛機(jī)入庫(kù)作業(yè)流程圖 . 481華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)第1頁(yè) 第一章第一章第一章第一章 緒論緒論緒論緒論 1.1 自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的概述自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的概述自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的概述自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的概述 在現(xiàn)代物流系統(tǒng)中，自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)是一個(gè)重要的組成部分，它是一種新型的倉(cāng)儲(chǔ)技術(shù)。自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)又稱為自動(dòng)存儲(chǔ)/檢索

15、系統(tǒng)（Automated Storage &Retrieval System，AS/RS）。它是物料搬運(yùn)和倉(cāng)儲(chǔ)科學(xué)中的一門綜合科學(xué)技術(shù)工程。它以高層貨架為主要標(biāo)志，配以成套的先進(jìn)搬運(yùn)設(shè)備，以先進(jìn)的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)為主要手段，由此組成高頻率、大容量的科學(xué)存儲(chǔ)，以適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)、物資交流和倉(cāng)儲(chǔ)的需求。 1.1.1自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的組成自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的組成自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的組成自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的組成 立體倉(cāng)庫(kù)是指：采用高層貨架儲(chǔ)存貨物，用起重、裝卸、運(yùn)輸機(jī)械設(shè)備進(jìn)行貨物出庫(kù)和入庫(kù)作業(yè)的倉(cāng)庫(kù)。這類倉(cāng)庫(kù)主要通過(guò)高層貨架充分利用空間進(jìn)行存取貨物，所以被成為立體倉(cāng)庫(kù)。目前，立體倉(cāng)庫(kù)最大高度能達(dá)到40多米，最

16、大庫(kù)存數(shù)可達(dá)數(shù)萬(wàn)個(gè)貨物單位，可以實(shí)現(xiàn)按計(jì)劃入庫(kù)和出庫(kù)的全自動(dòng)化控制，以及無(wú)人操作的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化管理。其主要的組成部分有高層貨架、倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)械設(shè)備、控制及管理設(shè)施。（1）貨架倉(cāng)儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展由平面轉(zhuǎn)向高層立體化以后，高層貨架為倉(cāng)庫(kù)的主體和標(biāo)志，貨架越高，存儲(chǔ)量越大。貨架在物流及倉(cāng)儲(chǔ)中占有非常重要的地位，目前的貨架具有多種功能，以滿足機(jī)械化和自動(dòng)化的要求。主要的貨架類型有單元式貨架、貫通式貨架與旋轉(zhuǎn)式貨架。為了提高貨物裝卸、存取效率，自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)一般使用貨箱或托盤盛放貨物。貨箱和托盤的基本功能是盛放小件物料，同時(shí)還應(yīng)便于運(yùn)輸車和堆垛機(jī)的插取和存放。（2）倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)械設(shè)備自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的主要搬運(yùn)設(shè)備是巷道式

17、堆垛機(jī)，其主要用途是在高層貨架的巷道內(nèi)來(lái)回穿梭運(yùn)行，將位于巷道口的貨物存放入貨格中，或者將貨物取出運(yùn)送到巷道口。輸送系統(tǒng)必須是具有高度的可靠性，在立體倉(cāng)庫(kù)中一般只有一套輸送系統(tǒng)，所以應(yīng)保證輸送系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)上的設(shè)備可靠、耐用、維修方便，并且還應(yīng)該對(duì)輸送系統(tǒng)設(shè)置手動(dòng)控制做后備。自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)中的貨物輸送裝置主要有傳送帶、各種流動(dòng)小車及AGV等，短距離的傳送還可以采用機(jī)器人。2華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)第2頁(yè) （3）控制及管理設(shè)施控制管理系統(tǒng)采用分布式控制，即由管理計(jì)算機(jī)、中央控制計(jì)算機(jī)和直接控制堆垛機(jī)、入/出庫(kù)輸送機(jī)等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的控制器組成控制系統(tǒng)。管理計(jì)算機(jī)是立體倉(cāng)庫(kù)的管理中心，承擔(dān)著入/出庫(kù)

18、管理、盤庫(kù)管理、查詢、打印及顯示、經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)的計(jì)算分析等功能，包括在線管理和離線管理；中央控制計(jì)算機(jī)是立體倉(cāng)庫(kù)的控制中心，他溝通并協(xié)調(diào)管理計(jì)算機(jī)、堆垛機(jī)、入/出輸送機(jī)等設(shè)備之間的聯(lián)系，控制和監(jiān)視著整個(gè)立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)的運(yùn)行。 1.1.2自動(dòng)化立體自動(dòng)化立體自動(dòng)化立體自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的優(yōu)點(diǎn)倉(cāng)庫(kù)的優(yōu)點(diǎn)倉(cāng)庫(kù)的優(yōu)點(diǎn)倉(cāng)庫(kù)的優(yōu)點(diǎn) 事實(shí)證明采用自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)能夠產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1） 層貨架：立體倉(cāng)庫(kù)由于使用了高層貨架存儲(chǔ)貨物，存儲(chǔ)區(qū)可以大幅度的向空間發(fā)展，充分利用了倉(cāng)庫(kù)的空間，提高了空間利用率。（2） 自動(dòng)存取：自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)使用機(jī)械和自動(dòng)化設(shè)備，運(yùn)行和處理速度快，提高了

19、作業(yè)效率。（3） 計(jì)算機(jī)控制與管理：計(jì)算機(jī)能夠準(zhǔn)確無(wú)誤的對(duì)倉(cāng)庫(kù)的各種信息進(jìn)行存儲(chǔ)和管理，不僅降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，還減少了貨單處理和信息處理過(guò)程中的差錯(cuò)，從而提高了倉(cāng)庫(kù)的管理水平。（4） 節(jié)約成本：作業(yè)效率的提高勢(shì)必會(huì)降低貨物儲(chǔ)存的成本費(fèi)用，由此也提高了企業(yè)的現(xiàn)代化物流意識(shí)。 1.1.3自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的發(fā)展自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的發(fā)展自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的發(fā)展自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的發(fā)展 高層貨架倉(cāng)庫(kù)的出現(xiàn)和發(fā)展是第二次世界大戰(zhàn)以后生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展的結(jié)果。在生產(chǎn)發(fā)張的實(shí)際需要和科技水平發(fā)展的現(xiàn)實(shí)可能下，五十年代初開(kāi)始出現(xiàn)了自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)。1950年美國(guó)首先產(chǎn)生手動(dòng)控制的橋式堆垛機(jī)起重機(jī)，與此同時(shí)提出了高層貨架的概念

20、，被認(rèn)為是自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)的雛形。1960年以后巷道式堆垛機(jī)逐漸代替了橋式堆垛機(jī)，此后堆垛機(jī)的使用范圍和性能有了很大的發(fā)展，尤其是在日本，自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)發(fā)展迅速，目前日本的自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)技術(shù)和自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)的擁有量都位居世界前列。自動(dòng)化技術(shù)在倉(cāng)儲(chǔ)領(lǐng)域中的發(fā)展分為五個(gè)階段：人工倉(cāng)儲(chǔ)階段、自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)階段、集成化倉(cāng)儲(chǔ)階段和智能化階段。其中智能自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)在九十年代后期以及二十一世紀(jì)的若干年內(nèi)，是倉(cāng)儲(chǔ)自動(dòng)化技術(shù)的主要發(fā)展方向。 3華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)第3頁(yè) 我國(guó)對(duì)自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)及其物料搬運(yùn)設(shè)備的研制并不晚，1963年研制成第一臺(tái)橋式堆垛起重機(jī)(機(jī)械部北京起重運(yùn)輸機(jī)械研究所)，1973年開(kāi)始研制我國(guó)第一座由計(jì)

21、算機(jī)控制的自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)(高巧米，機(jī)械部起重所負(fù)責(zé))，該庫(kù)1980年投入運(yùn)行。 1.2堆垛機(jī)概述堆垛機(jī)概述堆垛機(jī)概述堆垛機(jī)概述 堆垛機(jī)是自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)的重要組成部分，它是整個(gè)系統(tǒng)的執(zhí)行部件，存貨時(shí)將貨物從出入貨臺(tái)準(zhǔn)確的存放到貨位里，取貨時(shí)將貨物從貨位中取回到出入貨臺(tái)。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。它是在所謂高層、高速、高密度儲(chǔ)藏的概念下的產(chǎn)物。盡管各廠家各有獨(dú)創(chuàng)，結(jié)構(gòu)形式有些差異，但可以說(shuō)大同小異，所有的堆垛機(jī)都不外乎由機(jī)架、載貨臺(tái)、伸縮貨叉、軌道和控制系統(tǒng)等部分組成。 1.2.1堆垛機(jī)的發(fā)展堆垛機(jī)的發(fā)展堆垛機(jī)的發(fā)展堆

22、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，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)了巷道式堆垛機(jī)，隨后巷道式堆垛機(jī)逐漸替代了受重量和跨度限制的橋式堆垛機(jī)。1967年日本安裝了高度1015米的高層堆垛機(jī)，1969年出現(xiàn)了聯(lián)機(jī)全自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)，我國(guó)是在上世紀(jì)70年代初期開(kāi)始研究采用巷道式堆垛機(jī)的立體倉(cāng)庫(kù)。目前的堆垛機(jī)技術(shù)取得了重大的發(fā)展，控制技術(shù)、定位精度、運(yùn)行速度都得到了很大程度的提高。巷道式堆垛機(jī)的起升速度已經(jīng)可以達(dá)到90m/min，運(yùn)行速度達(dá)到240m/min，在有的立體倉(cāng)庫(kù)中采用上、下兩層分別用巷道堆垛機(jī)進(jìn)行搬運(yùn)作業(yè)的方

23、法提高出入庫(kù)能力。 1.2.2堆垛機(jī)技術(shù)的研究現(xiàn)狀堆垛機(jī)技術(shù)的研究現(xiàn)狀堆垛機(jī)技術(shù)的研究現(xiàn)狀堆垛機(jī)技術(shù)的研究現(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。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、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550m/min提升至4160m/min

24、，國(guó)外小載重量的堆垛機(jī)最高可達(dá)300m/min；4華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)第4頁(yè) 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416m/min提升至025m/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提升至435m/min；在堆垛機(jī)自動(dòng)控制方面還采用閉環(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；提升速度在080m/min；貨叉速度一直保持在030m/min；認(rèn)址采用光電探測(cè)，精度不足，認(rèn)址差錯(cuò)率高。 1.3本文研究的主要內(nèi)容本文研究的主要內(nèi)容本文研究的主要內(nèi)容本文研究的

25、主要內(nèi)容 課題的研究目標(biāo)是設(shè)計(jì)安全可靠，具有經(jīng)濟(jì)性能和操作性能良好的堆垛機(jī)控制系統(tǒng)。主要內(nèi)容如下：(1) 介紹自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)和堆垛機(jī)的一般概念和基本組，以及國(guó)內(nèi)外立體倉(cāng)庫(kù)和堆垛機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀，簡(jiǎn)單介紹了立體倉(cāng)庫(kù)的發(fā)展方向。(2) 對(duì)堆垛機(jī)在水平方向和垂直方向運(yùn)行進(jìn)行速度控制，根據(jù)運(yùn)行的目的地址和當(dāng)前地址之間的比較，選擇合適的變頻器，對(duì)電機(jī)的運(yùn)行速度進(jìn)行控制。并在應(yīng)用新的定位方式的基礎(chǔ)上，對(duì)變頻調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行位置速度雙閉環(huán)控制，并解決新方案中的硬件設(shè)置問(wèn)題。由PLC輸出高速脈沖和貨叉方向改變信號(hào)控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)左伸和右伸，以及貨叉的伸縮速度。(3) 設(shè)計(jì)了堆垛機(jī)運(yùn)行系統(tǒng)的控制程序，包括堆垛機(jī)各種工作方

26、式下的控制程序。 5華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)第5頁(yè) 第二章第二章第二章第二章 堆垛機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)堆垛機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)堆垛機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)堆垛機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 2.1 控制技術(shù)要求和系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)控制技術(shù)要求和系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)控制技術(shù)要求和系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)控制技術(shù)要求和系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) （1）本系統(tǒng)中堆垛機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)由水平運(yùn)行的行走機(jī)構(gòu)，垂直運(yùn)行的起升機(jī)構(gòu)及取送貨的伸叉機(jī)構(gòu)三部分組成。水平部分運(yùn)動(dòng)電機(jī)和垂直部分運(yùn)動(dòng)電機(jī)分別采用220W的三相交流異步電動(dòng)機(jī)和200W的單相交流異步電動(dòng)機(jī)，由西門子S7-200PLC通過(guò)變頻器進(jìn)行控制。伸叉機(jī)構(gòu)電機(jī)采用兩相混合式步進(jìn)電機(jī)，由西門子S7-200通

27、過(guò)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行控制。由堆垛機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)特點(diǎn)及工作要求可知，能否保證堆垛機(jī)的穩(wěn)定工作，關(guān)鍵在堆垛機(jī)的三維位置移動(dòng)定位的精確性。主要技術(shù)指標(biāo)和和主要設(shè)計(jì)參數(shù)堆垛機(jī)運(yùn)行的速度范圍：水平方向：2m/min360m/min；垂直方向：2m/min80/min；貨叉：2m/min60/min（2）本文堆垛機(jī)的控制方式有自動(dòng)和手動(dòng)控制。 手動(dòng)方式通過(guò)堆垛機(jī)的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)及按鈕控制堆垛機(jī)水平和提升運(yùn)動(dòng)及貨叉伸縮。同時(shí)運(yùn)動(dòng)速度也可以手動(dòng)選擇。手動(dòng)操作時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)給予相應(yīng)的警示信號(hào)。同時(shí)系統(tǒng)將解除大部分的保護(hù)控制。手動(dòng)操作主要用于安裝、調(diào)試和排除故障。 單機(jī)自動(dòng)用人機(jī)界面對(duì)堆垛機(jī)進(jìn)行全自動(dòng)的控制，控制系統(tǒng)根據(jù)用戶輸

28、入的參數(shù)進(jìn)行全自動(dòng)的取送貨動(dòng)作。界面操作時(shí)，應(yīng)具備對(duì)貨物的單送、單取操作。人機(jī)界面應(yīng)具備實(shí)時(shí)顯示設(shè)備運(yùn)行工況，故障及歷史故障查詢等功能。（3）在本文設(shè)計(jì)的堆垛機(jī)控制系統(tǒng)中上位機(jī)完成的只是數(shù)據(jù)輸入和傳送，主要的控制任務(wù)是由PLC來(lái)完成。 作業(yè)命令處理：確定作業(yè)狀態(tài)時(shí)自動(dòng)還是手動(dòng)；確定作業(yè)指令是存貨入庫(kù)還是取貨出庫(kù)；確定作業(yè)地址包括列地址和層地址。 位置技術(shù)及判斷：沿著堆垛機(jī)的行進(jìn)方向和載貨臺(tái)的升降方向設(shè)置認(rèn)址片，PLC通過(guò)檢測(cè)認(rèn)址片來(lái)判斷堆垛機(jī)位置和載貨臺(tái)的位置，每經(jīng)過(guò)一個(gè)認(rèn)址片，PLC的高速計(jì)數(shù)器就自動(dòng)計(jì)數(shù)一次，前進(jìn)加一，后退減一，上升加一，下降減一。到達(dá)預(yù)定位置后，堆垛6華北水利水電學(xué)院畢業(yè)

29、設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)第6頁(yè) 機(jī)停車。 速度調(diào)整和準(zhǔn)確停車：根據(jù)堆垛機(jī)和目標(biāo)位置的距離，PLC輸出速度調(diào)整的控制信號(hào)給變頻器，通過(guò)變頻器控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，在停車之前先把堆垛機(jī)的運(yùn)行速度降低到低速檔，使堆垛機(jī)以低速接近目標(biāo)位置，保證堆垛機(jī)的穩(wěn)定性。 作業(yè)任務(wù)的順序邏輯控制：按照入庫(kù)、出庫(kù)的作業(yè)順序，確定各輸出點(diǎn)的得電狀態(tài)，完成作業(yè)順序的邏輯控制。 安全保護(hù)：水平行走、載貨臺(tái)升降及貨叉的伸縮等都有限位保護(hù)。 PLC還有工作故障報(bào)警功能。本系統(tǒng)由上位監(jiān)控級(jí)與直接控制級(jí)組成。監(jiān)控級(jí)對(duì)通訊、流程進(jìn)行控制，并進(jìn)行實(shí)時(shí)圖像顯示，直接控制級(jí)是由PLC(可編程序控制器)組成的控制系統(tǒng)對(duì)各設(shè)備進(jìn)行單機(jī)自動(dòng)操作。采用組態(tài)王6.5

30、2建立監(jiān)控界面，同時(shí)將運(yùn)行系統(tǒng)的狀態(tài)反饋到監(jiān)控計(jì)算機(jī)。堆垛機(jī)采用西門子公司的S7-200型PLC控制，與變頻器結(jié)合對(duì)堆垛機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D如圖2.1所示。圖2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D監(jiān)控計(jì)算機(jī)S7-200 PLC堆垛機(jī)水平認(rèn)址系統(tǒng)堆垛機(jī)縱向認(rèn)址系統(tǒng)堆垛機(jī)縱向變頻系統(tǒng)堆垛機(jī)水平變頻系統(tǒng)堆垛機(jī)貨叉控制系統(tǒng)堆垛機(jī)縱向運(yùn)行機(jī)構(gòu)堆垛機(jī)水平運(yùn)行機(jī)構(gòu)堆垛機(jī)貨叉運(yùn)行機(jī)構(gòu)堆垛機(jī)貨物檢測(cè)系統(tǒng)堆垛機(jī)限位保護(hù)系統(tǒng) 7華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)第7頁(yè) 2.2堆垛機(jī)位置控制堆垛機(jī)位置控制堆垛機(jī)位置控制堆垛機(jī)位置控制 由堆垛機(jī)的作業(yè)流程分析，堆垛機(jī)是由水平運(yùn)行機(jī)構(gòu)、縱向起升機(jī)構(gòu)和貨叉伸縮機(jī)構(gòu)三部分組成的，水平運(yùn)

31、行機(jī)構(gòu)和垂直起升機(jī)構(gòu)使堆垛機(jī)到達(dá)目標(biāo)位置，貨叉伸縮機(jī)構(gòu)完成存取貨任務(wù)。要完成對(duì)堆垛機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，首先要保證堆垛機(jī)能夠準(zhǔn)確到達(dá)目標(biāo)位置，所以在設(shè)計(jì)堆垛機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)時(shí)，關(guān)鍵在于準(zhǔn)確可靠的認(rèn)址和定位保證堆垛機(jī)準(zhǔn)確無(wú)誤的定位在目標(biāo)貨位。另外為了提高存取效率和保證堆垛機(jī)的穩(wěn)定性，必須對(duì)堆垛機(jī)三個(gè)機(jī)構(gòu)的速度進(jìn)行合理有效的控制，其中速度位置檢測(cè)是堆垛機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵部分。堆垛機(jī)速度位置控制的實(shí)現(xiàn)方法如圖2.2所示，控制系統(tǒng)由PLC控制器、調(diào)速系統(tǒng)、編碼器、認(rèn)址片和認(rèn)址器組成，實(shí)現(xiàn)位置和速度的雙閉環(huán)控制。執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸入編碼器速度檢測(cè)位置檢測(cè)圖2.2 堆垛機(jī)位置速度控制框圖 2.2.1定位控制定位控

32、制定位控制定位控制 定位控制就是確定堆垛機(jī)停止在目標(biāo)貨位的功能。自動(dòng)倉(cāng)庫(kù)的認(rèn)址檢測(cè)系統(tǒng)有兩項(xiàng)任務(wù)：一是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)尋址，使堆垛機(jī)自動(dòng)找到被指定到達(dá)的位置；二是自動(dòng)準(zhǔn)確停準(zhǔn)，即堆垛機(jī)停準(zhǔn)位置不超出規(guī)定的精度。為此，貨架上的每個(gè)貨位必須具有堆垛機(jī)能識(shí)別的編碼，所以將貨架兩側(cè)編成X1、X2，沿堆垛機(jī)運(yùn)行方向?qū)⒇浖芫帪?Y列，垂直方向編為0Z層。這樣每個(gè)貨位就有了獨(dú)立的三維坐標(biāo)地址，堆垛機(jī)自動(dòng)檢測(cè)目前的坐標(biāo)地址，使其能到達(dá)目標(biāo)位置。因?yàn)樨浖軆蓚?cè)分為X1、X2，只有兩個(gè)方向，反應(yīng)到堆垛機(jī)上只是貨叉左伸、右伸運(yùn)動(dòng)，此方向不用檢測(cè)，所以實(shí)際上堆垛機(jī)位置的檢測(cè)只是對(duì)Y、Z位置的檢測(cè)?？刂破?調(diào)速系統(tǒng)M認(rèn)址器 8華

33、北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)第8頁(yè) 2.2.2認(rèn)址檢測(cè)方式認(rèn)址檢測(cè)方式認(rèn)址檢測(cè)方式認(rèn)址檢測(cè)方式 主要的認(rèn)址檢測(cè)方式有以下幾種：（1）絕對(duì)認(rèn)址：絕對(duì)認(rèn)址是將每一個(gè)貨位賦予唯一的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，給每個(gè)貨位制作一個(gè)專用的認(rèn)址片，堆垛機(jī)上相應(yīng)安裝一個(gè)識(shí)別器，通常是二進(jìn)制編碼板和一組光電開(kāi)關(guān)的組合，通過(guò)讀取認(rèn)址片的代碼來(lái)判斷堆垛機(jī)的當(dāng)前位置。（2）相對(duì)認(rèn)址：相對(duì)認(rèn)址：相對(duì)認(rèn)址時(shí)每個(gè)貨位的認(rèn)址片結(jié)構(gòu)相同。每經(jīng)過(guò)一個(gè)貨位，就對(duì)地址編碼進(jìn)行加1或減1，一直移動(dòng)到和預(yù)定位置號(hào)一致時(shí)停止運(yùn)行。（3）編碼器定位法：編碼器定位方式主要有兩種：從動(dòng)輪與軌道旋轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)測(cè)定方式、鏈輪與鏈條旋轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)測(cè)定方式。從動(dòng)輪與軌道旋轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)測(cè)定

34、方式。堆垛機(jī)的從動(dòng)輪上配有同軸旋轉(zhuǎn)編碼器，從動(dòng)輪與軌道近似純滾動(dòng)，因此通過(guò)對(duì)旋轉(zhuǎn)編碼器的轉(zhuǎn)角的轉(zhuǎn)換，可以得到堆垛機(jī)的相對(duì)運(yùn)行位置。（4）激光測(cè)距定位：激光測(cè)距定位是近年來(lái)應(yīng)用于堆垛機(jī)準(zhǔn)確定位的新技術(shù)，用激光測(cè)距儀通過(guò)測(cè)量堆垛機(jī)到基準(zhǔn)點(diǎn)的距離和事先存儲(chǔ)的位置數(shù)據(jù)比較來(lái)確定堆垛機(jī)的當(dāng)前位置。這種方法的精度很高，但是使用時(shí)堆垛機(jī)和激光發(fā)射器和反射板之間不允許有物體，否則會(huì)遮擋住激光的傳輸路徑，使系統(tǒng)無(wú)法準(zhǔn)確定位。以上是四種常見(jiàn)的認(rèn)址檢測(cè)方式，四種方式各有優(yōu)劣，下面的表格2-1是他們之間的比較對(duì)照：表2-1 認(rèn)址方式對(duì)比表認(rèn)址器 光電開(kāi)關(guān) 旋轉(zhuǎn)編碼器 激光測(cè)距傳感器認(rèn)址方式 相對(duì)認(rèn)址 絕對(duì)認(rèn)址 絕對(duì)認(rèn)

35、址 絕對(duì)認(rèn)址可靠性 較低 高 較高 最高認(rèn)址精度 格 格mm mm系統(tǒng)成本 低 高 高 較高數(shù)據(jù)接口 無(wú) 無(wú) 多種 多種定位方式 反射式 反射式 接觸式 反射式使用壽命 短 短 較長(zhǎng) 長(zhǎng) 9華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)第9頁(yè) 2.2.3認(rèn)址方式確認(rèn)認(rèn)址方式確認(rèn)認(rèn)址方式確認(rèn)認(rèn)址方式確認(rèn) 為完成對(duì)堆垛機(jī)的位置控制，必須能檢測(cè)出堆垛機(jī)的運(yùn)行位置，本文設(shè)計(jì)的堆垛機(jī)系統(tǒng)認(rèn)址方式如下：（1）水平認(rèn)址系統(tǒng)水平方向采用激光測(cè)距傳感器，當(dāng)前數(shù)據(jù)為位移值，經(jīng)過(guò)PLC計(jì)算后的數(shù)據(jù)為當(dāng)前速度值。激光測(cè)距傳感器安裝在堆垛機(jī)上，目標(biāo)放射板安裝在巷道末端。在立體倉(cāng)庫(kù)巷道通道中的激光測(cè)距范圍(激光發(fā)射器與反射板之間)內(nèi)不得

36、有任何物體遮擋激光光線。激光測(cè)距的原理是通過(guò)發(fā)射出的激光光線長(zhǎng)度來(lái)測(cè)定距離，其光線就好比一把光尺，如果物體遮擋激光光線，讓它脫離原標(biāo)準(zhǔn)原點(diǎn)的測(cè)定位置，將影響實(shí)際要求的測(cè)定距離，從而使道堆垛機(jī)走位偏離所設(shè)定的位置，產(chǎn)生貨叉取/存儲(chǔ)錯(cuò)位或起始點(diǎn)撞擊巷道堆垛機(jī)端部緩沖制動(dòng)器的情況。因此，在巷道堆垛機(jī)工作時(shí)不允許有任何物體遮擋激光光線，對(duì)于激光光線通道應(yīng)采取隔離保護(hù)措施，保證激光測(cè)距的準(zhǔn)確性和自動(dòng)化系統(tǒng)的安全性。（2）縱向認(rèn)址系統(tǒng)堆垛機(jī)縱向方向的層定位采用光電開(kāi)關(guān)和認(rèn)址片組合定位，即在堆垛機(jī)的上下安裝兩個(gè)光電開(kāi)關(guān)，在每層的貨位上安裝認(rèn)址片。低位為取貨開(kāi)始伸叉或放貨完畢收叉的位置，高位為放貨開(kāi)始伸叉或取貨完畢收叉的位置。為使貨叉能完成作業(yè)，堆垛機(jī)在垂直方向上必須要提供使貨叉能停在高位或低位的檢測(cè)裝置。所以在堆垛機(jī)的升降臺(tái)上安裝三個(gè)光電開(kāi)關(guān)，與升降臺(tái)一起上升下降，中間的一個(gè)共用，其他兩個(gè)分別為上位置和下位置。存貨開(kāi)始或取貨結(jié)束時(shí)，升降臺(tái)貨叉停在高位置，下面兩個(gè)光電開(kāi)關(guān)處于認(rèn)址片內(nèi)；取貨開(kāi)始或存貨結(jié)束時(shí)，貨叉停在低位置，此時(shí)上面兩個(gè)光電開(kāi)關(guān)處于認(rèn)址片內(nèi)，如