垂直升降貨柜自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文

1、<p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告(論文)</p><p>　　報(bào)告(論文)題目：垂直升降貨柜自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　作者所在系部： 機(jī)械工程系 </p><p>　　作者所在專業(yè)： 測(cè)控技術(shù)與儀器 </p><p>　　作者所在班級(jí)： B0

2、8121 </p><p>　　作 者 姓 名 ： 韓琦文 </p><p>　　作 者 學(xué) 號(hào) ： 20084012113 </p><p>　　指導(dǎo)教師姓名： 劉寶華 </p><p>　　完 成

3、時(shí) 間 ： 2012.6.11 </p><p>　　北華航天工業(yè)學(xué)院教務(wù)處制</p><p><b>　　北華航天工業(yè)學(xué)院</b></p><p>　　本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性及知識(shí)產(chǎn)權(quán)聲明</p><p>　　本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）《垂直升降貨柜自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)

4、計(jì)》是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本設(shè)計(jì)（論文）不含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品或成果。對(duì)本設(shè)計(jì)（論文）的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。因本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）引起的法律結(jié)果完全由本人承擔(dān)。</p><p>　　本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）成果歸北華航天工業(yè)學(xué)院所有。本人遵循北華航天工業(yè)學(xué)院有關(guān)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的相關(guān)規(guī)定，提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論

5、文）的印刷本和電子版本。本人同意北華航天工業(yè)學(xué)院有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；可以采用影印、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以營(yíng)利為目的的前提下，可以公布非涉密畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的部分或全部?jī)?nèi)容。</p><p><b>　　特此聲明</b></p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）作者：

6、 指導(dǎo)教師：</p><p>　　年 月 日 年 月 日</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，物品儲(chǔ)備問題越來越突出，通過大力發(fā)展立體倉(cāng)庫(kù)，可以有效地改善這一問題。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

7、系統(tǒng)中以西門子系列PLC作為核心控制元件，控制步進(jìn)電機(jī)來驅(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)，通過鍵盤對(duì)每個(gè)倉(cāng)位予以地址編碼，通過PLC對(duì)命令鍵盤進(jìn)行掃描并得到相應(yīng)的倉(cāng)位號(hào)，當(dāng)PLC接收到來自鍵盤的輸入命令后，便輸出對(duì)應(yīng)倉(cāng)位的脈沖數(shù)，經(jīng)過驅(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

8、性，我們還采用了限位開關(guān)對(duì)其進(jìn)行限位保護(hù)。 通過系統(tǒng)的調(diào)試，倉(cāng)庫(kù)模型控制系統(tǒng)能夠通過手動(dòng)和自動(dòng)控制方式較為準(zhǔn)確地完成貨物的存取功能。此系統(tǒng)不僅適合自動(dòng)化類教學(xué)儀器的演示，也可以為自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的具體實(shí)施作一個(gè)技術(shù)參考。 關(guān)鍵詞：  自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)  可編程控制器（PLC）  機(jī)械手   模塊  步進(jìn)電機(jī) &#

9、160; 驅(qū)動(dòng)器 </p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　With the development of China's economy, the goods reserves are increasingly prominent, and this issue can be effectively improved by

10、 developing three-dimensional warehouse. The warehouse model control system is designed according to the basic principle of the automated warehouse operation. The entire control system, Siemens series PLC as a core eleme

11、nt to control the stepper motor to drive a warehouse model has three degrees of freedom to do three-dimensional motion in the high-strength rail. A</p><p>　　Through the debugging of the system, the warehouse

12、 model control system through the manual and automatic control mode is more accurate access of goods. This system not only for the demonstration of the automated teaching instrument, you can also make a technical referen

13、ce for the concrete implementation of the automated warehouse.</p><p>　　Keywords: automated warehouse programmable controller (PLC) robot modules stepper motor driver</p><p><b>　

14、　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　第1章 緒 論1</b></p><p>　　1.1 自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)定義1</p><p>　　1.2 立體倉(cāng)庫(kù)的歷史沿

15、革1</p><p>　　1.3 國(guó)內(nèi)外自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的發(fā)展現(xiàn)狀3</p><p>　　1.4 本文主要研究?jī)?nèi)容4</p><p>　　第2章 垂直升降貨柜定位控制的總體設(shè)計(jì)5</p><p>　　2.1 垂直升降貨柜堆垛機(jī)概況5</p><p>　　2.1.1 垂直升降貨柜堆垛機(jī)的研究現(xiàn)狀5</p&

16、gt;<p>　　2.1.2 垂直升降貨柜控制系統(tǒng)的功能6</p><p>　　2.1.3 垂直升降貨柜堆垛機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)6</p><p>　　2.2 定位自控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)7</p><p>　　2.3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方案8</p><p>　　2.3.1 控制核心單元的選擇8</p><p>　　

17、2.3.2 PLC的特點(diǎn)9</p><p>　　2.4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方案10</p><p>　　第3章 定位控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)11</p><p>　　3.1 PLC的選型和資源配置11</p><p>　　3.1.1 S7-200系列PLC概述11</p><p>　　3.1.2 CPU型號(hào)的選擇12

18、</p><p>　　3.1.3 其他功能模塊的配置13</p><p>　　3.1.4 PLC的I/O資源配置14</p><p>　　3.2 位置的定位方法15</p><p>　　3.3.1 電氣接線圖16</p><p>　　3.3.2 元器件的選擇19</p><p>　　第

19、4章 定位控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)20</p><p>　　4.1 程序流程圖20</p><p>　　4.2 編程軟件簡(jiǎn)介21</p><p>　　4.3程序設(shè)計(jì)22</p><p>　　第5章 總結(jié)與展望44</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)45</b></p><

20、;p><b>　　致謝46</b></p><p><b>　　第1章 緒 論</b></p><p>　　當(dāng)今社會(huì)倉(cāng)儲(chǔ)、物流等概念已經(jīng)逐漸為廣大公眾所了解，其相應(yīng)的管理技術(shù)也在許多大、中型企業(yè)中付諸實(shí)施。計(jì)算機(jī)自控技術(shù)的飛速發(fā)展，為現(xiàn)代企業(yè)的物流管理提供了重要的技術(shù)支持。自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)就是自控技術(shù)在物流管理上的一個(gè)很好的應(yīng)用。自動(dòng)化立體

21、倉(cāng)庫(kù)不僅具有節(jié)省用地、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、提高物流效率、降低儲(chǔ)運(yùn)損耗、減少流動(dòng)資金積壓等功能，而且在溝通物流信息、銜接產(chǎn)需、保證生產(chǎn)均衡、合理利用資源、進(jìn)行科學(xué)儲(chǔ)備與生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)決策等方面發(fā)揮著獨(dú)特的作用，使人們真正享受到現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用于企業(yè)物流管理的益處。</p><p>　　自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)是融計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)管理技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、通訊技術(shù)、機(jī)電技術(shù)為一體的綜合系統(tǒng)，科技含量高，并具有一定的復(fù)雜性。本文的研究對(duì)象垂

22、直升降貨柜堆垛機(jī)，或稱巷道車是自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的主要存取設(shè)備，直接執(zhí)行出、入庫(kù)等任務(wù)的操作，因此其控制系統(tǒng)的靈活性、穩(wěn)定性直接彰響著整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況。</p><p>　　1.1 自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)定義</p><p>　　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)/檢索系統(tǒng)(Automated Storage/Retrieval

23、 System，即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，以成套先進(jìn)搬運(yùn)設(shè)備為基礎(chǔ)，以先進(jìn)的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)為主要手段，由此組成高效率的物流、大容量的科學(xué)的存儲(chǔ)，以適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)的需求。</p><p>　　1.2 立體倉(cāng)庫(kù)的歷史沿革</p><p>　　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)和技術(shù)發(fā)展的結(jié)果。在生產(chǎn)發(fā)展的實(shí)際需要和科學(xué)

24、技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)實(shí)可能情況下，上世紀(jì)五十年代初開始出現(xiàn)了自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)，并在實(shí)踐中顯示出了其優(yōu)越性，隨即得到迅速的推廣和發(fā)展。1950年美國(guó)首先產(chǎn)生了手動(dòng)控制的橋式堆垛起重機(jī)，這種起重機(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)運(yùn)動(dòng)來搬運(yùn)貨物，與此同時(shí)也提出了高層貨架的新概念，被認(rèn)為是自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)的雛形。1960年左右在美國(guó)開始出現(xiàn)了沒有大梁的由人工操作的巷道式垂直升降貨柜堆垛機(jī)。隨著立體倉(cāng)庫(kù)的發(fā)展，巷道式垂直升降貨柜堆垛機(jī)逐漸代替了

25、橋式貨柜堆垛機(jī)。1963年美國(guó)的一個(gè)食品廠在倉(cāng)庫(kù)工作中采用電子計(jì)算機(jī)，成為世界上最早的全自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)。此后，從1963年開始，在歐洲各國(guó)，由于用地緊張，開始計(jì)劃建造2530米的高層自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)。從1967年開始，相繼完成了一些計(jì)算機(jī)管理和計(jì)算機(jī)控制的全自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)。1970年安裝了由貨架支承式改變?yōu)榈孛嬷С惺降母叨冗_(dá)40米的垂直升降貨柜堆垛機(jī)。上世紀(jì)70年代還提出了采用50米高垂直升降貨柜堆垛機(jī)的可能性，進(jìn)入90年代后，垂直升降貨柜堆垛機(jī)在使

26、用范圍和性能上有了很大的發(fā)展</p><p>　　在日本，從1967年開始安裝了高度為2025米的高層垂直升降貨柜堆垛機(jī)，1969年出現(xiàn)了聯(lián)機(jī)全自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)。此后，日本的自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)技術(shù)和設(shè)備的臺(tái)數(shù)都有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，在各個(gè)部門都安裝了各種各樣的垂直升降貨柜堆垛機(jī)。特別是1973年建成了一座貯藏生鮮食品的自動(dòng)化冷藏庫(kù)。這是世界上第一座溫度在零下40攝氏度的極低溫倉(cāng)庫(kù)，解決了低溫條件下垂直升降貨柜堆垛機(jī)工作的可靠性和

27、技術(shù)方面的問題，取得了引人注目的成果。日本的自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)技術(shù)和自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)的擁有量位居世界前茅。</p><p>　　美國(guó)學(xué)者J.A.White將自動(dòng)化技術(shù)在倉(cāng)儲(chǔ)領(lǐng)域（包括立體倉(cāng)庫(kù)）中的發(fā)展分為五個(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)階段和智能化倉(cāng)儲(chǔ)階段五個(gè)階段：</p><p>　　第一階段是人工倉(cāng)儲(chǔ)技術(shù)階段，在這一階段物資的輸送、存儲(chǔ)、管理和控制主要依靠人工實(shí)現(xiàn)，

28、至今國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)和服務(wù)行業(yè)中的許多環(huán)節(jié)都是這一技術(shù)的實(shí)例，它具有直觀、便于聯(lián)系、減少了過程銜接之間問題等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　第二階段是機(jī)械化倉(cāng)儲(chǔ)階段，它包括通過各種各樣的傳送帶工業(yè)輸送車機(jī)械手吊車垂直升降貨柜堆垛機(jī)和升降機(jī)來移動(dòng)和搬運(yùn)物料，用貨架托盤和可移動(dòng)式貨架存儲(chǔ)物料，通過人工操作機(jī)械來存取設(shè)備，用限位開關(guān)、螺旋機(jī)械制動(dòng)和機(jī)械監(jiān)控器等來控制設(shè)備的運(yùn)行。這一階段經(jīng)歷的時(shí)間比較長(zhǎng)。</p>&

29、lt;p>　　第三階段是自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)技術(shù)階段，上世紀(jì)五十年代末、六十年代初，相繼研制和采用了自動(dòng)導(dǎo)引小車（AGV）、自動(dòng)貨架、自動(dòng)識(shí)別和自動(dòng)分揀系統(tǒng)。到了七、八十年代，尋磚石貨架、移動(dòng)式貨架、巷道式垂直升降貨柜堆垛機(jī)和其他搬運(yùn)設(shè)備都加入了自動(dòng)控制的行列，但這時(shí)只是各個(gè)設(shè)備的局部自動(dòng)化并各自獨(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，工作的重點(diǎn)專線物資的控制和管理要求實(shí)時(shí)、協(xié)調(diào)和一體化。信息自動(dòng)化技術(shù)逐漸成為倉(cāng)儲(chǔ)自動(dòng)化技術(shù)的

30、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計(jì)算機(jī)之間的通信可以及時(shí)地匯總信息，倉(cāng)庫(kù)計(jì)算機(jī)及時(shí)地記錄到貨和出貨時(shí)間，先是庫(kù)存量，管路人員隨時(shí)掌握貨物信息和庫(kù)存信息。信息技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)成為倉(cāng)儲(chǔ)技術(shù)的重要支柱。</p><p>　　第四階段是集成自動(dòng)化階段，在七十年代末和八十年代，自動(dòng)化即被越來越多地應(yīng)用到生產(chǎn)和分配領(lǐng)域，“自動(dòng)化孤島”被集成，在集成化系統(tǒng)中，整個(gè)系統(tǒng)的有機(jī)協(xié)作，使總體效益和生產(chǎn)的

31、應(yīng)變能力大大超過了個(gè)部分獨(dú)立效益的總和。</p><p>　　上個(gè)世紀(jì)70年代初期，我國(guó)開始研究巷道式垂直升降貨柜堆垛機(jī)的立體倉(cāng)庫(kù)，1980年由北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所等單位研制成的我國(guó)第一座自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)在北京汽車制造廠投產(chǎn)。從此以后，立體倉(cāng)庫(kù)在我國(guó)得到迅速發(fā)展。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前我國(guó)已建成的立體倉(cāng)庫(kù)近三百座，其中全自動(dòng)的立體倉(cāng)庫(kù)有三十多個(gè)。我國(guó)自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)技術(shù)已實(shí)現(xiàn)了與其他信息決策系統(tǒng)的集成，正在做智能控制和模

32、糊控制的研究工作。</p><p>　　第五階段是智能自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)技術(shù)階段，人工智能技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)了自動(dòng)化向更高級(jí)的方向-智能自動(dòng)化方向發(fā)展?，F(xiàn)在，智能自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)技術(shù)還處于初級(jí)階段，隨著倉(cāng)儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展，倉(cāng)儲(chǔ)技術(shù)的智能化將有更廣闊的前景。</p><p>　　1.3 國(guó)內(nèi)外自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　目前，自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)在發(fā)達(dá)國(guó)家已相當(dāng)普遍，日本是自動(dòng)

33、化倉(cāng)庫(kù)發(fā)展最快，建造數(shù)量最多的國(guó)家。此外美國(guó)、德國(guó)、瑞士、意大利、英國(guó)和法國(guó)等國(guó)家也建造了許多自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)。發(fā)展至今，自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)在設(shè)計(jì)、制造、自動(dòng)化控制和計(jì)算機(jī)管理方面的技術(shù)也日趨成熟。</p><p>　　在總體設(shè)計(jì)方面，國(guó)外己有采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的(CAD)，即根據(jù)約束條件來確定最佳的貨架高度、巷道數(shù)量、貨架尺寸和貨柜堆垛機(jī)數(shù)量以及出入庫(kù)運(yùn)行系統(tǒng)的參數(shù)，并用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)來考核倉(cāng)庫(kù)的功能。貨架在國(guó)外己系列化、標(biāo)

34、準(zhǔn)化，對(duì)貨架的承載能力(包括抗震)進(jìn)行了很多實(shí)驗(yàn)研究(包括破壞性實(shí)驗(yàn))，貨架計(jì)算采用計(jì)算機(jī)程序。堆垛機(jī)產(chǎn)品己經(jīng)走入系列化，運(yùn)行噪聲低，備有各種安全保護(hù)裝置，調(diào)速性能好。一般都具有完善的貨物位置檢測(cè)和貨物尺寸檢測(cè)。國(guó)外立體倉(cāng)庫(kù)普遍采用抗干擾能力強(qiáng)、工作可靠的可編程控制器來控制貨柜堆垛機(jī)和出入庫(kù)系統(tǒng)，并且用計(jì)算機(jī)進(jìn)行貨位管理和庫(kù)存管理，倉(cāng)庫(kù)管理計(jì)算機(jī)與上級(jí)管理機(jī)聯(lián)網(wǎng)并能與控制系統(tǒng)相接，實(shí)現(xiàn)在線控制。例如，日本名古屋附近的三菱汽車裝配總廠的自

35、動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)，其自動(dòng)化程度就非常高。這座裝配廠每天(16小時(shí))生產(chǎn)11520輛汽車，在長(zhǎng)達(dá)兩公里的巨大輸送帶上，能同時(shí)裝配5種完全不同車型的汽車，半成品裝配件(除車體在生產(chǎn)線上進(jìn)行焊接外)完全來自于立體倉(cāng)庫(kù)，倉(cāng)庫(kù)的庫(kù)存量只能維持兩天的生產(chǎn)，需要不斷的進(jìn)庫(kù)補(bǔ)充，這樣大的進(jìn)、出庫(kù)量及名目繁多的部件是人工無法勝任的。在采用了計(jì)算機(jī)控制的進(jìn)出庫(kù)情報(bào)資料和庫(kù)</p><p>　　現(xiàn)在國(guó)外各發(fā)達(dá)國(guó)家在自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)技術(shù)中投入大量

36、資金，在倉(cāng)庫(kù)自動(dòng)化過程各個(gè)環(huán)節(jié)即輸入、儲(chǔ)運(yùn)、輸出上采用新技術(shù)。這些新技術(shù)集中有以下幾種:</p><p>　　.自動(dòng)導(dǎo)向小車系統(tǒng)(Automated Guided Vehicle )</p><p><b>　　.磁性導(dǎo)軌裝置</b></p><p>　　.激光掃描儀(Laser Scanner)</p><p>　　.

37、條形碼識(shí)別(Bar-code Labels)</p><p>　　.命令揀選系統(tǒng)(Order-Picking System )</p><p><b>　　.儲(chǔ)運(yùn)機(jī)器人</b></p><p><b>　　.機(jī)械手</b></p><p><b>　　.智能卡車</b><

38、/p><p>　　1.4 本文主要研究?jī)?nèi)容</p><p>　　本文主要研究的是PLC在貨柜堆剁機(jī)定位控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。其中堆剁機(jī)設(shè)計(jì)成3自由度的系統(tǒng),貨物放在升降臺(tái)的貨叉（機(jī)械手）上能實(shí)現(xiàn)上下、左右及前后的運(yùn)動(dòng)。 輸入對(duì)應(yīng)的倉(cāng)庫(kù)號(hào)，就可以自動(dòng)存/取貨物。</p><p>　　第2章 垂直升降貨柜定位控制的總體設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1 垂

39、直升降貨柜堆垛機(jī)概況</p><p>　　垂直升降貨柜堆垛機(jī)是自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)中的主要設(shè)備,倉(cāng)庫(kù)中所有貨物的入庫(kù)、出庫(kù)等作業(yè)都必須通過垂直升降貨柜堆垛機(jī)完成。自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)在機(jī)場(chǎng)碼頭、造紙、設(shè)備維修、輪胎制造、制藥、啤酒廠等幾乎所有行業(yè)（只要需要倉(cāng)儲(chǔ)）,有著十分廣泛的應(yīng)用。自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)具有占地面積小、自動(dòng)化程度高、可以由上位機(jī)管理系統(tǒng)對(duì)整座倉(cāng)庫(kù)進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度及控制。垂直升降貨柜堆垛機(jī)控制系統(tǒng)的工作效率、可靠性及穩(wěn)定

40、性等的優(yōu)劣在自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用。</p><p>　　2.1.1 垂直升降貨柜堆垛機(jī)的研究現(xiàn)狀</p><p>　　垂直升降貨柜堆垛機(jī)的機(jī)械部分由運(yùn)行機(jī)構(gòu)、起升機(jī)構(gòu)、伸叉機(jī)構(gòu)及載貨臺(tái)和機(jī)架組成。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，但可以說大同小異，所有的垂直升降貨柜堆垛機(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

41、部分組成。</p><p>　　隨著微電子技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，計(jì)算機(jī)控制的垂直升降貨柜堆垛機(jī)日益增加，最新的開發(fā)包括提高電子和控制技術(shù)，在使垂直升降貨柜堆垛機(jī)具有更高定位精度的同時(shí)，提高搜索能力和運(yùn)行速度。而且，垂直升降貨柜堆垛機(jī)的結(jié)構(gòu)也有了較大的改變，不斷推出具有新的物理外形和更高性能的設(shè)備。隨著大、中、小型立體倉(cāng)庫(kù)不斷的建立，垂直升降貨柜堆垛機(jī)也由貨架支撐式改變?yōu)榈孛嬷问?，從而出現(xiàn)了形態(tài)各異的垂直升降貨柜堆垛

42、機(jī)。單立柱垂直升降貨柜堆垛機(jī)應(yīng)用日益廣泛，不斷體現(xiàn)出優(yōu)越性。</p><p>　　初期的立體倉(cāng)庫(kù)使用的垂直升降貨柜堆垛機(jī)以橋式起重機(jī)為基礎(chǔ)，這種垂直升降貨柜堆垛機(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)運(yùn)動(dòng)來搬運(yùn)貨物。1960年左右，美國(guó)出現(xiàn)了沒有大梁的巷道式垂直升降貨柜堆垛機(jī)，這種垂直升降貨柜堆垛機(jī)是在地面上的導(dǎo)軌上行走，利用貨架上邊的導(dǎo)軌防止傾倒，或者相反，在上邊的導(dǎo)軌上行走，利用地面的導(dǎo)

43、軌防止傾倒。隨著立體倉(cāng)庫(kù)的發(fā)展，巷道式垂直升降貨柜堆垛機(jī)逐漸代替了受重量和跨度限制的橋式垂直升降貨柜堆垛機(jī)。目前在垂直升降貨柜堆垛機(jī)方面也不斷推出具有新的物理外形和更高性能的設(shè)備。最新的開發(fā)包括提高電子和控制技術(shù)，在使垂直升降貨柜堆垛機(jī)具有更高定位精度的同時(shí)，提高搜索能力和運(yùn)行速度，以期獲得更短的操作周期和更大的生產(chǎn)能力。目前，巷道式垂直升降貨柜堆垛機(jī)的起升速度己經(jīng)可以達(dá)到90m/min，運(yùn)行速度達(dá)到240m/min,貨叉伸縮速度達(dá)到3

44、0m/min。在有的高度較大的立體倉(cāng)庫(kù)中，采用上、下兩層分別用巷道垂直升降貨柜堆垛機(jī)進(jìn)行搬運(yùn)作業(yè)的方法提高出入庫(kù)能力。</p><p>　　現(xiàn)在運(yùn)用比較成熟的控制方式是用PLC(可編程控制器)作執(zhí)行機(jī)的控制器，或單機(jī)控制，或由PLC配置通訊模塊聯(lián)機(jī)控制。由于PLC專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用設(shè)計(jì)，具有可靠性高、通用性強(qiáng)、維護(hù)工作量小等優(yōu)點(diǎn)。監(jiān)控機(jī)對(duì)貨柜堆垛機(jī)的控制通過與PLC通信實(shí)現(xiàn)。PLC由于體積小，可讀性好，可靠性高，

45、抗干擾能力強(qiáng)，編程簡(jiǎn)單而在工程實(shí)際中大量應(yīng)用。PLC控制中貨柜堆垛機(jī)的認(rèn)址方式一般采用絕對(duì)認(rèn)址與相對(duì)認(rèn)址混合方式，位置定位通過兩對(duì)光電開關(guān)實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　2.1.2 垂直升降貨柜控制系統(tǒng)的功能</p><p>　　在自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的物流輸送過程中，垂直升降貨柜堆垛機(jī)實(shí)現(xiàn)貨物在各出入庫(kù)端到貨格的搬運(yùn)，其基本功能包括以下幾個(gè)部分：</p><p>　　(1)

46、 三維動(dòng)作控制 控制垂直升降貨柜堆垛機(jī)在水平、垂直、左右方向的運(yùn)行；</p><p>　　(2) 位置控制 控制垂直升降貨柜堆垛機(jī)以適合的速度運(yùn)行并精確的定位在貨格或入出庫(kù)口處；</p><p>　　(3) 通訊功能 垂直升降貨柜堆垛機(jī)與上位機(jī)和其它倉(cāng)庫(kù)設(shè)備的通訊；</p><p>　　(4) 保護(hù)功能 提供各種電氣和機(jī)械保護(hù)，保證垂直升降貨柜堆垛機(jī)在高速、頻繁的運(yùn)

47、行和取送貨過程中不會(huì)發(fā)生事故；</p><p>　　(5) 人機(jī)界面 通過HMI或其它輸入和顯示設(shè)備，提供本機(jī)或遙控操作及向操作人員提供垂直升降貨柜堆垛機(jī)。</p><p>　　2.1.3 垂直升降貨柜堆垛機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu) </p><p>　　如圖2-1所示，目前所用的垂直升降貨柜堆垛機(jī)基本結(jié)構(gòu)主要由機(jī)架、運(yùn)行機(jī)構(gòu)、起升機(jī)構(gòu)、載貨臺(tái)、貨叉、電器設(shè)備及各種安全保護(hù)裝置等

48、組成。</p><p>　　框架：垂直升降貨柜堆垛機(jī)的框架是由立柱、上橫梁及底座組成的長(zhǎng)方形框架結(jié)構(gòu)?？蚣苎靥斓剀夁\(yùn)行，為防止框架傾倒，在橫梁上都裝有導(dǎo)向輪。</p><p>　　運(yùn)行機(jī)構(gòu)：運(yùn)行機(jī)構(gòu)由電機(jī)變速箱、行走輪、導(dǎo)向輪等組成。在底座下有行走輪，其側(cè)面有導(dǎo)向輪，保證垂直升降貨柜堆垛機(jī)能正常行駛。</p><p>　　起升機(jī)構(gòu)：起升機(jī)構(gòu)主要由步進(jìn)電機(jī)，絲杠和光杠

49、等組成。</p><p>　　載貨臺(tái): 載貨臺(tái)為裝載平臺(tái)。.</p><p>　　1——底座 2——載貨臺(tái) 3——上橫梁 4——控制垂直運(yùn)動(dòng)的步進(jìn)電機(jī)</p><p>　　5——絲杠 6——貨叉</p><p>　　圖2-1 垂直升降貨柜堆垛機(jī)的結(jié)構(gòu)</p><p>　　而本文設(shè)計(jì)的智能立體倉(cāng)庫(kù)

50、比較簡(jiǎn)單，相同堆剁機(jī)的結(jié)構(gòu)也沒有這么復(fù)雜，后面有具體的介紹。</p><p>　　2.2 定位自控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)</p><p>　　企業(yè)現(xiàn)代化生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大和深化，使得倉(cāng)庫(kù)成為生產(chǎn)物流系統(tǒng)中的一個(gè)重要不可缺少的環(huán)節(jié)。立體倉(cāng)庫(kù)正以它最小的占地面積和最佳的空間利用率，逐漸代替面積利用極低且陳舊落后的平面?zhèn)}庫(kù)，這種替代逐漸促使倉(cāng)儲(chǔ)物流業(yè)水平的提高。為滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)和流通的需要，就必須采用以計(jì)

51、算機(jī)控制技術(shù)為主要手段組成的自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)。自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)為現(xiàn)代物流系統(tǒng)的主要設(shè)備，是一種多層存放貨物的高層倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)。也是CIMS的集成環(huán)節(jié)之一，再FMS和FAS中占有非常重要的地位。</p><p>　　作為一個(gè)定位控制系統(tǒng)，必須實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)如下：</p><p>　?。?）能滿足一般控制系統(tǒng)要求的自動(dòng)、手動(dòng)的控制功能；</p><p>　?。?）能根據(jù)使用者發(fā)出的

52、指令做出相應(yīng)的動(dòng)作；</p><p>　?。?）能夠根據(jù)實(shí)際的情況進(jìn)行自動(dòng)的校正。</p><p>　　而本文設(shè)計(jì)的智能立體倉(cāng)庫(kù)遠(yuǎn)沒有那么復(fù)雜，主要有貨架、貨柜堆垛機(jī)、自動(dòng)控制裝置等部分組成，有自動(dòng)和手動(dòng)兩種操作方式。貨柜堆垛機(jī)是可以三維運(yùn)動(dòng)的垂直升降貨柜堆垛機(jī)，它由固定在小車上的作上下運(yùn)動(dòng)的升降臺(tái)和在升降臺(tái)上作伸縮運(yùn)動(dòng)的貨叉（機(jī)械手）等三部分組成。貨物放在升降臺(tái)的貨叉上能實(shí)現(xiàn)上下、左右及

53、前后的運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求將整個(gè)定位控制的全過程分成多個(gè)階段：小車前進(jìn)到指定的貨架列的過程，將貨物抬升到指定的行的過程，機(jī)械手放置或取回貨物的過程，放置或取回貨物之后返回的過程。在各個(gè)階段，對(duì)象的特性相對(duì)穩(wěn)定，并且在前進(jìn)和抬升貨物的過程中控制方面是基本一致的。</p><p>　　下面對(duì)各個(gè)階段進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹。</p><p>　　1.前進(jìn)的過程

54、：在這個(gè)過程中，無論是自動(dòng)或是手動(dòng)狀態(tài)，小車都是有起始點(diǎn)出發(fā)，經(jīng)過位置的校對(duì)，到達(dá)預(yù)先制定的貨架的列。</p><p>　　2.抬升貨物的過程：在這個(gè)過程中，貨物被抬升到指定的行。</p><p>　　3.存取貨物的過程：在這個(gè)過程中，通過控制機(jī)械手臂的運(yùn)動(dòng)，是機(jī)械手到達(dá)預(yù)先指定的位置，然后根據(jù)實(shí)際的需要完成存放或者取得貨物的操作。</p><p>　　4.返回的過

55、程：在完成制定的操作之后，應(yīng)該返回到起始的位置。</p><p>　　2.3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方案</p><p>　　2.3.1 控制核心單元的選擇</p><p>　　控制核心單元是整個(gè)控制系統(tǒng)的“大腦”，隨控制形式的不同而不同，可以是繼電器組成的邏輯電路，可以是可編程控制器，也可以是單片機(jī)系統(tǒng)。</p><p>　　繼電器控制最早出現(xiàn)于18

56、63年電磁繼電器發(fā)明以后，在早期的立體倉(cāng)庫(kù)中繼電器控制形式比較常用。繼電器控制系統(tǒng)就是把各種繼電器、接觸器、開關(guān)及其觸點(diǎn)，按照一定的邏輯關(guān)系連接在一起構(gòu)成具有簡(jiǎn)單控制功能的邏輯電路。它具有價(jià)格低廉、維護(hù)技術(shù)要求不高的優(yōu)點(diǎn)，但功能不易擴(kuò)展、布線連接不易更新、可靠性不高，該控制方式只適用于工作模式固定、控制要求簡(jiǎn)單的場(chǎng)合。隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，誕生了許多其它形式的控制元器件，很快的取代了這種早期的控制形式。</p><

57、p>　　單片機(jī)就是在一塊硅片上集成了中央處理器，隨機(jī)存儲(chǔ)器，程序存儲(chǔ)器，定時(shí)器和各種I/O接口的計(jì)算機(jī)。單片機(jī)具有體積小、價(jià)格低、性能強(qiáng)、速度快、用途廣、靈活性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。最值得一提的是單片機(jī)具有強(qiáng)大的存儲(chǔ)擴(kuò)展能力，有能力滿足不同的存儲(chǔ)需要。理論上也可用于堆剁機(jī)控制系統(tǒng)，但由于其開發(fā)周期較長(zhǎng)、調(diào)試耗時(shí)較多、抗干擾能力較弱等原因，在立體倉(cāng)庫(kù)的實(shí)際控制系統(tǒng)中沒有得到廣泛的推廣應(yīng)用。</p><p>　　PLC是一

58、種數(shù)字式的電子裝置，它使用可編程序的存儲(chǔ)器以及存儲(chǔ)指令，完成邏輯、定時(shí)、計(jì)數(shù)、算術(shù)運(yùn)算等功能，并通過數(shù)字或模擬的輸入、輸出接口控制各種機(jī)械和生產(chǎn)過程。PLC的功能齊全，與其他控制器相比具有自診斷、報(bào)警、監(jiān)控等特有功能。具有應(yīng)用靈活、操作方便、容易維修、穩(wěn)定可靠的優(yōu)點(diǎn)，其技術(shù)成熟，性價(jià)比高在工業(yè)控制領(lǐng)域以基本取代了傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)邏輯控制和順序控制。</p><p>　　對(duì)以上三種主控制單元進(jìn)行比較和分析

59、，PLC操作、維護(hù)簡(jiǎn)單，程序直觀，設(shè)計(jì)周期短，電路簡(jiǎn)單的特點(diǎn)很適合堆剁機(jī)控制系統(tǒng)。它對(duì)環(huán)境要求不高，抗干擾性強(qiáng)，對(duì)操作人員以及維護(hù)人員的要求也不高，安裝、調(diào)試相對(duì)簡(jiǎn)單且設(shè)備數(shù)量少，因此PLC是定位控制單元的首選。目前各廠家生產(chǎn)的立體倉(cāng)庫(kù)基本上都采用PLC來作為垂直升降貨柜堆垛機(jī)控制系統(tǒng)的核心單元，只是在采用的品牌、型號(hào)上有些差異。</p><p>　　2.3.2 PLC的特點(diǎn) </p><p

60、>　　垂直升降貨柜位置控制系統(tǒng)主要由PLC組成。</p><p>　　可編程序控制器（PLC）是一種以微機(jī)處理器為核心的工業(yè)通用自動(dòng)控制裝置，其實(shí)質(zhì)是一種工業(yè)控制用的專用計(jì)算機(jī)。因而對(duì)于使用者來說，變成完全可以不考慮微處理器內(nèi)部的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，不必使用各種計(jì)算機(jī)使用的語言，而把PLC內(nèi)部看做是有許多“軟繼電器”等邏輯部件組成。</p><p>　　可編程控制器的主要特點(diǎn)有：</p&

61、gt;<p>　　1.可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)。這往往是用戶選擇控制裝置的首要條件。PLC生產(chǎn)廠家在硬件和軟件上采取了一系列抗干擾措施，使它直接安裝于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)而穩(wěn)定可靠的工作。目前各廠家生產(chǎn)的PLC，其平均無故障時(shí)間都大大超過了IEC規(guī)定的10萬小時(shí)。而且為了適應(yīng)特殊場(chǎng)合的需要，有的PLC生產(chǎn)商還采用了冗余設(shè)計(jì)和差異設(shè)計(jì)(如德國(guó)Pilz公司的PLC），進(jìn)一步提高了可靠性。</p><p>　　2.適應(yīng)

62、性強(qiáng)，應(yīng)用靈活。由于PLC產(chǎn)品均成系列化生產(chǎn)，品種齊全，多數(shù)采用模塊式硬件結(jié)構(gòu)，組合和擴(kuò)展方便，用戶可根據(jù)自己的需要靈活選用，以滿足系統(tǒng)大小不同及功能繁簡(jiǎn)各異的控制系統(tǒng)要求。</p><p>　　3.編程方便，易于使用。PLC的編程可采用與繼電器電路極為相似的梯形圖語言，直觀易懂，深受現(xiàn)場(chǎng)電氣技術(shù)人員的歡迎。近年來又發(fā)展了面向?qū)ο蟮捻樞蛄鞒虉D語言（Sequential Function Chart），也稱功能圖，

63、使編程更簡(jiǎn)單方便。</p><p>　　4.控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試方便。PLC中含有大量的相當(dāng)于中間繼電器、時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器等的“軟元件”。又用程序（軟接線）代替硬接線，安裝接線工作量少。設(shè)計(jì)人員只要有PLC就可以進(jìn)行控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)并可在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行模擬調(diào)試。</p><p>　　5.維修方便，維修工作量小。PLC有完善的自診斷、履歷情報(bào)存儲(chǔ)及監(jiān)視功能。PLC對(duì)其內(nèi)部工作狀態(tài)、通信狀態(tài)、

64、異常狀態(tài)和I/O點(diǎn)的狀態(tài)均有顯示。工作人員通過它可以查出故障原因，便于迅速處理。</p><p>　　6.功能完善。除了基本的邏輯控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)、算術(shù)運(yùn)算等功能外，配合特殊功能模塊還可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)位控制、PID運(yùn)算、過程控制、數(shù)字控制等功能，為方便工廠管理又可與上位機(jī)通信，通過遠(yuǎn)程模塊還可以控制遠(yuǎn)方設(shè)備。</p><p>　　由于具有以上特點(diǎn)，使得PLC的應(yīng)用范圍極為廣泛，可以說只要有工廠，

65、有控制要求，就會(huì)有PLC的應(yīng)用。</p><p>　　同樣，可編程控制器控制也有其不足的地方，在性價(jià)比上要高于繼電器控制和單片機(jī)控制,其開發(fā)潛力要差于單片機(jī)，通用性不好，不同廠家的可編程控制器以及其附屬單元都是固定專用等等。</p><p>　　2.4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方案</p><p>　　可編程控制器是掃描工作方式，能同時(shí)對(duì)多個(gè)模塊進(jìn)行控制，在整個(gè)程序掃描時(shí)間里加

66、上不同的輸入檢測(cè)信號(hào)，就可使程序按所檢測(cè)信號(hào)判斷進(jìn)入不同的分支程序。主程序包含有多個(gè)分支程序，這樣既提高了編程的靈活性又減少了不必要的代碼重復(fù)，同時(shí)也方便以后系統(tǒng)擴(kuò)展對(duì)軟件的修改。</p><p>　　系統(tǒng)對(duì)垂直升降貨柜堆垛機(jī)的控制有手動(dòng)和自動(dòng)兩種工作方式，因此程序中采用子程序設(shè)計(jì)，初始化復(fù)位，手/自動(dòng)的選擇主要有主程序完成。主要設(shè)計(jì)有如下子程序：自動(dòng)子程序、手動(dòng)子程序、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)子程序等。</p>

67、<p>　　垂直升降貨柜堆垛機(jī)的初始位置位于入庫(kù)的口，升降臺(tái)位于“下位置”，入庫(kù)臺(tái)車上有貨物，小車上無物。按下控制面板上相應(yīng)的鍵，垂直升降貨柜堆垛機(jī)向入庫(kù)口伸叉，伸叉到位即取得貨物，然后小車向前運(yùn)動(dòng)，到達(dá)相應(yīng)的列時(shí)停止，升降臺(tái)開始上升，同理到達(dá)相應(yīng)的層時(shí)停止，即到達(dá)貨架的指定位置了，這時(shí)伸叉電機(jī)驅(qū)動(dòng)貨臺(tái)向前伸出可將貨物取出或送入，當(dāng)取到貨物或貨已送入，則鏟叉向后縮回，然后返回準(zhǔn)備下一次作業(yè)。自動(dòng)過程主要是這樣的。而手動(dòng)有些

68、差別，手動(dòng)的前后上下運(yùn)動(dòng)主要是通過按動(dòng)控制面板上按鈕來控制小車、升降臺(tái)運(yùn)動(dòng)的方向和到達(dá)位置的。</p><p>　　第3章 定位控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　定位控制方式分為自動(dòng)控制操作和手動(dòng)控制操作。其中自動(dòng)和手動(dòng)之間互鎖。當(dāng)有存取操作時(shí)，PLC會(huì)接收和分析操作人員在控制面板按鈕或上位機(jī)輸入的指令，做出合理的工控安排：判斷檢測(cè)元件的狀態(tài)，讀取倉(cāng)庫(kù)機(jī)械驅(qū)動(dòng)部分的信息；然后，將信息

69、反饋到執(zhí)行元件，實(shí)現(xiàn)其位置移動(dòng)，完成貨物的存取操作。</p><p>　　該系統(tǒng)中PLC主要完成對(duì)貨叉位置及運(yùn)行狀態(tài)的檢測(cè)和存取的操作。用各種光電開關(guān)、行程開關(guān)檢測(cè)位置狀態(tài)，用接觸器、繼電器執(zhí)行對(duì)拖動(dòng)電機(jī)的起?？刂?。對(duì)貨叉（機(jī)械手）的操作就是控制橫移電機(jī)（小車電機(jī)）和升降電機(jī)，使它們?cè)诓煌瑫r(shí)間實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，然后再通過伸縮手臂來抓取貨物。而且升降、橫移動(dòng)作和機(jī)械手的伸縮動(dòng)作必須是互鎖的，即當(dāng)前進(jìn)或者升降動(dòng)作時(shí)，機(jī)械手

70、不能進(jìn)行伸縮動(dòng)作，反之亦然。為了保證安全各控制按鈕之間必須有精確的邏輯互鎖和自鎖。</p><p>　　貨柜堆垛機(jī)在三個(gè)方向上均采用最小步距角為0.9的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，滿足系統(tǒng)對(duì)精度的要求。固定在升降臺(tái)上的機(jī)械手可帶動(dòng)貨物一起做伸縮運(yùn)動(dòng)，伸縮量為左右各600mm，用于貨物的存取操作。</p><p>　　同時(shí)，采用按鈕來輸入作業(yè)地址、作業(yè)指令，可以輸入作業(yè)地址（某個(gè)倉(cāng)庫(kù)號(hào)）、作業(yè)指令（存、取

71、），在輸入作業(yè)地址、作業(yè)指令時(shí)操作面板可以馬上顯示出來，實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)單的人機(jī)對(duì)話，保證了輸入的作業(yè)地址和作業(yè)指令的準(zhǔn)確性，提高了垂直升降貨柜堆垛機(jī)運(yùn)行的可靠性。用數(shù)字和指示燈來顯示各種信息，輸入的數(shù)值和指令馬上可以顯示出來，校對(duì)容易，對(duì)錯(cuò)一目了然。另外，為了更好地進(jìn)行自動(dòng)或手動(dòng)操作，在每個(gè)倉(cāng)庫(kù)上加一個(gè)檢測(cè)開關(guān)，這些開關(guān)均接個(gè)顯示燈，用以檢測(cè)某個(gè)倉(cāng)庫(kù)是否有物。</p><p>　　3.1 PLC的選型和資源配置<

72、/p><p>　　根據(jù)實(shí)際的控制點(diǎn)數(shù)和系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)的控制要求，在本設(shè)計(jì)中選用西門子的S7-200系列的PLC作為控制系統(tǒng)。</p><p>　　3.1.1 S7-200系列PLC概述</p><p>　　S7-200系列PLC是德國(guó)西門子公司生產(chǎn)的一種超小型PLC,超小型是指其功能具有大、中型PLC的水平，而價(jià)格卻和小型PLC的價(jià)格一樣。可以單機(jī)運(yùn)行，也可以輸入/輸出擴(kuò)

73、展。它結(jié)構(gòu)小巧，可靠性高，運(yùn)行速度快，繼承和發(fā)揮了它在大、中型PLC領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，又極豐富的指令集，具有強(qiáng)大的多種集成功能和實(shí)時(shí)特性，配有功能豐富的擴(kuò)展模塊，性能價(jià)格比非常高。因此，它一經(jīng)推出，即受到了廣泛的關(guān)注。特別是S7-200CPU22*系列PLC(它是21*系列的替代產(chǎn)品），由于它具有多種功能模塊和人機(jī)界面可供選擇，可以很容易的組成PLC網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)具有功能齊全的編程和工業(yè)控制組態(tài)軟件，使得S7-22*系列PLC來完成控制系統(tǒng)的

74、設(shè)計(jì)時(shí)更加簡(jiǎn)單，系統(tǒng)的集成非常方便，幾乎可以完成任何功能的控制任務(wù)。</p><p>　　S7-200硬件系統(tǒng)的配置方式采用整體式加積木式，即主機(jī)中包含一定數(shù)量的I/O輸入輸出，同時(shí)還可以擴(kuò)展各種功能模塊。</p><p>　　1.基本單元 基本單元有時(shí)又稱作CPU模塊，也有的稱之為主機(jī)或本機(jī)。特包括CPU、存儲(chǔ)器、基本輸入輸出點(diǎn)和電源等，使PLC的主要部分。它實(shí)際上就是一個(gè)完整的控制系

75、統(tǒng)，可以單獨(dú)的完成一定的控制任務(wù)。</p><p>　　2.擴(kuò)展單元 主機(jī)I/O數(shù)量不能滿足控制系統(tǒng)的要求時(shí)，用戶可以根據(jù)需要擴(kuò)展各種I/O模塊，所能連接的擴(kuò)展單元的數(shù)量和實(shí)際所能使用的I/O點(diǎn)數(shù)是多種因素共同決定的。</p><p>　　3.特殊功能模塊 當(dāng)需要完成某些特殊功能的控制任務(wù)時(shí)，可與SIMATIC S7-200主機(jī)相連，已完成某種特殊的控制任務(wù)而特制的一種裝置。</

76、p><p>　　4.相關(guān)設(shè)備 相關(guān)設(shè)備是為了充分和方便的利用SIMATIC S7-200系統(tǒng)的硬件和軟件資源而開發(fā)和使用的一些設(shè)備，主要有編程設(shè)備、人際操作界面和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等。</p><p>　　5.工業(yè)軟件 工業(yè)軟件是為更好的管理和使用這些設(shè)備而開發(fā)的與之相配套的程序，它主要有標(biāo)準(zhǔn)工具、工程工具、運(yùn)行軟件和人機(jī)接口等幾大類構(gòu)成。</p><p>　　3.1.2 CP

77、U型號(hào)的選擇 </p><p>　　SIMATIC S7-200的CPU模塊包括一個(gè)中央處理單元、電源以及數(shù)字I/O點(diǎn)，這些都被集成在一個(gè)緊湊、獨(dú)立的設(shè)備中。CPU負(fù)責(zé)執(zhí)行程序，以便對(duì)工業(yè)自動(dòng)化控制任務(wù)或過程進(jìn)行控制。輸入部分則輸出控制信號(hào)，控制工業(yè)過程中的設(shè)備。</p><p>　　從CPU的模塊來看，S7-200系列小型可編程控制器發(fā)展至今，經(jīng)歷了兩代：</p><

78、p>　　第一代產(chǎn)品的CPU模塊為CPU 21*,主機(jī)都可進(jìn)行擴(kuò)展，它具有四種不同結(jié)構(gòu)配置的CPU單元，既CPU 212,CPU 214,CPU 215和CPU 216，這里對(duì)第一代PLC產(chǎn)品不再具體介紹。</p><p>　　第二代產(chǎn)品的CPU模塊位CPU 22*，是在本世紀(jì)初投放市場(chǎng)的。其速度快，具有極強(qiáng)的通訊能力。它具有四種不同結(jié)構(gòu)配置的CPU單元。</p><p>　?。?）C

79、PU 221 CPU 221具有6輸入/4輸出，共計(jì)10個(gè)點(diǎn)的I/O，無擴(kuò)展能力，有6KB程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。還具有4個(gè)獨(dú)立的30kHz高數(shù)計(jì)數(shù)器，2路獨(dú)立的20kHz高數(shù)脈沖輸出端，一個(gè)RS-485通訊/編程端口，具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由通訊方式。非常適合小點(diǎn)數(shù)的控制系統(tǒng)。</p><p>　　（2）CPU 222 CPU 222除了具有CPU 221的功能外，其不同在于：它有8輸入/6

80、輸出，共計(jì)14點(diǎn)I/O，可以擴(kuò)展8路模擬量和最多64個(gè)I/O,因此使更廣泛的全功能控制器。</p><p>　　（3）CPU 224 它在CPU 222的基礎(chǔ)上使主機(jī)的輸入輸出點(diǎn)數(shù)增為24點(diǎn)，最大可擴(kuò)展為168點(diǎn)數(shù)字量或者35點(diǎn)模擬量的輸入和輸出；存儲(chǔ)量也進(jìn)一步增加，還增加了一些數(shù)學(xué)指令和高數(shù)計(jì)數(shù)器的數(shù)量，具有較強(qiáng)的控制能力。</p><p>　?。?）CPU 226 這種模塊在C

81、PU 224的基礎(chǔ)上功能又進(jìn)一步增強(qiáng)，主機(jī)輸入和輸出點(diǎn)增加到40點(diǎn)，最大可擴(kuò)展為248點(diǎn)數(shù)字量和35點(diǎn)模擬量；增加了通訊口的數(shù)量，通訊能力大大增強(qiáng)；它可用于點(diǎn)數(shù)較多、要求較高的小型或中型控制系統(tǒng)。</p><p>　　根據(jù)控制點(diǎn)數(shù)來計(jì)算，可以選用CPU-226這個(gè)型號(hào)的CPU。</p><p>　　CPU 226（擴(kuò)展）分別左右、上下及機(jī)械手電機(jī)模塊進(jìn)行自動(dòng)控制，并對(duì)檢測(cè)信號(hào)及外部輸入數(shù)據(jù)

82、和控制信號(hào)進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)左右運(yùn)動(dòng)、機(jī)械手驅(qū)動(dòng)、升降臺(tái)提升機(jī)保護(hù)等控制的基本要求。表3-1所示是CPU 226的技術(shù)參數(shù)。</p><p>　　表3-1 CPU226的技術(shù)參數(shù)</p><p>　　3.1.3 其他功能模塊的配置</p><p>　　EM223位控模塊是S7-200的數(shù)字量擴(kuò)展模塊。其有6種輸出類型，出于對(duì)端口數(shù)量的要求，我擴(kuò)展選用的是EM223（8

83、I/8Q）模塊。</p><p>　　3.1.4 PLC的I/O資源配置</p><p>　　由于需要采集外部檢測(cè)信號(hào)（所經(jīng)的列、行），控制電機(jī)的起停，選擇自動(dòng)或是手動(dòng)控制狀態(tài)，前后列向運(yùn)動(dòng)、升降行向運(yùn)動(dòng)、機(jī)械手的伸縮運(yùn)動(dòng)、貨物的抓取、存放等。系統(tǒng)資源分配如表3-2所示。</p><p>　　表3-2 I/O分配</p><p>　　3.2

84、位置的定位方法</p><p>　　垂直升降貨柜堆垛機(jī)的定位主要有認(rèn)址裝置組成，認(rèn)址裝置由認(rèn)址片和認(rèn)址器組成。認(rèn)址器目前多為紅外傳感器或者光電開關(guān)，發(fā)射和接收紅外光在同側(cè)時(shí)用反射式認(rèn)址片，否則用透射式的，認(rèn)址原理如下圖3-1所示。</p><p>　　1.認(rèn)址片 2.光電接收管 3.認(rèn)址器 4.光電發(fā)射管</p><p><b>

85、　　圖3-1認(rèn)址原理圖</b></p><p>　　光電開關(guān)是通過把光強(qiáng)度的變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的變化來實(shí)現(xiàn)控制的。紅外線光電開關(guān)是利用人眼不可見(波長(zhǎng)為780nm--lmm)的近紅外線和紅外線來檢測(cè)、判別物體。通過光電裝置瞬間發(fā)射的微弱光束能被安全可靠的準(zhǔn)確的發(fā)射和接收。光電開關(guān)的重要功能是能夠處理光的強(qiáng)度變化:利用光學(xué)元件，在傳播媒介中間使光束發(fā)生變化；利用光束來反射物體，使光束發(fā)射經(jīng)過長(zhǎng)距離后瞬間返

86、回。光電傳感器在一般情況下，有三部分構(gòu)成，它們分為:發(fā)送器，接收器和檢測(cè)電路（如圖3-2）。</p><p>　　圖3-2 光電傳感器原理</p><p>　　發(fā)送器對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射光束，發(fā)射的光束一般來源于半導(dǎo)體光源，發(fā)光二極管(LED)和激光二極管。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或光電三極管組成。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(cè)電路，它能濾

87、出有效信號(hào)和應(yīng)用該信號(hào)。此外，光電傳感器的結(jié)構(gòu)元件中還有發(fā)射板和光導(dǎo)纖維。三角反射板是結(jié)構(gòu)牢固的反射裝置，它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。它可以在與光軸0到25的范圍改變發(fā)射角，使光束幾乎是從一根發(fā)射線，經(jīng)過反射后，還是從這根反射線返回。</p><p>　　光導(dǎo)纖維(LWL)，它擴(kuò)大了光電傳感器的使用范圍，形成了特殊的嵌裝式收發(fā)裝置。它可以在特殊的環(huán)境中使用，檢測(cè)微

88、小的物體。</p><p>　　水平和垂直方向均裝有認(rèn)址器（GD1和GD2)。水平方向的認(rèn)址器安裝在垂直升降貨柜堆垛機(jī)底部的橫梁上，認(rèn)址片對(duì)應(yīng)各列貨格的地面位置，GD1隨垂直升降貨柜堆垛機(jī)前后運(yùn)動(dòng)，每經(jīng)過一列貨格，光電開關(guān)通過認(rèn)址檔板發(fā)出一脈沖信號(hào)寫到PLC，內(nèi)部計(jì)數(shù)器相應(yīng)的計(jì)數(shù)，從而達(dá)到列認(rèn)址目的。垂直方向的認(rèn)址片安裝在對(duì)應(yīng)貨格的垂直升降貨柜堆垛機(jī)的立柱側(cè)面。GD2隨升降臺(tái)上下運(yùn)動(dòng)，達(dá)到層認(rèn)址的目的，光電開關(guān)的

89、脈沖輸入信號(hào)作為PLC內(nèi)部計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)信號(hào)。3.3 電氣接線圖及元器件的選擇</p><p>　　3.3.1 電氣接線圖 </p><p>　　電氣主接線圖如圖3-3所示。</p><p>　　圖3-3 電氣主接線圖</p><p>　　其中主要的控制單元有S7-200 CPU226和擴(kuò)展模塊EM223組成?？刂茊卧ㄟ^控制繼電器的得失電來控

90、制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，從而控制小車、升降臺(tái)的運(yùn)行方向。KM1線圈得電時(shí)常開觸點(diǎn)閉合，電機(jī)1正轉(zhuǎn)，帶動(dòng)小車向前運(yùn)動(dòng)；而當(dāng)KM2得電時(shí)，常開也閉合，電機(jī)1反轉(zhuǎn)，帶動(dòng)小車向后運(yùn)動(dòng)（KM3、KM4同理）；當(dāng)KM5得電時(shí)，常閉觸電斷開，使得電機(jī)1停止轉(zhuǎn)動(dòng)，小車也就停止運(yùn)動(dòng)（KM6同理）。如圖3-4所示。</p><p>　　圖3-4 電機(jī)控制圖</p><p>　　另外還加上了顯示部分，當(dāng)某個(gè)倉(cāng)庫(kù)有物時(shí)，

91、對(duì)應(yīng)的指示燈亮，能夠更好的自動(dòng)存取貨物。</p><p>　　3.3.2 元器件的選擇</p><p>　　主要的元器件的選擇如下表3-3所示。</p><p>　　表3-3 元器件使用表</p><p>　　第4章 定位控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)</p><p><b>　　4.1 程序流程圖</b>&

92、lt;/p><p>　　總體來說軟件系統(tǒng)就是在硬件系統(tǒng)的支撐下，向驅(qū)動(dòng)單元發(fā)出控制指令，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)在預(yù)想的過程中，準(zhǔn)確無誤的完成所要完成的控制任務(wù)。即外部輸入接點(diǎn)閉合，輸出設(shè)備動(dòng)作；外部輸入接點(diǎn)斷開，輸出設(shè)備停止動(dòng)作。</p><p>　　根據(jù)工藝流程可以總結(jié)出基本的程序流程圖如圖4-1所示。</p><p>　　圖4-1 程序流程圖</p><p&

93、gt;　　4.2 編程軟件簡(jiǎn)介</p><p>　　S7-200可編程控制器使用STEP7-Micro/WIN32編程軟件進(jìn)行編程。</p><p>　　STEP7-Micro/WIN32編程軟件是基于Windows的應(yīng)用軟件，有西門子公司專為S7-200系列可編程控制器設(shè)計(jì)開發(fā)，它功能強(qiáng)大，主要為用戶開發(fā)控制程序使用，同時(shí)監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行狀態(tài)。它是西門子S7-200用戶不可缺少的開發(fā)工

94、具。</p><p>　　STEP7-Micro/WIN32的主界面如圖4-2所示。與傳統(tǒng)的Windows的窗口相似，界面包括菜單欄、工具欄、瀏覽欄、指令樹窗口、程序編輯器窗口、輸出窗口和狀態(tài)欄窗口等部分。</p><p>　　菜單欄包括文件（File）、編輯（Edit）、視圖（View）、PLC、調(diào)試（Debug）、工具（Tools）、窗口（Windows）和幫助（Help）等8個(gè)主菜單

95、項(xiàng)，菜單欄還提供了使用鼠標(biāo)或鍵盤進(jìn)行操作的主要方式。幾乎所有的軟件功能都可以在菜單欄上找到操作的方法。</p><p>　　工具欄將最常用的操作以按鈕形式設(shè)定到主窗口，提供給用戶最便利的鼠標(biāo)訪問。用戶可以根據(jù)需要和習(xí)慣定制工具欄的內(nèi)容和外觀。該軟件提供三組工具——標(biāo)準(zhǔn)、調(diào)試和指令?？捎萌缦路椒ㄟx擇：?jiǎn)螕簟耙晥D”（ View ） “工具欄”（ Toolbars） </p><p&g

96、t;　　標(biāo)準(zhǔn)(Standard) 、調(diào)試（Debug）、指令（Instruction)，選中的工具組將出現(xiàn)在工具欄中。</p><p>　　圖4-2 STEP7-Micro/WIN32的主界面</p><p>　　瀏覽欄提供快速切換用戶窗口的控制按鈕，包括視圖項(xiàng)（View）和工具項(xiàng)（Tools）兩部分。視圖項(xiàng)由程序塊（Programe Block）、符號(hào)表（Symbol Table）、狀態(tài)

97、圖（Status Chart）、數(shù)據(jù)塊（Data Block）、系統(tǒng)快（System Block）、交叉引用（Cross Referance）和通信（Communication）按鈕。單擊任一按鈕，可打開此按鈕對(duì)應(yīng)的窗口。工具欄提供程序設(shè)計(jì)向?qū)?，包括：PID向?qū)?、NETR/NETW向?qū)АSC向?qū)Ш蚑D向?qū)?。在瀏覽欄單擊“工具”（Tools），然后淡季對(duì)應(yīng)的“指令系統(tǒng)”（Instruction Wizard），出現(xiàn)如圖4-3所示的界面，

98、可進(jìn)一步進(jìn)行選擇。</p><p>　　圖4-3 “指令向?qū)А背跏冀缑?lt;/p><p><b>　　4.3程序設(shè)計(jì)</b></p><p>　　1.程序啟停和初始化</p><p>　　網(wǎng)絡(luò)1和2是程序的啟停、對(duì)寄存器進(jìn)行初始化復(fù)位。</p><p><b>　　2.倉(cāng)位號(hào)的設(shè)定<

99、/b></p><p>　　I0.6是對(duì)列數(shù)設(shè)定的增按鈕，I0.5是對(duì)行數(shù)設(shè)定的減按鈕，I0.7是對(duì)列數(shù)設(shè)定的減按鈕。</p><p><b>　　3.運(yùn)行方式的選擇</b></p><p>　　當(dāng)選擇自動(dòng)方式時(shí)，Q0.7會(huì)得電自鎖，選擇存貨時(shí)，M1.0會(huì)得電自鎖，然后調(diào)用取貨自動(dòng)子程序（SBR_0）；選擇取貨時(shí)，M1.1得電自鎖，然后調(diào)

100、用取貨自動(dòng)子程序（SBR_1）。</p><p>　　當(dāng)選擇手動(dòng)方式時(shí)，Q0.6會(huì)得電自鎖，按下確認(rèn)鍵I1.5時(shí)將調(diào)用手動(dòng)程序（SBR_4）。</p><p>　　4.自動(dòng)控制中的尋址定位</p><p>　　網(wǎng)絡(luò)15和16中計(jì)數(shù)器C1是對(duì)輸入的倉(cāng)庫(kù)號(hào)的列數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，C2是對(duì)輸入倉(cāng)庫(kù)號(hào)的層數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，VW3,VW1分別放置輸入的列數(shù)和層數(shù)。</p>&

101、lt;p>　　C2中的計(jì)數(shù)脈沖數(shù)和VW1中輸入的倉(cāng)庫(kù)的層數(shù)進(jìn)行比較，相等時(shí)說明已經(jīng)到達(dá)層，升降臺(tái)停止上升，C1中的計(jì)數(shù)脈沖數(shù)和VW3中輸入的倉(cāng)庫(kù)的列數(shù)進(jìn)行比較，相等時(shí)說明已經(jīng)到達(dá)列，小車停止前進(jìn)。C1和C2計(jì)數(shù)值與各自PV設(shè)定值相等時(shí)，說明載貨臺(tái)已到達(dá)所設(shè)定的貨柜位置，Q1.1燈亮，同時(shí)調(diào)用夾或者卸子程序。</p><p>　　5.子程序的調(diào)用處理</p><p>　　完整執(zhí)行一遍子

102、程序后，將不再允許程序繼續(xù)掃描子程序，直到再次輸入作業(yè)地址、作業(yè)指令和確認(rèn)鍵后，才會(huì)繼續(xù)相應(yīng)的子程序。</p><p>　　網(wǎng)絡(luò)9和10為子程序的末端程序，當(dāng)子程序執(zhí)行結(jié)束時(shí)，會(huì)將M1.6置位，從而不再執(zhí)行調(diào)用子程序（SBR_0）。</p><p>　　然后再次按下確認(rèn)鍵時(shí)，會(huì)將M1.6復(fù)位。</p><p><b>　　6.步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)</b&g

103、t;</p><p>　　子程序2是步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)程序，其中，將16#85送給SMB67是設(shè)置PTO的控制字節(jié)，選擇PTO方式，時(shí)基為1us。然后設(shè)置周期為50us,脈沖數(shù)為70000個(gè)。</p><p><b>　　6、總程序</b></p><p><b>　　主程序</b></p><p>　

104、　Network 1 // Network Title</p><p><b>　　// 啟停命令</b></p><p>　　LD I0.0</p><p>　　O M0.0</p><p>　　AN I0.1</p><p>　　= M0.0</p&g

105、t;<p>　　= Q0.1</p><p>　　Network 2 </p><p><b>　　// 復(fù)位命令</b></p><p>　　LD M0.0</p><p>　　A I1.2</p><p>　　A I1.5</p>

106、<p>　　MOVW 0, VW1</p><p>　　MOVW 0, VW3</p><p>　　Network 3 </p><p><b>　　// </b></p><p>　　LD I1.2</p><p>　　O Q1.5</p>

107、<p>　　O Q1.7</p><p>　　A M0.0</p><p><b>　　LPS</b></p><p>　　AN I1.6</p><p>　　AN I2.2</p><p>　　= Q1.5</p><

108、p><b>　　LPP</b></p><p>　　AN I1.7</p><p>　　AN I2.5</p><p>　　= Q1.7</p><p>　　Network 4 </p><p>　　LD M0.0</p><p>　

109、　A I0.4</p><p>　　AW< VW1, 9</p><p>　　AW>= VW1, 0</p><p><b>　　EU</b></p><p>　　+I 1, VW1</p><p>　　Network 5 </p><p

110、>　　LD M0.0</p><p>　　A I0.6</p><p>　　AW< VW3, 9</p><p>　　AW>= VW3, 0</p><p><b>　　EU</b></p><p>　　+I 1, VW3</p>