柔性包裝機(jī)設(shè)計(jì)【畢業(yè)論文+CAD圖紙全套】

買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 I 摘 要 柔性制造 系統(tǒng)（ 集成了自動(dòng)控制技術(shù)、人工智能、計(jì)算機(jī)語(yǔ)言編程組態(tài)監(jiān)控等現(xiàn)代化技術(shù)的生產(chǎn)設(shè)備。 目前實(shí)踐教學(xué)作為教學(xué)過(guò)程中的一個(gè)環(huán)節(jié)，是工科院校培養(yǎng)跨世紀(jì)創(chuàng)造性人才必不可少的。為配合卓越工程師試點(diǎn)工作中的課程改革，結(jié)合教學(xué)研究任務(wù)，本設(shè)計(jì)針對(duì)學(xué)校實(shí)驗(yàn)室的柔性制造系統(tǒng)中的立體倉(cāng)庫(kù)環(huán)節(jié)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)前期準(zhǔn)備工作。 本設(shè)計(jì)主要由三層 12 倉(cāng)位的立體倉(cāng)庫(kù)和四自由度碼垛機(jī)械手兩部分組成。 其中碼垛機(jī)械手由機(jī)械傳動(dòng)部分和電氣控制兩部分組成，電氣控制是由西門子 可編程控制器 ( 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、開(kāi)關(guān)電源、位置傳感器等器件組成。 在設(shè)計(jì)過(guò)程中，不斷參閱相關(guān)電氣設(shè)計(jì)規(guī)范的資料， 參照現(xiàn)有的碼垛機(jī)的工作模式及控制方法，最終完成 控制核心 的 碼垛單元的 制系統(tǒng) 設(shè)計(jì) ，并應(yīng)用組態(tài)軟件制作監(jiān)控仿真界面。 關(guān)鍵詞 ： 柔性制造系統(tǒng) ；碼 垛機(jī)；立體倉(cāng)庫(kù) ； 組態(tài) 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 is of as of a is of of is As in in of in is of 2 of of is of a an is 7 a of to LC as LC of 文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 目 錄 摘要 I 1章 緒論 1 題背景 1 性包裝機(jī)的設(shè)計(jì) 的概述 1 性包裝機(jī)的設(shè)計(jì) 在國(guó)外的研究現(xiàn)狀 1 性包裝機(jī)的設(shè)計(jì) 在國(guó)內(nèi)的研究現(xiàn)狀 2 性包裝機(jī)的設(shè)計(jì) 的發(fā)展趨勢(shì) 3 題的主要研究?jī)?nèi)容 3 第 2章 柔性包裝機(jī)的設(shè)計(jì) 的總體方案設(shè)計(jì) 4 性包裝機(jī)的設(shè)計(jì) 的總體框圖 4 性包裝機(jī)的設(shè)計(jì) 的結(jié)構(gòu)組成 5 性包裝機(jī)的設(shè)計(jì) 的控制方案 6 性包裝機(jī)的設(shè)計(jì) 的控制功能要求 6 性包裝機(jī)的設(shè)計(jì) 的控制方案確定 6 性包裝機(jī)的設(shè)計(jì) 的定位方案確定 7 章小結(jié) 9 第 3章 柔性包裝機(jī)的設(shè)計(jì) 的硬件設(shè)計(jì)選型及介紹 10 動(dòng)機(jī)的計(jì)算選取 10 性包裝機(jī)的設(shè)計(jì) 的已知參數(shù) 10 據(jù)已知參數(shù)對(duì)電動(dòng)機(jī)的選型計(jì)算 10 進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的介紹 11 編程控制器的選型及 I/O 分配 13 編程控制器的選型 13 編程控制器的 I/O 分配 13 軌的形式介紹 14 珠絲杠的介紹 15 章小結(jié) 15 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 第 4章 柔性包裝機(jī)的設(shè)計(jì) 的軟件設(shè)計(jì) 16 程軟件介紹及使用 16 性包裝機(jī)的設(shè)計(jì) 的 序設(shè)計(jì) 18 性包裝機(jī)的設(shè)計(jì) 的工作流程 18 性包裝機(jī)的設(shè)計(jì) 的軟件設(shè)計(jì) 20 章小結(jié) 37 第 5章 組態(tài)王仿真畫面的設(shè)計(jì) 38 態(tài)王監(jiān)控軟件介紹 38 態(tài)王監(jiān)控軟件仿真設(shè)計(jì) 38 立組態(tài)軟件與 間的通訊連接 39 態(tài)畫面及監(jiān)控元素的設(shè)計(jì) 40 章小結(jié) 45 結(jié)論 46 參考文獻(xiàn) 47 致謝 49 附錄 50 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 1 第 1章 緒 論 題背景 柔性包裝機(jī)的設(shè)計(jì) 是自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)的主要搬運(yùn)碼垛設(shè)備，而立體倉(cāng)庫(kù)的產(chǎn)生和發(fā)展是現(xiàn)代物流體系的要求和信息技術(shù)進(jìn)步的結(jié)果，它是在不直接進(jìn)行人工干預(yù)的情況下自動(dòng)地存儲(chǔ)和取出物流的系統(tǒng)，替代了人工搬運(yùn)，只需定位抓起點(diǎn)和擺放點(diǎn)，兩點(diǎn)之間的軌道全由電腦控制，兩點(diǎn)直線運(yùn)動(dòng)，定位十分準(zhǔn)確。自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)碼垛機(jī)是現(xiàn)代工業(yè)社會(huì)發(fā)展的高科技產(chǎn)物，可全天候作業(yè)，配備機(jī)械手可替代不少工人的工作量，由此 每年能節(jié)省幾十 萬(wàn)的人力資源成本，達(dá)到減員增效的目的。生產(chǎn)上能迅速提高公司的生產(chǎn)效率和產(chǎn)量，同時(shí)還能減少人工搬運(yùn)造成的出錯(cuò)。對(duì)提高生產(chǎn)率、降低成本有著重要意義。 柔性包裝機(jī)的設(shè)計(jì) 是目前占地最小、效率最高、適應(yīng)能力最強(qiáng)的碼垛機(jī)。碼垛機(jī)械手適應(yīng)于化工、飲料、食品、啤酒、塑料、空調(diào)行業(yè)等生產(chǎn)企業(yè)，對(duì)各種紙箱、袋裝、罐裝、啤酒箱、瓶裝等各種形狀的包裝成品都適應(yīng)。 目前實(shí)踐教學(xué)作為教學(xué)過(guò)程中的一個(gè)環(huán)節(jié)，是工科院校培養(yǎng)跨世紀(jì)創(chuàng)造性人才必不可少的。為配合卓越工程師試點(diǎn)工作中的課程改革，結(jié)合教學(xué)研究任務(wù)，本設(shè)計(jì)針對(duì)學(xué)校實(shí)驗(yàn)室的柔性制造系統(tǒng) 中的立體倉(cāng)庫(kù)環(huán)節(jié)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)前期準(zhǔn)備工作。以 控制核心設(shè)計(jì)碼垛單元的 制系統(tǒng)，并應(yīng)用組態(tài)軟件制作監(jiān)控仿真界面。 性包裝機(jī)的設(shè)計(jì) 的概述 性包裝機(jī)的設(shè)計(jì) 在國(guó)外的研究現(xiàn)狀 柔性包裝機(jī)的設(shè)計(jì) 是隨著大型物流配送中心和自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的發(fā)展起來(lái)的，物流這一概念是在 20 世紀(jì) 50 年代首先在美國(guó)形成的，立體倉(cāng)庫(kù)的產(chǎn)生和發(fā)展是現(xiàn)代物流體系發(fā)展的要求和信息技術(shù)進(jìn)步的結(jié)果。 初期的立體倉(cāng)庫(kù)使用的碼垛機(jī)以橋式起重機(jī)為基礎(chǔ)，這種碼垛機(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)來(lái)搬運(yùn)貨物。 1960 年左右在美國(guó)出現(xiàn)了巷道式碼垛機(jī)，這種堆垛機(jī)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，或者是在上部導(dǎo)軌上行走，利用地面導(dǎo)軌防止傾倒。在立體倉(cāng)庫(kù)碼垛機(jī)的研發(fā)和使用方面，日本始終走在前列， 1967 年安裝了 10 15 米的高層碼垛機(jī)， 1969 年出買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 2 現(xiàn)的聯(lián)機(jī)全自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)，特別是 1973 年建成了一座儲(chǔ)藏生鮮食物的冷藏庫(kù)，這是世界上第一座 的極低溫倉(cāng)庫(kù)，解決條件下碼垛機(jī)的可靠性和技術(shù)方面的問(wèn)題，取得了引人矚目的成就。巷道式碼垛機(jī)逐漸替代了受重量和跨度限制的橋式碼垛機(jī)。 據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，美國(guó)擁有各種類型的自 動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù) 20000 多座，日本有 38000多座，德國(guó)有 10000 多座，英國(guó)有 4000 多座，前蘇聯(lián)有 1500 多座。 性包裝機(jī)的設(shè)計(jì) 在國(guó)內(nèi)的研究現(xiàn)狀 我國(guó)第一臺(tái)橋式 柔性包裝機(jī)的設(shè)計(jì) 于 1963 年由北京起重運(yùn)輸機(jī)械研究所研制，在20 世紀(jì) 70 年代初期開(kāi)始，我國(guó)石油化工企業(yè)先后從日本、西德和意大利等國(guó)家引進(jìn)了幾十臺(tái)碼垛機(jī)。其中除了從西德繆勒斯（ 司和意大利 司引進(jìn)幾臺(tái)外，其余大部分碼垛機(jī)均是從日本 司和不二公司進(jìn)口的。到 80 年代初期，我國(guó)一些企業(yè)和科研單位，在消化、吸收 引進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，相繼設(shè)計(jì)、研制出幾種不同類型的碼垛機(jī)，并用于聚乙烯、聚丙烯、化肥等粉粒產(chǎn)品包裝碼垛生產(chǎn)線上，為碼垛機(jī)的國(guó)產(chǎn)化開(kāi)創(chuàng)了良好的開(kāi)端。當(dāng)時(shí)主要生產(chǎn)廠家有宜昌地區(qū)機(jī)械廠、常州化工機(jī)械廠、哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)器人研究所和沈陽(yáng)運(yùn)輸機(jī)械廠等單位。從 80 年代初期開(kāi)始，我國(guó)一些科研生產(chǎn)單位即著手設(shè)計(jì)研制輥道式碼垛機(jī)。當(dāng)時(shí)主要以仿型為主，即按國(guó)外同類型碼垛機(jī)的型式，并結(jié)合國(guó)內(nèi)的制造水平進(jìn)行設(shè)計(jì)研究的，為國(guó)產(chǎn)碼垛機(jī)奠定了雛形。到 80 年代中期，我國(guó)一些科研、設(shè)計(jì)和生產(chǎn)單位，開(kāi)始設(shè)計(jì)研制氣墊式碼垛機(jī)。這種機(jī)型仍以仿型為主 。該機(jī)型具有結(jié)構(gòu)較緊湊、自動(dòng)化水平高，運(yùn)行動(dòng)作靈活、成垛性能好、外形比較美觀等特點(diǎn)。但這種機(jī)型與國(guó)外同類先進(jìn)水平相比，仍有一定的差距。 80 年代后期，我國(guó)一些科研單位設(shè)計(jì)研制出一種機(jī)器人全自動(dòng)碼垛機(jī)。該機(jī)是在輥道式碼垛機(jī)的基礎(chǔ)上，通過(guò)高架機(jī)械手進(jìn)行碼垛作業(yè)的一種機(jī)型。其處理能力為 600800 袋 /時(shí)。 哈工大機(jī)械人研究所于 1988 年研制的包裝碼垛生產(chǎn)線，從 1992 年 6 月安裝在大慶石化總公司投產(chǎn)運(yùn)行后，經(jīng)過(guò)二年半的生產(chǎn)使用，證明運(yùn)行情況良好，深得用戶好評(píng)。該所在此基礎(chǔ)上，又以國(guó)外最新產(chǎn)品性能為目標(biāo)，開(kāi)發(fā)生產(chǎn)了一 套第二代自動(dòng)包裝碼垛生產(chǎn)線，并且于 94 年 10 月安裝在齊魯石化總公司投產(chǎn)運(yùn)行；還計(jì)劃再上二套碼垛生產(chǎn)線。同年 11 月又在天津聯(lián)合化學(xué)有限公司安裝了二套自動(dòng)化包裝碼垛生產(chǎn)線。此后，自動(dòng)化物流的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用得到了很大發(fā)展。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截止到 2006年底，全國(guó)自動(dòng)化立體庫(kù)的保有量已超過(guò) 500 座。 2006 年建設(shè)的自動(dòng)化立體庫(kù)在 80座以上，主要集中在機(jī)械制造、汽車、煙草、食品加工、服裝生產(chǎn)、醫(yī)藥生產(chǎn)及流通等行業(yè)，與 2005 年相比，整個(gè)市場(chǎng)有了很大發(fā)展。 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 3 性包裝機(jī) 的發(fā)展趨勢(shì) 縱觀世界各國(guó)碼垛機(jī)的發(fā)展的現(xiàn)狀，對(duì) 今后的動(dòng)向，可歸納如下： (1) 重視 “三化 ”，逐步采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。所謂 “三化 ”，是指碼垛機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化。貫徹 “三化 ”可以縮短設(shè)計(jì)周期，保證產(chǎn)品制造質(zhì)量，便于管理和提高經(jīng)濟(jì)效益。世界上許多國(guó)家，不僅重視產(chǎn)品的 “三化 ”工作，而且非常注意采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（ 有的國(guó)家甚至廢除本國(guó)標(biāo)準(zhǔn)而直接采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，其目的是為了促進(jìn)商品的國(guó)際交流。 (2) 實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的機(jī)電一體化。機(jī)械產(chǎn)品需要更新?lián)Q代。在當(dāng)今計(jì)算機(jī)技術(shù)、自控技術(shù)和數(shù)顯技術(shù)大發(fā)展的年代里，更新?lián)Q代的重要標(biāo)志是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的機(jī)電一體化。在碼垛機(jī)上應(yīng)用計(jì)算機(jī) 技術(shù)，可以提高作業(yè)性能，增加安全性，以至實(shí)現(xiàn)無(wú)人自動(dòng)操作。 (3) 人機(jī)工程學(xué)的應(yīng)用。碼垛機(jī)一般應(yīng)用在沉重、忙碌、環(huán)境比較差的場(chǎng)合。為了減少人員的作業(yè)強(qiáng)度，保證持久旺盛的體力和注意力，應(yīng)該根據(jù)人機(jī)工程學(xué)的理論，設(shè)計(jì)導(dǎo)動(dòng)裝置和人員輔助裝置，改善振動(dòng)與噪聲的影響，以使最少、最合理的投資，獲得最佳的使用效果，使設(shè)備發(fā)揮最大的效率。 題的主要研究?jī)?nèi)容 本課題研究的主要內(nèi)容是教學(xué)用倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)械手碼垛機(jī)的自動(dòng)控制及組態(tài)軟件的監(jiān)控仿真，主要包括以下幾個(gè)方面： (1) 深入研究實(shí)際工作過(guò)程中碼垛機(jī)的工作情況，理解其工 作原理； (2) 根據(jù)參數(shù)選擇電機(jī)，確定控制方案。進(jìn)行控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)； (3) 根據(jù)總體方案的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)電器控制的原理框圖； (4) 進(jìn)行 選型，進(jìn)行硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)并對(duì) I/O 分配； (5) 針對(duì)每一部分的硬件設(shè)計(jì)，進(jìn)行軟件部分設(shè)計(jì)， 制程序的編寫及調(diào)試； (6) 應(yīng)用組態(tài)軟件制做監(jiān)控仿真操作界面。 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 4 第 2章 柔性包裝機(jī) 的總體方案設(shè)計(jì) 性包裝機(jī)的設(shè)計(jì) 的總體框圖 上 位 機(jī) ( P C )輸入S I M A T I - 2 0 0 C U 2 2 4 X 體框圖 圖 采用 西門子 為主控制器的 碼垛機(jī) 總體框圖。一臺(tái) 為上位監(jiān)控機(jī)通過(guò) 85 通信 端 口與 連，可以對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行全面的監(jiān)控管理。 本設(shè)計(jì)只針對(duì) 控制設(shè)計(jì)，其輸入都有啟動(dòng)按鈕、停止按鈕、單機(jī)聯(lián)機(jī)切換開(kāi)關(guān)、急停等操作面板上的操作開(kāi)關(guān)，還有碼垛機(jī)的 行程 限位開(kāi)關(guān)和立體倉(cāng)庫(kù)上 12個(gè)倉(cāng)格 有無(wú)貨物的 檢測(cè)開(kāi)關(guān)。 其輸出包括 4 個(gè)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的脈沖和方向輸出，以及碼垛機(jī)上氣動(dòng)機(jī)械手夾取松開(kāi)的電磁閥和一些輔助的設(shè)備 （ 例如啟動(dòng)停止的指示燈 ） 。 4 個(gè) 步進(jìn)電機(jī) 驅(qū)動(dòng)器分買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 5 別驅(qū)動(dòng) 4 個(gè)步進(jìn)電機(jī)，這 4 個(gè)步進(jìn)電機(jī)分別用于 控制 碼垛機(jī)的 X 軸、 Y 軸、 Z 軸的移動(dòng)和 1 個(gè)機(jī)械手的轉(zhuǎn)動(dòng) 。 性包裝機(jī) 的結(jié)構(gòu)組成 本課題是針對(duì)學(xué)校實(shí)驗(yàn)室的柔性制造系統(tǒng)中的立體倉(cāng)庫(kù)環(huán)節(jié)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)前期準(zhǔn)備工作而設(shè)計(jì)的。實(shí)驗(yàn)裝置由機(jī)械部分、電氣部分和操作臺(tái)組成 ， 模擬了碼垛機(jī)在 一個(gè)有 12 倉(cāng)位 的立體倉(cāng)庫(kù) 的工作情況。 碼垛機(jī)是由三個(gè)直線電控工作臺(tái)以及一個(gè)旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)外加一個(gè)氣動(dòng)手爪組成。然后整體放置在桌面上，用螺釘固定在桌面鋁合金槽內(nèi)的螺母中。 碼垛機(jī)的構(gòu)成表 其中 I 軸和 除行程不一致外，本身結(jié)構(gòu)形式完全相同，均采用了光軸導(dǎo)軌支撐，滾珠絲杠傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是承載能 力高，安裝方便。 是垂直的升降軸，因?yàn)橄鄬?duì)承載低，故采用光軸支撐，滾珠絲杠傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)。三個(gè)軸互成直角組合搭建而成。也就是典型的直角坐標(biāo)機(jī)器人。工業(yè)上經(jīng)常用到這種結(jié)構(gòu)。 為旋轉(zhuǎn)軸，通過(guò)支架與 活動(dòng)平臺(tái)連接。結(jié)構(gòu)為蝸輪蝸桿形式。所有直線工作臺(tái)在此系統(tǒng)中都采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)聯(lián)軸器與絲杠端連接。 表 性包裝機(jī)的設(shè)計(jì) 構(gòu)成介紹 軸 構(gòu)成 動(dòng)作范圍 I 步進(jìn)電機(jī) 280軸器 滾珠絲杠 光軸導(dǎo)軌 進(jìn)電機(jī) 300軸器 滾珠絲杠 光軸導(dǎo)軌 進(jìn)電機(jī) 350軸器 滾珠絲杠 光軸導(dǎo)軌 進(jìn)電機(jī) 100 蝸輪蝸桿 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 6 性包裝機(jī) 的控制方案 性包裝機(jī) 的控制功能要求 碼垛機(jī)是立體倉(cāng)庫(kù)貨物存取任務(wù)的最終執(zhí)行者，其主要?jiǎng)幼靼ǎ?(1) 碼垛機(jī)沿貨架（ I 軸方向）的左右運(yùn)動(dòng)； (2) 碼垛機(jī)接近和遠(yuǎn)離貨架（ 方向）的前后運(yùn)動(dòng)； (3) 碼垛機(jī)沿立柱（ 方向）的上下升降運(yùn)動(dòng)； (4) 安裝在碼垛機(jī)上機(jī)械手的轉(zhuǎn)動(dòng)（ ）； (5) 安裝在碼垛機(jī)上機(jī)械手的加緊和放松。 因此， 碼垛機(jī)單元的自動(dòng)控制主要應(yīng)包含以下幾方面的內(nèi)容： (1) 手動(dòng)控制功能：僅能通過(guò)控制面板的按鈕進(jìn)行啟動(dòng)、停止、急停等控制操作； (2) 自動(dòng)控制功能：當(dāng)手動(dòng)按下啟動(dòng)按鈕時(shí)，要求碼垛機(jī)應(yīng)能完成復(fù)位動(dòng)作以及貨物的自動(dòng)入庫(kù)任務(wù)。碼垛機(jī)運(yùn)動(dòng)的情況下，碼垛機(jī)要運(yùn)動(dòng)到碼垛位和抓取位，其中的坐標(biāo)點(diǎn)必須有一個(gè)參考系，并且，在系統(tǒng)斷電的時(shí)候，為防止系統(tǒng)丟掉原點(diǎn)信息，以及當(dāng)系統(tǒng)以外停機(jī)或發(fā)生故障的時(shí)候需要系統(tǒng)具有原點(diǎn)復(fù)位功能。 (3) 安全保護(hù)功能：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各關(guān)鍵器件的使用情況及系統(tǒng)的運(yùn)行情況，出現(xiàn)故障時(shí)及時(shí)報(bào)警。 性包裝機(jī) 的控制方案確定 在當(dāng)今的工業(yè)控制領(lǐng)域，有相當(dāng)多的控制手段和設(shè)備，比如：繼電器控制、 片機(jī)控制、集散控制系統(tǒng)（ 及可編程控制器（ 制等等。 目前，比較有代表性的碼垛機(jī)控制方式主要有： (1) 基于 控制系統(tǒng) 基于 控制系統(tǒng)，其主要構(gòu)成是以 制器為核心，運(yùn)用其強(qiáng)大的 I/成其與 機(jī)接口）的通信，其主要優(yōu)點(diǎn)是編程比較簡(jiǎn)單，對(duì)使用者的要求不高，且其抗干擾能力比較強(qiáng)大，運(yùn)行非常穩(wěn)定，主要缺點(diǎn)是不能實(shí)現(xiàn)通用化，其靈活程度不高。 (2) 基于 制 系統(tǒng) 基于 控制系統(tǒng)是主要由計(jì)算機(jī)（一般是工控機(jī)）完成主要的算法和碼垛機(jī)器人運(yùn)動(dòng)路徑規(guī)劃以及結(jié)合運(yùn)動(dòng)控制器來(lái)控制電機(jī)運(yùn)動(dòng)，由于基于 ，故可以可使用高級(jí)語(yǔ)言編程，其靈活性比較高，可完成比較復(fù)雜的控制功能，其缺點(diǎn)是開(kāi)發(fā)周買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 7 期比較長(zhǎng)，且對(duì)開(kāi)發(fā)者要求比較高。 綜上所述， 為一種專門在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置，具有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。 本設(shè)計(jì)針對(duì)學(xué)校實(shí)驗(yàn)室的柔性制造系統(tǒng)中的立體倉(cāng)庫(kù)環(huán)節(jié)進(jìn)行設(shè)計(jì)的，規(guī)模相對(duì)于工業(yè)中要小，所以選擇第一種方案：基于 控制系統(tǒng)。 性包裝機(jī) 的定位方案 確定 柔性包裝機(jī) 定位控制方法很多，現(xiàn)就幾種典型方法介紹如下： (1) 常規(guī)的限位開(kāi)關(guān)定位方法 柔性包裝機(jī) 在運(yùn)行過(guò)程中，要先確定目前的位置，然后才能根據(jù)目標(biāo)信號(hào)決定控制狀態(tài)。例如：碼垛機(jī)到某一層需要停下來(lái)時(shí)，首先在接近這一層時(shí)，要先從高速狀態(tài)減速，到達(dá)平層位置時(shí)，再停車準(zhǔn)備存取貨物。因此，我們通常在每一層井道上安裝三個(gè)限位開(kāi)關(guān)，即上、下平層限位開(kāi)關(guān)和平層限位開(kāi)關(guān)。 如圖 示，當(dāng)碼垛機(jī)在上升時(shí)，首先碰到下平層限位開(kāi)關(guān)，此信號(hào)送到 變頻器發(fā)出減速信號(hào)，變頻器按照預(yù)先設(shè)定的減速曲線，控制碼 垛機(jī)開(kāi)始減速，當(dāng)停下時(shí)，進(jìn)入貨物存取狀態(tài)。 圖 層開(kāi)關(guān)示意圖 (2) 認(rèn)址片的定位方法 采用認(rèn)址片的定位方法時(shí)，準(zhǔn)確地認(rèn)址定位是正確存取貨物的關(guān)鍵。 認(rèn)址片結(jié)構(gòu)如圖 示，認(rèn)址方法如下：在巷道地基上相對(duì)于每列貨格安裝固定的認(rèn)址片（擋板），在碼垛機(jī)底部安裝 4 個(gè)光電開(kāi)關(guān)（ （ 碼垛機(jī)一起前后運(yùn)動(dòng)，每經(jīng)過(guò)列貨格，光電開(kāi)關(guān)通過(guò)認(rèn)址檔板發(fā)出脈沖信號(hào)到 而達(dá)到列認(rèn)址目的。同樣，在碼垛機(jī)立柱上相對(duì)于每層安裝認(rèn)址片，在其買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 8 升降臺(tái)安裝光電開(kāi)關(guān)（ 升降臺(tái)一起上 下運(yùn)動(dòng)，達(dá)到層認(rèn)址的目的。光電開(kāi)關(guān)的脈沖輸入信號(hào)作為 部認(rèn)址計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)信號(hào)，計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值作為速度控制的依據(jù)。當(dāng)碼垛機(jī)到達(dá)目標(biāo)貨格即計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值計(jì)到零時(shí)，發(fā)出停車信號(hào)使其停止運(yùn)行。 圖 址片結(jié)構(gòu) 升降臺(tái)上的光電開(kāi)關(guān)又用 部的計(jì)數(shù)器接收光電脈沖，升降臺(tái)每經(jīng)過(guò)一層，計(jì)數(shù)器減 1 計(jì)數(shù)，從而達(dá)到層方向認(rèn)址的目的。碼垛機(jī)對(duì)其定位精度要求是比較高的，一般誤差不超過(guò) 2則，由于誤差的積累，在貨叉存取貨物時(shí)易碰到貨架或發(fā)生其他事故。但當(dāng)發(fā)出停車信號(hào)后，碼垛機(jī)由于慣性還會(huì)滑行一點(diǎn)，這樣，光靠計(jì) 數(shù)認(rèn)址很難達(dá)到精確定位的目的。為此我們把認(rèn)址片結(jié)構(gòu)做成如圖 示的形式。用1 號(hào)光電開(kāi)關(guān)作為認(rèn)址計(jì)數(shù)開(kāi)關(guān)，計(jì)數(shù)到零時(shí)發(fā)出停車信號(hào)，然后再利用 1 號(hào)和 2 號(hào)開(kāi)關(guān)作精確定位。如果 1 號(hào)與 2 號(hào)開(kāi)關(guān)同時(shí)有信號(hào)，說(shuō)明已停準(zhǔn)；如果只 2 號(hào)開(kāi)關(guān)有信號(hào)，說(shuō)明己超過(guò)，點(diǎn)動(dòng)碼垛機(jī)回退，再檢測(cè)比較；如果只 1 號(hào)開(kāi)關(guān)有信號(hào)，說(shuō)明還未到中心點(diǎn)，點(diǎn)動(dòng)碼垛機(jī)前進(jìn)，再檢測(cè)比較。這樣達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的。 (3) 采用 沖 串 輸出 與步進(jìn)驅(qū)動(dòng)結(jié)合的定位 方法 圖 沖串輸出與步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器結(jié)合 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 9 沖串輸出與步進(jìn)驅(qū)動(dòng)結(jié)合使用的控制系統(tǒng) ，具有可靠性高、可實(shí)現(xiàn)精確定位等優(yōu)點(diǎn)，適合于小功率驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。 西門子 供有開(kāi)環(huán)運(yùn)動(dòng)控制的三種方式：脈寬調(diào)制（ 內(nèi)置于 于速度、位置或占空比控制；脈沖串輸出（ 內(nèi)置于 ，用于速度和位置控制； 控模塊 用于速度和位置控制的附加模塊。 內(nèi)置于西門子 如圖 西門子 步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向 控制 有四種方式 ， 分別如圖 示。 圖 輸出極性和方 向控制方式 由以上的介紹，我們可以看出，安裝限位開(kāi)關(guān)或認(rèn)址片的定位方法，不僅廢工廢料，而且每個(gè)開(kāi)關(guān)或認(rèn)址片的實(shí)際安裝距離，均不可避免地存在一定量的誤差，使得系統(tǒng)的安裝調(diào)試變得復(fù)雜，而且定位質(zhì)量難以保證。一旦系統(tǒng)要求改造，又要重新進(jìn)行安裝工作。而采用 沖 串 輸出與步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器結(jié)合的定位方法，通過(guò) 發(fā)出的脈沖數(shù)可以很容易地確定碼垛機(jī)的當(dāng)前位置，這種碼垛機(jī)的位移定位方法具有定位精度高、適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，因此，采用此方案對(duì)碼垛機(jī)進(jìn)行定位。 章小結(jié) 本章針對(duì)立體倉(cāng)庫(kù)中 柔性包裝機(jī) 的控制系統(tǒng)進(jìn)行了方案設(shè)計(jì) 。系統(tǒng)主控制器選擇了在工業(yè)環(huán)境中廣受歡迎的可編程控制器（ 最后，在綜合比較了多種碼垛機(jī)的定位方法后，并結(jié)合本設(shè)計(jì)的實(shí)際要求，選擇了定位精度更高，控制方法更加靈活的定位方案 通過(guò) 發(fā)出的脈沖數(shù)和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器結(jié)合定位 的方法 。 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 10 第 3章 柔性包裝機(jī) 的硬件 設(shè)計(jì)選型及 介紹 本章將詳細(xì)分析系統(tǒng)中各個(gè)組成硬件的原理與特點(diǎn)，并根據(jù)貨物存儲(chǔ)系統(tǒng)的實(shí)際工作環(huán)境，選擇適合本系統(tǒng)的設(shè)備型號(hào)以及參數(shù)，完成碼垛機(jī)單元的硬件設(shè)計(jì)。 動(dòng)機(jī)的計(jì)算選取 性包裝機(jī) 的已知參數(shù) 作為整個(gè)堆垛機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)速度驅(qū) 動(dòng)者，電動(dòng)機(jī)的合適選取十分重要。針對(duì)該立體倉(cāng)庫(kù)的實(shí)際工作情況，設(shè)計(jì)的堆垛機(jī)系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)滿足以下參數(shù)要求： 工作臺(tái)的質(zhì)量： 401 m 工件質(zhì)量： 402 m 最高速度： vm/s； 加速時(shí)間： t s； 減速時(shí)間： 絲桿導(dǎo)程： 5P 阻力： 20f N； 摩擦系數(shù)： ； 據(jù) 已知參數(shù) 對(duì)電動(dòng)機(jī)的選型計(jì)算 先求加速度： 1 m a x s 垂直方向軸向力計(jì)算： 上升加速時(shí) )()( N 上升勻速時(shí) )( N 上升減速時(shí) )()( N 下降加速時(shí) )()( N 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 11 下降勻速時(shí) )( N 下降減速時(shí) )()( N 水平運(yùn)動(dòng)時(shí) )()( 21217 N 通過(guò)計(jì)算分析可以清楚地發(fā)現(xiàn)， 碼垛機(jī)垂直方向的力較水平方向的力要大，因此只要按照垂直方向的上升加速時(shí)的力1可以滿足其它運(yùn)動(dòng)對(duì)于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的要求。 3m a x m 通過(guò)表 選 步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 表 進(jìn)電機(jī)型號(hào)具體參數(shù) 型號(hào) 步距角 （ ） 保持轉(zhuǎn)矩（ Nm） 額定電流 （ A） 相電阻 （ ） 相電感（ 轉(zhuǎn)子慣量（ g 8 4 8 31 75 進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的介紹 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 12 圖 )步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 )步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器如圖 是一款經(jīng)濟(jì)、小巧的等角度恒力矩細(xì)分型高性能步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)電壓 用單電源供電。適配電流在 下，外徑 42各種型號(hào)的二相混合式步進(jìn)電機(jī)。 該驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部采用雙極恒流斬波方式，使電機(jī)噪音減小，電機(jī)運(yùn)行更平穩(wěn)；驅(qū)動(dòng)電源電壓的增加使得電機(jī)的高速性能和驅(qū)動(dòng)能力大為提高；而步進(jìn)脈沖停止超過(guò)100，線圈電流自動(dòng)減半，使驅(qū)動(dòng)器的發(fā)熱可減少 50%，也使得電機(jī)的發(fā)熱減少。用戶在脈沖頻率不高的時(shí)候使用低速高細(xì)分，使步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)精度提高，最高可達(dá) 200細(xì)分，振動(dòng)減小，噪聲降低。 )步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的引腳功能說(shuō)明如表 表 )步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的引腳功能說(shuō)明 標(biāo)記符號(hào) 功 能 注 釋 + 輸入信號(hào)光 電 隔離 正端 接 +55V+24于 +5 2=下降 沿有效，每當(dāng)脈沖由高變低時(shí)電機(jī)走一步。輸入電阻 220，要求：低 電平 0電平 45V，脈沖寬度 2=用于改變電機(jī)轉(zhuǎn)向。輸入電阻 220，要求：低 電平 0電平 45V， 脈沖寬度 機(jī)釋放信號(hào) 有效（低電平）時(shí)關(guān)斷電機(jī)線圈電流，驅(qū)動(dòng)器停止工 作，電機(jī)處于自由狀態(tài) 。 點(diǎn)輸出信號(hào) 電機(jī)線圈通電位于原點(diǎn)置為有效（ B， 電）；光電隔離輸出（高電平）。 - 輸出信號(hào)公共地 號(hào)光電隔離公共地端， 大驅(qū)動(dòng)電流 50高電壓 50V。 +V 電源正極 40V 源負(fù)極 機(jī)接線 +A、 B、 文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 13 編 程控制器 的 選型 及 I/編程控制器 的選型 在碼垛機(jī)碼垛過(guò)程中，需要完成對(duì)砌塊的夾緊、升降及水平搬運(yùn)、旋轉(zhuǎn)等多個(gè)動(dòng)作，動(dòng)作頻繁且過(guò)程復(fù)雜。并且，在碼垛工作現(xiàn)場(chǎng)往往環(huán)境較為惡劣，所以為了保證生產(chǎn)過(guò)程平穩(wěn)有效地進(jìn)行，就要求控制系統(tǒng)具有很好的可靠性以及很強(qiáng)的故障診斷能力。目前，市場(chǎng)上的主流控制系統(tǒng)是 的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)小巧、通用性好、運(yùn)行速度快、可靠性高，非常適合于在高溫、振動(dòng)、粉塵等環(huán)境惡劣的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)各種開(kāi)關(guān)控制，所以選用 為控制系統(tǒng)的核心部件。 目前，市場(chǎng)上存在著種類繁多的大、中、 小型 到作為少量的繼電器裝置的替代品，大到作為分布式系統(tǒng)中的上位機(jī)，幾乎可以滿足工業(yè)控制的各種需要。 西門子（ 公司的 品包括 業(yè)網(wǎng)絡(luò) 、 機(jī)界面 、 工業(yè)軟件等。西門子 列 積小、速度快、標(biāo)準(zhǔn)化，具有網(wǎng)絡(luò)通信能力，功能更強(qiáng)，可靠性更高。 列 品可分為微型 小規(guī)模性能要求的 如 和中、高性能要求的 。 根據(jù) 實(shí)際情況， 初步計(jì)算，共有 26 個(gè)輸入 、 11 個(gè)輸出，根據(jù)控制要求以及所需的端子，因?yàn)閿?shù)目較多，需要對(duì) 行 I/O 擴(kuò)展。在該碼垛機(jī)設(shè)備中選擇直流型C/C，以及一個(gè) 16 輸入 /16 輸出）擴(kuò)展模塊?？偣灿?30 個(gè)輸入和 26 個(gè)輸出，可以滿足控制需求。 編程控制器的 I/碼垛機(jī)自動(dòng)控制過(guò)程，包含了多個(gè)環(huán)節(jié)，生產(chǎn)過(guò)程的各個(gè)環(huán)節(jié)之間都是緊密聯(lián)系，并非獨(dú)立存在，因此為了保證生產(chǎn)過(guò)程的順利進(jìn)行，必須確保各環(huán)節(jié)適時(shí)配合和安全轉(zhuǎn)換。 輸入信號(hào)能夠?qū)⒋a垛機(jī)的工作狀態(tài)、操作及轉(zhuǎn)換信息等信號(hào)傳遞給 含了啟動(dòng)、停止、急停、單機(jī)聯(lián)機(jī)切換開(kāi)關(guān)等操作的按鈕，還有 12 個(gè)倉(cāng)位有無(wú)貨物的檢測(cè)開(kāi)關(guān)。 輸出信號(hào)主要是用來(lái)控制碼垛機(jī)設(shè)備的升降、進(jìn)退、夾緊、旋轉(zhuǎn)等動(dòng)作。 根據(jù)碼垛機(jī)的 實(shí)際情況 ，分析其 功能，可 將 編程控制器的 輸入 /輸出分配如表 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 14 表 （接觸器吸合） 垛機(jī)升降軸驅(qū)動(dòng)器脈沖信號(hào) 座 X 軸正向限位信號(hào) 機(jī)狀態(tài)下啟動(dòng)信號(hào) 座 X 軸負(fù)向限位信號(hào) 警指示燈 座 Y 軸原點(diǎn)信號(hào) 垛機(jī)升降軸驅(qū)動(dòng)器方向信號(hào) 座 Y 軸正向限位信號(hào) 垛機(jī)旋轉(zhuǎn)軸驅(qū)動(dòng)器脈沖信號(hào) 座 Y 軸負(fù)向限位信號(hào) 垛機(jī)旋轉(zhuǎn)軸驅(qū)動(dòng)器方向信號(hào) 降軸 Z 正向限位信號(hào) 爪電磁閥 降軸 Z 負(fù)向限位信號(hào) 轉(zhuǎn)軸 4 正向限位信號(hào) 轉(zhuǎn)軸 4 負(fù)向限位信號(hào) 品倉(cāng)格 1 工件檢測(cè)開(kāi)關(guān) 品倉(cāng)格 2 工件檢測(cè)開(kāi)關(guān) 品倉(cāng)格 3 工件檢測(cè)開(kāi)關(guān) 品倉(cāng)格 4 工件檢測(cè)開(kāi)關(guān) 品倉(cāng)格 5 工件檢測(cè)開(kāi)關(guān) 品倉(cāng)格 6 工件檢測(cè)開(kāi)關(guān) 品倉(cāng)格 7 工件檢測(cè)開(kāi)關(guān) 品倉(cāng)格 8 工件檢測(cè)開(kāi)關(guān) 品倉(cāng)格 9 工件檢測(cè)開(kāi)關(guān) 品倉(cāng)格 10 工件檢測(cè)開(kāi)關(guān) 品倉(cāng)格 11 工件檢測(cè)開(kāi)關(guān) 品倉(cāng)格 12 工件檢測(cè)開(kāi)關(guān) 軌的形式介紹 一般負(fù)載較重或者帶有徑向扭矩的時(shí)候，都需要選擇導(dǎo)軌支撐的結(jié)構(gòu)形式，導(dǎo)軌也有很多種類，一般和載重、價(jià)格、精度有關(guān)系，下面列舉幾種常用的典型滾珠導(dǎo)軌標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，說(shuō)明一下各自特點(diǎn)和區(qū)別。 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 15 交叉滾柱導(dǎo)軌為水平相對(duì)滑動(dòng)，兩根導(dǎo)軌之間放置保持架與滾柱，這種導(dǎo)軌略顯粗糙，要求安裝精度較高，運(yùn)動(dòng)時(shí)易產(chǎn)生噪音。 光軸導(dǎo)軌實(shí)際上是一根光軸通過(guò)螺釘連接安裝到相應(yīng)弧度的支架上，上部裝有滑塊。這種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)。應(yīng)用到長(zhǎng)度及 負(fù)載不大的場(chǎng)合。安裝方便。 直線導(dǎo)軌是最普遍使用的，但造價(jià)較高，滑塊安裝時(shí)帶有預(yù)壓，消除間隙。要求為高精度高負(fù)載的場(chǎng)合使用。 圓弧導(dǎo)軌實(shí)際是直線導(dǎo)軌的擴(kuò)展，應(yīng)用到特殊場(chǎng)合。這里注意的是，直線導(dǎo)軌的滑塊一般不能與導(dǎo)軌體脫離，否則滑塊內(nèi)滾珠將散落，難以恢復(fù)，造成損失。 珠絲杠的介紹 工作臺(tái)除導(dǎo)軌外，最重要的核心部件應(yīng)該是滾珠絲杠。滾珠絲桿是將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)，或?qū)⒅本€運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的理想的產(chǎn)品。滾珠絲桿由螺桿、螺母和滾珠組成，同直線導(dǎo)軌一樣，滾珠絲杠上的螺母與螺桿同樣不可分離，必須有專用的工 具方可分離，否則滾珠散落。其特點(diǎn)：與滑動(dòng)絲杠副相比驅(qū)動(dòng)力矩為 1/3；高精度的保證；微進(jìn)給可能；無(wú)側(cè)隙、剛性高；高速進(jìn)給可能。 章小結(jié) 本章針對(duì)碼垛機(jī)的實(shí)際工作環(huán)境，選擇了適合的相關(guān)設(shè)備，并進(jìn)行了相應(yīng)參數(shù)的計(jì)算，對(duì)碼垛機(jī)的控制系統(tǒng)進(jìn)行了硬件方面的設(shè)計(jì)。分別從電動(dòng)機(jī)、驅(qū)動(dòng)器及其附屬設(shè)備、 軌、滾珠絲杠等方面，并簡(jiǎn)單的做了一些介紹。 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 16 第 4章 柔性包裝機(jī) 的軟件設(shè)計(jì) 一個(gè)完整的 碼垛機(jī) 是由硬件與軟件兩大部分組成的。要實(shí)現(xiàn)所要求的功能，除了完成硬件部分的設(shè)計(jì)，還要配備完善的軟件，系統(tǒng)才能正常工作。 程軟件 介紹及使用 西門子 編程工具有編程器和編程軟件，其中編程軟件是最主要的編程工具，功能強(qiáng)大。不但可以開(kāi)發(fā)程序和組態(tài)，也可以監(jiān)控程序的運(yùn)行情況，設(shè)置工作方式等。 程軟件是專為西門子公司 列小型機(jī)而設(shè)計(jì)的編程工具軟件，使用該軟件支持指令表、梯形圖、邏輯功能塊圖 3 種編程語(yǔ)言，可以根據(jù)控制系統(tǒng)的要求編制控制程序，并完成與 實(shí)時(shí)通信，也可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與 傳以及在線監(jiān)控。 主界面如圖 4示。 圖 主界面 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 17 (1) 型和參數(shù)設(shè)置。 編程之前需要確定