自動化立體倉庫畢業(yè)論文設(shè)計

1、摘要隨著我國國民經(jīng)濟的發(fā)展，自動化立體倉庫的應(yīng)用越來越廣泛。利用立體倉庫設(shè)備可實現(xiàn)倉庫高層合理化，存取自動化，操作簡便化。自動化立體倉庫的主體由貨架、巷道式堆垛起重機、入(出庫工作臺和自動運進(出及操作控制系統(tǒng)組成。本課題的電氣控制主要由西門子公司的PLC、步進電機驅(qū)動器、步進電動機、直流電動機等器件組成。對本課題進行簡要的介紹，包括背景，研究意義，現(xiàn)狀等；其次對該系統(tǒng)的硬件組成、結(jié)構(gòu)、原理進行了闡述和分析；再次對本系統(tǒng)用到的器件進行分別介紹，重點對PLC程序進行了編寫；最后對設(shè)計本課題所學(xué)到的知識和結(jié)論進行歸納和總結(jié)。關(guān)鍵詞：立體倉庫 電氣控 PLCAbstractWith the deve

2、lopment of computer information technology, modern enterprise production scale expanding and competition intensifies day by day, market of enterprise logistics system proposed new requirements, automated warehouse more and more by concern and widely used. This paper introduces the structure and feat

3、ures of the double column stacking machine with the rail roadway, and analyzes and discusses the main design points of the double column stacking machine with the rail roadwayKeywords: automated warehouse; stacking machine; design目錄摘要 1Abstract 2第1章 緒論 41.1本課題研究的背景和現(xiàn)狀 41.2本課題的發(fā)展趨勢 41.3本課題研究的目的和意義 51

4、.4課題的設(shè)計內(nèi)容 5第2章 系統(tǒng)的的硬件 62.1立體倉庫系統(tǒng)作業(yè)單元的功能 62.2可編程控制器（PLC）的簡介 6可編程控制器的結(jié)構(gòu) 6可編程控制器的特點 72.3采用PLC控制立體倉庫的優(yōu)點 72.4立體倉庫系統(tǒng)作業(yè)單元控制 82.5電氣原理圖的設(shè)計 82.6立體倉庫電氣硬件的介紹與選擇 9可編程控制器（PLC） 9步進電動機 11步進電動機驅(qū)動器 12傳感器 13微動開關(guān) 14直流電動機 14并聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源 153.7 PLC輸入輸出分配 15第3章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計 163.2系統(tǒng)程序的設(shè)計 18系統(tǒng)的控制要求 18梯形圖的主程序 18各部分程序分析 23總結(jié) 39致謝 40參考

5、文獻 40第1章 緒論1.1本課題研究的背景和現(xiàn)狀隨著企業(yè)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展,經(jīng)濟全球化步伐也迅速，業(yè)也出現(xiàn)了翻天覆地的變化，一方面高科技的加工工藝越來越得到推廣。此同時原有的物流和倉儲系統(tǒng)已不能滿足新形勢的要求,建立一個集物流、信息流和資金流于一身的自動化物流管理中心,從而降低企業(yè)綜合物流成本,提高企業(yè)綜合效益便成為目前極待解決的問題。立體倉庫是指在不直接進行人工處理的情況下,自動地完成物品倉儲和取出的系統(tǒng),它以高層立體貨架為主體,以成套搬運設(shè)備為基礎(chǔ),是集自動控制技術(shù)、通信技術(shù)、機電技術(shù)于一體的高效率、大容量存儲機構(gòu)。自動化立體倉庫的出現(xiàn),實現(xiàn)了倉庫功能從單純保管型向綜合流通型的轉(zhuǎn)變,而且自動

6、化立體倉庫是現(xiàn)代物流與倉儲系統(tǒng)的重要組成部分，具有貨物存效率高和自動化程度高力等優(yōu)點。自動化立體倉庫的主要優(yōu)點如下：(1倉庫作業(yè)實現(xiàn)機械化和自動化。(2采用高層貨架、立體儲存，能有效地利用空間，減少占地面積，降低土地購置費用。(3采用托盤或貨箱儲存貨物，貨物的破損率顯著降低。(4貨位集中，便于控制與管理，特別是使用電子計算機，不但能夠?qū)崿F(xiàn)作業(yè)過程的自動控制，而且能夠進行信息處理。1.2本課題的發(fā)展趨勢由于自動化立體倉庫的廣泛應(yīng)用、計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，使得立體倉庫的發(fā)展十分迅速，其發(fā)展的趨勢主要有3點：1立體倉庫向柔性化發(fā)展。隨著柔性化的普及，自動化立體倉庫的儲運作業(yè)也將向柔性化發(fā)展。國

7、外已經(jīng)開始出現(xiàn)一批可拆卸的和移動式的倉庫結(jié)構(gòu)2立體倉庫作業(yè)管理自動化水平逐步提高。隨著社會的發(fā)展，各個行業(yè)對物流的速度和物流的準(zhǔn)確度要求越來越高，具體來說，就是在要求的時間內(nèi)、在準(zhǔn)確的地點、按準(zhǔn)確的順序與方法、提供準(zhǔn)確的品種及數(shù)量的貨物更加的多。3立體倉庫中智能技術(shù)將會取得應(yīng)用。人工智能技術(shù)的發(fā)展，推動了自動化技術(shù)向其高級階段-智能化方向發(fā)展，讓自動化立體倉庫的作業(yè)越來越簡單，對人力的要求越來越少，維護的時間越來越少，變的越來月安全。1.3本課題研究的目的和意義它以高層立體貨架為主要標(biāo)志，使用成套先進的搬運設(shè)備，以先進的計算機控制技術(shù)為主要手段，實現(xiàn)搬運、存取的機械化和自動儲存管理，并可與上級

8、計算機聯(lián)網(wǎng)組成內(nèi)部局域網(wǎng)，從而實現(xiàn)管理、監(jiān)控、執(zhí)行的功能。由于自動化立體倉庫這一新技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，使傳統(tǒng)的倉儲觀念發(fā)生了根本性的變化。從原來的固定貨位、人工搬運和碼放、人工管理、以儲存為主的傳統(tǒng)倉儲作業(yè)，轉(zhuǎn)變?yōu)樽杂蛇x擇貨位、可按需要實現(xiàn)先進先出的機械化與自動化倉儲作業(yè)，同時可以對貨物進行必要的揀選、組配，并根據(jù)整個企業(yè)生產(chǎn)的需要，有計劃的將庫存物按指定的數(shù)量和時間要求送到恰當(dāng)?shù)攸c，滿足均衡生產(chǎn)的需要，可以說自動化立體倉庫的出現(xiàn)使“靜態(tài)倉庫”變成了“動態(tài)倉庫”。自動化立體倉庫的功能主要是存儲和保管、調(diào)節(jié)供需和調(diào)節(jié)貨物運輸能力。和普通倉庫相比，自動化立體倉庫具有顯著的優(yōu)越性。首先，它可充分利用倉

9、庫面積和空間，擴大倉儲系統(tǒng)的綜合利用率和作業(yè)規(guī)范，節(jié)約勞力。其次，增加了分揀、轉(zhuǎn)運、配送、包裝、流通加工、信息處理等設(shè)施，能夠全面為生產(chǎn)和商業(yè)流通服務(wù)，從而提高倉庫管理水平，減少貨損，優(yōu)化、降低庫存，縮短周轉(zhuǎn)期，節(jié)約資金。同時，其機械化和自動化提高了勞動效率，并能方便地納入企業(yè)的物流系統(tǒng)。ASRS的計算機管理與控制也可以減少貨物和信息處理過程中的差錯。1.4課題的設(shè)計內(nèi)容自動化立體倉庫的主體由貨架、巷道式堆垛起重機、入(出庫工作臺和自動運進(出及操作控制系統(tǒng)組成。堆垛機是立體倉庫的關(guān)鍵部件，責(zé)全部貨物的入庫承運作業(yè)，實現(xiàn)三個自由度的運動。該系統(tǒng)通過傳感器采集信號，PLC控制程序，可以實現(xiàn)對步進

10、電機和直流電機較復(fù)雜的速度與位置控制規(guī)模。在入庫作業(yè)時，當(dāng)檢測傳感器檢測到零位平臺上有貨物，那么起動機械手，將零位平臺上的貨物放到指定的庫位上。在出庫操作時，啟動機械手，到達指定位置，將指定位置的貨物取出放到零位平臺。機械手在執(zhí)行每次的去放任務(wù)，都會自動回到零位，等待下一條指令。論文中機械手可以進行三個維度的變化，就是可以進行前進、后退、上、下、左右的變化。為了系統(tǒng)的安全在每個限位都裝有超限位保護開關(guān)，每個庫位都有檢測裝置，判斷庫位是否已有貨物，禁止雙重入庫和空的取操作。第2章 系統(tǒng)的的硬件2.1立體倉庫系統(tǒng)作業(yè)單元的功能系統(tǒng)采用滾珠絲杠、滑杠以及普通絲杠作為主要傳動機構(gòu)、點擊采用步進電機和直

11、流電機，其關(guān)鍵部分是機械手，它由水平移動、垂直移動、貨臺機構(gòu)三部分組成，其水平和垂直移動分別用兩臺步進電機驅(qū)動滾珠絲杠來完成，伸叉機構(gòu)由一臺直流電機來控制。當(dāng)堆垛機平臺移動到貨架的指定位置時，直流電機驅(qū)動貨臺向前伸出可將貨物取出或者送入，當(dāng)取到貨物貨已送入，則貨臺向后縮回。在此設(shè)計的立體倉庫需要滿足一下功能：1 機械手要有三個自由度，即：前進、后退；上、下；左、右；2 機械手的運動由步進電機驅(qū)動；3 機械手前進（或后退）運動和上（或下）運動可同時進行；4 機械手前進、后退和上、下運動時必須有超限位保護；5 每個庫位必須有檢測裝置（微動開關(guān)）。6 當(dāng)按完庫位號后，沒按入或沒取前，可以按手動取消該

12、操作。2.2可編程控制器（PLC）的簡介各種PLC的組成結(jié)構(gòu)基本相同，主要有CPU,電源，儲存器和輸入輸出接口電路等組成。1處理器單元一般由控制器、運算器和寄存器組成。CPU通過地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線與儲存單元、輸入輸出接口、通信接口、擴展接口相連。CPU是PLC的核心，它不斷采集輸入信號，執(zhí)行用戶程序，刷新系統(tǒng)輸出。2 PLC的存儲器包括系統(tǒng)存儲器和用戶存儲器兩種。系統(tǒng)存儲器用于存放PLC的系統(tǒng)程序，用戶存儲器用于存放PLC的用戶程序。現(xiàn)在的PLC一般均采用可電擦除的E2PROM存儲器來作為系統(tǒng)存儲器和用戶存儲器3 PLC的輸入接口電路的作用是將按鈕、行程開關(guān)或傳感器等產(chǎn)生的信號輸入C

13、PU；PLC的輸出接口電路的作用是將CPU向外輸出的信號轉(zhuǎn)換成可以驅(qū)動外部執(zhí)行元件的信號，以便控制接觸器線圈等電器的通、斷電。PLC的輸入輸出接口電路一般采用光耦合隔離技術(shù)，可以有效地保護內(nèi)部電路?；窘Y(jié)構(gòu)如圖2.1圖2.1 PLC結(jié)構(gòu)1 可靠性高，抗干擾能力強2 配套齊全，功能完善，適用性強3 易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎4 系統(tǒng)的設(shè)計、建造工作量小，維護方便，容易改造5 體積小，重量輕，能耗低 6 系統(tǒng)的設(shè)計安裝和維修工作少，而且維修方便。2.3采用PLC控制立體倉庫的優(yōu)點PLC的應(yīng)用非常廣泛，例如電梯控制、防盜系統(tǒng)的控制、交通信號的控制、樓宇供水自動控制、噴水池自動控制、消防系統(tǒng)自動控

14、、供電系統(tǒng)自動控制及各種生產(chǎn)流水線的自動控制等。PLC的應(yīng)用大大提高了控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、適用性、并且降低了系統(tǒng)成本。其控制系統(tǒng)簡單，更改容易，施工周期短；系統(tǒng)維護容易。按PLC編程功能可分為4大類開關(guān)順序控制、通信功能、模擬量控制、運動控制。PLC的應(yīng)用大大提高了控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、適用性、并且降低了系統(tǒng)成本。其控制系統(tǒng)簡單，更改容易，施工周期短；系統(tǒng)維護容易。自動化立體倉庫，少不了自動化倉庫管理系統(tǒng)，只有使用強大的倉庫管理系統(tǒng)才能使得倉庫管理和業(yè)務(wù)流程上一個臺階，才能將先進的硬件設(shè)備發(fā)揮作用、產(chǎn)生效益，針對這一倉庫管理系統(tǒng)，我選擇了PLC。選擇PLC是因為它的穩(wěn)定性比單純的使用單片機要穩(wěn)定的多

15、，所能實現(xiàn)的功能也強大的多?？偟膩砜?，基于PLC自動化立體倉庫可以總結(jié)為如下幾點優(yōu)點：低成本、范圍廣、高速、便捷、永遠在線、結(jié)構(gòu)靈活、數(shù)字化等。2.4立體倉庫系統(tǒng)作業(yè)單元控制立體倉庫庫系統(tǒng)作業(yè)單元的控制圖如圖2.2所示。構(gòu)成PLC控制系統(tǒng)的主要電氣硬件有控制立體倉庫的Z軸的直流電動機，控制XY軸的步進電動機以及供給系統(tǒng)能源的直流開關(guān)電源，還有各種傳感器，如系統(tǒng)中采用的反射式和對射式傳感器以及微動開關(guān)（用來完成貨物的檢測以及限位保護）。圖2.2立體倉庫庫系統(tǒng)作業(yè)單元的控制圖2.5電氣原理圖的設(shè)計根據(jù)以上的控制要求，得到如下電氣原理圖：2.6立體倉庫電氣硬件的介紹與選擇可編程控制器（PLC）在PL

16、C系統(tǒng)設(shè)計時，首先應(yīng)確定控制方案，下一步工作就是PLC工程設(shè)計選型。工藝流程的特點和應(yīng)用要求是設(shè)計選型的主要依據(jù)。所以，權(quán)衡利弊、合理地選擇機型才能達到經(jīng)濟實用的目的。因此，工程設(shè)計選型和估算時，應(yīng)當(dāng)是要分析控制過程的特點、要求、范圍。然后根據(jù)控制要求，估算輸入輸出點數(shù)、所需存儲器容量、確定PLC的功能、外部設(shè)備特性等，選擇有較高性價比的PLC、設(shè)計相應(yīng)的控制系統(tǒng)。1.輸入輸出（IO）點數(shù)的估算在我們設(shè)計時，我們先對IO點數(shù)估算，并且考慮適當(dāng)?shù)挠嗔?，通常根?jù)統(tǒng)計的輸入輸出點數(shù)，再增加10%20%的可擴展，以此來確定我們所需要的PLC輸入輸出點數(shù)。根據(jù)估算的方法故本課題的IO點數(shù)為輸入40點，輸

17、出21點。2存儲器容量的估算存儲器容量是指可編程序控制器本身能提供的硬件存儲單元大小，程序容量是存儲器中用戶應(yīng)用項目使用的存儲單元的大小，因此程序容量小于存儲器容量。設(shè)計階段,為了設(shè)計選型時能對程序容量有一定估算，通常采用存儲器容量的估算來替代。存儲器內(nèi)存容量的估算，大體上都是按數(shù)字量IO點數(shù)的1015倍，加上模擬量IO點數(shù)的100倍，以此數(shù)為內(nèi)存的總字?jǐn)?shù)（16位為一個字），另外再按此數(shù)的25%考慮余量。因此本課題PLC內(nèi)存容量選擇應(yīng)能存儲5000條梯形圖，這樣才能在以后的改造過程中有足夠的空間3控制功能的選擇該選擇包括運算功能、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

18、據(jù)本課題所設(shè)計的自動控制的需要，主要介紹以下幾種功能的選擇。(1控制功能PLC主要用于順序邏輯控制，大多數(shù)場合常采用單回路或多回路控制器解決模擬量的控制，有時也采用專用的智能輸入輸出單元完成所需的控制功能，一方面要提高PLC的處理速度，另一方面節(jié)省存儲器容量。(2診斷功能PLC的診斷功能包括硬件和軟件的診斷。硬件診斷通過硬件的邏輯判斷確定硬件的故障位置，軟件診斷分內(nèi)診斷和外診斷。通過過軟件對PLC內(nèi)部的性能和功能進行的診斷是內(nèi)診斷，通過軟件對PLC的CPU與外部輸入輸出等部件信息交換功能進行的診斷就是外診斷。PLC的診斷功能的強弱，直接影響對操作和維護人員技術(shù)能力的要求，并影響平均維修時間。(

19、3編程功能離線編程方式：PLC和編程器共用一個CPU，編程器在編程模式時，CPU 只為編程器提供服務(wù)，不對現(xiàn)場設(shè)備進行控制。完成編程之后，編程器切換到運行模式，CPU對現(xiàn)場設(shè)備進行控制，就不能進行編程。離線編程方式可降低系統(tǒng)成本，但使用和調(diào)試不方便。在本設(shè)計中選用的是此方式。在線編程方式：CPU和編程器有各自的CPU，主機CPU負(fù)責(zé)現(xiàn)場控制，并在一個掃描周期內(nèi)與編程器進行數(shù)據(jù)交換，編程器把在線編制的程序或數(shù)據(jù)發(fā)送到主機，下一掃描周期，主機就根據(jù)新收到的程序運行。這種方式成本較高，但系統(tǒng)調(diào)試和操作方便，在大中型PLC中經(jīng)常被采用。五種標(biāo)準(zhǔn)化編程語言：順序功能圖（SFC）、梯形圖（LD）、功能模塊

20、圖（FBD）三種圖形化語言和語句表（IL）、結(jié)構(gòu)文本（ST）兩種文本語言。(4機型選擇S7-200系列在集散自動化系統(tǒng)中充分發(fā)揮著強大功能。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡單控制到更復(fù)雜的自動化控制。S7-200 CPU226集成24輸入16輸出共40個數(shù)字量IO點?？蛇B接7個擴展模塊，最大擴展至248路數(shù)字量IO點35路模擬量IO點。13K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間。6個獨立的30kHz高速計數(shù)器，2路獨立的20kHz高速脈沖輸出，具有PID控制器。2個RS485通訊編程口，具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。IO端子排可以很容易地整體拆卸。用于較高要求的控制系統(tǒng)，具有更多的輸入

21、輸出點，更強的模塊擴展能力，更快的運行速度和功能更強的內(nèi)部集成特殊功能?？赏耆m應(yīng)于一些復(fù)雜的中小型控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)所采用的PLC是西門子S7-200 CPU226 DC24V,繼電器輸出。步進電機是一種由電脈沖控制的特殊同步電動機，它的作用是將脈沖電信號變換為相應(yīng)的角位移或者線位移。因此，步進電動機又稱為脈沖電動機。它可以實現(xiàn)信號變換，是自動控制系統(tǒng)和數(shù)字控制系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用的執(zhí)行元件。下面簡單介紹步進電機的工作原理及其特點與選擇。(1步進電機的工作原理步進電機是數(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電機定子繞組時，轉(zhuǎn)子就會轉(zhuǎn)動一步。當(dāng)電脈沖按某一相序加到電動機時，轉(zhuǎn)子沿某

22、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)目就能控制步進電機轉(zhuǎn)子機械位移的大小；改變輸入脈沖的通電相序，就能控制步進電機電動機轉(zhuǎn)子機械位移的方向，實現(xiàn)對位置的控制。(1步進電機的特點位移與輸入脈沖信號的信號數(shù)相對應(yīng)，步距誤差不長期積累，可以組成結(jié)構(gòu)簡單且具有一定精度的開環(huán)控制系統(tǒng)，也可以在需要更高精度時組成閉環(huán)控制系統(tǒng)速度可以在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)平滑調(diào)節(jié)。易于起動、停止、正反轉(zhuǎn)及變速，快速響應(yīng)性能好。具有自鎖的能力。當(dāng)控制脈沖停止輸入且讓最后一個脈沖控制的繞組繼續(xù)通電時，電機可以保持在固定的位置上，即停在最后一個控制脈沖所控制的角位移的終點位置上。所以步進電機具有帶電自鎖能力。步距角選

23、擇的范圍大，可以在幾十角分至180°范圍內(nèi)進行選擇。在小步距情況下，通?？梢栽诔退傧赂咿D(zhuǎn)矩穩(wěn)定運行，可以不經(jīng)減速器直接驅(qū)動負(fù)載。電動機本身沒有電刷、轉(zhuǎn)子上沒有繞組，也不需要位置傳感器，可靠性高。(2步進電動機驅(qū)動系統(tǒng)的基本組成介紹步進電動機是應(yīng)用較早的一種機電一體化的產(chǎn)品，電機的本體與驅(qū)動器構(gòu)成一個不可分割的有機整體，步進電動機的運行性能很大程度上取決于所使用的驅(qū)動控制器的類型。指令圖2.3步進電機驅(qū)動控制器的構(gòu)成(3步進電動機的選擇在選擇步進電動機時，首先要考慮的是步進電動機的類型，其次才是具體的品種。在該立體倉庫控制系統(tǒng)中，、電流小、有定位轉(zhuǎn)矩和使用螺栓機構(gòu)的定位裝置，所以確定

24、要求步進電動機的電壓低步進電動機采用二相八拍混合式步進電動機。八拍混合式步進電動機的主要特點是體積小，具有較高的起動和運行頻率，有定位轉(zhuǎn)矩等優(yōu)點。(1步進電動機的驅(qū)動器輸入輸出信號介紹步進電動機的運行需要有電子裝置進行驅(qū)動，這種裝置就是步進電動機驅(qū)動器?？刂葡到y(tǒng)每發(fā)出一個脈沖信號，通過驅(qū)動器就使得步進電動機旋轉(zhuǎn)一個步距角，也就是說，它把控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號轉(zhuǎn)化為步進電動機的角位移。因此，步進電動機的轉(zhuǎn)速與脈沖信號的頻率成正比。所有型號驅(qū)動器的輸入信號都相同，它們是步進脈沖信號CP、方向電平信號DIR、脫機信號FREE（此端為低電平有效時，電動機處于無轉(zhuǎn)矩狀態(tài)；此端為高電平或懸空不接時，此功能

25、無效，電動機可以正常運行）。它們在驅(qū)動器內(nèi)部的接口電路都相同如圖2-5所示。該立體倉庫中，由于提供的電平為24V，而輸入部分的電平為5V，所以需要外部另加1.8K的限流電阻R。 圖2.4步電機內(nèi)部的接口電路(2步進電動機驅(qū)動器選擇我們這里采用SH系列的步進電機驅(qū)動器，它主要由電源輸入部分、信號輸入部分、信號輸出部分組成。(3步進電動機驅(qū)動器細分?jǐn)?shù)和電動機電流設(shè)定SH系列驅(qū)動器是靠驅(qū)動器上的撥位開關(guān)來設(shè)定細分?jǐn)?shù)的，只需根據(jù)面板上的提示進行設(shè)定即可。對于兩相步進電動機，細分后電動機的步距角等于電動機整步步距角除以細分?jǐn)?shù)。細分后完全消除了電動機的低頻振蕩，而且提高了電動機的輸出轉(zhuǎn)矩和電動機的分辨率。

26、所以，采用細分驅(qū)動器只要改變細分?jǐn)?shù)，就能改變步距角。(4步進電動機驅(qū)動器電源接口對于超小型驅(qū)動器，采用一組DC2440V供電。因為PLC需要采用開關(guān)式穩(wěn)壓電源供電，所以該立體倉庫中應(yīng)該選用開關(guān)式穩(wěn)壓電源。（1）反射式傳感器工作原理：當(dāng)物體相對于傳感器移動時，反射回來的信號和原來的信號進行對比，產(chǎn)生頻移，然后集成電路放大微弱的頻移信號。經(jīng)多普勒檢測、放大、限幅等措施，最后得到的是和物品移動信號相關(guān)的直流信號輸出電平。變調(diào)光試傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)2-5在該立體倉庫中采用反射式傳感器作為貨物檢測裝置，并采用能抗周圍外來光干擾的變調(diào)光式。采用變調(diào)光式，與直流光式相比，不易受外來光干擾的影響，其電源電壓為DC

27、5-24V的大量程電壓輸入型，帶有容易調(diào)整的光軸標(biāo)識，還帶有動作確認(rèn)的入光顯示燈。下面是反射式傳感器的輸出電路圖：圖2.6反射式傳感器的輸出電路（2）對射式傳感器對射式傳感器的工作原理：對射式傳感器的輸出狀態(tài)一般是NPN輸出，輸出晶體管的動作狀態(tài)可以分為：入光時ON和遮光時ON兩種。入光時ON的對射式傳感器的電路如圖2-7所示。當(dāng)24V電壓加到發(fā)光二級管VL時，它將光發(fā)射給光敏二級管VD，VD接收到光導(dǎo)通，于是晶體管導(dǎo)通，輸出為ON。當(dāng)發(fā)光二極管VL發(fā)射出的光被物體擋住，使得光敏二級管接收不到時，VD不導(dǎo)通，則晶體管不導(dǎo)通，輸出為OFF。圖2.7對射式傳感器的電路在該立體倉庫控制系統(tǒng)中，采用8

28、個對射式傳感器作限位控制。其中4個對射式光電傳感器分別作為X軸Y軸的限位控制；2個對射式光電傳感器分別作為X軸Y軸的到位檢測；如果貨架未到達正確位置，Z軸電動機將不能運行，以確保當(dāng)PLC程序出錯時也不會損壞設(shè)備；2個對射式光電傳感器作為Z軸的限位控制，此時遮光時輸出晶體管ON。該立體倉庫控制系統(tǒng)中共有13個庫位（四層十二個庫位加0號庫位）分別采用13個微動開關(guān)作為貨物的檢測裝置，當(dāng)有貨物時相應(yīng)開關(guān)動作；為了保險起見，在X軸的左限位和Y軸的下限位處還安裝了1個微動開關(guān)作限位保護，以確保立體倉庫的安全。立體倉庫采用直流電機作為Z軸的拖動元件。直流電動機具有良好的起動性能，且能在寬廣的范圍內(nèi)平滑、均

29、勻地調(diào)速。在自動控制系統(tǒng)中，小功率直流電動機的應(yīng)用也很廣泛。本系統(tǒng)采用的直流電動機的輸入電壓為12-24V。輸入信號由PLC提供，輸入電源由電源模塊提供，輸出信號驅(qū)動直流電動機。并聯(lián)式開關(guān)穩(wěn)壓電源的輸出功率大、體積小、重量輕、可靠性高、適應(yīng)變動寬范圍的輸入電壓，具有完備的過電壓過電流保護功能，內(nèi)置輸入EMI濾波器，具有較高的抗干擾能力。在該立體倉庫控制系統(tǒng)中，考慮到PLC和步進電動機驅(qū)動器都要求DC24V系統(tǒng)運行的可靠性和系統(tǒng)設(shè)計的規(guī)整性，我們選用并聯(lián)式開關(guān)穩(wěn)壓電源。3.7 PLC輸入輸出分配根據(jù)系統(tǒng)的要求，自動化立體倉庫系統(tǒng)作業(yè)單元PLC的IO分配如下表：第3章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計3.1系統(tǒng)控制

30、流程圖系統(tǒng)的電氣設(shè)計中，電動機主要采用步進電動機和直流電動機，分別控制水平移動、垂直移動及貨臺的動作（即X軸Y軸Z軸）。傳感器采用對射式和反射式傳感器以及微動開關(guān)，用于完成貨物的檢測和限位保護等。系統(tǒng)在機構(gòu)設(shè)計上采用滾珠絲杠、滑軌和普通絲杠作為傳動機構(gòu)。當(dāng)堆垛機平臺移動到貨架的指定位置時，貨臺向前伸出可將貨物取出或取入，當(dāng)取到貨物或貨已經(jīng)送入時，鏟叉縮回。整個系統(tǒng)流程如圖4.1所示1接通電源。2系統(tǒng)自檢。3將功能開關(guān)置于自動位置。4執(zhí)行送貨指令。a選擇欲送庫位號，按動庫位好對應(yīng)按鈕，控制面板上的數(shù)碼管顯示庫位號。b按動送指令按鈕，若被選擇的庫位已有貨物，則該指令不被執(zhí)行。c指令完成后，系統(tǒng)自動

31、返回。d如果執(zhí)行送入指令前，載貨臺上沒有貨物，則送指令也不被執(zhí)行。5執(zhí)行取貨指令。a選擇欲取的庫位，按動庫位號對應(yīng)的按鈕，控制面板上的數(shù)碼管顯示庫位號。b按動“取”按鈕，執(zhí)行取操作。如果載貨臺上有貨物，則取指令不被執(zhí)行。c指令完成后，系統(tǒng)自動返回。d如執(zhí)行取出指令前，被選庫位無貨物，則取指令不被執(zhí)行。因此，該立體倉庫系統(tǒng)的運行情況可歸納為：當(dāng)按下起動按鈕后,許進行立體倉庫允許的控制。在正常的情況下，按下某一庫位的按鈕以及“取”或“送”按鈕,統(tǒng)將進行相應(yīng)的動作,時控制面板上的數(shù)碼管顯示相應(yīng)的庫位號。而在緊急情況下，按下緊急按鈕，貨物送回原來的位置，只有當(dāng)故障排除之后，才能重新運行。工作流程如圖3

32、.1：NNN Y Y NY YY YN N Y YN NY YN NY YN NY YN NY Y圖3.1系統(tǒng)控制流程圖3.2系統(tǒng)程序的設(shè)計系統(tǒng)的控制要求1當(dāng)選擇開關(guān)置于自動位置時，系統(tǒng)復(fù)位到初始位置，各個軸回到原點。2執(zhí)行入庫指令。選擇欲入庫的庫位號，按動庫位號對應(yīng)按鈕，控制面板上的數(shù)碼管顯示庫位號。按動K8按鈕，起動入庫操作，當(dāng)載貨臺有貨物時，起重機自動將貨物送到指定的庫位。若被選擇庫位內(nèi)已有貨物時，則該入庫操作不被執(zhí)行。完成入庫操作之后，機械自動返回初始位置。載貨臺若無貨物，則下一個入庫操作將不被執(zhí)行。3執(zhí)行出庫指令選擇要出庫的庫位號，按動庫位號對應(yīng)按鈕，控制面板上的數(shù)碼管顯示庫位號。按

33、動K8按鈕，當(dāng)載貨臺上有貨物時，起重機不執(zhí)行任何操作。如果被選擇的庫位內(nèi)無貨物時，則該出庫操作不被執(zhí)行。當(dāng)按下K8按鈕時，載物臺上沒有貨物，且該庫位內(nèi)有貨物時，起重機自動將貨物從指定的庫位轉(zhuǎn)移到載貨臺上。完成出庫操作后，機械手自動返回到初始位置。梯形圖的主程序自動化習(xí)題倉庫作業(yè)單元梯形圖主程序解析：Network1:初始化程序，停止脈沖發(fā)射器1輸出脈沖。Network2:存儲當(dāng)前的按鍵號為0，初始化程序，停止脈沖發(fā)射器1的脈沖輸出。Network3和4：規(guī)定限位和初始位。Network511:當(dāng)按鍵小于12時，進行出入庫操作。Network1216:輸入按鍵位的限位規(guī)定及按鍵輸出的儲存。Net

34、work17:Z軸原點開關(guān)打開，并延時200秒。Network18:檢測載貨臺上是否有貨物。各部分程序分析（1）初始化程序，讓各個軸回到初始位置。子程序SBR-0如下：（2）當(dāng)系統(tǒng)運行過程中達到某個軸的限位時，應(yīng)當(dāng)停止當(dāng)前軸的動作。子程序SBR-1如下：（3）倉庫的庫位坐標(biāo)定位計算程序設(shè)計。在倉庫的管理中，各個庫位坐標(biāo)的一個基本參數(shù)。本程序采用子程序的方法進行編寫。子程序的入口參數(shù)為指定的庫位號（0-12），輸出的參數(shù)為庫位的X軸和Y軸的坐標(biāo)。倉庫的庫位編號下圖所示：子程序SBR-2如下所示：程序中的第一段用來計算0號庫位、1號庫位、2號庫位、3號庫位的X軸坐標(biāo)值。第二段是用于計算第1號庫位、

35、4號庫位、7號庫位、10號庫位的Y軸坐標(biāo)。程序中的第三段到第十段中分別計算各個庫位的X、Y軸的坐標(biāo)。其中各個庫位的坐標(biāo)值均可以用0、1、2、3號庫位的X軸坐標(biāo)和1、4、7、10號庫位的Y軸坐標(biāo)來表示。最后一段是用于給其他的程序送出坐標(biāo)值。（4）立體倉庫的出入庫控制的程序設(shè)計。入庫的操作順序為：X軸電動機右行Z軸電動機前伸Y軸電動機上升Z軸電動機回縮X軸電動機右行、Y軸電動機上升Z軸電動機前伸Y軸電動機下降Z軸電動機回縮復(fù)位。出庫的操作順序為：X軸電動機右行、Y軸電動機上升Z軸電動機前伸Y軸電動機上升Z軸電動機回縮X軸電動機左行、Y軸電動機下降Z軸電動機前伸Y軸電動機下降Z軸電動機回縮復(fù)位。程序

36、設(shè)計時，可以安排入庫操作和出庫操作在一個程序中，通過完成順序指令，完成上述的連續(xù)動作。程序中網(wǎng)絡(luò)一是對程序的初始化以及傳送Y軸行走的偏差值。程序中的網(wǎng)絡(luò)2-8是X、Y軸的第一次位移，到達指定位置準(zhǔn)備取貨。網(wǎng)絡(luò)9-14是控制貨臺前伸到位，準(zhǔn)備貨。網(wǎng)絡(luò)15-19是控制貨臺的回縮，完成貨物從庫位到貨臺的轉(zhuǎn)移。網(wǎng)絡(luò)24-28是控制起重機的第二次位移，到達指定的位置準(zhǔn)備放下貨物。網(wǎng)絡(luò)29-33是控制貨臺前伸到位，準(zhǔn)備放物。網(wǎng)絡(luò)34-38是控制Y軸下降，放下貨物到指定的位置。網(wǎng)絡(luò)39-43是送貨回縮，完成從貨臺到庫位的轉(zhuǎn)移。網(wǎng)絡(luò)44-50是控制起重機復(fù)位，使其回到待命的狀態(tài)，準(zhǔn)備下一動作。這里采用的是PL

37、C中的順序控制。子程序SBR-3如下所示:（5）鍵盤裝置掃描檢測及顯示系統(tǒng)的PLC程序設(shè)計。通過掃描H0、H1、H2、H3端口來判斷當(dāng)前的按鈕的狀態(tài)。當(dāng)按下K5時H1觸發(fā)，4號輸入信號有效。子程序SBR-4如下所示:程序網(wǎng)絡(luò)一是用來初始化程序的，對寄存器進行清零。使用SM0.1，是指接通了從STOP到RUN的那個掃描周期。網(wǎng)絡(luò)2中產(chǎn)生周期為0.8S的時序脈沖。網(wǎng)絡(luò)三中用脈沖發(fā)生器掃描輸出端口Q0.4,Q0.5,Q0.6,Q0.7，接通周期和掃描的周期是一致的。網(wǎng)絡(luò)四將狀態(tài)信號傳送至主程序。（6）在倉庫的控制中，機械手運行于各個庫位之間，每個庫位的坐標(biāo)是定位，所以要求系統(tǒng)在絕對系統(tǒng)下工作。這樣，

38、通過輸入不同的庫位坐標(biāo)值系統(tǒng)下實現(xiàn)系統(tǒng)的位置控制。步進電動機根據(jù)系統(tǒng)提供的脈沖做標(biāo)準(zhǔn)進行移動，當(dāng)目標(biāo)值大于當(dāng)前值時，步進電動機正轉(zhuǎn)；反之，電動機反轉(zhuǎn)；當(dāng)目標(biāo)值與當(dāng)前值相同，則不轉(zhuǎn)。子程序SBR-5控制脈沖發(fā)生器PT0的程序如下：子程序SBR-7控制脈沖發(fā)生器PT1的程序如下圖：以脈沖發(fā)生器1為例，網(wǎng)絡(luò)2中，將步進電動機的當(dāng)前脈沖存儲于VD4200中，通過運算得出設(shè)定值與當(dāng)前脈沖值的差值A(chǔ)C0，即為步進電動機的將要行走的路程距離。網(wǎng)絡(luò)三將實際需要行走的距離轉(zhuǎn)換為脈沖數(shù)量。步進電動機的正反轉(zhuǎn)，Q0.2的值為正時，電動機向左運行，同時將它所行走的距離給AC2。反之，則向右運行。網(wǎng)絡(luò)7、8、9是用于將

39、數(shù)據(jù)傳送給相應(yīng)的存儲區(qū)。網(wǎng)絡(luò)10是為了避免距離過短而導(dǎo)致錯誤而設(shè)計的。當(dāng)恒速區(qū)的脈沖值為負(fù)時，采用單段PTO輸出方式，速度恒為1000HZ。網(wǎng)絡(luò)11調(diào)用指令。(7）控制脈沖發(fā)生器PT0和PT1停止輸出脈沖?？刂泼}沖發(fā)生器PTO的子程序SBR-6和控制脈沖發(fā)生器PT1的子程序SBR-8分別如下：總結(jié)本次設(shè)計給我增加了許多的知識，不僅僅是PLC的知識，還有電機及傳感器的知識。讓我認(rèn)識到了大學(xué)中學(xué)習(xí)的不足之處，也彌補了許多知識的空白區(qū)。對于本次設(shè)計的自動化立體倉庫，我國目前已建成自動化立體倉庫400多座、立體倉庫2000多座。在此，我僅僅將立體倉庫的一個簡單的構(gòu)架描述了出來?；赑LC的自動化立體倉庫，有著許多的優(yōu)勢，它通過高層貨架存儲，使得存儲區(qū)大幅度向高空發(fā)展，提高了空間利用率，自動化立體倉庫采用層級式存放。通過自動化存儲系統(tǒng)，加快運行和處理速度。