plc控制立體倉庫

1、 . . . 職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目 PLC控 制 自 動(dòng) 化 立 體 倉 庫 系（分院）機(jī)械電子工程系學(xué)生亞州學(xué)號09111048專業(yè)名稱機(jī)電一體化指導(dǎo)教師周炯亮 2011年12月30日職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)械電子工程系（分院）畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書姓名亞州專業(yè)機(jī)電一體化班級091畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目PLC 控 制 自 動(dòng) 化 立 體 倉 庫畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）選題的目的與意義自動(dòng)化立體倉庫又稱立庫、自動(dòng)存取系統(tǒng)AS/RS(AutomaticStorage&RetrievalSystem)，是一種用高層立體貨架(托盤系統(tǒng))儲存物資，用電子計(jì)算機(jī)控制管理和用自動(dòng)控制堆垛運(yùn)輸車進(jìn)行存取作業(yè)的倉庫

2、。 使用自動(dòng)化立體倉庫可以產(chǎn)生巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)企業(yè)的科學(xué)管理，減少了浪費(fèi)，保證均衡生產(chǎn)，也提高了操作人員素質(zhì)和管理人員水平。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的資料收集情況（含指定參考資料）徐常凱：自動(dòng)化立體倉庫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，2011，第三期常斗南：可編程序控制器原理、應(yīng)用、實(shí)驗(yàn)第二版，機(jī)械工業(yè)，2002偉：電氣控制與PLC 大學(xué)，2009年7月湯自春：PLC原理與應(yīng)用技術(shù)，高等教育，2006畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作進(jìn)度計(jì)劃2011年10月20日-10月31日:通過查閱資料確定論文的題目2011年11月1日-11月10日：通過各種途徑查詢PLC的使用方法與應(yīng)用2011年11月11日-12月25日

3、：在硬件基礎(chǔ)上根據(jù)相關(guān)要求編寫程序2011年12月26日-12月30日：按照論文格式對論文相關(guān)細(xì)節(jié)進(jìn)行修改接受任務(wù)日期 2011 年 10月20日要求完成日期2011 年 12月30日學(xué) 生簽名： 亞州2011 年 10 月20 日指導(dǎo)教師簽名：年月日系（分院）主任（院長）簽名：年 月 日畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)教師評閱意見表姓 名亞州學(xué) 號09111048性 別男專 業(yè)機(jī)電一體化班 級091畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文) 題 目PLC 控 制 自 動(dòng) 化 立 體 倉 庫評閱意見成績指導(dǎo)教師簽字年 月 日畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯意見表姓 名亞州學(xué) 號09111048性 別男專 業(yè)機(jī)電一體化 班 級091畢業(yè)設(shè)計(jì)（論

4、文）題 目PLC 控 制 自 動(dòng) 化 立 體 倉 庫答辯時(shí)間地 點(diǎn)答辯小組成員姓 名職 稱學(xué) 歷從事專業(yè)組 長成 員秘 書答辯小組意見 答 辯 成 績：答辯小組組長簽名：年 月 日PLC控制自動(dòng)化立體倉庫亞州摘要：隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，柔性制造系統(tǒng)(Flexible Manufacturing System)、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(Computer Integrated Manufacturing System)和工廠自動(dòng)化(Factory Automation)對自動(dòng)化倉庫提出更高的要求。射頻數(shù)據(jù)通信、條形碼技術(shù)、掃描技術(shù)和數(shù)據(jù)采集越來越多地應(yīng)用于倉庫堆垛機(jī)、自動(dòng)導(dǎo)引車和傳送帶等運(yùn)輸設(shè)備上，

5、移動(dòng)式機(jī)器人也作為柔性物流工具在柔性生產(chǎn)、倉儲和產(chǎn)品發(fā)送中日益發(fā)揮重要的作用。實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的柔性化，靈活的傳輸設(shè)備是實(shí)現(xiàn)物流和倉儲自動(dòng)化的趨勢。 關(guān)鍵詞：柔性制造系統(tǒng) 堆垛機(jī) 傳輸設(shè)備 一、引言 立體倉庫的產(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，美國出現(xiàn)了采用橋式堆垛起重機(jī)的立體倉庫；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)立體倉庫；1963年美國率先在高架倉庫中采用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，建立了第一座計(jì)算機(jī)控制的立體倉庫。此后，自動(dòng)化立體倉庫在美國和歐洲得到迅速發(fā)展，并形成了專門的學(xué)科。60年代中期，日本開始興建立體倉庫，并且發(fā)展速度越來越快，成為當(dāng)今世界上擁有自動(dòng)化

6、立體倉庫最多的國家之一。 美國學(xué)者JAWhite將自動(dòng)化立體倉庫的發(fā)展分為五個(gè)階段：人工倉儲階段、機(jī)械化倉儲階段、自動(dòng)化倉儲階段、集成化倉儲階段和智能自動(dòng)化倉儲階段。目前，智能自動(dòng)化倉儲技術(shù)雖然還處于初級發(fā)展階段，但它將是自動(dòng)化立體倉庫主要的發(fā)展方向。 我國對立體倉庫與其物料搬運(yùn)設(shè)備的研制開始并不晚，1963 研制成第一臺橋式堆垛起重機(jī) （機(jī)械部起重運(yùn)輸機(jī)械研究所） 1973 開始研制我國第一座由計(jì)算機(jī)控制的自動(dòng)化立體倉庫 （高 15 米，機(jī)械部起重所負(fù)責(zé)） 該庫1980年投入運(yùn)行。到 2003 年為止，我國自動(dòng)化立體倉庫數(shù)量已超過 200 座。現(xiàn)在， 自動(dòng)化物流技術(shù)和成套設(shè)備的研發(fā)已經(jīng)發(fā)展成

7、了一個(gè)龐大的產(chǎn)業(yè)。目前，國外 自動(dòng)化立體倉庫采用掃描技術(shù)， 提高信息的傳輸速度和準(zhǔn)確性：采用射頻數(shù)據(jù) 通信技術(shù)，數(shù)據(jù)的采集、處理和交換能夠在搬運(yùn)工具與中央計(jì)算機(jī)之間快速進(jìn) 行，使物品的存取和發(fā)送信息做到快速、實(shí)時(shí)、可靠和準(zhǔn)確。另外，近年來迅 猛發(fā)展的多媒體技術(shù)也在自動(dòng)化立體倉庫中得到越來越廣泛的應(yīng)用，普遍應(yīng)用于人員培訓(xùn)、操作指導(dǎo)、遠(yuǎn)程現(xiàn)場監(jiān)視、異地故障分析和診斷與防火防盜等方面。二、可編程控制器的簡介（一）、PLC的說明 國際電工學(xué)會(huì)（IEC）曾先后于1982.11；1985.1和1987.2發(fā)布了可編程序控制器標(biāo)準(zhǔn)草案的第一，二，三稿。在第三稿中，對PLC作了如下定義：可編程序控制器是一種數(shù)

8、字運(yùn)算操作電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用了可編程序的存儲器，用來在其部存儲執(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，并通過數(shù)字的，模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破髋c其有關(guān)的外圍設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體、易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。PLC是近年來發(fā)展極為迅速、應(yīng)用極為廣泛的工業(yè)控制裝置。它將傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)和通信技術(shù)融為一體專門為工業(yè)控制而設(shè)計(jì)，具有可靠性高、功能強(qiáng)、編程簡單、使用方便、環(huán)境適應(yīng)性好以與體積小、功耗低等特點(diǎn)；具有基本控制功能、步進(jìn)控制功能、模擬控制功能、定位控制功能、網(wǎng)絡(luò)通

9、信功能、自診斷功能、顯示監(jiān)控功能等，可以滿足對工業(yè)生產(chǎn)進(jìn)行監(jiān)視和控制的絕大多數(shù)場合的需要。PLC最常用的語言是面向控制的梯形圖語言，它采用了與實(shí)際電器原理圖非常接近的圖形編程方式，易學(xué)易用。具體特點(diǎn)如下： （1）所有的I/O接口電路均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場的外部電路與PLC部電路之間電氣上隔離，使其安全工作。 （2）各輸入端均采用RC濾波器，其濾波時(shí)間常數(shù)一般為1020ms； （3）各模塊均采用屏蔽措施，以防止輻射干擾。 （4）采用性能優(yōu)良的開關(guān)電源。 （5）一旦電源或其他硬件等設(shè)備發(fā)生異常情況，CPU立即采用有效的措施，以防止故障擴(kuò)大。 （6）PLC可以真對不同的工業(yè)現(xiàn)場信號有相應(yīng)的I/O

10、模塊與工業(yè)現(xiàn)場的器件或設(shè)備。 PLC按自動(dòng)化立體倉庫的容量和功能分為小型機(jī)、中型機(jī)、大型機(jī)： 小型 PLC 一般以開關(guān)量控制為主，它的輸入/輸出點(diǎn)數(shù)適合于接觸器、繼電器控 制的場合，還能直接驅(qū)動(dòng)電磁閥等執(zhí)行元件。這類 PLC 價(jià)格低廉、體積小巧， 適合于控制單臺設(shè)備，開發(fā)機(jī)電一體化產(chǎn)品。 中型 PLC 不僅有開關(guān)量和模擬量的控制功能，還具有數(shù)值計(jì)算能力。為了將溫 度、壓力、流量等模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，一般都帶有 A/D 轉(zhuǎn)化器，中型機(jī)指令 也比小型機(jī)豐富。還有微分、積分、比例、整數(shù)、浮點(diǎn)運(yùn)算等模塊功能。適用 于有溫度控制和開關(guān)動(dòng)作復(fù)雜的機(jī)械與連續(xù)生產(chǎn)過程。 大型機(jī)PLC 已經(jīng)于工業(yè)控制計(jì)算機(jī)相近

11、，它具有計(jì)算、控制和調(diào)節(jié)的功能，還具有 存容量 64K 以上。 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和通訊聯(lián)網(wǎng)能力。 這類機(jī)型點(diǎn)數(shù)都在 100 點(diǎn)以上， 大型機(jī)適用于設(shè)備自動(dòng)化控制，過程自動(dòng)化控制和過程監(jiān)控系統(tǒng)中。（二）、PLC的各個(gè)組成部件與工作原理 PLC的工作原理具體如下： PLC的CPU采用順序邏輯掃描用戶程序的運(yùn)行方式，即如果一個(gè)輸出線圈或邏輯線圈被接通或斷開，該線圈的所有觸點(diǎn)（包括其常開或常閉觸點(diǎn)）不會(huì)立即動(dòng)作，必須等到掃描到該觸點(diǎn)時(shí)才會(huì)動(dòng)作。 當(dāng)PLC投入運(yùn)行后，其工作過程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行期間，PLC的CPU以一定的掃

12、描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。具體過程如下： （1）輸入采樣階段 在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元，輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個(gè)階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的數(shù)據(jù)和狀態(tài)也不會(huì)改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。 （2）用戶程序執(zhí)行階段 在用戶程序的執(zhí)行階段，PLC總是由上而下的順序依次地掃描用戶程序（梯形圖）。在掃描每一條梯形圖時(shí)，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路，并按照先左后右、先上后下的

13、順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中對所應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對應(yīng)的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。（3）輸出刷新階段 當(dāng)用戶程序結(jié)束后，PLC就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)對應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，在經(jīng)輸出電路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的外設(shè)。這時(shí)，才是PLC真正的輸出。 CPU是PLC的核心部分。與通用微機(jī)CPU一樣，CPU在PC系統(tǒng)中的作用類似于人體的神經(jīng)中樞。其功能： 圖 2 CPU部輸入電路 （1）用掃描方式（后面介紹）接收現(xiàn)場輸入裝置的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入輸入

14、映象寄存器或數(shù)據(jù)寄存器；（2）接收并存儲從編程器輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)；（3）診斷電源和PC部電路的工作狀態(tài)與編程過程中的語法錯(cuò)誤；（4）在PC進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后： a）執(zhí)行用戶程序產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號（從用戶程序存儲器中逐條讀取指令，經(jīng)命令解釋后，按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號，去啟閉有關(guān)的控制電路） b）進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分時(shí)、分渠道地執(zhí)行數(shù)據(jù)存取、傳送、組合、比較、變換等動(dòng)作，完成用戶程序中規(guī)定的邏輯或算術(shù)運(yùn)算任務(wù)。 c）更新輸出狀態(tài)輸出實(shí)施控制（根據(jù)運(yùn)算結(jié)果，更新有關(guān)標(biāo)志位的狀態(tài)和輸出映象寄存器的容，再由輸入映象寄存器或數(shù)據(jù)寄存器的容，實(shí)現(xiàn)輸出控制、制表、打印、數(shù)據(jù)通訊等）圖 2 CPU部輸出電

15、路(三)、接口 輸入輸出接口是PLC與工業(yè)現(xiàn)場控制或檢測元件和執(zhí)行元件連接的接口電路。PLC的輸入接口有直流輸入、交流輸入、交直流輸入等類型；輸出接口有晶體管輸出、晶閘管輸出和繼電器輸出等類型。晶體管和晶閘管輸出為無觸點(diǎn)輸出型電路，晶體管輸出型用于高頻小功率負(fù)載、晶閘管輸出型用于高頻大功率負(fù)載；繼電器輸出為有觸點(diǎn)輸出型電路，用于低頻負(fù)載。 現(xiàn)場控制或檢測元件輸入給PLC各種控制信號，如限位開關(guān)、操作按鈕、選擇開關(guān)以與其他一些傳感器輸出的開關(guān)量或模擬量等，通過輸入接口電路將這些信號轉(zhuǎn)換成CPU能夠接收和處理的信號。輸出接口電路將CPU送出的弱電控制信號轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場需要的強(qiáng)電信號輸出，以驅(qū)動(dòng)電磁閥、

16、接觸器等被控設(shè)備的執(zhí)行元件。1)輸入接口 輸入接口用于接收和采集兩種類型的輸入信號，一類是由按鈕、轉(zhuǎn)換開關(guān)、行程開關(guān)、繼電器觸頭等開關(guān)量輸入信號；另一類是由電位器、測速發(fā)電機(jī)和各種變換器提供的連續(xù)變化的模擬量輸入信號。以圖2所示的直流輸入接口電路為例，R1是限流與分壓電阻，R2與C構(gòu)成濾波電路，濾波后的輸入信號經(jīng)光耦合器T與部電路耦合。當(dāng)輸入端的按鈕SB接通時(shí)，光耦合器T導(dǎo)通，直流輸入信號被轉(zhuǎn)換成PLC能處理的5V標(biāo)準(zhǔn)信號電平(簡稱TTL)，同時(shí)LED輸入指示燈亮，表示信號接通。微電腦輸入接口電路一般由寄存器、選通電路和中斷請求邏輯電路組成，這些電路集成在一個(gè)芯片上。交流輸入與交直流輸入接口電

17、路與直流輸入接口電路類似。 圖2直流輸入接口電路 濾波電路用以消除輸入觸頭的抖動(dòng)，光電耦合電路可防止現(xiàn)場的強(qiáng)電干擾進(jìn)入PLC。由于輸入電信號與PLC部電路之間采用光信號耦合，所以兩者在電氣上完全隔離，使輸入接口具有抗干擾能力?，F(xiàn)場的輸入信號通過光電耦合后轉(zhuǎn)換為5V的TTL送入輸入數(shù)據(jù)寄存器，再經(jīng)數(shù)據(jù)總線傳送給CPU。2)輸出接口 輸出接口電路向被控對象的各種執(zhí)行元件輸出控制信號。常用執(zhí)行元件有接觸器、電磁閥、調(diào)節(jié)閥(模擬量)、調(diào)速裝置(模擬量)、指示燈、數(shù)字顯示裝置和報(bào)警裝置等。輸出接口電路一般由微電腦輸出接口電路和功率放大電路組成，與輸入接口電路類似，部電路與輸出接口電路之間采用光電耦合器進(jìn)

18、行抗干擾電隔離。 微電腦輸出接口電路一般由輸出數(shù)據(jù)寄存器、選通電路和中斷請求邏輯電路集成在芯片上，CPU通過數(shù)據(jù)總線將輸出信號送到輸出數(shù)據(jù)寄存器中，功率放大電路是為了適應(yīng)工業(yè)控制要求，將微電腦的輸出信號放大。3)其它接口 若主機(jī)單元的I/O數(shù)量不夠用，可通過I/O擴(kuò)展接口電纜與I/O擴(kuò)展單元(不帶CPU)相接進(jìn)行擴(kuò)充。PLC還常配置連接各種外圍設(shè)備的接口，可通過電纜實(shí)現(xiàn)串行通信、EPROM寫入等功能。（四）、編程器 編程器作用是將用戶編寫的程序下載至PLC的用戶程序存儲器，并利用編程器檢查、修改和調(diào)試用戶程序，監(jiān)視用戶程序的執(zhí)行過程，顯示PLC狀態(tài)、部器件與系統(tǒng)的參數(shù)等。 編程器有簡易編程器和

19、圖形編程器兩種。簡易編程器體積小，攜帶方便，但只能用語句形式進(jìn)行聯(lián)機(jī)編程，適合小型PLC的編程與現(xiàn)場調(diào)試。圖形編程器既可用語句形式編程，又可用梯形圖編程，同時(shí)還能進(jìn)行脫機(jī)編程。 目前PLC的制造廠家大都開發(fā)了計(jì)算機(jī)輔助PLC編程支持的軟件，當(dāng)個(gè)人計(jì)算機(jī)安裝了PLC編程支持軟件后，可用作圖形編程器，進(jìn)行用戶程序的編輯、修改等，并通過個(gè)人計(jì)算機(jī)和PLC之間的通信接口實(shí)現(xiàn)用戶程序的雙向傳送、監(jiān)控PLC運(yùn)行狀態(tài)等。(五)、PLC的工作過程PLC 是采用循環(huán)掃描方式工作的，圖 3 為一般 PLC 的工作流程框圖： 其循環(huán)過程為：部處 理 通迅服務(wù) 輸入刷新 執(zhí)行用戶程序 輸出刷新。圖 3 PLC工作流程

20、圖1.部處理：CPU 對 PLC 部的硬件作故 障檢查，復(fù)位 WDT 等。2.通信服務(wù)：與外圍設(shè)備、編程器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等進(jìn)行通信。 3.輸入刷新：將接在輸入端子上傳感器、開關(guān)、按鈕等輸入元件狀態(tài)讀入，并保存在“輸 入狀態(tài)表” (I/O 映像存儲器)中，給本掃描周期用戶程序運(yùn)行時(shí)提供最新的入 信號。4.執(zhí)行用戶程序： CPU 逐條解釋并執(zhí)行用戶程序。根據(jù) I/O 狀態(tài)表(屬數(shù)據(jù)表狀態(tài)存儲器)中 ON / OFF 信息，按用戶程序給定的邏輯關(guān)系運(yùn)算，將運(yùn)算結(jié)果寫入 I/O 狀態(tài)表。5.輸出刷新： 將“輸出狀態(tài)表” (I/O 映像存儲器)中的容輸出到接口電路，以驅(qū)動(dòng)輸出 端子上的輸出元件，實(shí)現(xiàn)控制。

21、“輸出狀態(tài)表”中的容是本次掃描周期用戶程 序運(yùn)行的結(jié)果。(六)、電源 PLC的電源將外部供給的交流電轉(zhuǎn)換成供CPU、存儲器等所需的直流電，是整個(gè)PLC的能源供給中心。PLC大都采用高質(zhì)量的工作穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)的開關(guān)穩(wěn)壓電源，許多PLC電源還可向外部提供直流24V穩(wěn)壓電源，用于向輸入接口上的接入電氣元件供電，從而簡化外圍配置。(七)、采用PLC控制立體倉庫的優(yōu)點(diǎn)（1）可靠性高、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)：可編程控制器輸入/輸出端口均采用繼電器和光電耦合器件，采取了隔離和抗干擾措施，所以具有很高的抗干擾能力； （2）通用性好：由于可編程控制器采用模塊化的結(jié)構(gòu)，一般有CPU模塊、電源模塊、PID模塊、模擬輸

22、入和輸出模塊等，可以用這些模塊靈活的組成各種不同的控制系統(tǒng)，對于不同的控制系統(tǒng)，只需選取不同的模塊便可以，因而具有很好的適用性。 （3）使用方便、靈活：對于不同的控制系統(tǒng)，當(dāng)硬件結(jié)構(gòu)選定后，如果輸入/輸出作很小的變動(dòng)時(shí)，只需修改相應(yīng)程序即可，無需對系統(tǒng)連線做較大的修改，減少了現(xiàn)場調(diào)試的工作量，使用起來靈活方便。 （4）具有順序、周期性的工作特征。 （5）體積小；由于在制造時(shí)采用了大規(guī)模集成電路和微處理器，用軟件編程代替了硬連線，便于安裝，實(shí)現(xiàn)了小型化。 三、自動(dòng)化立體倉庫系統(tǒng)設(shè)計(jì)(一)、自動(dòng)化立體倉庫的概述 自動(dòng)化立體倉庫是指在不直接進(jìn)行人工處理的情況下, 自動(dòng)地完成物品倉儲和取出的系統(tǒng),自動(dòng)

23、化立體倉庫是一個(gè)復(fù)雜的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)是現(xiàn)代物流技術(shù)領(lǐng)域中出現(xiàn)的一種新型倉儲方式。自動(dòng)化立體倉庫自誕生以來就受到了極大關(guān)注，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,大容量存儲機(jī)構(gòu)。自動(dòng)化立體倉庫的出現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了倉庫功能從單純保 管型向綜合流通型的轉(zhuǎn)變。用 PLC 控制的自動(dòng)化立體倉庫達(dá)到倉儲技術(shù)的全面自動(dòng)化。 隨著自動(dòng)化技術(shù)和信息技術(shù)在自動(dòng)化立體倉庫廣泛運(yùn)用， 自動(dòng)化立體 倉庫的發(fā)展將呈現(xiàn)以下趨勢：（1）倉儲作業(yè)管理自動(dòng)化水平將會(huì)逐步提高。 （2）智能技術(shù)將會(huì)獲得應(yīng)用。（3）倉庫作業(yè)向柔性化方向發(fā)展。（4）建設(shè)自動(dòng)化立體倉庫方面更加注

24、重實(shí)用性和安全性。圖 4 立體倉庫自動(dòng)化立體庫基本由以下部分組成: 高層貨架:用于存儲貨物的鋼結(jié)構(gòu)，目前主要有焊接式貨架和組合式貨架兩種基本形式。 托盤(貨箱) :用于承載貨物的器具,亦稱工位器具。 巷道堆垛機(jī):用于自動(dòng)存取貨物的設(shè)備，按結(jié)構(gòu)形式分為單立柱和雙立柱兩種基本形式; 按服務(wù)方式分為直道,彎道和轉(zhuǎn)移車三種基本形式。 傳感器件：本系統(tǒng)選用光電傳感器，傳感器感受到被測物理量并把它轉(zhuǎn)化為便于傳輸處理的電信號，它是整個(gè)系統(tǒng)自動(dòng)控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。 輸送機(jī)系統(tǒng):立體庫的主要外圍設(shè)備, 負(fù)責(zé)將貨物運(yùn)送到堆垛機(jī)或從堆垛機(jī)將貨物移走. 輸送機(jī)種類非常多,常見的有輥道輸送機(jī),鏈條輸送機(jī),升降臺,分配車,提

25、升機(jī)機(jī),皮帶機(jī)等。 自動(dòng)控制系統(tǒng):驅(qū)動(dòng)自動(dòng)化立體庫系統(tǒng)各設(shè)備的自動(dòng)控制系統(tǒng)，目前以采用現(xiàn)場總線方式為控制模式為主。(二)、步進(jìn)電機(jī)的選擇 步進(jìn)電機(jī)主要為本設(shè)計(jì)執(zhí)行元件，之所以選擇步進(jìn)電機(jī)就是因?yàn)槠溥m用于開環(huán)控制，而且其控制精度較高，在供電電源切斷時(shí)，混合式步進(jìn)電機(jī)具有自定位轉(zhuǎn)矩，因此仍能保持原來的位置，同時(shí)也是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度(稱為“步距角”)，因此，可以通過控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的?，F(xiàn)在比較常用的步進(jìn)電機(jī)包括反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)（VR）、永磁式步進(jìn)電機(jī)（PM）、混合式步進(jìn)電動(dòng)

26、機(jī)（HB）和單相式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)等。它的時(shí)序?yàn)槊}沖正序列為AABBBCCCA，反序列為CACBCBABA。按照時(shí)序循環(huán)輸入就可以通過軟件控制來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)將時(shí)序輸入按照與正轉(zhuǎn)時(shí)序相反的順序輸入時(shí)，就可以實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)。1、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn) 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種作為控制用的特種電機(jī)，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度(稱為“步距角”步一步運(yùn)行的，其特點(diǎn)是沒有積累誤差(精度為100%)，所以廣泛應(yīng)用于各種開環(huán)控制。 步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與脈沖信號的頻率成正比。 步距值不容易因?yàn)殡姎?、?fù)載、環(huán)境條件的變化而改變，使用開環(huán)控制(或半閉環(huán)控制)就能進(jìn)行良好的定位控制。 起制動(dòng)，正反轉(zhuǎn)，變速等控制方便。 價(jià)格便宜，可靠性高。 步

27、進(jìn)電動(dòng)機(jī)的主要缺點(diǎn)是效率較低，并且需要配上適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)電源。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)帶負(fù)載慣性的能力不強(qiáng)，在使用時(shí)既要注意負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小，又要注意負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的大小，只有當(dāng)兩者選取在合適的圍時(shí)，電機(jī)才能獲的滿意的運(yùn)行性能。 由于存在失步和共振，因此步進(jìn)電機(jī)的加減速的方法根據(jù)利用狀態(tài)的不同而復(fù)雜多變。2、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的基本組成 與交直流電動(dòng)機(jī)不同，僅僅接上供電電源，步進(jìn)電機(jī)不會(huì)運(yùn)行的，為了驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)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(在該立體倉庫控制系統(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，以與

28、一個(gè)直流功率電源等組成一個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，如下圖所示圖 5 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的組成 步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行要有一電子裝置進(jìn)行驅(qū)動(dòng), 這種裝置就是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，它是把控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號轉(zhuǎn)化為步進(jìn)電機(jī)的角位移，或者說：控制系統(tǒng)每發(fā)一個(gè)脈沖信號，通過驅(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)速與脈沖信號的頻率成正比。 所有型號驅(qū)動(dòng)器的輸入信號都一樣，共有三路信號，它們是步進(jìn)脈沖信號CP，方向電平信號 DIR,脫機(jī)信號 FREE(此端為低電平有效，這時(shí)電機(jī)處于無力矩狀態(tài);此端為高電平或懸空不接時(shí)，此功能無效，電機(jī)可正常運(yùn)行) ，它們在驅(qū)動(dòng)器部的接口電路都一樣，見下圖.OPTO 端為三路信號的公共端，三

29、路輸入信號在驅(qū)動(dòng)器部接成共陽方式，所以 OPTO 端須接外部系統(tǒng)的 VCC,如果 VCC 是+5V 則可直接接入;如果 VCC 不是+5V 則須 外部另加限流電阻 R,保證給驅(qū)動(dòng)器部光耦提供 8-1 5mA 的驅(qū)動(dòng)電流，參見圖 6.在該立體倉庫中由于 FP0 提供的電平為 24V,而輸入部分的電平為 5V，所以須外部另 加 1.8K 的限流電阻 R 。圖 6 輸入信號接口電路步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸出信號有兩種: 初相位信號：驅(qū)動(dòng)器每次上電后將使步進(jìn)電機(jī)起始在一個(gè)固定的相位上,這就是初相位。初相位信號是指步進(jìn)電機(jī)每次運(yùn)行到初相位期間，此信號就輸出為高電平，否則為低電平。此信號和控制系統(tǒng)配合使田，可產(chǎn)

30、生相位記憶功能，其接口見圖 7圖 7 初相位信號接口電路 報(bào)警輸出信號：每臺驅(qū)動(dòng)器都有多種保護(hù)措施(如：過壓，過流，過溫等)。當(dāng)保護(hù) 發(fā)生時(shí)，驅(qū)動(dòng)器進(jìn)入脫機(jī)狀態(tài)使電機(jī)失電，但這時(shí)控制系統(tǒng)可能尚未知曉。如要通知系統(tǒng)，就要用到報(bào)警輸出信號。此信號占兩個(gè)接線端子，此兩端為一繼電器的常開點(diǎn)，報(bào)警時(shí)觸 點(diǎn)立即閉合。驅(qū)動(dòng)器正常時(shí)，觸點(diǎn)為常開狀態(tài)。觸點(diǎn)規(guī)格： DC24V/1A 或 AC11OV/O.3A. 一般來說，對于兩相四根線電機(jī),可以直接和驅(qū)動(dòng)器相連。（3） 、傳感器的選擇紅外線光電開關(guān)（光電傳感器）屬于光電接近開關(guān)的簡稱，它是利用被檢測物體對紅外光束的遮光或反射，由同步回路選通而檢測物體的有無，其物

31、體不限于金屬，對所有能反射光線的物體均可檢測。根據(jù)檢測方式的不同，紅外線光電開關(guān)可分為：1、漫反射式開關(guān)一般來說當(dāng)被檢測物體的表面光亮或其反光率極高時(shí)，我們都選用漫反射式開關(guān)。2、反射式光點(diǎn)開關(guān)反射式光電開關(guān)是集發(fā)射與接受器于一體，光電開關(guān)發(fā)射出的光線經(jīng)過反射鏡反射回接收器，當(dāng)被檢測物體經(jīng)過且完全阻斷光線時(shí)，光電開關(guān)就產(chǎn)生了檢測開關(guān)的信號。3、對射式光電開關(guān)當(dāng)檢測物體是不透明時(shí)，對射式光電開關(guān)是最可靠的檢測模式。4、光纖式光電開關(guān)光纖式光電開關(guān)采用塑料或玻璃光纖傳感器來引導(dǎo)光線，以實(shí)現(xiàn)被檢測物體不在相近區(qū)域的檢測。傳感器也可以使用應(yīng)變式傳感器，他是利用金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng)，將檢測物體變形轉(zhuǎn)換成電

32、阻的變化的傳感器。當(dāng)金屬絲在外力作用下發(fā)生機(jī)械變形時(shí)，其電阻值將發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為電阻絲的應(yīng)變效應(yīng)，應(yīng)變式傳感器正是利用了金屬絲的這一效應(yīng)。但是這種傳感器的安裝不是很方便，而且檢測的效果也不是很好，靈敏度不過，很有可能造成錯(cuò)誤，給顧客帶來不必要的麻煩。由以上可以很容易的看出在這里我們選用反射式光電開關(guān)。用它來檢測運(yùn)動(dòng)小車的原點(diǎn)、限位位置，并把相應(yīng)的信號傳輸給PLC，PLC根據(jù)收到的信號可以通過I/O線控制其正常工作。圖 8 反射式傳感器的輸出回路圖（4） 、本立體倉庫的控制要求 1、接通電源，將選擇開關(guān)置于手動(dòng)位置，分別按下、后觀察 各方向運(yùn)動(dòng)情況，小車在高強(qiáng)度絲杠上運(yùn)行平穩(wěn)，在接近極限位

33、置時(shí)，執(zhí)行限 位保護(hù)。 2、將選擇開關(guān)置于自動(dòng)位置，通電狀態(tài)下，各機(jī)構(gòu)復(fù)位，即返回零位。 3、當(dāng)送貨的時(shí)候，選擇欲送貨物的倉位，按動(dòng)倉位對應(yīng)的按鈕，控面板數(shù)碼管顯示倉位號。按送貨按鈕后，貨物自動(dòng)送入指定的倉位號對應(yīng)的倉庫位里。若被指定的倉位號里有貨物，則送貨命令不被執(zhí)行。送貨完成后，小車自動(dòng)返回原來的位置。 4、當(dāng)取貨的時(shí)候，選擇欲取貨物的倉位號后，在控制面板的數(shù)碼管里顯示 出來，按動(dòng)取貨按鈕后，可以自動(dòng)將貨物取出。如果小車?yán)镉胸浳铮瑒t取貨命 令不被執(zhí)行。取貨與送貨裝有互鎖開關(guān)，防止發(fā)生故障。 5、取貨和送貨指令完成后，機(jī)構(gòu)自動(dòng)返回原來位置。 6、需用手動(dòng)取貨時(shí)，必須在斷電狀態(tài)下進(jìn)行。 為了保

34、護(hù)人身、設(shè)備和貨物的安全，堆垛機(jī)必須具有完 善的安全保護(hù)措施：1 ) 堆垛機(jī)在行走、載貨臺升降和貨又伸縮終端處都設(shè)有機(jī)械和電氣限位裝置。2 ) 貨物檢測載貨臺上設(shè)有貨物超高、超長和超寬檢測裝置。在貨物進(jìn)入載貨臺時(shí)，當(dāng)檢測到貨物超過設(shè)定高度、長度或?qū)挾葧r(shí)， 堆垛機(jī)便停止運(yùn)行并報(bào)警。檢測元件采用對射或反射式光電傳感器。 3 ) 載貨臺上還設(shè)有檢測貨又是否回位、貨叉上有無貨物 和貨位中有無貨物的裝置。如貨叉沒有回位，堆垛機(jī)不能水 平運(yùn)行；如貨叉上已有貨物，則不能再取貨；入庫時(shí)，必須 檢測貨位中有無貨物，以避免發(fā)生事故。4 ) 斷電保護(hù) 如載貨臺升降過程中忽然斷電， 則通過提升電動(dòng)機(jī)制動(dòng)使載貨臺停在當(dāng)

35、前位置，不會(huì)掉下來。（五）、本倉庫的控制面板與物流過程 圖 9 控制面板 圖 10 物流過程示意圖（六）、本倉庫的控制程序設(shè)計(jì) 1、主程序的設(shè)計(jì)S7-200 可編程控制器主要使用 STEP7-Micro/WIN32 編程軟件進(jìn)行編程和其它一些相 關(guān)處理。STEP7-Micro/WIN 32 編程軟件是基于 Windows 的應(yīng)用軟件，由西門子公司專為 SIMATIC S7-200 系列可編程控制器設(shè)計(jì)開發(fā)，功能強(qiáng)大，主要由用戶用來開發(fā)控制程序， 同時(shí)也可以實(shí)時(shí)監(jiān)控用戶程序執(zhí)行狀態(tài)。 它提供三種編輯器來創(chuàng)建你的程序：梯形圖、語句表和功能塊圖。用任何一種程序編 寫程序，都可以用另外一種程序編輯器來

36、瀏覽和編輯，但要遵守一些輸入規(guī)則。語句表編 輯器按照文本語言的形式顯示程序，此編輯器允許你輸入指令助記條款來創(chuàng)建你的控制程 序。（1）梯形邏輯(LAD) 梯形邏輯(LAD)是 STEP7 編程語言的圖形表達(dá)方式。它的指令語法與一個(gè)繼電器梯形 邏輯圖相似，當(dāng)電信號通過各個(gè)觸點(diǎn)、復(fù)合元件以與輸出線圈時(shí)，梯形圖可以讓你追蹤電 信號在電源示意線之間的流動(dòng)。（2）語句表(STL) 是STEP7編程語言的文本表達(dá)方式。與機(jī)器碼相似，如果一個(gè)程序是用語句表編寫的，CPU 執(zhí)行程序時(shí)則按每一條指令一步一步地執(zhí)行。 （3）功能塊圖(FBD) 功能塊圖(FBD)是 STEP7 編程語言的圖形表達(dá)方式，使用與布爾代

37、數(shù)相類似的邏輯框 來表達(dá)邏輯。復(fù)合功能可用邏輯框相連直接表達(dá)。 程序采用模塊化的方式進(jìn)行編寫，最后再將程序的各個(gè)部分集成為能完成完整功能的完整的程序。系統(tǒng)采用中間信號來實(shí)現(xiàn)對具體運(yùn)行動(dòng)作的控制，從而更準(zhǔn)確更安全的 完成作業(yè);并采用指示燈在現(xiàn)場指示系統(tǒng)具體的工作狀態(tài)，并將工作信息寫入到存中，方便上位機(jī)對堆跺機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)視。如下圖是系統(tǒng)主程序流程圖。 圖 11 程序主流程圖2、堆垛機(jī)的堆垛機(jī)自檢和復(fù)位/歸位程序（1）、堆垛機(jī)自檢程序 在堆垛機(jī)主程序流程圖中，堆垛機(jī)每次開機(jī)上電時(shí)，PLC 系統(tǒng)通電，然后執(zhí)行用戶編寫的功能模塊程序。PLC 系統(tǒng)上電后，首先執(zhí)行圖 12 堆垛機(jī)自檢程序。堆垛機(jī)自檢 子程序主要是判斷上次系統(tǒng)是否正常關(guān)機(jī)，如果屬于非正常關(guān)機(jī)，堆垛機(jī)有無不安全因素 （貨叉是否在收叉位置，載貨臺上有無貨物，貨位位置是否正常等） ，如果存在不安全因 素，堆垛機(jī)開始報(bào)警，等待故障處理。如果正常關(guān)機(jī)，則判斷堆垛機(jī)工作模式。在手動(dòng)操 作模式下，執(zhí)行手動(dòng)操作子程序。在自動(dòng)模式下，則由堆垛機(jī)機(jī)載控制柜上的觸摸屏操作下發(fā)作業(yè)