巷道式立體倉庫輸送裝置的控制電路設計論文

75/88西南交通大學本科畢業(yè)設計（論文）巷道式立體倉庫輸送裝置的操縱電路設計2013年6月論文真實性承諾及指導教師聲明學生論文真實性承諾本人鄭重聲明：所提交的作品是本人在指導教師的指導下，獨立進行研究工作所取得的成果，內容真實可靠，不存在抄襲、造假等學術不端行為。除文中差不多注明引用的內容外，本論文不含其他個人或集體差不多發(fā)表或撰寫過的研究成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。如被發(fā)覺論文中存在抄襲、造假等學術不端行為，本人愿承擔本聲明的法律責任和一切后果。畢業(yè)生簽名： 日期：指導教師關于學生論文真實性審核的聲明本人鄭重聲明：差不多對學生論文所涉及的內容進行嚴格審核，確定其內容均由學生在本人指導下取得，對他人論文及成果的引用差不多明確注明，不存在抄襲等學術不端行為。指導教師簽名： 日期：

摘要隨著企業(yè)現(xiàn)代化生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大，立體倉庫己成為生產(chǎn)物流系統(tǒng)中的一個重要且不可缺少的環(huán)節(jié),堆垛機是其關鍵設備。設計與開發(fā)自動化堆垛機操縱系統(tǒng)成為當前立體倉庫的進展趨勢，因此開展與此有關的研究具有重要的理論和應用價值。在本設計中，介紹了自動化立體倉庫的應用及其功能和作用，著重研究了自動化立體倉庫堆垛機操縱系統(tǒng)的電路設計。首先，依照總體方案，確定共有14個數(shù)字量輸入信號以及14個數(shù)字量輸出信號，因此選擇了研華USB-4750數(shù)據(jù)采集卡，確定了堆垛機操縱系統(tǒng)的信號采集檢測核心。其次，依照堆垛機的技術要求，本設計在確定堆垛機的參數(shù)之后，從堆垛機的位置操縱、速度操縱、信號檢測等幾個方面進行總體方案的確立。本設計中采納以光電開關和認址片為基礎的相對定位認址方案；堆垛機的速度操縱采納變頻調速的方法，實現(xiàn)了對運行、起升、貨叉三個電機精確的速度操縱，其中水平運行設定四種速度，起升運行設定三種速度，貨叉運行設定兩種速度；此外，選擇合適電器元器件，實現(xiàn)了堆垛機的原點檢測、貨叉到位檢測和電動機運行狀況檢測。最后，本設計依照設計要求，完成了以工控計算機為上位機，數(shù)據(jù)采集卡為堆垛機運動操縱器件的立體倉庫堆垛機操縱系統(tǒng)的電路設計，具有一定的理論和應用價值。關鍵詞：自動化立體倉庫；堆垛機；電路設計；變頻調速；數(shù)據(jù)采集卡

AbstractAstheexpandingofthemodernenterpriseindustrialscale,warehousehasbecomethemostimportantandindispensabilitytacheofthelogisticssystem,whichkeyequipmentishaystackersystem.Designanddevelopmentofahigherdegreeofautomationstackercontrolsystembecomewarehousetrendofdevelopment,thereforerelatedresearchhasimportanttheoryandapplicationvalue.Thispaperintroducesapplicationandperformanceofautomatedwarehouseandputsemphasisontheresearchingofcircuitdesigninautomatedwarehousestackercontrolsystem.Firstly,thereare14digitalinputsand14digitaloutputsaccordingtotheglobalproject.SotheAdvantechdataacquisitioncardUSB-4750waschosen,whichisthekernelofdataacquisitionanddetection.Then,accordingtothetechnicalrequirementsofstackingmachine,aftertheparametersofhaystackerwasdetermined,thepaperanalyzeshaystackeroflocating,speedanddatadetection,anddeterminetheoverallplan.Thisdesignadoptedtheprojectofrelativelocalization,onthebasisofphotoelectricswitchandlocalizationcard.Asforspeedcontrol,frequencyconversioncontrolwaschosentoaccomplishthecontrolofoperation,hoistingandforkelectricmachine,whichset4kindofspeedforoperation,3forhoistingand2forfork.Besidesthesystemcompletedthefunctionoforigindetection,forkreacheddetectionandtheconditionofelectricmachine.Finally,accordingtotherequirements,thisdesignaccomplishedcircuitdesignofautomatedwarehousestackercontrolsystem,inwhichindustrialcomputerservedashostcomputeranddataacquisitioncardservedascontroller,whichhastheoryandapplicationvalueKeywords:AutomatedWarehouse;Stacker;CircuitDesign;DataAcquisitionCard;FrequencyConversionSpeed

目錄第一章緒論 11.1自動化立體倉庫概述 11.1.2自動化立體倉庫的構成 11.1.3巷道式立體倉庫操縱系統(tǒng) 21.2自動化立體倉庫的進展現(xiàn)狀和趨勢 21.3要緊研究內容及研究意義 3第2章巷道式立體倉庫的總體方案 52.1巷道式立體倉庫要緊參數(shù)設計 52.1.1立體倉庫貨架參數(shù) 52.1.2堆垛機的構成及參數(shù)（400） 62.2位置操縱方案 82.2.1認址方案的比較 82.2.2認址方案的確定 92.3速度操縱方案 112.3.1交流異步電機變頻調速原理 112.3.2堆垛機速度操縱曲線設計 122.4信號檢測方案 15第3章數(shù)據(jù)采集卡的選型 163.1數(shù)據(jù)采集卡簡介 163.2數(shù)據(jù)采集卡的選擇 17第4章信號檢測電路的設計 204.2位置檢測電路 204.1.1光電開關的選型 204.1.2位置檢測的電路設計 224.2物資檢測電路 234.3原點、貨叉到位檢測電路 244.3.1原點檢測電路簡介 244.3.2貨叉到位檢測電路簡介 254.3.3行程開關的選型 254.3.4原點、貨叉到位檢測電路設計 254.4電機運行狀況檢測電路 26第5章執(zhí)行部分電路的設計 275.1電機型號選擇 275.1.1運行電機的選型 275.1.2起升電機的選型 305.1.3貨叉電機的選擇 305.2.1變頻器的操縱方式 315.2.2變頻器的選型 325.2.3變頻器制動電阻參數(shù)的計算 335.3.3變頻器檢測輸出 335.4 其他各元器件選型 335.4.1斷路器 335.4.2固態(tài)繼電器 345.4.3接觸器 345.4.4熱繼電器 355.4.5其他 355.5執(zhí)行部分電路接線圖 36結論 37致謝 39參考文獻 40第一章緒論1.1自動化立體倉庫概述自動化立體倉庫是一種新型的倉儲技術，是現(xiàn)代物流系統(tǒng)中的一個重要組成部分，它又稱為高層貨架倉庫、立庫、自動存儲/檢索系統(tǒng)(AutomatedStorage/RetrievalSystem，即AS/RS)。它是物料搬運和倉儲科學中的一門綜合科學技術工程。它以高層貨架為要緊標志，以成套先進搬運設備為基礎，以先進的計算機操縱技術為要緊手段，由此組成高效率的物流、大容量的科學的存儲，以適應現(xiàn)代化生產(chǎn)的需求。實踐已充分證明，使用自動化立體倉庫能夠產(chǎn)生專門大的社會效益和經(jīng)濟效益，效益要緊來自以下幾個方面：1.高層貨架存儲。由于使用高層貨架，充分利用了倉庫地面和空間，存儲區(qū)能夠大幅度地向空間擴展，因此節(jié)約了庫存占地面積，提高了空間利用率。2.自動存取AS/RS。自動化立體倉庫使用機械和自動化設備，運行和處理速度快，提高了作業(yè)效率，降低了操作人員的工作強度。3.計算機操縱與治理。計算機能夠準確無誤地對倉庫的各種信息進行存儲和治理，降低了操作人員的勞動強度。4.作業(yè)效率明顯提高。能充分保證先進先出。（FIFO-FirstInandFirstOut）的合理作業(yè)原則，從時刻操縱上防止物資堆積而產(chǎn)生的變質、生銹或發(fā)霉的情況。5.節(jié)約費用隨著經(jīng)濟的高速進展，我國有關行業(yè)開始重視立體倉庫的研究，關于促進傳統(tǒng)觀念的轉變、提高現(xiàn)代化物流意識，形成新型的商品流通產(chǎn)業(yè)等方面均產(chǎn)生了強勁的推動作用。1.1.2自動化立體倉庫的構成自動化立體倉庫是機械和電氣、強電操縱和弱電操縱相結合的產(chǎn)品。它要緊由物資儲存系統(tǒng)、物資存取和傳送系統(tǒng)、操縱和治理等三大系統(tǒng)組成，還有與之配套的供電系統(tǒng)、空調系統(tǒng)、消防報警系統(tǒng)、稱重計量系統(tǒng)、信息通信系統(tǒng)等。物資儲存系統(tǒng)本系統(tǒng)由立體貨架的貨位(托盤或貨箱)組成。貨架按照排、列、層組合而成立體倉庫儲存系統(tǒng)。2.物資存取和傳送系統(tǒng)本系統(tǒng)承擔物資存取、出入庫的功能，它由有軌或無軌堆垛機、出入庫輸送機、裝卸機械等組成。出入庫輸送機可依照物資的特點采納帶輸送機、機動輥道、鏈傳動輸送機等，要緊將物資輸送到堆垛機上下料位置和物資出入庫位置。3.操縱和治理系統(tǒng)中央操縱計算機是自動化立體倉庫的操縱中心，它溝通并協(xié)調治理計算機、堆垛機、出入庫輸送機等的聯(lián)系；操縱和監(jiān)視整個自動化立體倉庫的運行，并依照治理計算機或自動鍵盤的命令組織流程，以及監(jiān)視現(xiàn)場設備運行情況和現(xiàn)場設備狀態(tài)、監(jiān)視物資流向及收發(fā)貨顯示，與治理計算機、堆垛機和現(xiàn)場設備通信聯(lián)系，還具有對設備進行故障檢測及查詢顯示等功能。1.1.3巷道式立體倉庫操縱系統(tǒng)巷道堆垛機是立體倉庫成套設備中的主機，是一種在軌道上運行的起重機械，它能在三維空間上（行走、升降、兩側向伸縮）按照一定的順序組合進行往復運動，以完成對集裝單元或揀選物資的入庫、出庫和倒庫功能。從功能上堆垛機能夠分為以下幾部分：三維動作操縱即操縱在水平、垂直、左右方向的運行；位置操縱即堆垛機的在貨架的定位；通訊功能即堆垛機與上位機和其他倉庫設備的通訊；愛護報警功能即提供各種電機愛護，保證堆垛機運行安全；人機界面功能即通過人機界面向操作人員提供堆垛機的狀態(tài)信息。從機構上堆垛機一般由水平行走機構、起升機構、載貨臺及貨叉機構、機架和電氣設備等差不多設備組成。運行機構與起升機構使堆垛機到達指定貨位，載貨臺及貨叉伸縮機構與起升機構組合完成存取作業(yè)。從結構形式上來看，目前立體倉庫堆垛機有雙立柱結構和單立柱結構。1.雙立柱堆垛機。雙立柱結構的堆垛機機架由兩根立柱和上橫梁、下橫梁組成一個長方形框架。雙立柱堆垛機的最大優(yōu)點是強度和剛性都比較好，同時運行平穩(wěn)。一般關于起重高度較高、起重量較大和水平運行速度高的立體倉庫堆垛機多采納雙立柱結構。2.單立柱堆垛機。單立柱結構的堆垛機機架由一根立柱和下橫梁組成。它不適于起重重量大和水平運行速度高的場合。1.2自動化立體倉庫的進展現(xiàn)狀和趨勢自動化技術在倉儲領域中的進展可分為五個時期：人工倉儲時期、機械化倉儲時期、自動化倉儲時期、集成化倉儲時期和智能自動化倉儲時期。在20世紀90年代后期及21世紀的若干年內，智能自動化倉儲將是自動化技術的要緊進展方向。下面介紹以下各個進展時期的技術特點：第一時期：物資的輸送、存儲、治理和操縱要緊是由人工操作，其優(yōu)點是實時性和直觀性。人工倉儲技術在初期設備投資的經(jīng)濟指標也具有優(yōu)越性。第二時期：物料能夠通過傳送帶、工業(yè)輸送車、機械手、吊車、堆垛機和升降機來移動和搬運，用貨架托盤和可移動貨架存儲物料，通過人工操作機械存取設備，用限位開關，螺旋機械制動和機械監(jiān)視器等操縱設備的運行。機械化滿足了人們對速度、精度、高度、重量、重復存取和搬運等要求。第三時期是自動化倉儲技術時期：自動化技術對倉儲技術的進展起了重要的推動作用。在20世紀60年代，相繼研制和采納了自動導引小車(AGV)、自動貨架、自動存取機器人、自動識不和自動分揀等系統(tǒng)。20世紀70年代和80年代，旋轉式貨架、移動式貨架、巷道式堆垛機和其他搬運設備都加入了自動操縱的行列，但這時只是各個設備的局部自動化并各自獨立應用，被稱為。自動化孤島。。隨著計算機技術的進展，工作重點轉向物資的操縱和治理要求實時、協(xié)調和一體化，自動化技術逐漸成為倉儲自動化技術的核心。信息技術的應用已成為倉儲技術的重要支柱。第四時期是集成自動化倉儲技術時期：在20世紀80年代，自動化技術被越來越多地用到生產(chǎn)和分配領域，顯然，。自動化孤島。需要集成化，因此便形成了。集成系統(tǒng)。的概念。在集成化系統(tǒng)中包括了人、設備和操縱系統(tǒng)。整個系統(tǒng)的有機協(xié)作，使總體效益和生產(chǎn)的應變能力大大超過各部分獨立效益的總和。集成化倉庫技術作為計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS—ComputerIntegrateManufacturingSystem)中物資存儲的中心受到人們的重視。盡管在80年代系統(tǒng)集成化己經(jīng)引起注意，但至今在我國已建成的集成化倉儲系統(tǒng)還不多。第五時期是智能自動化倉儲技術：人工智能技術的進展，使自動化技術向更高級的時期—智能自動化方向進展?，F(xiàn)在，智能自動化倉儲技術差不多有了較快進展，以后倉儲技術的智能化將具有寬敞的應用前景。1.3要緊研究內容及研究意義以研華數(shù)據(jù)采集卡為計算機測控核心，對巷道式立體倉庫輸送裝置進行操縱電路設計，結合同組同學的機械部分設計和測控軟件開發(fā)，將整個巷道式立體倉庫操縱系統(tǒng)智能化。巷道式立體倉庫輸送裝置的操縱電路結合機電設備，實現(xiàn)巷道式立體倉庫輸送裝置的位置操縱，速度操縱，電動運行信號檢測等。在位置操縱方面，在堆垛機工作時，操縱系統(tǒng)結合傳感器信號和程序以實現(xiàn)堆垛機的認址功能。具體在設計過程中分析不同種類的認址方式，比較其優(yōu)缺點，選擇切實可行，高效節(jié)約的方案。在速度操縱方面，操縱系統(tǒng)運用變頻調速原理，對堆垛機在水平、起升、貨叉方向實現(xiàn)比較精確的速度操縱，以達到堆垛機高速運行、換速平穩(wěn)、低速停準的要求。在信號檢測方面，操縱系統(tǒng)結合變頻器自身的檢測功能，將檢測到的電動機運行信號反饋至數(shù)據(jù)采集卡，實現(xiàn)整個操縱系統(tǒng)的優(yōu)化。此外，還綜合考慮巷道式立體倉庫的實際工作情況，增加檢測裝置對堆垛機工作中的極限位置，起始原點，貨叉原點進行設計，確保立體倉庫能準確地進行存貨，取貨工作。整個設計聯(lián)系實際，利用數(shù)據(jù)采集卡，在巷道式立體倉庫輸送裝置的操縱電路方面進行研究，對立體倉庫的建筑和維護具有一定的參考價值。該套操縱系統(tǒng)能夠實現(xiàn)物資的自動存取，運行速度快，提高了勞動生產(chǎn)率，降低了工作人員的勞動強度，合理減少庫存，加快了企業(yè)資金周轉。

第2章巷道式立體倉庫的總體方案堆垛機具有三大機構：運行機構、起升機構、貨叉伸縮機構。欲實現(xiàn)整個系統(tǒng)高效的自動化運行，要緊是對堆垛機進行精確快速的位置、速度操縱，達到以適當?shù)乃俣认蚩臻e儲貨單元取貨，從目的儲貨單元取貨的工作過程。在堆垛機工作過程中，運行機構與起升機構使堆垛機運動至達目標貨位；貨叉伸縮機構與起升機構組合完成存取物資。這三大機構是由堆垛機操縱系統(tǒng)操縱的。因為堆垛機是在狹長的巷道中運行，兩邊是固定貨架，堆垛機要在貨架中左右伸縮取貨、放貨，為使堆垛機能準確存取物資，幸免機械碰撞，在設計堆垛機的自動操縱系統(tǒng)時，關鍵在于其準確可靠的認址和定位，保證準確無誤地定位在目的貨格。本文中巷道式立體倉庫的自動操縱系統(tǒng)，以能發(fā)出操控命令的計算機電腦作為上位機，能實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和操縱輸出的數(shù)據(jù)采集卡作為下位機，結合各機電設備實現(xiàn)巷道式立體倉庫輸送裝置的位置操縱，速度操縱，電動運行信號檢測等。2.1巷道式立體倉庫要緊參數(shù)設計貨架和巷道式堆垛機是巷道式立體倉庫的要緊組成部分，現(xiàn)對貨架和巷道式堆垛機進行具體參數(shù)設計。2.1.1立體倉庫貨架參數(shù)托盤是用于集裝、堆放、搬運和運輸?shù)姆胖米鳛閱卧摵傻奈镔Y和制品的水平平臺裝置，現(xiàn)已廣泛應用于生產(chǎn)、運輸、倉儲和流通等領域。托盤的尺寸標準是物流單元化重要的標準。目前，全世界要緊的工業(yè)國家都有自己的標準托盤，但所用尺寸各國不同。每個國家都希望自己國內已普遍使用規(guī)格成為國際標準，以便在國際經(jīng)濟交流中更為有利。國際標準組織無法統(tǒng)一，只能同意既成事實，做到相對統(tǒng)一。中國聯(lián)運通用平托盤要緊尺寸及公差國家標準（GB/T2934-1996）。目前套用原ISO規(guī)定的4種并列的標準，即1200×800，1200×1000，1219×1016，1140×1140（單位均為mm）。在本課題中選用尺寸為1200×1000，如圖2-1所示。圖2-1標準1200×1000托盤倉庫的貨架采納焊接結構，為兩排，每排30列，每列16層，共有貨位960個。每個貨位可存儲單元重量為0.6，共可存儲物資576。貨架相關具體參數(shù)如下：貨架整體尺寸：長×寬×高=40000×1200×13000（）；儲貨單元尺寸：長×寬×高=1300×1100×800（）；總裝物資重量：960單元貨位×0.6=576。2.1.2堆垛機的構成及參數(shù)（400）1.堆垛機的構成本文巷道式立體倉庫的堆垛機由機架即車身、運行機構、起升機構、載貨臺及貨叉伸縮機構、和電氣系統(tǒng)五部分組成，如圖2-2所示。堆垛機的機架是由上橫梁、下橫梁和立柱組成的一個框架。整個機架結構高而窄。機架采納雙立柱結構，由兩根立柱和上、下橫梁組成一個長方形的框架。堆垛機的運行機構和運行的車輪安裝在下橫梁上。運行機構采納兩個承重輪地面驅動式，沿地面軌道運行。在堆垛機頂部有兩組水平輪沿天軌（在堆垛機上方輔助其運行的軌道）導向。堆垛機的起升機構是由卷筒或鏈輪和減速電機、以及柔性件組成，常用的柔性件有鋼絲繩和起重鏈等。載貨臺要緊由動滑輪、貨叉、斷繩愛護裝置組成，在載貨臺兩側安裝安全愛護裝置，臺面上安裝貨叉。貨叉要緊由電機減速器、鏈輪、鏈連接裝置、叉板、活動導軌、固定導軌、輥輪軸承和一些定位裝置組成。圖2-2有軌巷道堆垛機堆垛機的機架是由上橫梁、下橫梁和立柱組成的一個框架。整個機架結構高而窄。機架采納雙立柱結構，由兩根立柱和上、下橫梁組成一個長方形的框架。堆垛機的運行機構和運行的車輪安裝在下橫梁上。運行機構采納兩個承重輪地面驅動式，沿地面軌道運行。在堆垛機頂部有兩組水平輪沿天軌(在堆垛機上方輔助其運行的軌道)導向。堆垛機的起升機構是由卷筒或鏈輪和減速電機、以及柔性件組成，常用的柔性件有鋼絲繩和起重鏈等。載貨臺要緊由動滑輪、貨叉、斷繩愛護裝置組成，在載貨臺兩側安裝安全愛護裝置，臺面上安裝貨叉。貨叉要緊由電機減速器、鏈輪、鏈連接裝置、叉板、活動導軌、固定導軌、輥輪軸承和一些定位裝置組成。堆垛機的機架是由上橫梁、下橫梁和立柱組成的一個框架。整個機架結構高而窄。機架采納雙立柱結構，由兩根立柱和上、下橫梁組成一個長方形的框架。堆垛機的運行機構和運行的車輪安裝在下橫梁上。運行機構采納兩個承重輪地面驅動式，沿地面軌道運行。在堆垛機頂部有兩組水平輪沿天軌(在堆垛機上方輔助其運行的軌道)導向。堆垛機的起升機構是由卷筒或鏈輪和減速電機、以及柔性件組成，常用的柔性件有鋼絲繩和起重鏈等。載貨臺要緊由動滑輪、貨叉、斷繩愛護裝置組成，在載貨臺兩側安裝安全愛護裝置，臺面上安裝貨叉。貨叉要緊由電機減速器、鏈輪、鏈連接裝置、叉板、活動導軌、固定導軌、輥輪軸承和一些定位裝置組成。電氣系統(tǒng)要緊包括電力拖動、檢測、操縱和安全愛護。在電力拖動方面，目前采納較多的方案是交流變極調速、交流變頻調速和可控硅直流調速，渦流調速己專門少使用。依照堆垛機的實際工作過程，本文巷道式立體倉庫堆垛機的電力拖動系統(tǒng)需要滿足高速運行、換速平穩(wěn)、低速停準三個方面的要求。對堆垛機的操縱一般采納可編程操縱器、單片機、單板機和計算機等。2.堆垛機相關參數(shù)依照堆垛機在實際工作過程的性能要求，確定其具體工作參數(shù)如表2-1所示。表2-1堆垛機相關參數(shù)額定載重量600（）行走速度5-80最大水平行程41

停準精度起升，運行貨叉起升速度4-12最大提升高度12.5供電方式采納安全防爆滑觸線三相四線供電貨叉速度4-8貨叉作業(yè)最大距離1.22.2位置操縱方案定位操縱確實是確定堆垛機停止在目的貨位的功能。具體地，依照安裝在堆垛機和貨架上的傳感器檢測的位置信號，輸入到下位機數(shù)據(jù)采集卡，再依照計算機程序得出現(xiàn)在堆垛機的位置信息，進而推斷堆垛機是否差不多到達目標貨位，從而實現(xiàn)堆垛機的認址。2.2.1認址方案的比較安裝在堆垛機上的傳感器不斷檢測位置信息，通過堆垛機操縱系統(tǒng)計算并推斷是否到位。一般有以下幾種位置檢測方法：1.絕對認址：將每一個貨位給予唯一的開關狀態(tài)，給每個貨位制作一個專用的認址片，堆垛機上相應安裝一個識不器，通常是二進制編碼板（用個光電開關的通斷組合為個貨位地址）和一組光電開關的組合，通過讀取認址片的代碼來推斷堆垛機的當前位置。這種認址方式編程操縱簡單且可靠性較高，然而每個位置的認址片不同，結構比較復雜，加工制作、安裝調試成本費也較高；當貨位較多時需要較多的認址器，增加了由于硬件緣故的運行不可靠性。2.相對認址：相對認址時每個貨位的認址片結構相同。堆垛機每通過一個地址都計數(shù)一次，就對地址編碼進行加1或減1，一直移動到目的地址為止。這種相對地址的優(yōu)點是運算電路簡單，價格低廉，可靠性高。相對認址方式有多種實現(xiàn)方案。通用的做法是為所有貨位制作相同的認址片，堆垛機上安裝兩只光電開關，當兩只開關同時被遮擋即表明堆垛機正對準某一貨位，程序中使用計數(shù)器記錄堆垛機通過的認址片數(shù)量，從而實現(xiàn)自動尋址。實際應用中大多采納這種方式。3.其他認址方法：編碼器定位法，激光測距定位法。這兩種定位方法的測量精度專門高，然而它們都對軌道平直度、震動、堆垛機與天地軌間隙產(chǎn)生的搖擺等因素要求較高，同時激光測距儀的成本較高。2.2.2認址方案的確定結合本課題中巷道式立體倉庫的設計要求和使用要求及實際應用中的定位效果，決定采納光電開關和認址片相結合的相對認址的定位方法。它能夠實現(xiàn)堆垛機高速運行與精確定位（起升，運行，貨叉）的要求。水平認址堆垛機的水平列定位采納一個光電開關和認址片來定位。為了簡化堆垛機操縱系統(tǒng)測控軟件部分，將堆垛機由原點到目標位置的運動過程設計為先運動至水平目標位置到位后，再啟動起升電機，運動至垂直方向的目標貨位，由水平目標位置運動回原點時，先啟動起升電機，堆垛機運動至第一層，水平方向再向原點運動。因此，水平方向上，只需在每一列貨架的第一層安裝上一片認址片即可，在堆垛機上安裝一個紅外光電開關。向水平方向目標位置運行時，光電開關用來計數(shù)，由原點運動向水平目標位置時，計數(shù)器加1，由水平目標位置運動向原點時，計數(shù)器減1。一般的情況下堆垛機是快速運行，當堆垛機運行到距目的地址還差2～3個貨位時，由快速均勻減速到中速，以中速接著向前運行，距目的地址還差1個貨位時，由中速均勻減速到慢速向前運行，當堆垛機運動至水平目標位置，光電開關檢測到認址片，信號由低電平跳變至高電平傳送給數(shù)據(jù)采集卡，再由數(shù)據(jù)線將信號傳送至計算機，依照程序，計數(shù)加1，同時停止水平電機的運行，由于之前堆垛機差不多降速，同時在設計電路中加入了能耗制動，因此該方案能實現(xiàn)目標位置精確停車的工作過程，如圖2-3所示。（a）堆垛機運動至水平目標位置前（b）堆垛機運動至水平目標位置，光電開關被遮光，停車實現(xiàn)水平定位圖2-3水平認址過程堆垛機由目標位置運動向原點的過程中，停車和由原點到目標位置的運動不完全相同。光電開關檢測到認址片信號，計數(shù)器減1，當堆垛機運動至水平方向第一個貨位時，減速接著向前行駛，運動至作為原點的開關時停止運動。垂直認址堆垛機在垂直方向上的層定位與水平方向相同，也是使用認址片與光電開關來定位。在堆垛機的立柱上與各層相對應的位置安裝認址片，由安裝在與載貨臺上的光電開關檢測來定位。在定位方式上，垂直方向上與水平方向有所區(qū)不，因為每個貨格都有高位、低位兩個位置。高位為放貨開始伸叉或取貨完畢收叉的位置，低位為取貨開始伸叉或放貨完畢收叉的位置。為使貨叉能順利完成作業(yè)，堆垛機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裝置。垂直方向的定位由載貨臺上的光電開關和貨架上的認址片實現(xiàn)。依照高低位的工作要求，在載貨臺上安裝兩個光電開關，貨架上安裝一個認址片就能夠實現(xiàn)高地位的定位，然而由于兩個光電開關定位精度不高，因此在本設計中選用在載貨臺上安裝三個光電開關，貨架上安裝一個認址片實現(xiàn)垂直方向認址、定位的方案。其安裝的相對位置與認址片的關系如圖2-4所示。（a）高位定位（b）低位定位圖2-4層定位三光電開關分布圖光電開關A2，A3用來定位貨叉高位，A1，A2用來定位貨叉低位。這三個光電開關在垂直方向升降運行時，在其停高位和停低位時所起的作用不同，見下表2-2，以取貨為例，當堆垛機的貨叉低于目的位置時，載貨臺上升，當A1進入目的認址片時計數(shù)器加1,Al進入目的層認址片后，堆垛機開始減速，以低速運行，當A2進入認址片停車。當貨叉位置高于目的地址時，載貨臺下降當A2進入認址片，計數(shù)器減1,A2進入目的層認址片時，開始減速，Al進入認址片，停車。表2-2三開關層定位信號狀態(tài)上升下降光電開關狀態(tài)高位定位低位定位光電開關狀態(tài)高位定位低位定位Al計數(shù)、減速運行A2計數(shù)、減速運行AlA2定位、停止A2A1定位、停止A2計數(shù)、減速運行A3計數(shù)、減速運行A2A3定位、停止A3A2定位、停止2.3速度操縱方案為了節(jié)約堆垛機工作時刻，提高工作時刻，自動操縱系統(tǒng)需要對堆垛機進行較為精確的速度操縱，采納交流變頻調速方案。2.3.1交流異步電機變頻調速原理變頻調速是通過改變電機定子繞組供電的頻率來達到調速的目的，當在定子繞組接入三相交流電時，在定子與轉子之間的空氣間隙內會產(chǎn)生一個同步轉速為N的旋轉磁場，它與轉子繞組產(chǎn)生相對運動，轉子繞組在旋轉磁場作用下切割磁力線產(chǎn)生感應電勢，出線感應電流。感應電流與旋轉磁場相互作用，產(chǎn)生電磁轉矩，是電機轉動起來。（2-1）式中—三相交流電頻率，一般為50Hz；—為磁極對數(shù)。由式（2-1）可知磁極對數(shù)越多，轉速N就越慢。轉子的實際轉速n比磁場的同步轉速N要慢，這確實是異步電機的特性，那個差不用轉差率s表示：（2-2）加上電源轉子未轉動瞬間，，這時；啟動后的極端情況，則，即s在0-1之間變化。綜合上述兩式可得：（2-3）由式（2-3）能夠看出，電機磁極對數(shù)關于電機而言差不多是確定不變的，轉差率s變化不大，則電機轉速與電源頻率成正比，因此改變輸入電源的頻率就能夠改變電機同步轉速進而達到異步電機調速的目的。依照堆垛機工作要求，選擇適當型號的變頻器、三相交流異步電機，設計出合理的操縱電路，就能夠組成交流變頻調速系統(tǒng)，完成運行電機、起升電機、貨叉電機的調速要求。2.3.2堆垛機速度操縱曲線設計本文堆垛機的水平速度、起升速度、貨叉速度均采納變頻調速操縱，三個方向運動操縱曲線如下：水平運動水平運動設定四種速度，如圖3-5所示。依照當前列數(shù)與目地列數(shù)的比較，程序進行推斷和頻率調節(jié)，從而達到水平方向上的精確定位。圖3-5水平速度操縱曲線：堆垛機從靜止到80m/min所用的加速時刻；：堆垛機運行在80m/min(最高速度)時刻，由當前列數(shù)與目地列數(shù)之間的比較得來；：堆垛機從80m/min切換到40m/min所用的減速時刻；：堆垛機運行40m/min時刻；：堆垛機從40m/min切換到16m/min所用的減速時刻；：堆垛機運行在16m/min時刻；：堆垛機從16m/min切換到5m/min所用的減速時刻；：堆垛機運行在定位頻率時刻。：堆垛機定位時的減速時刻。起升運動起升設定三種速度，如圖3-6所示。依照當前層數(shù)與目地層數(shù)的比較，程序進行推斷和頻率調節(jié)，從而達到垂直方向上的精確定位。圖3-6起升速度操縱曲線：載貨臺從靜止到10m/min所用的加速時刻；：載貨臺運行在10m/min(最高速度)時刻，由當前層數(shù)與目地層數(shù)之間的比較得來；：載貨臺從10m/min切換到5m/min所用的減速時刻；：載貨臺運行5m/min時刻；：載貨臺從5m/min切換到2m/min所用的減速時刻；：載貨臺運行在2m/min時刻；：載貨臺定位時的減速時刻。貨叉運動貨叉速度設定兩種速度，如圖3-7所示。因為每個儲貨單元的尺寸是相同的即貨叉每次運動的路程是不變的，則每次工作時，通過程序計時來操縱貨叉不同速度運動的時刻即可，不再需要額外的傳感器。圖3-7貨叉速度操縱曲線：貨叉從靜止到10m/min所用的加速時刻；：貨叉運行在10m/min時刻，同貨叉的最大行程來確定時刻：貨叉由10m/min減到4m/min的減速時刻；：貨叉4m/min運行時刻；：貨叉定位時的減速時刻。2.4信號檢測方案堆垛機運行過程中操縱系統(tǒng)需要檢測的信號要緊有原點檢測、物資檢測、貨叉到位檢測、電機運行狀況信號檢測。這些檢測信號是堆垛機自動操縱系統(tǒng)所必需的，它們由數(shù)據(jù)采集卡輸入端傳入，再經(jīng)數(shù)據(jù)線將信號傳送至工控計算機，程序再依照這些信號推斷堆垛機不同的運行狀態(tài)和位置，得出下一步運行指令，進而指導、操縱堆垛機的工作過程。依照堆垛機的工作要求，選用行程開關作為原點檢測和貨叉相關檢測元件，電機運行狀況信號由變頻器輸出端電機反饋信號提供即可。

第3章數(shù)據(jù)采集卡的選型堆垛機操縱系統(tǒng)要完成堆垛機的自動運行工作的功能，各種相關實時信號的采集是極其重要的。完成數(shù)據(jù)采集，發(fā)出具體的操縱信號就要用到數(shù)據(jù)采集卡，因此數(shù)據(jù)采集卡是整個堆垛機操縱系統(tǒng)的核心組成部分。3.1數(shù)據(jù)采集卡簡介數(shù)據(jù)采集(DataAcquisition,簡稱DAQ)，是指從傳感器和其它待測設備等模擬和數(shù)字被測單元中自動采非電量或者電量信號，送到上位機中進行分析，處理。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是結合基于計算機或者其他專用測試平臺的測量軟硬件產(chǎn)品來實現(xiàn)靈活的、用戶自定義的測量系統(tǒng)。例如，在一些工業(yè)現(xiàn)場中，設備長時刻運行容易出現(xiàn)故障，為了監(jiān)控這些設備，通常利用數(shù)據(jù)采集裝置來采集它們的運行狀態(tài)并送給工控計算機，通過運行在工控計算機上的特定軟件對這些數(shù)據(jù)進行分析，以此推斷當前運行設備的狀況，進而采取相應措施。該設計確實是一個典型的基于工控計算機的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集卡(DataAcquisitionCard,簡稱DAC)，即實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集功能的計算機擴展卡，能夠通過USB、PXI、PCI、PCIExpress、火線(1394)、PCMCIA、ISA、CompactFlash、485、232、以太網(wǎng)、各種無線網(wǎng)絡等總線接入個人計算機。例如，設計所采納的數(shù)據(jù)采集卡確實是通過計算機的USB接口同計算機實現(xiàn)通信的。目前，數(shù)據(jù)采集卡，絕大多數(shù)集中在模擬量、數(shù)字量、熱電阻、熱電偶等信號采集領域。其中模擬量采集卡和數(shù)字量采集卡使用最為廣泛。雖講是采集卡，但實際應用中數(shù)據(jù)采集卡經(jīng)常需要輸出操縱信號。同樣，輸出的操縱信號又分為模擬量和數(shù)字量，因此數(shù)據(jù)采集卡的輸出端口分為了模擬量輸出（AnalogOutput，簡稱AO）及數(shù)字量輸出（DigitalOutput,簡稱DO）。在設計中，只有數(shù)字量信號的采集，輸出的操縱信號也只需要數(shù)字信號，因此在設計中選用了只有數(shù)字量輸入和數(shù)字量輸出功能的數(shù)據(jù)采集卡。圖3-1PCI接口的數(shù)據(jù)采集卡圖3-2USB接口的數(shù)據(jù)采集卡3.2數(shù)據(jù)采集卡的選擇對數(shù)據(jù)采集卡的分類，按照接口來講，有ISA、PCI、USB等。按照輸入/輸出信號類型分，有模擬量的數(shù)據(jù)采集卡、數(shù)字量的數(shù)據(jù)采集卡、多功能數(shù)據(jù)采集卡等。除了了解數(shù)據(jù)采集卡的分類之外，數(shù)據(jù)采集卡的選擇還必須綜合考慮。在選取數(shù)據(jù)采集卡時，通?？紤]以下參數(shù)：1.總線類型。目前應用較廣的總線結構包括PCI、PXI、USB、ISA等，不同的總線具有不同的傳輸速度、電氣特性、結構尺寸、配置過程等，用戶要依照自己所需的特性來選擇。選擇數(shù)據(jù)采集卡接口類型時，不僅要考慮所用計算機的接口類型還要考慮接口本身的優(yōu)劣，比如ISA接口的數(shù)據(jù)采集卡一般是不常用的，因為隨著計算機產(chǎn)品本身的更新?lián)Q代，具有ISA接口的計算機差不多專門少見了；PCI接口的數(shù)據(jù)采集卡與工控計算機的連接需要將工控計算機主機箱打開，插在PCI插槽上，過程較為繁瑣；USB接口的數(shù)據(jù)采集卡可經(jīng)USB電纜直接連入計算機，同時它也具有體積小、即插即用、傳輸速度快、便攜等特點，因此USB接口的數(shù)據(jù)采集卡使用也相當廣泛。因此，在本設計中選用USB接口的數(shù)據(jù)采集卡。2.模擬量（數(shù)字量）輸入/輸出通道數(shù)。依照整個系統(tǒng)的總體方案確定所需的輸入/輸出通道個數(shù)，確定模擬量輸入端的接線方式（單端或者差分），選擇數(shù)據(jù)采集卡。本設計中共需16個數(shù)字量輸入通道和14個數(shù)字量輸出通道。3.采樣頻率。所謂采樣頻率是指數(shù)據(jù)采集卡一秒鐘采集數(shù)據(jù)的次數(shù)。依照耐奎斯特采樣理論，采樣頻率必須是信號中最高有效頻率的兩倍以上，否則會產(chǎn)生信號混疊現(xiàn)象。因此需要依照所采集信號的頻率來選擇數(shù)據(jù)采集卡。數(shù)據(jù)采集卡的頻率通常在幾K到幾百K，甚至幾M、幾百M不等，但數(shù)據(jù)采集卡的價格往往隨采樣頻率的增加大幅度提高，因此在符合耐奎斯特采樣理論的前提下，應盡量選用采樣頻率適中的數(shù)據(jù)采集卡。4.分辨率。數(shù)據(jù)采集卡分辨率用ADC（AnalogtoDigitalConverter,模數(shù)轉換器）的數(shù)字bit位數(shù)表示。例如設計所選用的USB-4750數(shù)據(jù)采集卡的ADC位數(shù)為32，因此它的分辨率確實是。分辨率越高，即ADC的位數(shù)越多，輸入信號的細分程度就越高，能夠識不的信號變化量就越小。5.量程，即數(shù)據(jù)采集卡同意輸入信號的范圍。在確定了ADC分辨率的情形下，應按照保證信號量化噪聲較低，選擇一個合適的量程，再通過信號調理將被采集信號調理在那個合理的量程內。因此除了對比數(shù)據(jù)采集卡的要緊參數(shù)有時也需要考慮輸入阻抗、輸出阻抗、單端輸入、雙端輸入等，因此數(shù)據(jù)采集卡的選擇需要相互對比、綜合考慮。在設計中，依照總體方案，共需16個數(shù)字量輸入、16個數(shù)字量輸出端口，采樣頻率和精度無嚴格要求，輸入量程為0-5V，因此選用了研華USB-4750數(shù)據(jù)采集卡（見圖3-3）。研華USB-4750是一款功能強大的USB接口的數(shù)據(jù)采集卡，它有32個隔離數(shù)字量輸入/輸出通道，支持干濕接點，可編程計數(shù)器等功能。圖3-3研華USB-4750數(shù)據(jù)采集卡圖3-4研華USB-4750I/O針腳接口研華USB-4750數(shù)據(jù)采集卡數(shù)字量輸入支持干/濕接點。每個數(shù)字量輸入通道都支持干接點或0-5VDC的濕接點輸入。外部電路內無電壓時，干接點性能同意通道對外部電路內的變化（如關閉外部電路內的一個開關）做出響應。圖3-5中的外部電路同時含有干、濕接點組件，并作為輸入源被連接至模塊的一個數(shù)字量輸入通道。研華USB-4750數(shù)據(jù)采集卡隔離數(shù)字量輸出。USB-4750的8個隔離輸出通道都配有復合晶體管。所有8個輸出通道共享共集電極和用于電感負載的完整二極管。通道0-7共用COM0、通道8-15共用COM1。假如將外部電壓（5-40V）連接到隔離輸出通道，電流將由外部電壓源流向模塊。請注意流經(jīng)每個GND針腳的電流不可超過100mA。圖3-6將外部輸出負載連接到模塊的一個隔離輸出通道。圖3-5研華USB-4750數(shù)字量輸入連接圖3-5研華USB-4750數(shù)字量輸出通道連接

第4章信號檢測電路的設計信號檢測電路所得到的信號作為數(shù)據(jù)采集卡的輸入信號，該部分電路設計是實現(xiàn)堆垛機操縱系統(tǒng)的基礎。本設計中堆垛機操縱系統(tǒng)的信號檢測電路包括位置信號檢測電路，物資檢測電路，原點、貨叉到位檢測電路，電機運行狀況信號檢測電路，各檢測電路設計的要緊任務包括：選擇傳感器和正確連接傳感器與數(shù)據(jù)采集卡的信號輸入電路。選擇傳感器應注意考慮實際適用性。正確連接信號輸入電路，則需要依照所選傳感器的輸出信號類型，選擇傳感器是接入數(shù)據(jù)采集卡的數(shù)字量輸入端，依舊模擬量輸入端。4.2位置檢測電路在本設計中，堆垛機位置檢測采納基于光電開關的相對認址方案。在此前的方案設計中已確定，在貨架上第一層每個儲貨單元的適當位置安裝相同的認址片，在堆垛機上對應位置安裝一個光電開關以實現(xiàn)水平方向的認址，在貨架的每個儲貨單元安裝相同的認址片，堆垛機上對應的位置安裝三個光電開關以實現(xiàn)起升方向的認址。4.1.1光電開關的選型光電開關（光電傳感器）是光電接近開關的簡稱，它是利用被檢測物對光束的遮擋或反射，由同步回路選通電路，從而檢測物體有無的。物體不限于金屬，所有能反射光線的物體均可被檢測。光電開關將輸入電流在發(fā)射器上轉換為光信號射出，接收器再依照接收到的光線的強弱或有無對目標物體進行探測。作為光電傳感器行業(yè)的全球領先者，歐姆龍以其產(chǎn)品的高質量與可靠性而聞名，其新一代光電傳感器成為市場上種類最多、可靠易用的同類產(chǎn)品的代表。歐姆龍E3FA/RA系列光電傳感器是實現(xiàn)合適功能且具有最佳性價比的機型。歐姆龍E3FA/RA小型圓柱型光電傳感器尺寸與外形小巧，安裝簡單，設定操作簡便直觀。大而結實的旋鈕方便安裝人員對傳感器進行調節(jié)，明亮的大功率紅色LED清晰可見，即使在較長距離下也便于進行光軸對齊操作。傳感器的LED狀態(tài)指示燈同樣具有較長的可見距離與較大的可見角度，易于對工作狀態(tài)進行檢查（見圖4-1）。此外，歐姆龍E3FA/RA系列光電傳感器的嵌入式安裝選購件令安裝過程更順暢（見圖4-2）。圖4-1歐姆龍E3FA/RA系列光電傳感器明亮的指示燈圖4-2歐姆龍E3FA/RA系列光電傳感器的安裝歐姆龍E3FA/RA系列光電傳感器具有高可靠性和增強的性能，其中包含對射型、回歸反射型和擴散反射型（具有直視型和側視型兩種版本）。E3FA標準系列沿承了歐姆龍產(chǎn)品知廣為人知的優(yōu)秀品質，在可靠性方面高過市場標準，能滿足各行各業(yè)的多種應用。E3RA系列提供了一個完整系列的側視型傳感器，具有更佳的安裝靈活性，可滿足專門需求。依照本設計中堆垛機需要實現(xiàn)的相對認址的要求，選用歐姆龍E3FA/RA系列光電傳感器中的直視型E3FA標準系列，又因為需要認址片與光電開關配合實現(xiàn)相對認址，因此選擇E3FA標準系列中的回歸反射型E3FA-RP112M（尺寸圖如圖4-3所示），認址片選用與E3FA-RP112M光電傳感器配套的反射板E39-R1S（尺寸圖如圖4-4所示）。圖4-3光電傳感器E3FA-RP112M尺寸圖圖4-4反射板E39-R1S尺寸圖4.1.2位置檢測的電路設計E3FA-RP112M光電傳感器有兩種工作模式:Light-ON和Dark-ON，它們的時序圖、動作切換開關及輸出電路如表4-1所示：表4-1E3FA-RP112M光電傳感器的工作模式表在本設計的堆垛機操縱系統(tǒng)中，要實現(xiàn)相對認址的位置檢測，確實是讓光電開關和認址片配合起來，堆垛機上光電開關的信號通過認址片時，輸入數(shù)據(jù)采集卡的信號由低電平變?yōu)楦唠娖?，傳給工控計算機，用程序實現(xiàn)操縱，由此設計要求，選用E3FA-RP112M光電傳感器Dark-ON的工作模式。在位置檢測電路中，共需要E3FA-RP112M光電傳感器4個（水平方向認址1個，垂直方向認址3個），E39-R1S反射板510個（水平方向認址30個，垂直方向認址480個）。因為E3FA-RP112M光電傳感器需要的供電電壓為DC10-30V，在本設計中選用較為常用的24V直流電源。電路設計如圖4-5所示：圖4-5位置檢測電路設計4.2物資檢測電路當堆垛機執(zhí)行工控計算機多發(fā)出的存貨或取貨信號時，首先就需要推斷目的貨位的儲貨情況。例如當工控計算機發(fā)出到某地址進行存貨的信號時，首先應檢測該目的貨位是否有物資，假如沒有物資，則程序順利向后運行，操縱堆垛機實現(xiàn)存貨的工作過程；假如有物資，則不能再向該貨位進行存貨的工作，為幸免損壞貨架和堆垛機，現(xiàn)在程序會進行報警。同理，當工控計算機發(fā)出到某地址進行取貨的信號時，首先應檢測該目的貨位是否有物資，假如有物資，則程序順利向后運行，操縱堆垛機實現(xiàn)取貨的工作過程；假如沒有物資，則不能到該貨位實現(xiàn)取貨的工作過程，為幸免損壞貨架和堆垛機，現(xiàn)在程序也會進行報警。假如物資檢測也選用有反射板E39-R1S的光電開關E3FA-RP112M作為傳感器，物資檢測中同樣采納Dark-ON的工作模式。在物資檢測電路中，共就需要E3FA-RP112M光電傳感器480個（每個儲貨單元1個），E39-R1S反射板480個（每個儲貨單元1個）。由于采納此種方案，會需要專門多光電開關和反射板，大大提高了成本，因此不選中用光電開關來和反射板來物資檢測。依照以上的分析可知，由于貨架的結構比較大，貨位較多，因此用選擇電器元器件對物資檢測進行電路設計的方法是不易實現(xiàn)的。通過分析比較，選用程序數(shù)據(jù)庫來實現(xiàn)物資檢測，它會依照堆垛機的存貨取貨狀況，記錄每一個貨位物資的存儲，在堆垛機立即進行存貨取貨工作是，設計程序先推斷目標貨位是否滿足要求，這在同組做程序設計的同學中有詳細闡述，在此不做贅述。4.3原點、貨叉到位檢測電路設計差不多上利用對開光量信號的檢測，最終由開關量信號的變化輸入到數(shù)據(jù)采集卡，進而傳輸給工控計算機。原點、貨叉到位檢測電路的設計在原理上有專門大的相似程度，因此這兩個檢測電路一起分析設計。4.3.1原點檢測電路簡介堆垛機在水平、起升、貨叉方向上向原點運動時，需要一個信號指導堆垛機在何處停車，那個信號確實是原點檢測信號。在水平、起升、貨叉方向上將行程開關安裝在預先安排的原點位置，當堆垛機運動至該位置時碰撞行程開關，它的觸點動作，對應數(shù)據(jù)采集卡輸入端信號由低電平跳變至高電平，則程序就推斷現(xiàn)在堆垛機到達該方向的原點，使堆垛機該方向上的電機停止運轉。水平原點、起升原點行程開關的安裝位置如圖4-6、4-7所示（圖4-6、4-7均為行程開關安裝位置示意圖，為方便表達圖中貨架列數(shù)與層數(shù)均不代表實際參數(shù)），貨叉原點行程開關的安裝位置就在堆垛機貨叉中間位置，那個地點沒有單獨表示出來。圖4-6水平原點行程開關安裝位置圖4-7起升原點行程開關安裝位置4.3.2貨叉到位檢測電路簡介堆垛機在執(zhí)行存貨、取貨的工作過程中時，要推斷堆垛機是否差不多到位，這是堆垛機能夠接著順利后續(xù)工作的基礎。在堆垛機進行存貨、取貨工作時，光電開關進行起升方向的認址，到達目的貨位時，起升電機停止運行。貨叉伸入貨架，到達貨架制定位置時，貨叉碰撞行程開關，它的觸點動作，對應數(shù)據(jù)采集卡輸入端信號由低電平跳變至高電平，則程序就推斷現(xiàn)在堆垛機貨叉到位，操縱執(zhí)行存貨或者取貨工作。將行程開關安裝在堆垛機的貨叉上，如此一個行程開關就能實現(xiàn)左右兩側貨架的貨叉到位檢測。4.3.3行程開關的選型依照設計要求，原點、貨叉到位檢測電路都選用行程開關作為傳感器。行程開關又稱限位開關，是一種常用的小電流主令電器。它利用生產(chǎn)機械運動部件的碰撞使其觸頭動作來實現(xiàn)接通或分斷操縱電路，達到一定的操縱目的。通常，這類開關被用來限制機械運動的位置或行程，使運動機械按一定位置或行程自動停止、反向運動、變速運動或自動往返運動等。常規(guī)行程開關中國產(chǎn)行程開關LX19系列中的LX19-001/111，LXK3系列中的LXK3-20S/T，JLXK1系列JLXK1-111/411/511最具代表力,這些產(chǎn)品有結構簡單、功能有用、價格低廉的優(yōu)勢深受寬敞使用者的青睞。在本設計中選用直動滾輪防護式行程開關。4.3.4原點、貨叉到位檢測電路設計依照設計要求，在原點、貨叉到位檢測電路中共需要4個JLXK1-411行程開關（原點檢測三個方向共3個，貨叉到位檢測1個）和一個5V的直流電源。原點、貨叉到位檢測具體電路設計如圖6-8所示：圖6-8原點、貨叉到位檢測電路設計4.4電機運行狀況檢測電路電機的運行狀況需要反饋至堆垛機操縱系統(tǒng)，讓系統(tǒng)實時掌握電機的運行狀況。其中，電機運行狀況比較重要的信號是電機故障信號、運行信號、電機零速信號。原點、貨叉到位檢測電路的設計思路確實是通過監(jiān)測，選擇開關量檢測信號輸出，將輸出的開關量檢測信號接入到數(shù)據(jù)采集卡輸入端。假如電機運行出線故障，數(shù)據(jù)采集卡對應輸入端接收高電平信號；電機運行檢測信號檢測到電機正在運行，數(shù)據(jù)采集卡對應輸入端接收高電平信號；當檢測到電機處于“零速狀態(tài)”時，數(shù)據(jù)采集卡對應輸入端接收高電平信號。這些監(jiān)測功能在所選用的變頻器上就能夠實現(xiàn)，不再需要額外的傳感器。這些開關量信號符合數(shù)據(jù)采集卡對輸入信號的要求，因此能夠將變頻器的開關信號和數(shù)據(jù)采集卡的輸入端直接相連。關于變頻器的監(jiān)測功能和輸出信號會在第五章變頻器部分做更為詳盡的講明。

第5章執(zhí)行部分電路的設計5.1電機型號選擇運行機構，起升機構，貨叉機構是堆垛機的三大機構，每一個機構需要一個電機作為驅動裝置。結合同組的機械設計部分參數(shù)，對三個電機進行選型。5.1.1運行電機的選型堆垛機運行機構的運行靜阻力（5-1）式中—堆垛機運行靜阻力（N）；—運行摩擦阻力（N）；—坡度阻力，當軌道坡度不超過0.5%時，可不計入（N）；—室外風阻力，即運行時由風載荷引起的阻力，室內取=0（N）。1.由于水平運行時偏斜總是不可幸免的，因此還有導向輪沿軌道側面的附加摩擦阻力。所運行摩擦阻力包括車輪軸承中的摩擦阻力、車輪沿軌道的滾動摩擦阻力和導向輪沿軌道側面的附加摩擦阻力。（5-2）式中G—堆垛機自身凈質量（4005kg)；Q—額定起重總質量(600kg)；D—車輪直徑（380mm）；K—車輪沿軌道的滾動摩擦力臂(取0.5mm)；U—軸承摩擦系數(shù)(滾動：U=0.02)；d—軸承內徑(70mm)；f—摩擦系數(shù)（f=0.030)。將以上數(shù)據(jù)帶入式（5-2）可得：2.滿載運行時最大坡度阻力（5-3）查《起重機設計手冊》得：將相關數(shù)據(jù)帶入（5-3）式可得：3.滿載運行時最大風阻力（5-4）式中C—風載體型系數(shù)；q—工作狀態(tài)時的標準風壓化(Pa)；Ac—運行部分的擋風面積(m2)；Aa—物品的擋風面積(m2)。因為堆垛機在室內工作，因此取Fw=0。求出堆垛機運行機構的運行靜阻力為滿載穩(wěn)定運行時運行機構電動機的靜功率：（5-5）式中—堆垛機滿載運行靜功率（KW）；—堆垛機運行速度(取大值80m/min);—運行機構總效率(取=0.9)。堆垛機電動機起動過程中的加速功率計算（1）加速運行時電動機的動態(tài)功率，由以下式能夠求出：（5-6）式中—電動機的動態(tài)功率(kW)；—機構總飛輪矩，即平移質量折算到電動機軸上的飛輪矩與電動機軸上旋轉質量的飛輪矩之和()；n—電動機的額定轉速(r/min)；tst—機構起動時刻（s）。（2）機構總飛輪矩，由以下公式能夠求出（5-7）式中—運行部分總質量的重力（N）；—堆垛機運行速度(m/s)；m—電機個數(shù)；—電機轉子的飛輪矩()；—電機軸上其它傳動件的飛輪矩()。將式(5-7)代入式(5-6)中得：上式中，第一項是由直線運動質量引起的加速功率，在運行機構中為要緊部分。第二項由旋轉質量引起的加速功率，由經(jīng)驗估算僅占第一項的10%?15%。我們按15%取值，上式可簡化為：起動時刻可依照運行速度選取，a為加速度因此，（6）堆垛機運行機構電動機功率P應大于靜功率與動態(tài)功率之和：三相異步電動機具有結構簡單，制造、使用、維修方便，運行可靠及凈質量小、成本較低等優(yōu)點。因此在本設計中運行機構電機選擇三相異步電機。依照計算出的功率，選取電機型號為Y132S2-2的三相異步電機，轉速為2900r/min,額定功率為7.5KW，額定電流15A，效率為86.2%（7.586.2%=6.465＞5.62kW）。5.1.2起升電機的選型貨箱重量,載貨臺重量,起升最大速度,傳動效率。起升機構所需的最大功率：（5-8）將數(shù)據(jù)帶入上述（5-8）式，可得。因此，為保證安全，選擇升降電機功率為5.5KW。起升電機仍然選擇三相異步電機，型號為Y132S-4,額定功率為5.5KW，額定電流11.6A，轉速為1440r/min,轉動慣量為0.214kg.m2。5.1.3貨叉電機的選擇貨叉最大速度,滾動摩擦系數(shù),貨叉可動部分重力,貨箱及物資重力,行走阻,動力傳動效率為：最大速度時需要動力：起升電機仍然選擇三相異步電機，型號為Y801-4的三相異步電動機，額定功率為0.55KW,額定電流1.5A，轉速為1390r/min。

5.2變頻器選擇及參數(shù)設計隨著科學的進展，變頻器的使用也越來越廣泛，不管是工業(yè)設備上依舊家用電器上都會使用到變頻器。變頻器是應用變頻技術與微電子技術，通過改變電機工作電源頻率方式來操縱交流電動機的電力操縱設備。變頻器要緊由整流（、濾波、逆變、制動單元、驅動單元、檢測單元微處理單元等組成。變頻器靠內部IGBT的開斷來調整輸出電源的電壓和頻率，依照電機的實際需要來提供其所需要的電源電壓，進而達到節(jié)能、調速的目的，另外，變頻器還有專門多的愛護功能，如過流、過壓、過載愛護等等。5.2.1變頻器的操縱方式在交流變頻器中使用的非智能操縱方式有U/f協(xié)調操縱、轉差率操縱、矢量操縱、直接轉矩操縱等。以、正選脈寬調制（SPWM）操縱方式該種操縱方式的特點是：操縱電路簡單、成本較低，機械特性硬度也較好，能夠滿足一般傳動系統(tǒng)平滑調速的要求。電壓空間矢量（磁通軌跡法）操縱方式，又稱SVPWM操縱方式它有以下特點：引用補償頻率，能消除速度操縱的誤差；通過反饋估算磁鏈幅值，消除低速時定子電阻的阻礙；將輸出電壓、電流成閉環(huán)，以提高動態(tài)的精度和穩(wěn)定度。矢量操縱方式（磁場定向法），又稱VC操縱方式采納矢量操縱方式的通用變頻器不僅可在調速范圍上與直流電機匹配。而且能夠操縱異步電動機的轉矩。由于矢量操縱方式所依據(jù)的是準確的被控異步電機的參數(shù)，有的通用變頻器現(xiàn)在使用時需要準確地輸入異步電動機參數(shù)，有點通用變頻器需要使用速度傳感器和編碼器。目前新型矢量操縱通用變頻器中差不多具備異步電動機參數(shù)自動檢測、自動辨識、自適應功能，帶有這種功能的通用變頻器在驅動異步電動機進行正常運轉之前能夠自動地對異步電動機的參數(shù)直接轉矩操縱方式（DTC操縱）直接轉矩操縱直接在定子坐標系下分析交流電動機的數(shù)學模型，操縱電動機的磁鏈和轉矩。矩陣式交—交方式VVVF變頻、矢量操縱變頻、直接轉矩操縱變頻差不多上交—直—交變頻中的一種。其共同缺點是輸入功率因數(shù)低，諧波電流大，直流電路需要大的儲能電容，再生能量又不能反饋回電網(wǎng)，即不能進行四象限運行。為此，矩陣式交—交變頻應運而生。由于矩陣式交—交變頻省去了中間直流環(huán)節(jié)，從而省去了體積大、價格貴的電解電容。它能實現(xiàn)功率因數(shù)為l，輸入電流為正弦且能四象限運行，系統(tǒng)的功率密度大。該技術雖尚未成熟，但仍吸引著眾多的學者深入研究。5.2.2變頻器的選型在本設計中，選擇的變頻器應滿足的條件：所選擇通用變頻器的類型與被操縱異步電動機的參數(shù)匹配；為降低堆垛機操縱系統(tǒng)成本，首選通用變頻器；堆垛機的啟動和停車都要平穩(wěn)；變頻器具有優(yōu)良的轉矩特性。本設計中變頻調速系統(tǒng)的關鍵在于保證堆垛機和貨叉按理想的給定速度曲線運行?？紤]本設計中的各項要求，選用安川VS-616G5型全數(shù)字變頻器。它具有磁通矢量操縱、轉差補償、負載轉矩自適應等一系列先進功能，能夠最大限度地提高電機功率因數(shù)和電機效率，同時降低了電機運行損耗。VS-616G5變頻器配以高精度的旋轉編碼器，操縱精度可達0.01-0.02%，使得堆垛機運行平穩(wěn)運行，零速抱閘高。無須配專用電機，可自學習所配電機的各個參數(shù)，精確操縱任何品牌的電機。采納高性能IGBT，載波頻率20KHZ，從而使變頻器輸出一個不失確實正弦流波形，使電機始終運行于靜噪音狀態(tài)。依照設計要求，因為水平電機和貨叉電機可不能同時運動，因此共用一臺變頻器進行變頻調速，起升電機用一臺變頻器進行變頻調速。在選擇與電機匹配的變頻器時，變頻器功率必須大于等于電機功率。一臺變頻器驅動多臺電機時，變頻器容量之和應比多臺電機容量之大，同時只能選擇U/f操縱模式，不能使用矢量操縱模式，因為矢量操縱只能對應一臺變頻器驅動一臺電機。因為起升電機的功率為3.38KW，由此驅動起升電機的變頻器選用安川VS-616G5的CIMR-G5A43P7型號，選用矢量操縱方式，它的功率是3.7KW。PG矢量操縱方式，需要獲得電機的相關參數(shù)，因此必須在運行前通過自主學習，按變頻器講明書的提示和方法，在電動機空載的情況下，通過變頻器的鍵盤操作，使變頻器完成對電動機相關參數(shù)的自學習。運行電機和貨叉電機的功率分不為5.62KW和0.28KW，因此驅動運行電機和貨叉電機的變頻器選用安川VS-616G5的CIMR-G5A447P5型號。選用U/f操縱方式。在本設計中，安川VS-616G5變頻器用在堆垛機操縱系統(tǒng)中PG速度操縱卡及旋轉編碼器，以供電動機測速及反饋。由安川VS-616G5變頻器講明書可知，PG-B2為有PG矢量操縱方式專用的速度選擇卡，而PG-D2為有PGU/f操縱方式專用的速度選擇卡，因此在本設計中各選用一個。5.2.3變頻器制動電阻參數(shù)的計算當堆垛機運動至目的貨位時，程序會發(fā)出指令讓電機停止運轉，實現(xiàn)停車的工作過程，但由于堆垛機有慣性，這就在一定程度上阻礙了堆垛機定位的精度，因此變頻調速裝置應具有制動功能，盡快讓電機停止運轉。帶有逆變功能的變頻調速裝置通過逆變器盡管能夠將再生能量回饋電網(wǎng)，但成本太高，采納能耗制動方式通過制動單元將再生能量消耗在制動電阻上，成本較低而且具有良好的使用效果，能耗制動電阻RZ的大小應使制動電流IZ的值不超過變頻器額定電流的一半，即：則（5-1）式中Uo-額定情況下變頻器的直流母線電壓（513V）；IN-變頻器額定輸出電流（A）。關于CIMR-G5A43P7變頻器的額定輸出電流IN為8A，CIMR-G5A447P5變頻器的額定輸出電流IN為18A。將數(shù)據(jù)帶入上述（5-1）式中，得到制動電阻RZ1=128.25?，RZ2=57?，因此取RZ1=130?，RZ2=60?。5.3.3變頻器檢測輸出安川VS-616G5變