2016机电一体化毕业论文立体仓库模拟装置的设计及控制PLC控制类控制部分设计

郑州大学现代远程教育毕 业 设 计题目：立体仓库模拟装置的设计及控制(PLC 控制类)控制部 分设计入 学 年 月：2014 年春 姓 名： 学 号： 专 业：机电一体化 联 系 方 式： 学 习 中 心： 指 导 教 师：_ 完成时间：2016 年 10 月 日0目 录摘要 .1关键词.1第一章 绪论 .211 立体仓库的定义、特点 .21.1.1 立体仓库的定义 .21.1.2 立体仓库的特点 .3第二章 立体仓库控制系统设计 .42.1 设计思想 .42.1.1 系统功能及运行方式 .52.1.2 多种控制及作业方式 .52.1.3 多种检测及保护功能 .52.2 立体仓库控制系统总体结构 .52.2.1 立体仓库总体结构 .52.2.1 立体仓库控制系统 .62.3 主要器件简介 .72.3.1 可编程控制器（PLC） .72.3.2 传感器 .82.3.3 堆垛机 .82.3.4 输送系统 .82.3.5 其它辅助设备 .92.3.6 初步设计控 制系统及仓库管理系统（WMS）的各功能模块 .92.3.7 仿真模拟整套系统 .92.4 自动化仓库系统的关键技术 .92.4.1 自动化仓库的自动寻址 .92.4.2 自动识别系统 .92.4.3 堆垛机自动控制系统 .102.4.4 监控调度系统 .102.4.5 计算机管理系统 .11第三章 总结与展望 .12参考文献 .13致 谢 .130立体仓库模拟装置的设计及控制(PLC 控制类)控制部分设计摘 要：自动化立体仓库是物料搬运、仓储科学的一门综合科学技术工程，它以高层立体货架为主要标志，以成套先进搬运设备为基础、以先进的计算机控制技术为主要手段，高效率的利用空间、时间和人力进行出入库处理。运输设备能够在不需要人工干预的情况下自动存储和取出货物的多层仓库存储系统，是现代物流与仓储系统的重要组成部分，立体仓库的生产和发展是现代物流体系发展的要求和信息及时进步的结果。上世界 60 年代以来，美、日、欧洲等国家和地区设计和投入的立体仓库越来越多，立体仓库存储技术已成为了一门新兴的学科。由堆垛起重机、入(出)库工作台和自动运进(出)及操作控制系统,将物料存放在正确的位置，以便随时向制造系统供应物料，与搬运设备(如 AGV、有轨小车、传送带)衔接，可靠及时供应物料。可编程控制（PLC）是实现自动化立体仓库的一种重要方式，并且可编程控制器的特点是更加适应于现代化工业的需要，可实现立体仓库的出库，进库等任务，是自动化立体仓库的核心部件，对其控制系统的研究具有广阔的应用前景。关键词：立体仓库；PLC；控制系统1第一章 绪论当今社会仓储、物流等概念已经逐渐为广大公众所了解，其相应的管理技术也在许多大、中型企业付诸实施。随着企业对仓储物流管理的要求不断提高，土地、人力资源等成本的持续增加，自动化立体仓库和物料搬运系统不仅具有充分利用空间、节省用地、提高货物存储量、提高物流效率、降低储运损耗、高效出入库、节省人力资源、减轻劳动强度、减少流动资金积压等特点，而且在沟通物流信息、衔接产需、保证生产均衡、合理利用资源、进行科学储备与生产经营决策等方面发挥着独特的作用，相比传统平面仓库显现出无可比拟的优势，加上计算机自控技术飞速发展，为现代企业的物流管理提供了重要的技术支持。自动化立体仓库就是自动化控制技术在物流管理上的一个很好的应用，使人们真正享受到现代计算机技术应用于企业物流管理的益处。11 立体仓库的定义、特点1.1.1 立体仓库的定义自动化立体仓库，也叫自动化立体仓储，物流仓储中出现的新概念，利用立体仓库设备可实现仓库高层合理化，存取自动化，操作简便化：自动化立体仓库，是当前技术水平较高的形式。自动化立体仓库的主体由货架，巷道式堆垛起重机、入(出)库工作台和自动运进(出)及操作控制系统组成。货 架 自 动 化 立 体 仓 库 简 称 立 体 仓 库 。 一 般 是 指 采 用 几 层 、 十 几 层 乃 至 几十 层 高 的 货 架 储 存 单 元 货 物 ， 用 相 应 的 物 料 搬 运 设 备 进 行 货 物 入 库 和 出 库 作业 的 仓 库 。 由 于 这 类 仓 库 能 充 分 利 用 空 间 储 存 货 物 ， 故 常 形 象 地 将 其 称 为“立 体 仓 库 ”。立体仓库产生于 50 年代初，美国出现了采用桥式堆垛起重机的立体仓库，50 年代末 60 年代初期出现了司机操作的巷道式堆垛起重机立体仓库，1963 年美国率先在高架仓库中采用了计算机控制技术，建立了第一座计算机控制的立体仓库，此后自动化立体仓库在美国和欧洲得到了迅猛的发展，并形成了专门的学科。60 年代中期，日本开始了兴建立体仓库，并且发展的速度越来越快，2成为了当今世界拥有了自动化立体仓库较多的国家之一。我国对立体仓库极其物料搬运设备的研制开始的并不晚，1963 年开始研制成第一台桥式堆垛起重机，1973 年开始研制我国第一台由计算机控制的自动化立体仓库，该仓库 1980 年投入运行。立体仓库由于与有很高的空间利用率，很强的入出库能力，采用计算机进行控制管理而利于实施现代化管理的特点，已成为企业物流和生产管理不可缺少的仓储技术，越来越多的受到企业的重视。自动化立体仓库是由立体货架，有轨巷道堆垛机，出入库托盘输送机系统，尺寸检测条码阅读系统，通信系统，自动控制系统，计算机监控系统，计算机管理系统以及其他的电缆桥架配电柜，托盘，调节平台，钢结构平台等辅助设备组成的复杂的自动化系统，运用一流的集成化物流理念，采用先进的控制，总线，通讯和信息技术，通过以后设备的协调动作，按照用户的需要完成指定货物自动有序，快速准确，高效的入库出库作业1.1.2 立体仓库的特点与传统的货物仓库相比较，自动化仓库主要有极大提高了空间利用率，应用先进物流系统优化企业生产管理，加快货物存取，减轻劳动强度，提高生产效率，减少库存资金积压等突出功能。而且使用立体仓库可以产生极大的社会效应和经济效益，使存储空间从地面向高空发展，大大提高了空间的利用率；自动化立体仓库采用层积式存放，结合计算机管理，加快了运行和处理速度，提高了劳动效率，降低操作人员的劳动强度，采用自动化技术后，还能较好的适应黑暗，低温，污染，有毒和易爆等特殊场合的物品存储需要；计算机控制能够准确无误的对各种信息进行存储和管理，减少了货物处理和信息处理过程中的差错，同时借助于计算机管理还能有效的利用仓库存储能力，便于清点和盘算，合理减少库存，加快资金周转，节约劳动资金，从而提高仓库管理水平，自动化仓库的信息系统可以与企业的生产信息系统集成，实现了企业信息管理的自动化。同时，由于使用自动化仓库，促进企业的科学管理，减少浪费，保证均衡生产，也提高了操作人员素质和管理人员的水平。3第二章 立体仓库控制系统设计2.1 设计思想本文主要研究的是 PLC 在立体仓库模拟装置的控制系统中的应用。系统设计有物流工作站、四自由度机械手、堆垛机、辊道传输带、多层货架等，操作方便，输入对应的仓库号，便可自动存/取货物（见图一 典型构成及控制） 。图一 典型构成及控制42.1.1 系统功能及运行方式立体仓库具有车间的物流管理以及作业调度和堆垛机的自动控制系统功能。在立体仓库中物流工作站主机采用 PIII 计算机，多任务实时操作系统，QRACLE数据库，TCP/IP 网络等支持软件，C 语言编程，实现了对立体仓库的动态管理和作业监控，堆垛机控制系统采用可编程序控制器，使用梯形图言语编程，控制系统与管理监控系统之间实现联机通讯，堆垛机控制系统具有多种功能，可满足该物流系统的要求2.1.2 多种控制及作业方式为了实现立体仓库的自动存取，就必须开发堆垛机控制器，这套具有三种不同技能的控制器：（1）在线自动运行；（2）离线自运行；（3）人工手动运行。而实际运行中已在线自动运行为主，其他 2 种方式为调试和维修的辅助手电，按照本控制器的设计，可在物流工作站的调度系统中结合成各种可能的堆垛机作业方式2.1.3 多种检测及保护功能本控制系统中既有水平和垂直方向的认址检测，左右的货位探测，两种货物高度的检测，货物不正的检测记忆，载货台占位/空位情况的检测，机电故障检测，水平及垂直终点附近的限速及停车检测等，以保证堆垛机作业的正常运行。以上检测大部分是光电检测，提高了可靠性和反应速度。2.2 立体仓库控制系统总体结构2.2.1 立体仓库总体结构立体仓库系统由三条辊道传输带、三个出入货站台、一个四自由度机械手，一个全自动堆垛机以及两排货架组成（见图二 立体仓库总体结构） 。将系统中的传感器、执行器和可编程控制器连接，通过编制相应的程序，就可以用可编5程序控器来控制物流工序。多 层 货 架 多 层 货 架堆 垛 机一号辊道运输带三号辊道运输带二号辊道运输带四 自 由 度 机 械 手出 / 入货 站 台出 / 入货 站 台出 / 入货 站 台图二 立体仓库总体结构2.2.1 立体仓库控制系统立体仓库控制系统分为三个部分：辊道控制、堆垛机控制、机械手控制。在设计该控制系统时，采用两台三菱 FX 系列 PLC 作为立体仓库的控制装置。其中#1PLC 主要用来控制辊道部分和堆垛机部分，#2PLC 主要用来控制四自由度机械手，2 台 PLC 通过 CCLink 网络连通，通过在两台 PLC 间的数据交换实现三个被控部分之间的协调动作，实现综合控制。控制系统中配置了一台上位机，通过 RS232 与 PLC 相连，上位机一方面用于两台 PLC 控制程序的编辑，下载以及调试，另一方面，上位机用来监视、管理自动化立体仓库系统（见图三 立体仓库控制系统） 。6计 算 机# 1 P L C# 2 P L C辊道控制堆垛机控制机械手控制C C L i n k R S 2 3 2图三 立体仓库控制系统在此系统中使用三个变频器分别来控制三个辊道传送带的运转。辊道可以在正、反两个方向运转，可以根据进货和出货的需要来使用辊道，进行自由组态。变频器有很高的运行可靠性和功能多样性，降低了电动机运行噪声 ，全面而完善的保护功能为电动机提供了良好的保护性能。这里使用的是三菱公司的A500 系列的变频器。对四自由度机械手的控制时，执行部件使用的是北京斯达特机电科技发展有限公司生产的 2 相 8 拍混合式步进电机 42BYGH101，X 轴伸缩，Z 轴升降、底盘回转和机械手腕回转分别使用四个步进电动机。使用两个步进电动机分别控制堆垛机的升降和行走，而货叉控制使用直流电动机执行元件。对这六个步进电动机的控制实际上是对它们对应驱动器的控制。本系统中使用 SH2H057 型号的步进电机驱动来驱动步进电动机的运行。2.3 主要器件简介2.3.1 可编程控制器（PLC）可编程控制器（PLC）是近年来发展极为迅速这、应用极为广泛的工业控制装置。它将传统的继电器控制技术、自动化技术、计算机控制技术和通信技术融为一体专门为工业控制而设计、具有可靠性高、功能强、编程简单、使用方便、环境适应性好以及体积小、功耗低等特点；具有基本控制功能，模拟控制功能、定位控制功能、网络通信功能、自诊断功能、显示监控功能等，可以满7足对工业生产进行监视和控制的绝大多数场合的需要。PLC 最常用的语言是面向控制的梯形图语言，它采用了与实际电器原理图非常接近的图形编程方式，易学易用。2.3.2 传感器信息处理技术取得的进展以及微处理器和计算机技术的高速发展，都需要在传感器的开发方而有相应的进展。微处理器现在已经在测量和控制系统中得到了广泛的应用。随着这些系统能力的增强，作为信息采集系统的前端单元，传感器的作用越来越重要。传感器已成为自动化系统和机器人技术中的关键部件，作为系统中的一个结构组成，其重要性变得越来越明显。2.3.3 堆垛机堆垛机是整个自动化立体仓库的核心设备，通过手动操作、半自动操作或全自动操作实现把货物从一处搬运到另一处。它由机架（上横梁、下横梁、立柱） 、水平行走机构、提升机构、载货台、货叉及电气控制系统构成。2.