垂直升降货柜自动控制系统设计论文

北华航天工业学院毕业论文毕业设计报告( 论文)报告(论文)题目：垂直升降货柜自动控制系统设计作者所在系部： 机械工程系 作者所在专业： 测控技术与仪器 作者所在班级： B08121 作 者 姓 名 ： 韩琦文 作 者 学 号 ： 20084012113 指导教师姓名： 刘宝华 完 成 时 间 ： 2012.6.11 北华航天工业学院教务处制北华航天工业学院毕业论文北华航天工业学院本科生毕业设计（论文）原创性及知识产权声明本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文） 垂直升降货柜自动控制系统设计是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本设计（论文）不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本设计（论文）的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。因本毕业设计（论文）引起的法律结果完全由本人承担。本毕业设计（论文）成果归北华航天工业学院所有。本人遵循北华航天工业学院有关毕业设计（论文）的相关规定，提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本。本人同意北华航天工业学院有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以营利为目的的前提下，可以公布非涉密毕业设计（论文）的部分或全部内容。特此声明毕业设计（论文）作者： 指导教师：年 月 日 年 月 日北华航天工业学院毕业论文摘 要随着我国经济的发展，物品储备问题越来越突出，通过大力发展立体仓库，可以有效地改善这一问题。本仓库模型控制系统是根据自动化立体仓库运行的基本原理而设计的。在整个控制系统中以西门子系列 PLC 作为核心控制元件，控制步进电机来驱动一个有三自由度的仓库模型在高强度导轨上做三维运动。以步进电机每转输出的脉冲数为基础，通过键盘对每个仓位予以地址编码，通过 PLC 对命令键盘进行扫描并得到相应的仓位号，当 PLC 接收到来自键盘的输入命令后，便输出对应仓位的脉冲数，经过驱动器驱动步进电机按设定的方向转动一定的角度，进而控制传动部件丝杠旋转进行准确的定位，以完成货物的存取功能。另外，为了保证整个控制系统运行的稳定性和可靠性，我们还采用了限位开关对其进行限位保护。 通过系统的调试，仓库模型控制系统能够通过手动和自动控制方式较为准确地完成货物的存取功能。此系统不仅适合自动化类教学仪器的演示，也可以为自动化立体仓库的具体实施作一个技术参考。 关键词： 自动化立体仓库 可编程控制器（PLC） 机械手 模块 步进电机 驱动器 北华航天工业学院本科生毕业论文IIAbstractWith the development of Chinas economy, the goods reserves are increasingly prominent, and this issue can be effectively improved by developing three-dimensional warehouse. The warehouse model control system is designed according to the basic principle of the automated warehouse operation. The entire control system, Siemens series PLC as a core element to control the stepper motor to drive a warehouse model has three degrees of freedom to do three-dimensional motion in the high-strength rail. Address code via the keyboard for each position to be based on the number of pulses per revolution stepper motor output command keyboard scan through the PLC and the corresponding position number, when the PLC receives input from the keyboard command, output the corresponding positions of the number of pulses to set the direction, drive, drive a stepper motor to rotate a certain angle, and then control the transmission parts screw rotation for accurate positioning in order to complete the access features of the goods. In addition, in order to ensure the stability and reliability of the entire control system is running, we also adopted a limit switches its limit protection. Through the debugging of the system, the warehouse model control system through the manual and automatic control mode is more accurate access of goods. This system not only for the demonstration of the automated teaching instrument, you can also make a technical reference for the concrete implementation of the automated warehouse.Keywords: automated warehouse programmable controller (PLC) robot modules stepper motor driver北华航天工业学院毕业论文目 录摘 要 .IAbstract.II第 1 章 绪 论 .11.1 自动化立体仓库定义 .11.2 立体仓库的历史沿革 .11.3 国内外自动化立体仓库的发展现状 .31.4 本文主要研究内容 .4第 2 章 垂直升降货柜定位控制的总体设计 .52.1 垂直升降货柜堆垛机概况 .52.1.1 垂直升降货柜堆垛机的研究现状 .52.1.2 垂直升降货柜控制系统的功能 .62.1.3 垂直升降货柜堆垛机机械结构 .62.2 定位自控系统总体设计 .72.3 系统硬件设计方案 .82.3.1 控制核心单元的选择 .82.3.2 PLC 的特点 .92.4 系统软件设计方案 .10第 3 章 定位控制系统的硬件设计 .113.1 PLC 的选型和资源配置 .113.1.1 S7-200 系列 PLC 概述 .113.1.2 CPU 型号的选择 .123.1.3 其他功能模块的配置 .133.1.4 PLC 的 I/O 资源配置 .143.2 位置的定位方法 .153.3.1 电气接线图 .163.3.2 元器件的选择 .19第 4 章 定位控制系统的软件设计 .204.1 程序流程图 .204.2 编程软件简介 .214.3 程序设计 .22第 5 章 总结与展望 .44参考文献 .45致谢 .46北华航天工业学院本科生毕业论文1第 1 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、中型企业中付诸实施。计算机自控技术的飞速发展，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控技术在物流管理上的一个很好的应用。自动化立体仓库不仅具有节省用地、减轻劳动强度、提高物流效率、降低储运损耗、减少流动资金积压等功能，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，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。自动化立体仓库是融计算机网络数据库管理技术、自动控制技术、通讯技术、机电技术为一体的综合系统，科技含量高，并具有一定的复杂性。本文的研究对象垂直升降货柜堆垛机，或称巷道车是自动化立体仓库的主要存取设备，直接执行出、入库等任务的操作，因此其控制系统的灵活性、稳定性直接彰响着整个系统的运行状况。1.1 自动化立体仓库定义在现代物流系统中，自动化立体仓库是一个重要的组成部分，它是一种新型的仓储技术，自动化立体仓库又称为自动存储/检索系统 (Automated Storage/Retrieval System，即AS/RS) ，它是物料搬运和仓储科学中的一门综合科学技术工程。它以高层货架为主要标志，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，由此组成高效率的物流、大容量的科学的存储，以适应现代化生产的需求。1.2 立体仓库的历史沿革高层货架仓库的出现和发展是第二次世界大战以后生产和技术发展的结果。在生产发展的实际需要和科学技术发展的现实可能情况下，上世纪五十年代初开始出现了自动化立体仓库，并在实践中显示出了其优越性，随即得到迅速的推广和发展。1950年美国首先产生了手动控制的桥式堆垛起重机，这种起重机的大梁上悬挂一个门架(立柱)，利用门架的上下和旋转运动来搬运货物，与此同时也提出了高层货架的新概念，被认为是自动化仓库的雏形。1960年左右在美国开始出现了没有大梁的由人工操作的巷道式垂直升降货柜堆垛机。随着立体仓库的发展，巷道式垂直升降货柜堆垛机逐渐代替了桥式货柜堆垛机。1963年美国的一个食品厂在仓库工作中采用电子计算机，北华航天工业学院本科生毕业论文2成为世界上最早的全自动化仓库。此后，从1963年开始，在欧洲各国，由于用地紧张，开始计划建造2530米的高层自动化仓库。从1967年开始，相继完成了一些计算机管理和计算机控制的全自动化仓库。1970年安装了由货架支承式改变为地面支承式的高度达40米的垂直升降货柜堆垛机。上世纪70年代还提出了采用50米高垂直升降货柜堆垛机的可能性，进入90年代后，垂直升降货柜堆垛机在使用范围和性能上有了很大的发展。在日本，从1967年开始安装了高度为2025米的高层垂直升降货柜堆垛机，1969年出现了联机全自动化仓库。此后，日本的自动化仓库技术和设备的台数都有了突飞猛进的发展，在各个部门都安装了各种各样的垂直升降货柜堆垛机。特别是1973年建成了一座贮藏生鲜食品的自动化冷藏库。这是世界上第一座温度在零下40摄氏度的极低温仓库，解决了低温条件下垂直升降货柜堆垛机工作的可靠性和技术方面的问题，取得了引人注目的成果。日本的自动化仓库技术和自动化仓库的拥有量位居世界前茅。美国学者J.A.White将自动化技术在仓储领域（包括立体仓库）中的发展分为五个阶段：人工仓储阶段，机械化仓储阶段，自动化仓储阶段，集成化仓储阶段和智能化仓储阶段五个阶段：第一阶段是人工仓储技术阶段，在这一阶段物资的输送、存储、管理和控制主要依靠人工实现，至今国内外生产和服务行业中的许多环节都是这一技术的实例，它具有直观、便于联系、减少了过程衔接之间问题等优点。第二阶段是机械化仓储阶段，它包括通过各种各样的传送带工业输送车机械手吊车垂直升降货柜堆垛机和升降机来移动和搬运物料，用货架托盘和可移动式货架存储物料，通过人工操作机械来存取设备，用限位开关、螺旋机械制动和机械监控器等来控制设备的运行。这一阶段经历的时间比较长。第三阶段是自动化仓储技术阶段，上世纪五十年代末、六十年代初，相继研制和采用了自动导引小车（AGV） 、自动货架、自动识别和自动分拣系统。到了七、八十年代，寻砖石货架、移动式货架、巷道式垂直升降货柜堆垛机和其他搬运设备都加入了自动控制的行列，但这时只是各个设备的局部自动化并各自独立应用，被称为“自动化孤岛”。随着计算机技术的发展，工作的重点专线物资的控制和管理要求实时、协调和一体化。信息自动化技术逐渐成为仓储自动化技术的核心。计算机之间，数据采集点之间，机械设备的控制器之间以及它们与计算机之间的通信可以及时地汇总信息，仓库计算机及时地记录到货和出货时间，先是库存量，管路人员随时掌握货物信息和库存信息。信息技术的应用已经成为仓储技术的重要支柱。北华航天工业学院本科生毕业论文3第四阶段是集成自动化阶段，在七十年代末和八十年代，自动化即被越来越多地应用到生产和分配领域，“自动化孤岛”被集成，在集成化系统中，整个系统的有机协作，使总体效益和生产的应变能力大大超过了个部分独立效益的总和。上个世纪70年代初期，我国开始研究巷道式垂直升降货柜堆垛机的立体仓库，1980年由北京机械工业自动化研究所等单位研制成的我国第一座自动化立体仓库在北京汽车制造厂投产。从此以后，立体仓库在我国得到迅速发展。据不完全统计，目前我国已建成的立体仓库近三百座，其中全自动的立体仓库有三十多个。我国自动化仓库技术已实现了与其他信息决策系统的集成，正在做智能控制和模糊控制的研究工作。第五阶段是智能自动化仓储技术阶段，人工智能技术的发展推动了自动化向更高级的方向-智能自动化方向发展。现在，智能自动化仓储技术还处于初级阶段，随着仓储技术的发展，仓储技术的智能化将有更广阔的前景。1.3 国内外自动化立体仓库的发展现状目前，自动化立体仓库在发达国家已相当普遍，日本是自动化仓库发展最快，建造数量最多的国家。此外美国、德国、瑞士、意大利、英国和法国等国家也建造了许多自动化仓库。发展至今，自动化仓库在设计、制造、自动化控制和计算机管理方面的技术也日趋成熟。在总体设计方面，国外己有采用计算机辅助设计的(CAD)，即根据约束条件来确定最佳的货架高度、巷道数量、货架尺寸和货柜堆垛机数量以及出入库运行系统的参数，并用计算机模拟技术来考核仓库的功能。货架在国外己系列化、标准化，对货架的承载能力(包括抗震)进行了很多实验研究(包括破坏性实验)，货架计算采用计算机程序。堆垛机产品己经走入系列化，运行噪声低，备有各种安全保护装置，调速性能好。一般都具有完善的货物位置检测和货物尺寸检测。国外立体仓库普遍采用抗干扰能力强、工作可靠的可编程控制器来控制货柜堆垛机和出入库系统，并且用计算机进行货位管理和库存管理，仓库管理计算机与上级管理机联网并能与控制系统相接，实现在线控制。例如，日本名古屋附近的三菱汽车装配总厂的自动化立体仓库，其自动化程度就非常高。这座装配厂每天(16 小时)生产 11520 辆汽车，在长达两公里的巨大输送带上，能同时装配 5 种完全不同车型的汽车，半成品装配件(除车体在生产线上进行焊接外)完全来自于立体仓库，仓库的库存量只能维持两天的生产，需要不断的进库补充，这样大的进、出库量及名目繁多的部件是人工无法胜任的。在采用了计算北华航天工业学院本科生毕业论文4机控制的进出库情报资料和库存情报处理技术和先进的智能控制技术后，这一切得到了很好的解决。现在国外各发达国家在自动化仓库技术中投入大量资金，在仓库自动化过程各个环节即输入、储运、输出上采用新技术。这些新技术集中有以下几种:.自动导向小车系统(Automated Guided Vehicle ).磁性导轨装置.激光扫描仪(Laser Scanner).条形码识别(Bar-code Labels).命令拣选系统(Order-Picking System ).储运机器人.机械手.智能卡车1.4 本文主要研究内容本文主要研究的是PLC在货柜堆剁机定位控制系统中的应用。其中堆剁机设计成3自由度的系统,货物放在升降台的货叉（机械手）上能实现上下、左右及前后的运动。输入对应的仓库号，就可以自动存/取货物。北华航天工业学院本科生毕业论文5第 2 章 垂直升降货柜定位控制的总体设计2.1 垂直升降货柜堆垛机概况垂直升降货柜堆垛机是自动化立体仓库中的主要设备,