巷道式双立柱堆垛机控制系统设计（全套含CAD图纸）
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毕业设计 附本 巷道式双立柱堆垛机控制系统设计 F F 生姓名 学院名称 专业名称 指导教师 毕业设计（论文）任务书 机电工程 学院 机械设计制造及其自动化 专业 设计（论文）题目 巷道式双立柱堆垛机控制系统设计 学 生 姓 名 班 级 起 止 日 期 指 导 教 师 教研室主任 发任务书日期 毕业设计是大学生对这四年的一个总结 ，是对大学四年中学习过程的一个综合能力的 考核，对我们每一个毕业生都非常的重要。它也是是对大家 综合应用能力的一次 锻炼。通过这次毕业设计，培养了我们发现问题，思考问题，解决问 题的能力。为以后走上工作岗位奠定了坚实的基础。 论文 )的内容和要求： 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、水平行走机构、提升机构、载货台 货叉及电气控制系统构成。 确定 堆垛机形式 、 确定 堆垛机速度 、 其它参数及配置 。 垛机 机械设计手册、机械加工工艺人员手册 电气工程师手册、 自动化仓库堆垛机设计 机械设计基础、机械制造技术 机床电气及 液压传动等 论文 )进度计划 (以周为单位 )： 起 止 日 期 工 作 内 容 备 注 1 周 2 周 3 周 4 周 5 周 6 周 7 周 8 周 9 周 10 周 11 周 12 周 13 周 14 周 15 周 16 周 论文开题 查阅相关资料，完成外文翻译 写论文大纲，准备好相关资料 论文绪论 论文总体结构设计，查看相关资料 论文总体结构设计，查看相关资料 论文控制系统总体方案设计 论文控制系统总体方案设计 论文控制系统硬件部分设计 论文控制系统硬件部分设计 论文控制系统软件部分设计 论文控制系统软 件部分设计 绘制各种设计图纸 论文总结 论文的初稿，检查，修改 成稿 翻译与课题相关外文资料 电动机， 硬件选择 流程图的绘制 序设计 教研室审查意见： 教研室主任 年 月 日 学院审查意见： 教学院长 年 月 日 1 附录 2 of of a is of to it at a of as he or to be an a to do of it in so a be a a of of a is is at to do a be by by in by in of or is a of of is If is be of or of of is to be of on We to be as in a In we of to be s or of of a on a s a of A be in a of in is of an be to is an in we to an of we of a to to on of we or of of We In it is we is a of is of a of a in we to if or Is it it Is it to to Is it a be or to is in to or to to is a a to or is to or to to is a be on of to be in of A in of is If in is no be of of in a In be or is a to be a by to In in to at is of to or of It is a of of in of in of of or is a in to a a in of of As of is to a a by do if a a be It be a be a is be to be an to to a of a is to be It is to of no or be to to a On be if a is an to a of is be a is no of a be is to A to an be be or be of be is a a at It be if a be of of be to a of it is to in of by In is up to be It is in of as to to It is of to to to is an is no be is a be to to if to be a to is by in To be a it be of Is it to it be it a to be to of 5 a It be a is in or of a so it be in of be by so be In a in or to is a is a to do it he of a of in in s by a of as of of at s on a on on of be in of an on by a In an be be in of to of a a In 00 00 it is to In on a of of of a in of a of an in of on to up on on 000 be to up on on of be if is is be on Is in be on be On is a is on of of is of to of of of of of As in to be be be in If is to be to of is of of to of of a to a of to a be of be of by is a it is as a on be or of at of of 7 or on of or on of of be to of of to be of or be by of a or by of a or 机械设计基础 机械设计基础是指机械装置和机械系统 机器、产品、结构、设备和仪器的设计。大部分机械设计需要利用数学、材料科学和工程力学知识。 我们对整个设计过程感兴趣。它是怎样开始的？工程师是不是仅仅坐在铺着白纸的桌旁就可以开始设计了呢？当他记下一些设想后，下一步应该做些什么？什么因会影影响或者控制着应该做出的决定？最后，这一设计过程是怎样结束的呢？ 有时，虽然并不总是如此，工程师认识到一种需要并且决定对此做一些工作时，设计就开始了。认识到这种需要，并用语言将其清楚地叙述出来，常常是一种高度创造性的工作 。因为这种需要可能只是一个模糊的不满，一种不舒服的感觉，或者是感觉到了某些东西是不正确的。 这种需要往往不是很明显的。例如，对食品包装机械进行改进的需要，可能是由于噪音过大、包装重量的变化、包装质量的微小的但是能够察觉得出来的变化等表现出来的。 叙述某种需要和随后要解决的问题之间有着明显的区别。要解决的问题是比较具体的。如果需要干净的空气，要解决的问题可能是降低发电厂烟囱的排尘量，或者是降低汽车排除的有害气体。 确定问题阶段应该制订设计对象所有的要求。这些设计要求包括输入量、输出两特性、设计对象所占据 的空间尺寸以及这些参量的所有制约因素。我们可以把设计对象看作是黑箱中的某种东西。在这种情况下，我们必须具体确定黑箱的输入和输出，以及它们的特性和制约因素。这些设计要求将规定生产成本、产量、预期寿命、工作范围、操作温度和可靠性。 8 还存在着许多由于设计人员所处的特定环境或者由于问题本身的性质所产生的隐含设计要求。某个工厂中可利用的制造工艺和设备会对设计人员的工作有所限制，因而成为隐含的设计要求的一部分。例如，一个小工厂中可能没有冷变形加工机械设备。因此，设计人员就必须选择这个工厂中能够进行的其他的金属加工方法 。工人的技术水平和市场上的竞争情况也是隐含的设计要求的组成部分。 在确定了要解决的问题，并且形成了一系列的书面的和隐含的设计要求之后，设计工作的下一阶段是进行综合以获得最优的结果。因为只有通过对所设计的系统进行分析，才能确定其性能是否满足设计要求。因此，不进行分析和优化就不能进行综合。 设计工作是一个反复进行的过程。在这个过程中，我们要经历几个阶段，在对结果进行评价后，再返回到前面的阶段。因此，我们可以先综合系统中的几个零件，对它们进行分析和优化，然后再进行综合，看它们对系统的其他部分有时么影响。分析和 优化都要求我们建立或者做出系统的抽象模型，以便对此进行数学分析。我们将这些模型称为数学模型。在建立数学模型时，我们希望能够找到一个可以很好地模拟实际物理系统的数学模型。 评价是整个设计过程中的一个重要阶段。评价是对一个成功的设计的最后检验，通常包括样机的实验室实验。在此阶段我们希望弄清楚设计能否真正满足所有的要求。它是否可靠？在与类似的产品的竞争中它能否获胜？制造和使用这种产品是否经济？它是否易于维护和调整？能否从它的销售或使用中获得利润？ 与其他人就设计方案进行交流和沟通是设计过程的最后和关键阶段。毫 无疑问，有许多伟大的设计、发明或创造之所以没有为人类所利用，就是因为创造者不善于或者不愿意向其他人介绍自己的成果。提出方案是一种说服别人的工作。当一个工程师向经营、管理部门或者其主管人员提出自己的新方案时，就是希望向他们说明或者证明自己的方案是比较好的。只有成功地完成这项工作，为得出这个方案所花费的大量时间和精力才不会被浪费掉。 人们基本上只有三种表达自己思想的方式，即文字材料、口头表述和绘图。因此，一个优秀的工程师除了掌握技术之外，还应该精通这三种表达方式。如果一个技术能力很强的人在上述三种表达方式中的 某一种的能力较差，他就会遇到很大的困难。如果上述三种能力都很差，那将永远没有人知道他是一个多么能干的人！ 一个有能力的工程师不应该害怕在提出自己的方案时遭到失败的可能性。事实上，偶然的失败肯定会发生的，因为每一个真正有创造性的设想似乎总是有失败或批评伴随着它。从一次失败中可以学到很多东西，只有不怕遭受失败的人们才能取得最大的收获。总之，决定不把方案提交出来，才是真正的失败。 机械设计概论 9 机械设计是一门通过设计新产品或者改进产品来满足人类需求的应用技术科学。它是一个广阔的工程技术领域，不仅要研究产品在 尺寸、形状和详细结构等方面的基本构思，还要考虑产品在制造、销售和使用等方面的有关问题。 进行各种机械设计工作的人员通常被称为设计人员或者设计工程师。机械设计是一项创造性的工作。设计工程师不仅在工作上要有创新性，还必须在机械制图、运动学、工程材料、材料力学和机械制造工艺等方面具有深厚的基础知识。 如前面所述，机械设计的目的是生产能够满足人类需求的产品。发明、发现和科学知识本身并不一定能给人类带来益处，只有当它们被用在产品上才能产生效益。因而，应该认识到再一个特定产品进行设计之前，必须先确定人们是否需要这种 产品。 应当把机械设计看成是设计人员运用创造性的才能进行产品设计、系统分析和制订产品的制造工艺的一个良机。掌握工程基础知识要比熟记一些数据和公式更为重要。仅仅使用数据和公式是不足以再一个好的设计中做出所需的全部决定。另一方面，应该认真精确地进行所有运算。例如，即使将一个小数点的位置放错，也会使正确的设计变成错误的。 一个好的设计人员应该勇于提出新的想法，而且愿意承担一定的风险，当新的方法不适用时，就恢复采用原来的方法。因此，设计人员必须要有耐心，因为所花费的时间和努力并不能保证带来成功。一个全新的设计， 要求屏弃许多陈旧的，为人们所熟知的方法。由于许多人易于墨守成规，这样做并不是一件容易的事情。以为设计工程师应该不断的探索改进现有产品的办法，在此过程中应该认真选择原有的、经过验证的设计原理，将其与未经过验证的新观念结合起来。 新设计本身会有许多缺陷和未能预料的问题发生，只有当这些缺陷和问题被解决之后，才能体现出新产品的优越性。因此，一个性能优越的产品诞生的同时，也伴随着较高的风险。应该强调的是，如果设计本身不要求采用全新的办法，就没有必要仅仅为了变革的目的而采用新办法。 在设计的初始阶段，应该允许设计人员充分发挥创造性，不受各种约束。即使产生了许多不切合实际的想法，也会在设计的早期，即绘制生产图纸之前被改正掉。只有这样， 才不至于堵塞创新得思路。通常要提出几套设计方案 ? 然后加以比较。很有可能在最后选定的方案中 ?采用了某些未被接受的方案中的一些想法。心理学家经常谈论如何使人们适应他们所操作的机器。设计人员的基本职责是努力使机器来适应人们。这并不是一项容易的工作，因为实际上并不存在着一个对所有人来说都是最优的操作范围和操作过程。 另一个应该被认识到的重要问题是，设计工 程师必须能够同其他有关人员进行交流和沟通。在开始阶段，设计人员必须就初步设计同管理人员进行交流和沟通，并得到批准。这一般是通过口头讨论，草图和文字材料进行的。为了有效地进行交流，需要解决下列问题： 所要设计的这个产品是否真正为人们所需要？ 10 此产品与其他公司的现有产品相比有无竞争能力？ 生产这种产品是否经济？ 产品的维修是否方便？ 产品有无销路？是否可以盈利？ 只有时间才能对上述问题给出正确的答案。但是，产品的设计、制造和销售只能在对上述问题的初步肯定答案的基础上进行。设计工程 师还应该通过零件图和装配图，与制造部门一起对最终设计方案进行沟通。 通常，在制造过程中会出现某个问题。可能会要求对某个零件尺寸或公差作一些修改，使零件的生产变得容易。但是，工程上的修改必须要经过设计人员批准，以保证不会损伤产品的功能。有时，在产品的装配时或者装配外运前的试验中才发现设计中的某些缺陷。这些事例恰好说明了设计是一个动态过程。总是存在着更好的方法来完成设计工作，设计人员应该不断努力，寻找这些更好的方法。 机械加工 车削 普通车床作为最早的金属切削机床中的一种，目前仍然有许多有用的和为人们所需 要的特性。现在，这些机床主要用在购买后包含有 咨询 图 书 分类号： 密 级： 摘要 随着计算机信息技术的发展，现代企业生产规模的不断扩大和竞争的日益加剧，市场对企业物流系统提出了新的要求，自动化立体仓库越来越受到关注并得到广泛应用。堆垛机是立体仓库的关键起重，搬运设备。 本文论述了自动化立体仓库中堆垛机控制系统的原理，结构和特点， 介绍堆垛机的控制系统的设计， 以及堆垛机的速度控制和精确定位方法。针对立体仓库的存取特点，对堆垛机的硬件部分进行设备选型与参数计算，设计出电气原理图 。 并给出了 关键词 ：堆垛机 ； 制系统 购买后包含有 咨询 I of of of by is in of RM is in an In of in on on of RM is of LC is 购买后包含有 咨询 目 录 1 绪论 . 1 . 1 垛机的分类 . 1 垛机的组成 . 1 题的背景及国内外研究现状 . 3 题背景 . 3 垛机系统在国内外的研究状况 . 3 课题的研究目的及主要研究内容 . 4 2 堆垛机系统的方案设计 . 5 垛机系统 . 5 垛机控制系统的功能要求 . 6 垛机的速度控制方案 . 7 . 7 . 8 频调速的工作原理 . 8 统主 控制器的选择方案设计 . 9 . 9 . 11 垛机的定位控制方案 . 12 章小结 . 12 3 系统硬件设计 . 14 垛机控制系统结构 . 14 动机的选型 . 15 频器的选型 . 16 . 16 . 16 . 16 频器的容量计算 . 18 . 19 . 20 . 20 特点 . 20 . 21 购买后包含有 咨询 I 垛机控制系统其它主要硬件的选取 . 21 . 21 电开关 . 22 磁闸 . 22 路器、接触器 . 23 垛机控制系统的电气原理图 . 23 4 堆垛机控制系统软件设计 . 24 序设 计软件 . 24 型的配置及 I/O 点数的分配 . 25 垛机控制系统程序设计 . 26 结论 . 33 致谢 . 34 附录 . 36 附录 1 . 36 附录 2 . 44 购买后包含有 咨询 1 绪论 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，以成套先进的搬运设备为基础，以先进的计算机控制技术为主要手段，是实现搬运、存取机械化、自动化，储存管理现代化的新型仓库。它具有占地面积小、储存量大、周转快的优点，是集信息、存储、管理于一体的高技术密集型机电一体化产品。将自动化立体仓库应用在 立体 库中，利用它自身的优势，可以实现货物的自动存取 12 。 动化立体仓库系统概述 垛机的分类 堆垛机是自动化立体仓库中货物进出仓库的主要执行设备。按规模进行分类，高度 1010 20m 的为中层型， 20m 以上的为高层型。按驱动方式分类，分为下部驱动式、上部驱动式和上下部驱动式三种。 就结构而言，高度在 6m 以下的小型堆垛机一般是桅杆式的，而高度大于 6m 的堆垛机则一般采用箱式框架结构形式。 堆垛机的动作可分为单循环和复合循环两种。前者是分别实现入库动作和出库动 作 后者可以实现连续出入库动作。 堆 垛机的运转方式可分为自动操作和手动操作两种。高级机种中还有一种是手动定位停止，货物的出入库可以采取自动或半自动的形式 34 。 垛机的组成 巷道式堆垛机基本结构一般主要由机架、运行机构、起升机构、载货台、货叉、电气设备以及各种安全保护装置等部分组成（如图 1所示 ) 1上横梁 2. 松绳及过载保护装置 3. 立柱 4. 提升机构 5运行机构 7. 载 货台 8. 电气柜 9. 下横梁 图 1堆垛机结构图 购买后包含有 咨询 (l)机架 堆垛机的机架由立柱、上横梁和下横梁组成一个框架。整机结构高而窄。机架可以分为单立柱和双立柱两种类型。双立柱结构的机架由两根立柱和上、下横梁组成一个长方形的框架。这种结构强度和刚性都比较好，适用于起重量较大或起升高度比较高的场合。单立柱式堆垛机机架只有一根立柱和一根下横梁，整机重量比较轻，制造工时和材料消耗少，结构更加紧凑且外形美观。堆垛机运动时，司机的视野比较宽阔，但刚性稍差。由于载货台与货物对单立柱的偏心作用，以及行走、制动和加速减速的水平惯性力的作 用对立柱会产生动、静刚度方面的影响。当载货台处于立柱最高位置时挠度和振幅达到最大值。这在设计时需加以校核计算。堆垛机的机架沿天轨运行。为防止框架倾倒，上梁上装有导引轮。 (2)运行机构 运行机构主要由电动机 (带制动器 )、减速器、车轮组成。目前常采用的下部支承及驱动的堆垛机。运行机构安装在下横梁一端，下部车轮为主动轮，另一端 为被动轮。有时堆垛机为了实现转巷道作业，被动轮安装在 转向轮座上，可以保证在转巷道时有较小的回转半径。 堆垛机的水平运行速度 :国内最高达到 100m/外 (日本 )已达到 160m/m/前运行机构一般都用变频调速。 (3)起升机构 堆垛机的起升机构由电动机、制动器、减速机、卷筒或链轮、钢丝绳或链条以及滑轮等零部件组成。目前，常用带制动器的电机。减速机的采用视传动比需要和结构布置而定。蜗轮蜗杆减速器结构紧凑、安装简单，但传动效率较低。行星齿轮减速器则在电机轴方向尺寸较大。目前，也常用专门生产的“三合一” (即电机、制动器、卷筒合一 )起升卷扬机构，它相对结构紧凑。其它零部件如钢丝绳、滑轮都选用标准件。 起升机构速度 :国内最高达 30m/外 (如日本 )最高达 40 48m/ 起升机构的调速 :以前曾用过子母电机或变极电机，目前多用变频调速。 (4)载货台 载货台是货物单元承载装置，通过钢丝绳或链条与起升机构联结。载货台沿立柱上的导轨升降。货叉机构安装在载货台上，有司机室的堆垛机，司机室也装在载货台上。有拣选功能的堆垛机，拣选平台也安装在载货台上。载货台通常有一个刚性框架，为沿导轨运行而装有导轮。 (5)货叉伸缩机构 货叉伸缩机构是堆垛机的主要工作机构，其结构特点是能够双向伸出，以便向两侧货格送人 (取出 )货箱。缩回后，货叉连同载货台一起随大车在巷道内运行。为此，货 叉伸缩机构的设计要求是 :货叉完全伸出后，其长度须为原来长度的两倍以上。货叉全收回后，结构尺寸需尽量小 。 货叉伸缩速度一般为 8 10m/的可达 30m/右，但通常需调速控制，调购买后包含有 咨询 速范围为 :30m/ 2m/ (6) 电气设备 主要包括电力拖动、控制、检测和安全保护等强、弱电电气设备，三个主要机构的电力拖动系统，目前国内外普遍采用变频调速控制，从而满足堆垛机高速运行、换速平稳、低速停准的要求。检测系统必须具有堆垛机自动认址、货虚实探测、货箱位置检查等功能 。 对堆垛机的控制，目前国内 外常用 编程逻辑控制器 )控制。 模块化结构以及远程通讯功能可以 较好满足堆垛机单机自动控制、全自动 (整个仓库系统 )控制的要求。 (7)安全及联锁机构 堆垛机是一种起重机械，它要在又高又窄的巷道内高速运行。为了保证人身及设备的安全，堆垛机必须配备完善的硬件及软件的安全保护装置，并在电气控制上采取一系列联锁和保护措施。除了一般起重机常备的安全保护措施 (如各机构的终端限位和缓冲、电机过热和过电流保护、控制电路的零位保护等 )外，还应根据实际需要，增设各种保护。 主要的安全保护装置有 : 终端限位保护在行 走、升降和伸缩的终端都设有限位保护。 联锁保护行走 与升降时，货叉伸缩驱动电路切断 ;相反，货叉缩时，行走与升降电路切断。行走与升降运动可同时进行。 正位检测控制只有当堆垛机在垂直和水平方向停准时，货叉才能伸缩。即货又运动是条件控制，以认址装置检测到确已停准的信息为货叉运动的必要条件。 载货台断绳保护当钢丝绳断裂时，断绳保护机构动作，机械夹轨上移，载货台被卡在导轨上而阻止其坠落。正常工作时在弹簧力作用下夹轨块、凸轮 )与导轨分离。 断电保护载货台升降过程中若断电，则采用机械式制动装置使载货台停止不致坠落。 声光信号堆垛机开动前响铃声，或闪灯光，以警告巷道内的检修人员和过往行人引起注意。 题的背景及国内外研究现状 题背景 立体仓库的产生和发展是现代物流体系发展的要求和信息技术进步的结果。随着立体仓库的越来越多，立体仓储技术已成为一门新兴的学科。堆垛机是自动化仓库的主要作业机械，担负着出库，入库等任务，是立体仓库的核心部件。自动化仓库的发展就是以堆垛机的发展为主要标志的，目前巷道式堆垛机为主要发展方向。 垛机系统在国内外的研究状况 目前，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等功能。国外立体仓库普遍采用抗干购买后包含有 咨询 扰能力强、工作可靠的可编程控制器来控制巷道堆垛机以及出入库系统，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。而在堆垛机方面，不断推出具有新的物理外形和更高性能的设备。最新的开发包括提高电子和控制技术，在使堆垛机具有更高定位精度的同时，提高搜索能力和运行速度，以期获得更短的操作周期和更大的生产能力。目前，巷道式堆垛机的起升速度己经可以达到 90m/行速度达到 240m/叉伸缩速度达到 30m/有的高度较大的立体仓库中，已采用上、下两层分别用巷道堆垛机进行搬运作业的方法提高出入库的能力。 我国是从 20 世纪 70 年代初期开始研究采用巷道式堆垛机的立体仓库。 1980 年，由北京机械工业自动化研究所等单位研制建成了我国第一座自动化立体仓库，并在北京汽车制造厂投产。从此以后，立体仓库在我国得到了迅速的发展。目前，浙江海通集团是国内最早建造 2000 吨立体自动化低温冷库的企业，其中采用了由电脑程序控制、 5 台自动巷道堆垛机无人操作自动进出库等 先进技术。 目前，在国内立体仓库堆垛机的驱动机构中，电机减速机普遍采用德国、日本、意大利的产品，也有少数采用国内的电机减速机。由于堆垛机是立体仓库中最重要的运输设备，各项技术参数和综合性能的要求都非常严格，如无故障率应大于 97 ,停准精度 10及噪音要求等。这就要求电机减速机的可靠性非常高。因此，现阶段在驱动机构中电机减速机的选用上，多选用国外先进的产品，以保证堆垛机的整机性能。 随着现代工业生产的发展 ，堆垛机技术在不断地提高和完善。世界主要工业国家都把着眼点放在开发性能可靠的新产品和采用高新技术上 ，更加注重实用性和安全性 10。因此，我们应当看到自身与世界先进技术的差距，总结经验，找出不足，打破传统思路推出具有新的外形和更高性能的堆垛机。在使堆垛机具有更高定位精度的同时，提高运行速度，以获得更短的操作周期和更大的生产能力。相信通过我们的不断努力，更加高速、安全、可靠的堆垛机将不断从国外引进消化到国内，使我国的堆垛机技术发展到一个新的阶段9 。 课题的研究目的及主要研究内容 综合运用交流变频调速、 制、位置检测等技术，为堆垛机的正常运 行设计一套比较完整的控制系统，使其更好地担负起出、入库的任务。具体包括以下内容： (1)通过对堆垛机现有的运行速度曲线进行的分析研究，设计出一种适合本系统的堆垛机速度曲线模型，确定变频器的控制参数，构建交流变频调速控制系统； (2)在堆垛机的位置检测方面，综合运用旋转编码器、 以及利用 的高速计数器单元，来实现对于堆垛机位置的精确控制； (3)根据堆垛机的实际工作情况，对 制系统进行设计。运用流程图法，建立各运动阶段的流程图，编制出控制程序，使 好地控制整个系统的运行 。 购买后包含有 咨询 2 堆垛机系统的方案设计 本章详细描述了堆垛机的控制系统，着重论述了如何对堆垛机控制系统进行方案设计，分别从堆垛机的速度控制、系统主控制器的选择及堆垛机的定位控制方案三个方面进行阐述。 垛机系统 目前，堆垛机的控制方式大致可以分为手动操作、半自动控制、全自动控制、远距离控制与计算机控制等。计算机控制的控制系统，考虑到备用情况，一般由三级组成。最低一级是利用堆垛机上的控制盘手动操作，其次是为了遥控利用安置在地上的控制盘的数字开关进行操作，最高一级采用计算机控制，三级可以转换运转。如图 2 1 所示。 图 2 1 统 采用遥控时，也必须具有低级的手动操作功能，采用自动控制时使用机上控制盘，但控制方法，在本质上与遥控基本相同，因此以遥控为中心来叙述堆垛机的控制系统。 图 2 2 所 示为在自动运转情况下以及特殊情况下的堆垛机作业循环的作业流程图 堆垛机按行走、升降、货叉伸缩等三种操作，根据指令自动定位，进行叉取作业。 当用户发出存货要求时，系统根据仓库货位情况，给出货物的存放地址，上位机根据堆垛机的当前位置，经过货位地址变换，给出相对于堆垛机当前位置的货位地址，发出存货指令给堆垛机。 堆垛机 控制 系统接收信号后，在货物输入口接收货物，堆垛机行走，同时载货台沿立柱作升降运动。当运动到达目的货位时，货叉开始伸缩运动，执行存货操作，完成操作后在此位待命或返回至规定位置。 购买后包含有 咨询 图 2 2堆垛机系统自动运转流程图 当系统出现故障时，用户需对系统进行检修，可以通过控制面板上的按钮进行堆垛 机的升、降、急停以及货叉的伸、缩等手动控制操作 1314 。 垛机控制系统的功能要求 堆垛机系统是立体仓库货物存取任务的最终执行者，其主要运动包括： (1)堆垛机沿货架巷道（列方 向）的前后高低速运动； 购买后包含有 咨询 (2)堆垛机沿立柱（层方向）的上下升降运动； (3)安装在堆垛机载货台上的货叉机构的伸缩运动 1315 。 因此，堆垛机控制系统的功能主要应包含以下几方面的内容： (1)自动控制功能：运用地面控制台系统，完成货物的自动出入库任务。此时可以接受地面控制台的各种命令操作，如：入库、出库、运行到目标列层、进、退、升、降等； (2)手动控制功能：仅能通过控制面板的按钮进行进、退、升、降、急停等控制操作此功能主要用于系统的检修与调试； (3)安全保护功 能：实时监测各关键器件的使用情况及系统的运行情况，出现故障时及时报警。对于以上的各种控制功能，主要应由以下几个方面来完成： (1)速度控制：堆垛机工作时在各种方向上的运行速度； (2)定位控制：以适合的速度运行并精确地定位在货格或入出库口处； (3)通讯功能：与上位机及其它仓库设备的通讯； (4)保护功能：具有一定机械和电气方面的保护功能； (5)人机界面：通过 I/供本机状态信息或遥控操作 16 。 垛机的速度控制方案 在果蔬气调立体仓库中，交流异步 电动机是堆垛机系统中的驱动部件。一般情况下， 其调速方式分为：电机减速器调速、变极调速、串阻调速、串极调速、滑差电机调速和变频调速等。用减速器进行调速，调速设备不仅体积大，调速效率低，而且容易发生机械故障。其它几种调速方法与变频调速方法相比，使用起来又非常不便。随着对于电动机调速性能要求的逐步提高，变频调速技术得到了长足的发展 1718 。 频调速技术的优点 变频调速技术是一门综合性的技术，它建立在控制技术、电子电力技术、微电子技术和计算机技术的基础上。 与传统的交流拖动系统相比，利用变频器对交流电动机进行调速控制，有许多优点，如：调速范围广、输出平滑性好、机械特性较硬、能很好地 实 异步电动机的无级调速、可实现有效的节能、可方便地进行恒转矩调速和恒功率调速等。尤其当电机带动较大负载启动时，会有较大的冲击电流，若采用变频器控制，可以实现电动机的软启动，减小冲击电流，从而解决了大负载的启动问题。另外，变频器还具有很强的保护功能，在电机运行过程中能随时检测到各种故障，并显示故障类别（如电网瞬时电压降低，电网缺相，直流过电压，功率模块过热，电机短路等），并立即封锁输出 电压。这种自我保护的功能，不仅保护了变频器，还保护了电机 18 20 。 综上所述，变频调速技术不仅在性能上大大优于以往的交流电机调速方式，并且将会逐步取代直流电机的调速方式，用交流异步电机取代直流电机，将会使调速系统变得更加简单。 购买后包含有 咨询 频器的基本结构 变频器是把工频电流（ 50 60换成各种频率的交流电流，以实现电机变速 运行的设备。变频器一般由控制电路和主电路构成。控制电路包括主控制电路、信号检测电路、门极驱动电路、外部接口电路以及保护电路等几个 部分，是变频器的核心部分。控制电路的优劣决定了变频器性能的优劣。控制电路的主要作用是完成对逆变器的开关控制、对整流器的电压控制以及完成各种保护功能，从而实现对主电路的控制。图 2 3 所示为通用变频器的结构原理 19 21 。 图 2 3变频器的构成 变频器的主电路，包括整流电路和逆变电路两部分。其中，整流电路是把输入到变频器的工频交流电变换成直流电，且对直流电进行平滑滤波，然后逆变电路再将此直流电变换成实际需要的各种频率的交流电，从而驱动电动机的运转。 频调速的工作原理 当在一台三相异步电动机的定子绕组上加上三相交流电压时，该电压将产生一个旋转磁场，其速度由定子电压的频率所决定。当磁场旋转时，位于该磁场中的转子绕组将切割磁力线，并在转子绕组中产生相应的感应电动势和感应电流，而此感应电流又将受到旋转磁场的作用而产生电磁力，即转矩，使转子跟随旋转磁场旋转。当将三相异步电动机绕组的任意两相进行交换时，所产生的旋转磁场的方向将发生改变。因此，电动机的转向也将发生改变 22 23 。 异步电动机定子磁场的转速被称为异步电动机 的同步转速，其同步转速由电动机的 磁极对数和电源频率所决定： 0 60 /n f p式 （ 式中：0 购买后包含有 咨询 一般情况下，异步电动机的转速总是小于其同步转速，异步电机的实际转速可由下 式给出： 0 ( 1 ) 6 0 ( 1 ) /n n s f s p 式 （ 式中： 步电动机时， s=0） 由式 (2知，若改变参数 f， s 中的任意一个就可以改变电动机的转速，即对异步电动机进行调速控制。因此，可以通过改变该电源的频率来实现对异步电动机的调速 控制。从某种意义上说，变频器就是一个可以任意改变频率的交流电源。 综上所述，采用 改变供电电源频率的调速方法，从本质上讲，是一种无级、平滑而又经济的调速方法。变频时使电压按不同规律变化，可以实现恒转矩或恒功率调速，以实现不同负载的要求，这些均早已被人们所认识和掌握。随着可控硅静止变频装置的出现，解决了运行性能较为理想的变频电源问题，使异步电动机变频调速技术获得了进一步的发展，为其广泛地应用开辟了新的途径，特别是较为理想地解决了普通鼠笼式电动机的变频调速问题。 因此，在本 堆垛机控制 系统中，我们选择变频调速的方式对电动机进行速度的控制。 统主控制器的选择方案设计 在当今的工业控制领域 ，有相当多的控制手段和设备，比如：继电器控制、个人计算机控制、单板机控制、集散控制系统（ 及可编程控制器（ 制等等。 时，信号的输入 /输出形式及控制功能也是相同的，但两种控制方式又有不同之处。 性能上比继电器控制逻辑优异，特别是可靠性高、设计施工周期短、调试修改方便，而且体积小、功耗低、使用维护方便，但价格高于继电器。与个人计算机相比， 一种用于工业自动化控制的专用微机控制系统，结构简单，抗干扰能力强，价格也较低。单板机结构简单、价格低 ，在数据采集与处理等方面优于 不如 干扰性能也较差。集散控制系统在回路调节、模拟量控制方面较 一定优势，但 开关量控制、顺序控制等方面又优于前者 24 25 。 综上所述，可编程控制器作为一种专门在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置，具有其独特的优点 。 介 定义 可编程逻辑控制器（ 称 要用于顺序控制，虽然采用了 计算机的设计思想，但实际上只能进行逻辑运算。 带有存储器，购买后包含有 咨询 0 可以编制程序的控制器。它能够存储和执行指令，进行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术等操作，通过数字式和模拟式的输入输出，控制各种类型的机械和生产过程。 应按易于与工业控制系统形成一体，易于扩展其功能的原则设计。 事实上， 是以嵌入式 核心，配以 I/O 等模块，可以方便地用于工业控制领域的装置。因此 际上就是：“工业专用计算机”。其硬件结构与微 机室基本一致。其基本结构如下图所示。 作原理 用巡回扫描的工作机制 ,经过输入采样阶段 、 程序执行阶段、输出刷新阶段，这是一个扫描周期， 是这样周而复始的执行扫描周期的，简单的说， 系统程序的管理下，依据用户程序的安排，结合输入信号的变化，确定输出口工作的 ，当然这不是其全部内容，全部内容要复杂一些 . 特点 抗干扰能力强，可靠性高；控制系统结构简单，通用性强；编程方便，易于扩展；功能完 善；设计、施工、调试的周期短；体积小维护方便，能耗低。 性能 (1)硬件指标 硬件指标主要包括环境温度、环境湿度、抗震、抗冲击、抗噪声干扰、耐压、接地要求和使用环境等。由于 专门为适应恶劣的工业环境而设计的，因此 (2)软件指标 编程语言 不同的 有不同的编程语言。常用的编程语言有梯形图、语句表、功能块图 3种。 用户存储器容量和类型 用户存储器用来存储用户通过编程器输入的程序。其存储容量通常以字、步或 用的用户存储器 类型有 电源模块 块 编程器 输出模块 输入模块 指示灯 接触器 继电器 图 2电源 购买后包含有 咨询 1 I/。对开关量 I/常用最大 I/模拟量 I/常用最大 I/ 指令数 用来表示 般指令越多，其功能越强。 软元件的种类和点数 指辅助继电器、定时器、状态、数据寄存器和各种特殊继电器等。 扫描速度 以“ s/步”表示。 输出对输入的响应越快。 发展趋势 体积、大容量、高速度、易使用、高性能方向发展 。具体有以下几方面：向小型化、专用化、低成本方向发展；向大容量；向高速度方向发展；智能型 I/于 态软件与 软件化； 部分功能 央处理单元（ 主要任务有控制用户程序和数据的接收与存储；用扫描的方式通过 I/O 部件接受现场信号的状态或数据，并存入输入映像寄存器或数据存储器中；诊断 储器 器包括系统存储器和用户存储器两部分。 系统存储器用来存放有 户不能直接改写。 用户存储器包括用户程序存储器和数据存储器两部分，用来存放用户针对具体控制任务，使用规定的 入输出单元 拟量和数字量。输入 /输出单元从广义上包括两部分：一是与控制设备相连接的接口电路，另一部分是输入和输出的映像寄存器。 输入单元用来接收来自用户的各种信号，如限位开关、操作按钮、选择开关、行 程开关以及其他一些传感器信号。通过接口电路将这些信号转换成中央处理器能够识别处理的信号，并存到输入映像寄存器。运行时 处理结果放到输出映像寄存器。输出映像寄存器有输出点相应的触发器组成，输出接口电路将其由弱电控制信号转换成现场需要的强电信号输出，以驱动电磁阀、接触器、指示灯等被控设备的执行文件。 源部分 20V 的交流电源，内部的开关电源为 储器等电路购买后包含有 咨询 2 提供 5V、 12V、 24 展接口 扩展接口用于将扩展单元以及功能模块与基本单元相连，使 垛机的定位控制方案 采用光电编码器的位移定位方法 光电编码器分为绝对脉冲编码器（ 增量脉冲编码器（ 两者一般都作为速度控制或位置控制系统的检测元件。编码器分为单路输出和双路输出两种。单路输出是指旋转编码器的输出是一组脉冲，而双路输出的旋转编码器输出两组相位差 90度的脉冲，通过这两组脉冲不仅可以测量转速，还可以判断旋转的方向。 当采用光电编码器进行位移定位时，由 于堆垛机的运行是由曳引电动机来拖动的，因此曳引电动机正反转动的角度也就决定了它所移动的距离，如图 2 在曳引电动机轴上安装一个光电盘，盘上同一圆周上均匀地打上许多小孔，曳引电动机旋转时，光电盘也跟着旋转，光电编码器根据转过小孔的数量，发出相应数量的脉冲信号，这样只要计算出脉冲数，就可知道堆垛机运行的距离，也就是堆垛机的实际位 置。 图 2目前， 般都具有高速脉冲输入端或专用计数单元，可用编码器测取堆垛机运行过程中的准确位置，并可直接与 用高速记 数器的功能指令能很方便地实现堆垛机的定位。 由以上的介绍，我们可以看出，安装限位开关的定位方法，不仅废工废料，而且每个开关的实际安装距离，均不可避免地存在一定量的误差，使得系统的安装调试变得复杂，而且定位质量难以保证。一旦系统要求改造，又要重新进行安装工作。而采用旋转编码器的位移定位方法，通过其发出的脉冲数可以很容易地确定堆垛机的当前位置，再经过给定速度曲线的计算，得出变频器应当输出的频率来进行调速，这种堆垛机的位移定位方法具有定位精度高、适应性强的优点，因此，我们采用此方案。 章小结 购买后包含有 咨询 3 本章针对立 体仓库中堆垛机的控制系统进行了方案设计。在速度控制方案方面，选取当前应用范围非常广泛的变频调速技术，它所具有的调速范围广、输出平滑性好、机械特性较硬、可实现异步电动机的无级调速以及可以进行恒转矩和恒功率调速等优点，使它完全可以胜任本设计中的速度控制要求。系统主控制器选择了在工业环境中广受欢迎的可编程控制器（ 并结合本设计的实际要求，设计了相应的 后，在综合比较了多种堆垛机的定位方法后，选择了定位精度更高，控制方法更加灵活的光电编码器的位移定位方法。最终，设计了一套比较合理的堆垛机控制 系统方案。 购买后包含有 咨询 4 3 系统硬件设计 通过前面对于 堆垛机 系统的设计，本章将详细分析系统中各个组成硬件的原理与特点，并根据库中的实际工作环境，选择适合本系统的设备型号以及参数，完成 堆垛机控制系统的硬件设计，最后设计出电气原理图。 垛机控制系统结构 图 3件结构框图 图 3 1为采用可编程控制器（ 为主控制器的立体库的堆垛机控制系统结构框图 14 。 一台作为上位监控机的计算机通过 口与 连 ，可以对整个系统进行全面的监控管理。拖动系统主要由三相交流电源、变频器、交流接触器 驱动电动机 电动机同轴联接的旋转编码器 、 经 成速度反馈。为使 变频器进行有效的速度闭环控制， 变频器之间还存在如下的信号传输。 (1)： 允许变频器工作的信号； 堆垛机运行方向的信号； 堆垛机运行速度的信号； 堆垛机减速及平层停车信号。 (2)： 变频器反馈给 变频器正常工作状态信号（变频器无报警输出，允许 堆垛机速度信号； 速度一致信号（变频器上的速度指令与电动机实际运行速度相匹配）； 减速及停车状态信号。 图 3 1中，从变频器的分频器引入 过高速计数器的脉冲计数， 购买后包含有 咨询 5 可实现对堆垛机位移的精确
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