巷道式双立柱堆垛机控制系统设计【含CAD图纸】
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1 附录 A 译文 可编程逻辑控制器 约翰 R 弗雷德里克 D 编程逻辑控制器：编程方法及应用。 14 可编程控制编辑器 约翰 R 弗雷德里克 D 第一版 . 伦敦 :普伦蒂斯霍尔出版社 ,2003,3550 1系统框图 可编程控制器是一种专用的计算机。因为它是一台计算机，它就应该具有其它计算机的基本组成部分：中央处理单元，存储器，输入接口和输出接口。一个典型的可编程控制器框图如图 1 所示。 图 1 可编程 控制器 中央处理单元（ 是 控制部分。它解释来自存储器的程序指令并且按这些指令执行操作。现在 中央处理单元是一个基于微处理器的系统， 被置于模块化系统的处理器模块中。 系统存储器大致分为两类：只读存储器和随机存储器。只读存储器包含程序信息，通过这些程序信息， 以解释和执行存储在随机存储器中的梯形图程序。随机存储器一般都有板上电源维持，这样系统掉电时，梯形图程序不会丢失。电源可以是标准的干电池或可充电的镍 型的 储单元使用电可擦可编程只读存储器（ ，巷道式双立柱堆垛机控制系统设计 2 这就不需要专门的电源维持。内存也设在模块化系统中的处理器模块内。 输入单元有若干不同类型，所用类型根据前述输入信号需求选择。输入部件可以接收多种不同电压和电流等级的离散信号或模拟信号。现有的控制器提供交流和直流离散电压信号输入，直流电压范围从 平到 250V，交流电压范围从 5V 到 250V。模拟输入单元可以接收的输入范围如 10 伏直流电 5 伏直流电和 4安电流环。离散输入单元把每个输入信号以单一的 1 或 0 输入到 而模拟输入单元要包含模拟信号向数字信号转换的电路，并且以二进制码输入到 且此二进制码规格化到该单元所能提供的最大精度 。输入电压或电流所用数 的位数依该单元处理能力而定，而且这些数通常包含了特定的数值位和符号位。 输入寄存单元把接收到的字输入（二进制或 ）送到 输出单元的运作和输入单元大致相同，不同之处就是该单元可作为离散电压信号的拉电流端（提供一个公共地）或者灌电流端（提供一个固定电压）或者作 为模拟电压或电流的拉电流端。输出单元的输出信号由 制发出。离散信号 输出单元的电路可以是晶体管，输出 平和更高的直流电压，或者是双向器 件，适用于交流电压输出。对于需要更高电流的应用场合，电气上的触点闭合必 不可少，这样可用机械式继电接触装置。然而，这些较高的电流一般限于 23 安培。模拟输出单元内部有数模转换电路，能产生可变的电压或电流输出。 2 刷新处理梯形图刷新 可编程逻辑控制器上电后，其运作包含两个阶段 ：（ 1）刷新输入和输出（ 2）解读梯形图。这对复杂问题来说似乎是一个非常简单的解决方法，事实上就只有这两步。如果能彻底理解这两个步骤，就很容易完成编写和修改程序并充分利用此器件了。基于这一理解，接下来的工作就有赖于程序员的思维了 。 你将会注意到， “刷新 流程在启动后就开始。事实上，启动流程还包括一些对用户或程序员透明的操作，这些操作在 行用户程序前就开始运行。在启动期间，处理器可能会进行大范围的故障诊断，诊断的项目诸如存储器、输入输出设备、与其它设备（如果有）的交互状态和程序的完整性等。在先进的模块化系统中，处理器能够识别的各种模块的类型，及它们在系统中的位置 和地址。这类系统分析和测试 操作一般发生在真正执行程序之前的启动过程中。 3 刷新 3 始运作时的首要操作就是刷新 I/O 。这就意味着通过输入 单元，所有的 离散输入状态被记录，而且所有将要输出的离散状态被转移到输出单元。通常有一些特定地址来寄存数据，这些地址与输入和输出数据相关，称为输入和输出寄存器这些寄存器与输入和输出模块相连并且通过离散数据来更新。由于这是输入 /输出的更新，因而它被称为 I/O 刷新。离散输入和输出信息的刷新是利用 储器中开辟的输入和输出映像寄存器来完成的。对于每一个离散输入点，在输入 映像寄存器中都有一位与之相联。同样，对于每一个离散输出点，在输出映像寄存器中都有一位与之相联。当 I/O 刷新时，如果输入点输入的是 “开 ”信号，那么与之相联的位地址内容被置 “1”。如果输入点输入的是 “关 ”信号，那么相应的 位地址内容被置 “0”。现在， 储器字长大都是 16 位。这意味着，内存的一个字可存储 16 个离散输入点的状态信息。因而，内存中可能会有一定数量的字被 预留，作为输入和输出映像寄存器。在 I/O 刷新时，输入映像寄存器的状态根据所 有离散输入的状态信息变化，输出映像寄存器的状态被送至输出单元。这种状态 信息的转变通常只发生在的 I/O 刷新阶段。但是，在 作的其它时段，当有 I/O 立即刷新命令时，状态信 息的转变也可以被强制进行。作为一种特殊情况，这条命令将会迫使 其它任何时候刷新 I/O 。 对于初次输出刷新，需要注意的主要一项是输出的初始状态。这是因为，如果初始状态为 “开启 ”，输出点可能的输出就有可能产生安全隐患，特别是在重型机械装置的控制系统中，机械装置可能会对操作员造成人生伤害。在一些系统中，为确保系统安全，所有的输出可能都需初始化为 “关闭 ”状态。然而，也有一些系统的输出需要以特殊方式初始化 一些开启，一些关闭。这可以采取预先设定的方式或要求输出保持掉电前一瞬间的状态来实现。最近一些系统 提供这两个设置选项而且甚至提供两者的组合。这是工程师和程序员首要关注的问题，并且开发系统时，应对此详细说明，以确保操作和维护设备人员的安全。有关系统和程序开发的安全问题将在后续章节讨论。 4梯形图程序处理 输入输出刷新完成后， 始执行编入的指令。这些指令通常称为梯形图 ， 该梯形图基本上使用继电器触点和线圈编程。画梯形图时触点放在页面左侧，线圈放在页面右侧。这是基于继电器的控制系统的延续。以前，这类图作为系统的电气原理图。一个示例梯形图如图 2 所示。 巷道式双立柱堆垛机控制系统设计 4 图 2 梯形图示例 图 2 中使用的符号在这里可能不好理解，这样一个简要解释是必要的。梯形 图右侧标有 圆形符号是继电器的软线圈。在梯形图左侧，看起来像电容器而且一些还加有斜线的符号是与线圈相关的接点。那些与电容器相似并且没有斜线通过的符号为常开接点，就类似于关闭的开关。当开关开时，接点就闭合。那些与电容器相似并且有斜线通过的符号为常闭接点。一个常闭接点就相当于一个一直打开的开关，如果开关开动接点就关闭。 在图 2 中可以看到 接点和线圈的位置如图上所述 。同样，如果你注意到活梯 的横档，就会明白为什么称之为梯形图。事实上，图中每一个完整的横线条都指代一个有逻辑意义的梯级。梯形图的阐述也将会在后面讨论，在这也需要进行一些必要的解释。每个横档左边的接点可被视作开关，右边的线圈可被视作灯。如果对应的开关打开或关闭，右边的灯就会亮。 从左至右、从上至下的顺序执行此程序。它首先检查开关（接点）配置，然后判定是否有电流通过灯（线圈）。判定的依据来源于输入输出映像寄存器中的数据。如果有电流通过，灯（线圈）将会得电。反之，灯（线圈）将会 失电。这也将会记录到输出映像寄存器。一旦 横档左侧元件检查完毕，它就会跳过检查，直到再次处理时又开始检查。 而且一旦灯（线圈）得电或失电，此状态将一直保持，直到下次 理此横档为止。处理完一个阶梯后， 同样的方式处理下个阶梯，如此反复进行直到整个梯形图被执行和处理完毕。在此，一个不同于一般电气运作的原则就是横档 中电流的流向。在梯形逻辑中，电流流向只能是从左至右，从上至下，绝不能从右至左。 作为一个例子，在图 3 所示的梯形图中，如果下列任何一个条件满足 会得： 5 图 3 梯形横 档中电流允许流向 1. ， 2. ， ， 3. ， ， 4. ， ， 5. ， ， 你将会注意到，对于以上列表中每种情况，电路中电流流向都是从左至右，从上至下。在如下所列情况中 不会得电： ， ， ， ， ， 这是因为电流将不得不从右至左流经 点。即使我们用真正继电器来搭建， 电流可以有这种流向，但在 梯形逻辑中这是不允许的。应当记住，我们是在软件环境下工作而不是硬件环境。如前所述，输入输出刷新完毕后， 向梯形逻辑中的第一个阶梯，处理接点元件，判定线圈将得电或失电，然后使线圈得电或失电。完成此操作后，向下个阶梯，重复前面步骤，这样持续到所有阶梯被处理完毕。当处理所有阶梯的过程完毕，并且梯形图中所有的线圈都已根据处理的每个阶梯设定，那么 进入到其下一个阶段 I/O 刷新。 I/O 刷新阶段，所有输出线圈的状态从输出映像寄存器转移到到输出单元 ，同时所有输入状态被转移到输入映像寄存 器。注意，在处理梯形图期间，输入的任何变化将被忽略，因为它们只有在 I/O 刷新阶段才被记录。在处理每一阶梯时，每个线圈的状态将被记录至输出映像寄存器。然而，这些状态直到 I/O 刷新阶段才被转移至输出单元。 巷道式双立柱堆垛机控制系统设计 6 图 4 循环扫描 这种 I/O 刷新、处理梯形图再到 I/O 刷新的过程称为扫描，其描述如图 4。 前一次 I/O 刷新和下次刷新之间的时段称为一次扫描。 前 一次 I/O 刷新到下次刷新所用的时间称为扫描时间。扫描时间通常以毫秒为单位来衡量，而且扫描时间与 运行速度和所要处理的梯形图的长度有关。 描存储器的速度称为扫描速度。扫描速度单位通常为毫秒 /K 程序正在使用的内存。例如，如果某一 描速度为 8 毫秒 /K ，程序占用 8K 的内存，那么 会用 48 毫秒完成一次程序扫描。 1968 年， . 造出了新一代工业控制装置可编程逻辑控制器 (现 在， 经被广泛应用于工业领域，包括机械制造 也、运输系统、化学过程设备、等许 多其他领域。初期可编程控制器只是用一种类似于语言的软件逻辑于代替继电器硬件逻辑，并且使开发时间由 6 个月缩短到 6 天。 虽然计算机控制技术已经产生，但是 制因为它的高性能、成本低、并且对恶劣的环境有很强的适应能力而在工业控制的广泛应用中保持优势。而且，尽管硬件的价格在逐渐下跌，据估计，根据 场的调查研究表明，每年销售硬件的价格要比销售 价格（一千五百万）至少多出八十亿美元。 创造者 . 分肯定的认为目前 场是一个价值五十亿的工业。 虽然 泛应用于工业控制中， 制系统的程序依然和语法有关。和软件过程 一样， 软件设计也以同样的方式会遇到软件错误或危机。 演讲中着重强调了这个方面。 7 如果房子建造的像软件过程一样，那么仅仅一只啄木鸟就可以摧毁文明。特别的， 序要解决的实际问题是消除软件错误和减少老式梯形逻辑语言的花费。尽管 硬件成本在继续下降，但是在工业控制上减少梯形逻辑的扫描时间仍然是一个问题，以至于可以用到低 耗时的 一般来说，和其他领域相比生产 周期要短很多。例如，在实践中， 计 是一种有效的计算机辅助设计。 需要使用目前的以软件设计为基础软件工程方法论， 因为 序要求对软件和硬件搜都要考虑到。因此，软件设计越来越成为花费动力。在 许多的工业设计工程中，超过 的人力分配给了控制系统设计和安装，并且他们要对。 序测试和排除错误， 再者， 制系统不适合设计对适应性和重构有越来越多要求的生产系统。一个更 深入的问题是在大规模的工程中软件越来越复杂，促使要 有一个系统化的设计方法论。 题的客观性和重要性 主题的客观性是为 动控制系统建立一个系统化的软件设计方法论。这个设计方法论包括以状态转换模型为基础的精确的描述，这个转台转换模型是自动控制系统的抽象系统。方法论还包括一个逐步的设计过程，并且要设置一个设计规则，这样才能为一个成 功的设计提供导向和方法。这项研究的真正目的是找到一个减少控制软件发展过程的不稳定性的方法，也就是说，减少程序和调试时间以及他们的变化，以增强自动控制系统的适应性，并且通过调整软件使得软件可以再度使用。这样的目的是为了 克服目前程序策略的 不足之处，而目前的程序策略是以个人软件开发者的经验为基础的。 设计理论发展 目前，大部分设计研究的主要焦点都集中在机械和电子产品上。这种有目的性的研究产生了一个副产品，就是通过推广这中研究到系统工程设计领域，从而加固了我们对设计理论和技巧的基本理解。针对大规模和复杂系统的系统设计理论并没有成熟。尤其是，对如何简化一个繁冗而复杂的设计任务这一问题，仍然没有被科学的处理。而且，正在设计理论和代表计算机科学及运筹学研究的认识论结果之间构建一条桥梁，这样的具体应该是逻辑硬件电路设计。 在逻辑硬件 设计方面的应用从逻辑学的角度来看，可编程逻辑控制器（ 软件设计类似与集成电路的硬件设计。现代超大规模集成电路设计（ 及其复杂的，一个集成电路一般有几百万个晶体管，而且产品开发周期大都三年左右。设计过程一般都分 成局部功能块设计和系统设计两个阶段。在局部功能块设计阶段，单个功能将被设计出来，并予以验证。在系统设计阶段，所有功能块都将巷道式双立柱堆垛机控制系统设计 8 被整合起来，整个系统行为特性和功能将 会通过仿真形式加以测试。一般来说，所有部分都完全的验证是不可能的 。因此，统计学可以作为可编程逻辑控制器（ 计的一个例子，并有可能影响逻辑硬件设计。 编程逻辑控制器 )现在面临着甚至更加复杂的难题。曾经 代继电器并且 丢对共同的计算机主机提供不时的信息。现在，她被分解成单元模块，并分给新的任务和 应用新的语言。而且被迫与越来越多的一系列控制产品相竞争。每年一度的最新 术 会上，我们调查 产者关于以下这些问题。 编程语言 高级 程语言已经在有些方面很普及。但是最近高级编程语言已经迅速发展。西 门子的总经理兼生产部 长指出： “可编程控制在被广泛的应用与于精密操作，除了梯形图逻 辑以外的编程语言变得更加使用、有效和强大。例如，用梯形图逻辑写一个三角函数公式 是非常困难的。 ”被接收的语言包括 制系统流程图编制，和如公式编制语言 与它类似的语言，并且还有增加的重要语言如 C 语言和 言。 过程控制中的 没有广泛的应用于过程控制中。是否会一直这样下去呢？美国南部 经 理 ： “我觉得 被用于过程控制但是对于 过程控制又不是必须的。 ” 一些厂家已经将 优化程序应用于过程控制中，他们十分确定 会广泛用 于过程控制这样的事情是不会发生的。 理提到 食品、化学和石油等工 业领域越来越多的应用。他认为 合应用于场合有两种，他说： “第一，过程控制系 统的型号不适合离散控制系统，刚开始这些产品的价格非常的高。而一个可编程控制器以 它的体积小，价格低顺理成章的被应用。第二，你必须把电路和逻辑紧密的结合爱来。例如，一组基本的控制器，连续的过程变量紧密的互相联系在一起，以 至于用可编程控制器来完成一系列的逻辑胜过没有离散控制器的系统。 ” 9 附录 14, . 2003, 35 50 1 is a it is a it A of as in . in is LC It to LC is a in of is PU is in a on to so is is be a or LC 道式双立柱堆垛机控制系统设计 10 it t to is in in to of a of of or ac dc dc TL 50 v, v 50 v ac as or 0 v 5 v dc ma to a to to to a to to or of on a CD to is is be as a of a or a or as or of PU of be a TL dc or a ac is 3 d/a a or 2 (1) to 2) a to be a in If we it is to of on on s In to or LC to be in a of of as if of of 11 In of in of of 3 LC is to , of is be to of to to as of by is so it is , in an of in an , if so 1. If 0. LC is a 16of a 6 As a be a of as In , to to of to of in , , of be As a LC at to , to to is of is if , be a in of be to In in to to be to be in a of be or a of is a be in to of 道式双立柱堆垛机控制系统设计 12 of be in 4 of to a on of on of is a of on as of An of a as in . he in a is on R4 is In on of a is of to no is to is is to a a A is to an if to to be In of as in if to to it a In a in to to a of to do on of be as 13 be as a If on or to of is to to to It to is a on of in a If is an On It an to LC to on of it to or LC to a in to so is At a is of a In to to in no to As an in in , if of R1 to in . . . . . ou in of is to to in R1 it is to to R2 if we to 巷道式双立柱堆垛机控制系统设计 14 of it is in in we As LC be or or to of so of is in to of LC I/O , of to at to of of be in , be to of of , to , as in . A , PU of of of as is i购买后包含有 咨询 摘要 在现代的物流仓储系统中，自动化立体仓库应用日益广泛。而堆垛机性能的优劣，对整个立体库的正常运行起着重要的作用。 本文主要内容通过对堆垛机作业流程的分析，提出了立体仓库电气控制系统的总体设计方案。利用工业控制计算机作为调度、管理、监控主机，利用可编程逻辑控制器 (为堆垛机的运动控制器件，根据系统需要进行了 块、电机及电机驱动器的选型，并给出了系统供电原理图以及部分设备接线图。 本文详细阐述了本控制系统的设计思想，以及整个系统的硬件实现和软件设计。本文首先对自动化立体仓库系统做了系统的介绍。 根据本设计的实际需求，堆垛机为立体仓库系统的主要作业机械，担负着出入库的重要任务。通过对堆垛机作业流程的分析，提出了自动化立体仓库系统的总体控制方案。本系统利用计算机作为监控主机，采用可编程逻辑控制器 为堆垛机运行的控制器件。采用激光测距技术和变频调速技术相结合的方式实现对堆垛机运行的高精度的定位控制和速度控制。在软件设计方，本系统釆用模块化的程序设计方法，利用西门子公司的编程软件 制 序，使本系统实现货物出入库的自动和手动控制。对自动化立体仓库系统的 序 设计，进行模块化程序设计 及 I/ 关键词： 堆垛机； 气控制购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 I n is of of an in by of s of as of as of to of on LC of of of of of is to of of of of as a LC as of of In LC of on ;买后包含有 咨询 录 摘要 . I . 绪论 . 1 计的背景及国内外设计现状 . 1 计背景 . 1 垛机系统在国内外的设计现状 . 1 课题设计目的及设计意义 . 2 . 2 . 3 2 堆垛机系统的方案设计 . 4 动化立体仓库系统概述 . 4 垛机的分类 . 4 垛机的组成 . 4 垛机作业流程分析 . 6 . 7 3自动化立体仓库控制系统设计 . 9 介 . 9 . 9 件选型 . 9 . 9 . 12 . 9 . 12 控系统总体结构 . 12 垛机运行系统的位置控制 . 14 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 认址方式选择 . 14 . 16 感器选型 . 17 电开关 . 199 垛机运行系统的速度控制 . 199 . 20 . 20 . 21 测传感器的选择 . 22 . 22 . 23 垛机的定位控制方案 . 24 4 . 25 工作原理 . 25 编程软件和编程语言 . 25 . 25 . 26 动化立体仓库系统的 序设计 . 26 . 26 能划分及主要模块流程图 . 27 . 28 动方式下的堆垛机运行控制 . 32 . 33 . 35 . 36 5结论 . 39 购买后包含有 咨询 谢 . 40 参考文献 . 41 附录 . 41 附录 . 41 1 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。 计背景 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设计现状 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，巷道式双立柱堆垛机控制系统设计 2 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。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。 课题设计目的及设计意义 综合运用调控速度、 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。本论文将基 于未来立体仓库发展的要求，立足于工作循环周期短、换速平稳、停准精确，结合现代计算机技术、通信技术、自动控制等技术，着重研究立体仓库堆垛机行走系统的自动寻址、精确定位、速度调节及控制。论文包括了以下主要内容：配合使用较为成熟的中低档型 7- 200，使整个堆垛机的控制即在性能上满足设计要求，又符合企业低造价的要求。 (1)根据立体仓库的控制要求与相关参数，从可靠性、停准精度、系统成本等方面出发，得出适应大型立体仓库的电控系统结构。 (2)对堆垛机在水平方向与垂直方向上运行时进行速度控制，对巷道式堆垛 机的调速，改善堆垛机的动态性能。并在应用新的定位方式的基础上，采用闭环速度控制方案，并解决新方案中的硬件配置问题。 (3)编制 序并调试。 (4)在监控系统中，组态软件监控界面的建立，实时反映执行机构的运行情况及货位的存储情况，对执行机构实时控制。 (1)通过对堆垛机现有，构建交流变频调速控制系统； (2)在堆垛机的位置检测方面，综合通用旋转编码器、 及利用 的高速计数器単元，来实现对子堆垛机位置的精确控制； (3)根据堆垛机的实际工作情況，对 制系统进行设计。运用流程图法，建立各 3 运动阶段的流程图，编制出控制程序，使 制系统更加完善，更好地控制整个系统的运行。 随着我国国民经济的飞速发展，企业的生产规模的不断扩大，企业对科学化、现代化物流管理和合理利用土地资源的意识不断增强，物资存储、运送、管理技术水平不断提高，对自动化立体仓库的需求量越来越大，对其各方面功能、性能的要求也越来越高。因此，自动化立体仓库的使用能够产生巨大的社会效益和经济效益： （ 1）使用高层货架存储货物，存储区域能够大幅度地向高空扩展，大大提高了空间的利用率。采用这种存储方式具有便于防止货物的 错失，潮湿等优点。 （ 2）货物的自动存取采用机械和自动化设备，避免了人工搬运，降低了操作人员的劳动强度，且运行和处理速度较快，提高了劳动生成率。 （ 3）采用计算机控制对货物储运过程信息进行存储和管理，避免了人工操作在货物处理和信息处理过程中可能引起的差错。同时计算机管理还便于清点盘库，有效地利用了仓库存储能力，进而提高了仓库的管理水平。采用这种方式货物的存储和管理及时准确，便于领导根据仓储信息和市场情况调整企业生产计划，提高了企业的生产应变能力和决策能力。 巷道式双立柱堆垛机控制系统设计 4 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，分别从堆垛机的作业流程分析、系统总体控制结构。 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。 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 2示 )。 (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 5 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：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 4048m/ 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 810m/的可达 30m/右，但通常需调速控制，调速范围为： 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。 巷道式双立柱堆垛机控制系统设计 6 (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意。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 2堆垛机结构图 本系统采用的双立柱直线型堆垛机由机架、运行机构、载货台、导轨等组成，其主要 7 功能是按照控制器发出的控制指令的要求向高层货架进行自动货物存取作业。堆垛机的运行机构由水平运行的行走机构（ X 轴）、垂直运行的起升机构（ Z 轴）和取送货物的货叉机构（ Y 轴）组成。仓库系统的输入信号可以分为两部分：一是来自操作面板上的控制按钮或来自上机位的命令，包括启动按钮、停止按钮、自动 /手动装换开关 、左右运行按钮、上下运行按钮、伸出和缩回按钮：另一部分是所有货位的货物存在检测开关以及各个方位的限位开关，限位开关包括：上下限位、左右限位、伸出和缩回限位。自动化立体仓库作业的入货口与出货口为同一位置，称为零位平台。立体仓库系统运行时，堆垛机停在零位平台处，接收到来自 货位号和存货或取货的操作命令后水平运行机构开始运行，延水平方向运行到接收的货位号所在列的位置，同时垂直方向起升至接收货位号所在行的位置，然后通过货叉机构的伸缩，完成货物的存取操作。当堆垛机进行入库作业时，控制系统监测到零位平台存有货物， 并且接收到的是存货命令，且检测接收到的货位号处无货物时，控制系统启动堆垛机，堆垛机运行将零位平台上的货物存放到指定货位上，当堆垛机进行出库作业时：控制系统检测到零位平台无货物，并接收到的是取货命令，且检测接收到的货位号处有货物时，系统启动堆垛机，堆垛机运行将指定货位上的货物取出存放到零位平台处；等待下一运行指令，这样保证了它的工作参考原点。 本仓库长 60 米，宽 15 米，可利用高度为 5 米，本系统共设计三条巷道 ,每条巷道分左右两排货架，每排货架为 15， 80 列。每个巷道内有 一台堆垛机对巷道左右两侧的货架进行作业，堆垛机在巷道中只能做直线运行。当采用平库方式存储纸箱白酒时，一般分 6 层上下堆放，现采用立体仓库存储方式，将纵向存放量扩大到了 15 层。仓库的总体存储量提高 50%以上。同时，自动化控制技术在仓储作业中的应用能够减少人工搬运，提高劳动生产率。 根据自动化立体仓库的控制要求，从可靠性、高效性、精度等方面出发，设计自动化立体仓库的控制系统结构。本自动化立体仓库系统的三条巷道，由一台计算机作为监控机，通过可编程控制器 时控制与监控三条巷道中堆垛机的存取作业。监控计算机与地面控制柜 间的通讯通过 点通信的网络形式实现。用户在监控计算机上输入操作指令，计算机将指令传达到对应的机载控制柜中的 1#、 2#或 3#的 收到作业指令的机载控制柜 根据指令进行货物的存取作业。在此同时机载控制柜将其堆垛机的运行状态上传回监控计算机实现监控系统对堆垛机运行状态的监控。堆垛机控制系统的网络图如图 2示。 巷道式双立柱堆垛机控制系统设计 8 自动化立体仓库系统采可编程控制器 存储设备堆垛机进行控，并与上位机通讯实现实时监控。对于堆垛机三维方向上的运行机构的 控制信号、限位开关以及货物检测信息等作为输入信号输入到 过程序运算和逻辑处，输出相应的操作控制信号，驱动电机从而实现对堆垛机的运行控制，完成货物从零位平台到指定货位的自动存取操作。每个巷道中的堆垛机由一个可编程控制器 制其运行，这个 于机载柜中。 如图 2示。 图 2垛机控制系统网络图 2统拓扑结构图 2he 9 3自动化立体仓库控制系统设计 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，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。 of LC 由于 集成 24 输入 /16 输出不能满 足设计的要求，所以又选用了展模块和 展模块，正好满足设计的需要。所选模块型号如表 3示。 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 3统的基本结构 电源 巷道式双立柱堆垛机控制系统设计 10 表 3展模块选型表 -2 列号 类别 描述 选型型号 数量 入扩展模块 入 /输出扩展模块 为方便系统施工时的硬件连接，方便上位机查询 、修改系统的输入 /输出点状态，在系统程序编写前，需对系统的输入输出点进行合理的规划分配。分配 I/O 点时，应注意系统公共点的带载能力，以免烧毁设备。在进行 I/O 分配时，将相同设备、相似功能的输入输出点集中在一起，即便于线路连接、记忆，又便于上位机查询系统的工作状态及设备的位置。 堆垛机控制系统采用的 共使用了所有的 24 个输入点和 11
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