自动化立体仓库系统

摘摘 要要 自动化立体仓库系统 Automated Storage and Retrieval System shorted for AS RS 是现代物流系统的一个重要组成部分 广泛应用于各行各业中 目前 它已经成为企业生产和管理信息化的标志之一 本文在立体仓库的规划设计方面 提供了利用仿真辅助设计的方法 对提高立体仓库作业的效率 合理配置立体仓 库的物流设备 以及检验整个流程设计的合理性有着很大的实际应用价值 本文内容分为以下四个部分 第一部分是立体仓库的构成特点和功能 还有立体仓库的设计原则和步骤 是以下几个部分的研究基础 这部分内容主要体现在第 1 章 第一部分是对 PLC 的介绍 主要体现在第 2 章 第三部分是立体仓库的设计阶层 阐述了自动化立 体仓库的仿真与建模理论 介绍了基于三菱 PLC 所设计的立体仓库的功能及控制 原理 主要体现在第 3 章 第四部分是步进电机及其驱动器 介绍了步进电机的 选型和其驱动器的工作原理及其型号 主要体现在第 4 章 此次设计的效果可以改变参数输入 通过模拟生产情况及波动对系统造成的 冲击 从而避免了在理想化状态下系统设计所无法预料的各种因素 对系统的堵 塞有着形象和直观的解决方案 总之 立体仓库因其较小的占地面较佳空间利用率 应用正逐渐普及 为满 足现代化生产和流通的需要 就必须采取以计算机控制主要手段的自动化立体仓 库 关键词关键词 立体仓库 PLC 物流 Abstract AS RS Automated Storage and Retrieval System shorted for AS RS is an important part of modern material flow system and is widely applied to every walk of life Presently it has become one of the signs in enterprise production automation and management information This article puts forward the way to design and layout AS RS assisted by computer simulation and it has very great practical application value to improve the operation efficient of the stereoscopic warehouse to distribute the logistics equipments of that warehouse rationally and to test the whole design of the Material flow and Information flow The content of the article is composed of the follow four parts The first part which is the basis of the study concludes the statement of the structure of AS RS the characteristic of AS RS the function of the AS RS and the principle and step of design The first part is explained in the chapter one The second part which is the introduced of PLC The second part is explained in the chapter two The third part which is the study of theory of design of AS RS expatiates on the theory of simulation and modeling introduces the objects and modeling and introduces the functions of the AS RS which design of PLC The third part is explained in the chapter three The fourth part is introduces of stepper motor and actuator about type and Principle The fourth part is explained in the chapter four We can alse see the place where the block and bottle neck have taken place and state how they develop reflecting by the system of simulation By changing the input of the parameters and simulating the process of production and the impulsion of system arosed by flactuation we can avoid various unforeseen factors of system design in the state of idealization have visual and intuitionistic solving way for the block of the system In conclusion The application of automatic warehouse with less floor space and better space utilization ratio has been popularizing gradually To meet the requirement of the modern production and negotiation it should use the warehouse with the computer control technology Key Words AS RS PLC Logistics 目目 录录 引引 言言 第第 1 章章概述概述 1 1 自动化立体仓库的发展情况概述 1 2 自动化立体仓库的发展过程及其发展趋势 第第 2 章章可编程控制器的介绍可编程控制器的介绍 2 1 PLC 的功能简述 2 2 PLC 的优势 2 3 PLC 的分类 2 4 PLC 的选型 25 三菱 FX 系列 PLC 简介 2 5 1 FX2 FX2C 系列 PLC 2 5 2 FX2N 系列 PLC 第第 3 章章立体仓库的设计立体仓库的设计 3 1 立体仓库的系统功能及特点 3 2 立体仓库的设计原则及设计过程 3 3 立体仓库的基本组成 3 4 立体仓库的控制系统的设计 3 4 1 O 分配与功能 3 4 2 控制系统设计 3 4 3 直流电机的控制 3 4 4 译码器与 LED 显示器 第第 4 章章步进电机及其驱动器步进电机及其驱动器 4 1 步进电机驱动器 4 2 步进电机 4 2 1 步进电机选型 4 2 2 步进电机控制 4 3 步进电机转速和转向的检测 第第 5 章章结论结论 参考文献参考文献 致谢致谢 附录附录 A 附录附录 B 附录附录 C 插图清单插图清单 表格清单表格清单 引引 言言 随着经济的发展和技术的进步 企业物资仓储的手段在不断地改善 自动 化立体仓库己成为当今企业发展的强劲趋势 近年来 随着物流内涵的不断扩展 物流管理手段 技术都在不断地改善 和提高 缩短物流时间 节省物流费用 提高物流效率 使物流组织合理化是经 济发达国家物流发展的共同特征 为了实现物流对国民经济发展的支持目标 各 国政府在物流活动的各个环节投入巨额资金 以便扩大基础设施规模 提高基础 设施质量 使物流业水平不断提高 目前已拥有了现代化的物流业基础设施 为适应我国经济的快速增长的势头 自动化立体仓库起到不可磨灭的作用 此次设计用 PLC 作为控制机灵活 方便也就是为了适应其步伐 随着国民经济持 续快速发展 我国物流也呈现出快速增长的势头 国民经济发展对物流的依赖程 度越来越高 物流增加值增长继续快于服务业的发展速度 现代物流已经成为加 快发展第三产业 推动经济结构调整的必不可少的重要措施 另一方面 由于我 国物流刚刚摆脱计划经济体制的束缚 目前还没有形成一个比较完整的体系 另 外 我国物流企业与物流组织的总体水平低 设备陈旧 损失率大 效率低 运 输能力严重不足 效率偏低 制约了物流的发展 因此 从总体来说 我国的物 流的发展仍处于起步阶段 现代科技的发展对立体仓库的要求也越来越高了主要体现在几个方面 l 自动化程度不断提高 近年来采用可编程控制器 PLC 和微机控制搬运设备的仓 库和采用计算机管理与 PLC 联网控制的全自动化仓库在全部立体仓库中的比重不 断增加 在生产企业 自动化仓库作为全计算机集成制造系统 CIMS 的一部分与 全厂计算机系统联网的应用也日益增多 成为今后的趋势 2 大型自动化仓库系 统己不再是发展方向 为了适应工业发展的新形势 出现了规模更小 反应速度 更快 用途更广的自动化仓库系统 它结合先进的控制技术 应用到分段输送和 按预定线路输送方面 保持了高度的柔性和高生产率 满足了工业库搬运的需要 3 应用领域日趋广泛 从制造工厂 商场 机场 港口 军需部门到地下室冷库 等各行各业均有采用 仓库存储货物品种类也日益多样化 除了大多数仍是制成 品外 储存品种越来越多 大到 6m 以上 重 4 至 10t 的钢板 钢管等长 大件 小到电子原器件的立体仓库 还有专门用作汽车存储的立体仓库等均己出现 4 提高仓库运转的可靠性与安全性 在仓库自动控制与信息传输中采用高可靠性的 硬 软件 增强抗干扰能力 国外自动化仓库这方面发展的一个方向是普遍采用 扫描技术 提高信息的传输速度和准确性 采用射频数据通信技术 数据的采集 处理和交换能够在搬运工具与中央计算机之间快速进行 使货物的存取和发送信 息做到快速 实时 可靠和准确 本次设计既着眼与未来又考虑到现在 通过 PLC 对步进电机及直流电机的 控制实现了各个方向的进给 步进电机有其专门的驱动器来驱动 通过人机界面 可以模拟控制同时也可以遥控 第第 1 章章 绪绪 论论 1 1 立体仓库的发展情况概述 自动化立体仓库作为现代化物流的重要组成部分 具有提高仓储自动化水平 及管理水平 提高物流效率等诸多优点 是一种多层存放货物的高架仓库系统 主要由多排高层货架 巷道 若干台巷道堆垛机 出入库输送设备 自动控制与 管理系统所组成 巷道堆垛机及出入库辅助设备能够在计算机管理下 自动完成 货物的出入库作业 对货物进行自动化管理 实施综合库房管理并与上级管 理系统联网 实现管理现代化 是企业实现现代化管理的重要手段 1 2 自动化立体仓库的发展过程及其发展趋势 立体仓库的产生和发展是第二次世界大战之后生产和技术发展的结果 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 国和欧洲得到迅速发展 并形成了专门的学科 60 年代中期 日本开始兴建立体 仓库 并且发展速度越来越快 成为当今世界上拥有自动化立体仓库最多的国家 之一 总结其过程 到现在大致经历了四代的发展 并逐步向第五代过渡 1 20 世纪 60 年代产生的第一代机械式立体仓库系统 Mechanical High rise Warehouse System 中 操作人员可通过一些电器按钮和开关来控制一些机械设备 进行入 出库作业 实现了搬运的机械化 2 到了 70 年代末期 随着可编程控制器 PLC 自动存取 AS RS Automatic Storage and Retrieval System 自动导向小车 AGVS Automatic Guided Vehicles 条形 码阅读器 Bar code Scanner 等设备在立体仓库中的应用 第二代自动化仓库系统 Automated High rise Warehouse System 实现了控制自动化 3 到上世纪 80 年代末 计算机技术的异军突起及其在自动化仓库系统中的 成功应用 导致了第三代集成化立体仓库系统 Integrated High rise Warehouse System 的诞生 形成了由管理级 监控级 控制级组成的三级分布式控制结构 上位管理机协调控制整个仓库系统的出 入库作业和库存管理 并且与上位工厂 计算机信息管理网相联结 实现管理微机化 4 进入 90 年代 出现了第四代智能型立体仓库系统 Intelligent High rise Warehouse System 该类仓库系统不仅实现了对出 入库任务和仓库信息的全自 动处理 而且还可根据生产计划报表分析 制定出所需材料与劳动力 并依据物 资的现有库存量提出外购建议 当某些物资库存量不能满足生产需要时 系统还 可根据现有在库物资适当修改生产计划 并上报工厂相关部门 诸如此类人工智 能己逐步溶入了立体仓库系统中 5 此外 随着电子数据交换 EDI Electronic Data Interchange 技术的日臻完 善 目前 自动化仓库系统逐步向第五代 3I Intelligent Integrated Information 仓库系统过渡 总之 随着经济的发展和技术的进步 企业物资仓储的手段在不断地改善 自动化立体仓库己成为当今企业发展的强劲趋势 未来自动化立体仓库的发展趋 势主要表现为 l 自动化程度不断提高 近年来采用可编程控制器 PLC 和微机控制搬运设 备的仓库和采用计算机管理与 PLC 联网控制的全自动化仓库在全部立体仓库中的 比重不断增加 日本 1991 年投产的 1628 座自动化仓库中 64 是计算机管理和 控制的全自动化仓库 而人工操纵的一座都没有 在生产企业 自动化仓库作为 全计算机集成制造系统 CIMS 的一部分与全厂计算机系统联网的应用也日益增多 成为今后的趋势 2 大型自动化仓库系统己不再是发展方向 美国 Hallmark 公司安装的多达 120 个巷道的系统己达到了顶峰 甚至 10 至 20 个巷道的系统也经常不是首选 为了适应工业发展的新形势 出现了规模更小 反应速度更快 用途更广的自动 化仓库系统 它结合先进的控制技术 应用到分段输送和按预定线路输送方面 保持了高度的柔性和高生产率 满足了工业库搬运的需要 3 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 min 运行速度达到 240m min 货叉伸缩速度达 到 30m min 在有的高度较大的立体仓库中 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能力 4 应用领域日趋广泛 从制造工厂 商场 机场 港口 军需部门到地下室 冷库等各行各业均有采用 仓库存储货物品种类也日益多样化 除了大多数仍是 制成品外 储存品种越来越多 大到 6m 以上 重 4 至 10t 的钢板 钢管等长 大件 小到电子原器件的立体仓库 还有专门用作汽车存储的立体仓库等均己出 现 5 提高仓库运转的可靠性与安全性 在仓库自动控制与信息传输中采用高可 靠性的硬 软件 增强抗干扰能力 国外自动化仓库这方面发展的一个方向是普 遍采用扫描技术 提高信息的传输速度和准确性 采用射频数据通信技术 数据 的采集 处理和交换能够在搬运工具与中央计算机之间快速进行 使货物的存取 和发送信息做到快速 实时 可靠和准确 在仓库安全性方面 采用自动消防系 统 货架涂刷耐火涂层 开发新的更可靠的检测与认址器件 6 在拣选作业自动化方面 各国正加紧研究开发可供实用的拣选自动化设备 和系统 但尚未真正达到能可靠实用阶段 目前提高拣选作业自动化程度的途径 仍只限于计算机指导拣选 包括优选作业路线 自动认址 提示挑选品种和数量 等等 而拣选动作大多仍由人工完成 第第 2 章可编程控制器的介绍章可编程控制器的介绍 可编程控制器 Programmable Controller 是计算机家族中的一员 是为工业控 制应用而设计制造的 早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器 Programmable Logic Controller 简称 PLC 它主要用来代替继电器实现逻辑控制 随着技术的 发展 这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围 因此 今天这种装置称 作可编程控制器 简称 PC 但是为了避免与个人计算机 Personal Computer 的简 称混淆 所以将可编程控制器简称 PLC 国际电工委员会给 PC 作了如下定义 可编程控制器是一种数字运算操作的 电子系统 专为在工业环境应用而设计的 它采用一类可编程的存储器 用于其 内部存储程序 执行逻辑运算 顺序控制 定时 计数与算术操作等面向用户的 指令 并通过数字或模拟式输入输出控制各种类型的机械或生产过程 可编程控 制器及其有关外部设备 都按易于与工业控制系统联成一个整体 易于扩充其功 能的原则设计 2 1 PLC 的功能简述 2 1 1 PLC 的主要特点 1 高可靠性 所有的 I 0 接口电路均采用光电隔离 使工业现场的外电路与 PLC 内部电路 之间电气上隔离 各输入端均采用 R C 滤波器 其滤波时间常数一般 10 20ms 各模块均采用屏蔽措施 以防止辐射干扰 采用性能优良的开关电源 对采用的器件进行严格的筛选 良好的自诊断功能 一旦电源或其他软 硬件发生异常情况 CPU 立即采用 有效措施 以防止故障扩大 大型 PLC 还可以采用由双 CPU 构成冗余系统或有三 CPU 构成表决系统 使 可靠性更进一步提高 2 丰富的 I O 接口模块 PLC 针对不同的工业现场信号 如 交流或直流 开关量或模拟量 电压或电流 脉 冲或电位 强电或弱电等 有相应的 Il0 模块与工业现场的器件或设备 如 按钮 行程开关 接近开关 传感器及变送器 电磁线圈 控制阀等直接连接 另外为了提高操作性能 它还有多种人 机对话的接口模块 为了组成工业局 部网络 它还有多种通讯联网的接口模块 等等 3 采用模块化结构 为了适应各种工业控制需要 除了单元式的小型 PLC 以外 绝大多数 PLC 均采用模块化结构 PLC 的各个部件 包括 CPU 电源 I O 等均采用模块化设 计 由机架及电缆将各模块连接起来 系统的规模和功能可根据用户的需要自行 组合 4 编程简单易学 PLC 的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式 对使用者来说 不需要具备计算机的专门知识 因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握 5 安装简单 维修方便 PLC 不需要专门的机房 可以在各种工业环境下直接运行 使用时只需将现 场的各种设备与 PLC 相应的 I O 端相连接 即可投入运行 各种模块上均有运行 和故障指示装置 便于用户了解运行情况和查找故障 由于采用模块化结构 因此一旦某模块发生故障 用户可以通过更换模块的 方法 使系统迅速恢复运行 2 1 2 基本控制功能 随着自动化技术 计算机技术及网络通信技术的发展 使 PLC 的功能日益 增多 不仅能实现单机控制 而且能实现多机群控制 不仅能实现逻辑控制 还能 实现过程控制 运动控制和数据处理等 其主要功能有 1 基本控制功能 PLC 提供与 或 非等各种逻辑指令 可实现继电器触点的串联 并联和串 并联等各种联结的开关量控制 同时 PLC 提供的定时 计数指令可实现定时 计 数功能 其定时值和计数值可由用户在编程时设定 又可用数字拨盘开关来设定 其值可在线修改 操作十分方便 2 步进控制功能 PLC 提供专门用于步进控制的步进指令 编程使用方便 所谓步进控制 即 多工步控制中 按照一定的顺序分步动作 也就是上一个工序完成后 才开始下 一个动作 3 模拟控制功能 PLC 提供各种智能模块 如模拟输入模块 模拟输出模块 模拟输入输出模 块 热电阻用模拟输入模块 热电偶用模拟输入模块等 通过使用这些模拟输入 输出模块 可实现温度 流量 压力 速度 位移等模拟量的控制 4 定位控制功能 PLC 提供高速计数模块 定位模块 脉冲输出模块等智能模块 以实现各种 要求的定位控制 联等各种联结的开关量控制 同时 PLC 提供的定时 计数指令 可实现定时 计数功能 其定时值和计数值可由用户在编程时设定 又可用数字 拨盘开关来设定 其值可在线修改 操作十分方便 5 网络通信功能 通过 RS232C 接口可与各种 RS232C 设备进行通信 如可与 PC 打印机 条形码读出器等具有 RS232C 接口的外部设备相连 通过 RS422 接口可与数据存储 单元 DU 人机界面 GOT 相连 通过 RS485 通讯适配器和机能扩充板 可用计 算机作主机 PLC 作就地控制机 形成一个 PLC 网络系统 对 PLC 进行集中监 视管理 从而对整个生产线 乃至整个工厂进行监视 6 自诊断功能 PLC 本身具有较强的自诊断功能 保证在 CPU RAM UO 总线等核心硬件 都下沉的情况下 执行用户控制程序 一旦出现故障 立即给出出错信息 并采 取相应的处理措施 为了提高 PLC 的可靠性 在硬件 采用屏蔽 滤波 隔离 电源保护以及模块式结构等措施 在软件上 采取定期进行故障检测 注意对出现 偶发性故障时的信息保护和恢复 加强对程序的校验和死循环的检查以及对程序 和动态数据的电池后备等措施 7 显示监控功能 借助于编程器或数据设定单元 可直观的显示有关部分的运行状态 并可 方便的调整定时器 计数器的设定值 为调试和维护提供方便 2 2 PLC 的优势 PLC 与传统的继电器控制系统相比 具有以下优点 1 用性好 接线简单 通过选配相应的模块便可适用于各种工业控制系统 继 电器控制系统是针对各种控制要求专门设计的 只要控制要求改变 其接线就要 跟着改变 因而专用性强 通用性差 而 PLC 是专为工业控制而设计的 通过选 配相应的模块就可以适应各种不同的工业控制系统 当生产工艺改变或生产设备 更新时 不必更改 PLC 硬件 只要修改用户程序就可以满足控制要求 同一台也 可用于不同的控制系统中 只需要改变程序即可实现不同的控制要求 2 功能强 现代 PLC 使用程序可实现任意复杂的控制功能 PLC 不仅具有逻辑运算和逻 辑控制功能外 还具有模拟量控制 顺序控制 位置控制 高速计数以及网络通 信等功能 这些都是传统的继电器控制系统实现不了或很难实现的 3 可靠性高 PLC 是以面向用户 面向现场的需要而设计的 其大量的开关动作由无触点 的电子电路来完成的 大部分的继电器和复杂的连线都被软件所取代 因而可靠 性高 寿命长 此外在硬件的设计和制造上采用了电磁屏蔽 滤波 光电隔离等 一系列抗干扰措施 在软件上 采用故障检测 信息保护和恢复 设置警戒时钟 加强对程序的检查和校验 对程序和动态数据进行电池后备等措施 进一步提高 其可靠性和抗千扰能力 而在继电器控制系统中 由于使用大量的机械触点 连 线复杂 触点在开闭时易受电弧的损害 因而继电器易受触点寿命和接触不良的 限制 4 接线和编程简单 使用方便 PLC 是一种为适应工业环境而设计的专计算机 其输入输出接口都已做好 使用时可与控制系统的用户设备直接相连 输入接口可与各种开关 按钮 传感 器相连 输出接口具有较强的驱动能力 可以直接与继电器 接触器 电磁阀 驱动器等连接 使用方便 PLC 常用的语言是面向控制的梯形图语言 采用与实 际电路接线图非常相近的图形编程方式 即有传统继电器控制线路的清晰直观 有兼顾大多数电气技术员的读图习惯 易学易懂并且程序改变也很容易 方便灵 活 而用继电器控制完成一项工和时 必须首先按工艺要求画出电气原理图 然 后再画出继电器控制柜的布置和接线图 其设计 安装 装配 接线和试验等工 作所需时间较长 若以后要修改十分不便 2 3 PLC 的分类 PLC 的品种繁多 各种型号 规格和性能各不相同 因此 PLC 的分类一般 按以下两种 1 按照结构形式来分 1 整体式 整体式又叫单元式 它将 PLC 的 CPU 板 输入板 输出板 电源板都集中 在一个箱状机壳中 形成一个整体 这种结构的 PLC 具有体积小 重量轻 结构 紧凑 成本低 安装方便等优点 小型的 PLC 一般采用整体式机构 整体式 PLC 由不同输入 输出 I O 点数的基本单元和扩展单元组成 2 模块式 模块式 PLC 将 CPU 输入 输出 电源等各个单元做成独立的 尺寸统一 的模块 使用时 通过机架将它们组合起来 因此模块式 PLC 又称积木式 PLC 2 按 I o 点数和存储器容量来分 l 小型 PLC 小型 PLC 的 I O 点数一般在 128 点以下 其特点是体积小 结构紧凑 整 个硬件融为一体 除了开关量 I O 以外 还可以连接模拟量 I O 以及其他各种特 殊功能模块 它能执行包括逻辑运算 计时 计数 算术运算 数据处理和传送 通讯联网以及各种应用指令 2 中型 PLC 中型 PLC 采用模块化结构 其 I O 点数一般在 256 1024 点之间 1 O 的处 理方式除了采用一般 PLC 通用的扫描处理方式外 还能采用直接处理方式 即在 扫描用户程序的过程中 直接读输入 刷新输出 它能联接各种特殊功能模块 通讯联网功能更强 指令系统更丰富 内存容量更大 扫描速度更快 3 大型 PLC 一般 I O 点数在 1024 点以上的称为大型 PLC 大型 PLC 的软 硬件功能极 强 民有极强的自诊断功能 通讯联网功能强 有各种通讯联网的模块 可以构 成三级通讯网 实现工厂生产管理自动化 大型 PLC 还可以采用三 CPU 构成表 决式系统 使机器的可靠性更高 2 4 PLC 的选型 随着工业的发展 PLC 在工业上应用越来越广泛 PLC 的产品种类也越来 越多 PLC 的技术也日益完善 美国 日本 德国等国家以及国内各厂家开发和 生产的 PLC 七品的种类已有几十个系列 上百个型号 各种 PLC 产品的结构 性能 指令系统 使用范围也各有不同 因此合理的选用 PLC 产品对该课题有着 重要的意义 在 PLC 产品的选择上 有以下几个方面应注意 1 机型的选择 由于本机组工艺过程固定 环境较好 控制相对简单 可选用整体式 PLC 由于立体仓库的控制点数不多 选用小型机即可满足控制要求 PLC 的特点之一是使用灵活 在被控设备的工艺过程改变时 只需修改程序 就指满足新的控制要求 2 容量的选择 容量的选择指储存器的容量和 I O 点数的选择 在选择上应适当的留有一定 富余以作备用 在容量上一般按实际需要的 25 考虑裕量 在 I O 点数上一般按 实际需要的 10 15 考虑裕量 3 1 O 模块的选择 I 0 模块的选取包括输入模块和输出模块的选取 输入模块的作用是采集和接受现场各检测和控制信号 选择应注意允许电 压和输入隔离等 输出模块用来控制各种执行机构和各种指示灯 数字显示器和报警装置 选 择是应注意输出方式 输出电流等等 2 5 三菱 FX 系列 PLC 简介 FX 系列 PLC 是继 F1 F2 系列之后 三菱公司新推出的小型 超小型 机 主要 有 FXOS FXON FX2 FX2C 等几种机型 FX 系列 PLC 是整体式结构的可编程序控制器 它的基本单元由电源 CPU 存储器和输入 输出组成 PLC 电源和输入形式的组合方式主要有 AC 电源 DC 输入型 AC 电源 AC 输入型 DC 电源 DC 输入型三种 输出方式有继电器输出 晶体管输出 可控 硅输出三种 FX 系列 PLC 配有许多扩展单元和扩展模块 这些单元 模块与基本单元连 接配合使用 可方便地增加 PLC 的输入点数或输出点数 以改变系统的输入 输 出点数的比例 满足实际控制要求 FX 系列 PLC 还配有许多特殊单元 特殊模块 这些单元 模块与基本单元 连接配合使用后 PLC 可实现模拟控制 定位控制 高速计数 数字通信等功能 FX 系列 PLC 的基本单元可独立工作构成控制系统 而扩展单元 扩展模块 特殊单元 特殊模块需要与基本连接使命使用 不能单独构成系统 三菱 FX 系列 PLC 通用性能 见表 2 1 表 2 1 三菱 FX 系列 PLC 通用性能 环境温度0 55 度 使用时 22 70 度 贮藏时 环境湿度35 85 RH 不结露 使用时 抗振 JIS C0911 标准 10 55Hz 0 5mm 最大 2g 3 轴方向各 2 小时 但用 DIN 导轨安装时 0 5g 抗冲击JIS C0912 标准 10g 3 轴方向各 3 次 抗噪声干扰用噪声仿真器产生电压为 1000v 脉冲宽度为 1 s 频率为 30 100Hz 的噪声 耐压AC 1500VI min所有端子与地之间 绝缘电阻5M 以上 DC550V 兆欧表 所有端子与地之间 接地第三种接地 不能接地时也可浮空 使用环境无腐蚀性气体 无尘埃 2 5 1 FX2 FX2C 系列 PLC FX2 系列 PLC 是小型机 它的基本单元 I 0 点数为 16 128 点 在基本单元 上连接扩展单元 扩展模块后 I O 点数最大可达 256 点 该系列机型具有容量 大 用户程序容量可达 8K 步 运行速度快 0 48 a S 基本指令 指令功能完善等 特点 为了能实现一些特殊功能 FX2 系列 PLC 配有许多特殊单元和特殊模块 例 如 在基本单元上连接 F2 6A E 模拟量单元 F2 32RM 可编程凸轮控制器 F2 30GM 位置控制单元等特殊模块后 PLC 可实现模拟量控制 凸轮控制 位置控 制等功能 此外 FX2 系列 PLC 在数据通信功能方面也比较强 它配有各种特殊功能 适配器 例如 使用 FX2 40AP 光纤通信 和 FX2 40AW 双绞线通信 适配器 可 实现 PLC 与 PLC 之间的数据通信 FX 232AW 协议通信 FX 232ADP 无协议 通信 适配器 可实现 PLC 与上位计算机的通信 FX 484ADP 通信模块 不仅可 实现 PLC 与上位计算机的通信 还能实现 PLC 与打印机 条形码读出器等各种 有 RS232C 端口的设备的连接 而使用 FX 16NP NT 网络接口单元 可实现 FX2 系列 PLC 与 A 系列 PLC 以及其他三菱产品之间的网络通信 2 5 2 FX2N 系列 PLC FXZN 系列 PLC 是超小型机 I O 点数最大可扩展到 256 点 它有内置 8K 步的 RAM 使用存储卡盒后 最大容量可扩大到 16K 步 编程指令达 327 条 PLC 运行时 对一条基本指令的处理时间只要 0 08uS 它不仅能完成逻辑控制 顺序控制 模拟量控制 位置控制 高速计数等功能 还能做数据检索 数据排 列 三角函数运算 平方根以及浮点数运算 PID 运算等更为复杂的数据处理 所以 FX2N 系列 PLC 具有容量大 运行速度快 指令功能完善等特点 在 FX2N 系列 PLC 基本单元上 可连接扩展单元 扩展模块以及各种功能 的特殊单元 特殊模块 还可在基本单元左侧接口上 连接一台功能扩展板 完 成 FX2N 系列 PLC 与各种外部设备的通信 实现模拟量设定功能 通过功能扩展 模板还可将 FXON 系列适配器与 FX2N 基本单元连接 增强 PLC 与外部设备的 通信功能 FX 系列 PLC 各系列机型性能及配置可参看表 2 2 表 2 2 FX 系列 PLC 各系列机型性能及配置 项目FX2CFX2FX2N 最大 I O 点数256 256256 基本单 元 I O 点 数 31 种 16 24 32 48 64 80 128 4 种 64 96 128 160 17 种 16 32 48 64 80 128 扩展单 元 5 种55 种 机型 扩展模 块 22 种227 种 基本基本 顺控 指令 20 条 步进指令 2 条指令 应用95 种 228 条128 种 298 条 程序 容量 存储形 式内附 2000 步 EEPROM 可装 EEPROM EPROM 存储卡盒 8000 步 EEPROM 可装 EEPROM EPROM 存储卡盒 处理 速度 基 本 指 令 0 48 S 步0 08 S 步 一 般 用 500 点 M0 M499 锁存用 1036 点 M500 M1535 2572 点 M500 M3071 辅助继电 器 特殊用256 点 M8000 M8255 初始化 用 10 点 S0 S9 一般用490 点 S10 S499500 点 S0 S499 锁存用400 点 S500 S899 状态继电 器 报警用100 点 S900 S999 100ms200 点 T0 T199 10ms46 点 T200 T245 1ms4 点 T246 T2494 点 T246 T249 积 算 定时器 100ms 积算 6 点 T250 T255 一般 用 100 点 16 位 C0 C99增计数 锁存 用 100 点 16 位 C100 C199 一般 用 20 点 32 位 C200 C219加 减 锁存 用 15 点 32 位 C220 C234 一相100KHz 3 点 7 KHz 3 点 60 KHz 2 点 10 KHz 4 点 32 位增减 计数 计数器 高速用 两相2 KHz 2 点30KHz 2 点 5 KHz 1 点 综合以上分析 再结合实际用到的 I O 点数 输入点数 22 点 输出点数 16 点 决定选用一个型号为 FX2N 128MT 的 PLC 作为基本器件 三菱 FX2N 系列 PLC 电源规格见表 2 3 表 2 3 三菱 FX2N 系列 PLC 电源规格 项目 机种 电源电压允许瞬 时 断电时 间 电源熔 丝 消耗功率传感器 电源 FX2N 16M35VA FX2N 32M FX2N 32E 250v 315A 3A 5 20 mm 40VA 32E35VA DC24V 250mA 以下 FX2N 48M FX2N 48E 50VA 48E 45VA FX2N 64M60VA FX2N 80M70VA AC 电 源 FX2N 基本 扩展 单元 FX2N 128M AC100v 24 0v 10 15 50 60HZ 瞬时 断电 时间 在 10 S 继续 工作 250V 5A 5 20m m 100VA DC24V 460mA 以下 第第 3 章章立体仓库控制系统立体仓库控制系统 该立体库是一座现代化自动化立体库 体库主要由底盘 四层十二仓位库体 传动机械及电气控制等四个部分组成传动机械部分采用滚珠丝杠 滑轨 普通丝 杠等机械元件组成 电气控制采用步进电机 直流电机作为拖动元件 由型可编 程序控制器 PLC 步进电机驱动器模块 开关电源 位置传感器等器件组成 并设有手动和自动两种控制方式 立体仓库通过传感器信号采集 PLC 编程 实 现对步进电机及直流电机的位置控制 速度控制及时序逻辑控制等功能 3 1 立体仓库系统功能与特点 1 系统功能 自动化仓库的功能一般包括存货 取货和信息查询等 1 存货是将卸下的货物存放到自动化系统规定的位置 一般是存放到高层货架 上 存货之前首先要确认存货的位置 某些情况下可以采取分区固定存放的原则 即按货物的种类 大小和包装形式等实行分区分位存放 随着移动货架和自动识 别技术的发展 已经可以做到随意存放 既能提高仓库的利用率 又可以节约存 取时间 存货作业一般通过各种装卸机械完成 系统对保存的货物还可以定期盘 查 控制保管环境 减少货物受到的损伤 2 取货是指根据需求情况从库房取出所需的货物 可以有不同的取货原则 通 常采用的是先入先出 FIFO 方式 即在出库时 先存入的货物先被取出 某些自 动化仓库来说 必须能够随时存取任意货位的货物 这种存取要求搬运设备和地 点能频繁更换 这就需要有一套科学和规范的作业方式 3 信息查询是指能随时查询仓库的有关信息 可以查询库存信息 作业信息以 及其他相关信息 这种查询可以在仓库范围内进行 有的可以在其他部门或分厂 进行 2 系统特点 历史和现实已充分证明 使用自动化立体仓库能够产生巨大的社会效益和经 济效益 立体仓库系统具有以下几方面特点 1 采用高层货架存储提高了空间利用率及货物管理质量 由于使用高层货架 存储货物 存储区可以大幅度地向高空发展 充分利用仓库地面和空间 因此节 省了库存占地面积 提高了空间利用率 目前世界上最高的立体仓库高度己达 50m 立体仓库单位面积的储存量可达 7 5 t m 是普通仓库的 5 倍 10 倍 2 自动存取 提高了劳动生产 降低劳动强度 AS RS 使用机械和自动化设备 运行和处理速度快 提高了劳动生产率 降低操作人员的劳动强度 同时 能方 便地纳入企业的物流系统 使企业物流更趋合理化 3 科学储备 提高物料调节水平 加快储备资金周转 由于自动化仓库采用计 算机控制 对各种信息进行存储和管理 能减少货物处理和信息处理过程中的差 错 而利用人工管理不能做到这一点 同是地借助于计算机管理还能有效地利用 仓库储存能力 便于清点和盘库 合理减少库存 加快储备资金周转 节约流动 资金 从而提高仓库的管理水平 如某汽车厂的仓库 在采用自动化仓库后 库 存物资金额比过支降低了 50 节约资金数百万元 4 有效地衔接生产与库存 加快物资周转 降低成本 作为生产过程的中间环 节 它应具有原材料 在制品和成品的缓冲存储功能 在自动化和机械化设备处 理下 自动化程度提高 各种物料库存周期缩短 从而降低了总成本 对不同运 输方式 如 输送线运输 小车运输 悬挂运输等 不同装运方式 如 集装 散装 原包装等 不同状态的物料 如 块状 粉末状 液体等 衔接 改变运输方式 改 变装运方式和采用有效的技术 都会带来费用的降低 5 适当加工 衔接产需 合理利用资源 提高效益 许多仓库或多或少地承担 一些加工任务 如为存储进行组装 出货前的包装等 它可以提高原材料利用率 方便用户 提高加工效率和设备利用率 充分发挥各种输送手段的最高效率 通 过存储环节 能把生产与需要有机地结合起来 减少生产的盲目性 充分利用己 有的资源 因此 提高了对市场变化的反应能力 减少损失 易于在激烈的市场 竞争中获胜 6 为企业的生产指挥和决策提供有效的依据 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 减少了浪费 保证均衡生产 3 2 立体仓库系统的设计原则与设计过程 1 设计原则 自动化立体仓库系统是一个分层分布式计算机控制系统 Hierarchical Distributed Computer System 一般分为管理级 监控级 控制级和 设备级 系统的主体是高层货架 巷道式堆垛机和计算机系统 高层货架类似于人工仓库系统 然而 由于堆垛机必须在不损伤设备的情况 下能准确地定位进行货物存取 货位安排更紧凑 尤其重要的是 稳固的基础是 高层货架安全和精确的保证 实践证明 遵循一定的设计原则会大大地提高工作 效率和产生最佳的生产效益 1 明确设计目标 在设计过程中 必须始终牢记设计目标 避免其他次要因素 的干扰 2 保持物料向前移动 保持物料始终向最终目的地移动 尽量避免返回 侧绕 和转向 直接从起点到终点的路线是最经济 最快捷和最有效的 3 使用合适的设备 对于具体的应用 选择合适的设备可能是成功与失败的分 水岭 能完成物定任务最廉价而有效的设备是合适的设备 面对多种设备时 设 计者必须根据自己的经验和其他信息做出最佳选择 5 最少的人工处理 人工处理是昂贵的 并且容易产生错误 6 考虑系统的安全 设计的物料系统应能保护人 产品和设备不受损伤 在系 统设计中必须考虑防撞 防掉落和防火等措施 7 灵活活性原则 系统应能满足未来的需求和变化 生产者必须不断进行改进 以适应激列的市场竟争 这就需要在现在和未来需要之间做出平衡 系统的经济 性会限制其灵活活性 8 自动化原则 最大限度地应用自动化控制进行操作恰当的自动控制能减少差 错 降低使用成本 提高利用率和产量 9 最短移动距离原则 以物料和设备最短的移动距离达到希望的目的 移动 的距离越长 所需的时间和费用越多 10 易于管理和操作原则 你设计的系统应当是容易管理和易于掌握的 这样 使用者才容易接受并使用 2 系统设计过程 每个系统的设计都分几个主要阶段 各个阶段都有其要达到的目标 1 需求分析 准备阶段 在这一阶段里要提出问题确定设计目标 并确定设 计标准 通过调研搜集设计依据和数据 找出各限制条件 并进行分析 主要包 括以下内容 1 立体仓库是企业物流系统的子系统 必须要了解企业整个物流系统对子系统 的要求和物流系统总体设计的布置图 以便对仓储的子系统进行总体设计 要调 查过去进 出库房或料场物品的种类 数量及规律 以便预测未来 进行仓库容 量的计算和分析 2 立体仓库是机械 结构 电气 土建等多专业的工程 这些专业在立体仓库 的总体设计中互相交叉 互相制约 因此 在设计时对各专业必须兼顾 如机械 的运动精度要根据结构制作精度和土建的沉降精度而选定 3 要了解企业对仓储系统的投资 人员配置等计划 以确定仓储系统的规模和 机械化 自动化的程度 4 调查库内储存的货物的品名 特征 如易碎 怕光 怕潮等 外形及尺寸 单件重量 平均库存量 最大库存量 每日进 出库数量 入库和出库频率等 2 确定自动化仓库的形式 作业方式和机械设备参数 在上述工作的基础上确定仓库形式 一般多采用单元货格式仓库 对于品种 不多而批量较大的仓库 也可以采用重力式货架仓库或者其他形式的贯通式仓库 根据入出库的工艺要求 整单元或零散货入出库 决定是否需要拣选人和业 如果 需要拣选作业 则需确定拣选作业方式 立体仓库的起重设备有很多种 它们各有特点 在设计时 要根据仓库的规 模 货物形式 单元载荷和吞吐量等选择合适的设备 并确定它们的参数 对于 起重设备 根据货物单元的重量选定起重量 根据出入库频率确定各机构的工作 速度 对于输送设备 则根据货物单元的尺寸选择输送机的宽度 并恰当地确定 输送速度 3 建立模型 建立模型主要是指根据单元货物规格确定货架整体尺寸和仓库内部布置 首先要确定立体仓库的存取模式 在立体仓库中存取货物有两种基本模式 单 作业模式和复合作业模式 单作业就是堆垛机从巷道口取一个货物单元送到