自动立体仓库存储系统一体化设计毕业论文(七)

毕业论文 设计 毕业论文 设计 题题 目目 自动立体仓库存储系统一体化设计自动立体仓库存储系统一体化设计 系部名称 系部名称 专业班级 专业班级 学生姓名 学生姓名 学学 号 号 指导教师 指导教师 教师职称教师职称 中原工学院信息商务学院毕业论文 论文 摘摘 要要 随着我国经济和科学技术的不断发展 现代物流技术在我国也得到了很大的提 高 特别是作为现代物流技术典范的自动化仓库技术尤其令人关注 自动化立体仓 库 是实现物流系统合理化的关键 它具有空间利用率高 便于实现自动化管理 实时自动结算库存货物种类和数量 立体仓库信息库可以和中央计算机系统联网运 行等许多优点 对加快物流速度 提高劳动生产率 降低生产成本都有重要意义 本文运用方案对比优化的方法 对各种方案进行理论和计算的分析 提出了采用低 层分离式自动化立体仓库的方案 根据设计说明书的参数要求 认为采用该方案可 以造价低 交货短 最大效率地实现货物的出入库和存储操作 构建了由低层巷道 式双轨堆垛机 托盘货架以及周边机械构成的分离式自动化立体仓库系统 通过对 各种方案的分析计算对比 得出了采用分离式自动化立体仓库的结论 关键字关键字 分离式自动化立体仓库 托盘货架 低层巷道式双轨堆垛机 中原工学院信息商务学院毕业论文 论文 Title Automatic Three dimensional Warehouse Storage SystemsIntegrational Design Abstract As Chinese economy and the continuous development of science and technology Modern Logistics Technology in China have been greatly improved Especially as a model of modern logistics technology for automated warehouse technology is of particular concern Automated Warehouse is the key to achieving the rationalization of logistics system It has a high utilization of space facilitate the automated management Automated clearing inventory in real time the type and quantity of goods Warehouse and the central repository for network computer systems to run many other advantages It is very meanimgful to Accelerate the pace of logistics and improve labor productivity reduce production costs This optimization method is the use of the program compared the various programs of theoretical and computational Proposed by using low level discrete automated warehouse solution According to the design specification of the parameters required Consider that the use of the program can be low cost short delivery the goods to achieve maximum efficiency out of storage and storage operations The lower roadway was constructed by the dual stacker Keywords Separate automated warehouse Pallet Rack Lower roadway dual stacker 中原工学院信息商务学院毕业论文 论文 目目 录录 绪 论 1 1 自动化立体仓库设计简介 2 1 1 自动化立体仓库发展的意义 2 1 2 自动化立体仓库设计简介 2 1 3 自动化立体仓库国内外发展状况 7 2 总体方案设计 8 2 1 1 选择仓库类型 8 2 1 2 选择货架结构 8 2 1 3 选择堆垛机类型 8 2 1 4 控制系统的选型 8 2 1 5 周边机械的选择 9 3 各系统的设计及计算 10 3 1 托盘货架的基本参数设定 10 3 2 托盘的参数设定 10 3 3 堆垛机的详细设计与计算 10 3 3 1 框架的弯矩和挠度 11 3 3 2 堆垛机走行轮的设计 15 3 3 3 走行装置的电机 减速器的选取 15 3 3 4 升降机构 16 4 电气控制系统设计 17 4 1 控制方案的确定 17 4 2 系统调速方式 18 4 2 1 调速方式选用 18 4 2 2 变频器的简介 19 4 3 硬件选择 20 4 3 1 电动机选择 20 4 3 2 位置的定位方法 20 4 3 3 PLC 的 I O 资源配置 21 4 3 4电气原理图及元器件的选择 22 5 控制系统程序的设计 25 中原工学院信息商务学院毕业论文 设计 I 5 1 堆垛机的运行程序 25 5 1 1 堆垛机自动运行 25 5 1 2 货叉的上升和下降 26 5 1 4 货叉的伸缩 27 5 2 PLC 梯形图和语句指令表 29 5 2 1 PLC 控制梯形图 29 5 2 2 语句指令表 29 结 论 33 致 谢 34 参考文献 35 中原工学院信息商务学院毕业论文 论文 0 绪绪 论论 自动化立体仓库又称立库 高层货架仓库自动仓储 AS RS Automatic Storage Retrieval System 它是一种用高层立体货架 托盘系统 储存物资 用电 子计算机控制管理和利用自动控制堆垛运输车进行存取作业的仓库 仓库的功能从 单纯的进行物资的储存保管 发展到担负物资的接受 分类 计量 包装 分拣配 送 存档等多种功能 这有助于实现高效物流和大容量储藏 能适应现代化生产和 商品流通的需要 自动化立体仓库是生产物流的重要组成部分 生产物流是从原材 料采购开始 经过基本制造过程的转换活动 立体仓库 它首先应具有储存的功能 在自动化系统的管理和控制下 能对物料进行科学的管理 使物料在存储的过程中 合理的利用各种资源 提高处理效率 适应多种存储要求 目前 装卸和储存作业 及物流作业在国民经济中占用了大量的劳动力 仓储 技术的机械化和自动化的主要优点 在于提高劳动生产率和节省劳动资源 立体仓 库是一种设置有高层货架 并配置有仓储机械和自动控制 计算机管理系统 以实 现物料搬运 存储机械自动化 存储管理现代化的一种新型仓库 它充分利用仓库 空间 集信息 存储 管理与一体化 利用微电子自动控制技术实现仓储作业的自 动化 采用先进的计算机管理系统实现管理现代化 与普通平库相比 它有无可比 拟的优越性 由于采用自动控制技术及计算机管理系统 极大的提高了仓库吞吐效 率和管理水平 其存储作业迅速准确 使作业过程中的货损大大的减少 通过对仓 库物资的优化管理 可减少库存 缩短物资的周转期 提高资金的周转率 从而提 高经济效益 中原工学院信息商务学院毕业论文 设计 1 1 自动化立体仓库设计简介自动化立体仓库设计简介 1 11 1 自动化立体仓库发展的意义自动化立体仓库发展的意义 自动化技术是当代最引人瞩目的高技术之一 严格地说 自动化就是指在没有 人的直接参与下 机器设备所进行的生产管理过程 那么什么是自动化立体仓库呢 根据上海以华电气技术有限公司的定义 自动化立体仓库是一种功能多 规模大 利用率高的物资配运中心 广泛地运用于大型仓库 能按照编制的入库单 出库单自 动地把物件从入口处搬运到目的货位或从指定货位把物件搬运到出口处 完成这一 搬运任务的堆垛机是该系统的关键部份 它在高层固定货架巷道中运行 根据这一 定义 自动化立体仓库有这几个主要标志 高层堆垛机 高层货架以及计算机控制 系统 能自动储存和输出物料 简言之 自动化立体仓库是由多层货架 运输系统 计算机系统和通讯系统组成的 集信息自动化技术 自动导引小车技术 机器人技 术和自动仓储技术于一体的集成化系统 可以实现存储入库 存储出库 搬运拆箱 及空箱叠放全过程的自动化 自动化立体仓库是现代物流系统中迅速发展的一个重要组成部分 它具有节约 用地 减轻劳动强度 消除差错 提高仓储自动化水平及管理水平 提高管理和操 作人员素质 降低储运损耗 有效地减少流动资金的积压 提高物流效率等诸多优 点 与厂级计算机管理信息系统联网以及与生产线紧密相连的自动化立体仓库更是 当今 CIMS 计算机集成制造系统 及 FMS 柔性制造系统 必不可少的关键环节 自动化研究所围绕自动化仓储系统开发了多种自动化系统硬件设备及软件产品 如 不同类型的库存管理软件 系统仿真软件 图形监控及调度软件 堆垛机输送 机控制软件 条形码识别跟踪系统 搬运机器人 码垛机械手 自动运行小车 货 物分选系统 堆垛机认址检测系统 堆垛机控制系统 货位探测器 高度检测器 输送系统 码垛系统 自动输送小车等产品 1 21 2 自动化立体仓库设计简介自动化立体仓库设计简介 自动化立体仓库 Automatic Storage Retrieval System 的设计步骤 一般分 为以下几步 一 收集 研究用户的原始资料 明确用户所要达到的目标 这些原始资料 包括 1 明确自动化立体仓库与上游 下游衔接的工艺过程 2 物流要求 上游进 入仓库的最大入库员 向下游转运的最大出库量以及所要求的库容量 3 物料的规 格参数 物料的品种数 物料包装形式 外包装尺寸 重量 保存方式及其它物料 的其它特性 4 立体仓库的现场条件及环境要求 5 用户对仓库管理系统的功能 要求 6 其它相关的资料及特殊要求 二 确定自动化立体仓库的主要形式及相关参数 中原工学院信息商务学院毕业论文 论文 2 所有原始资料收集完毕后 可根据这些第一手资料计算出设计时所需的相关参 数 包括 对整个库区的出入库总量要求 亦即仓库的流量要求 货物单元的 外形尺寸及其重量 仓库储存区 货架区 的仓位数量 结合上述三点确定储 存区 货架厂 货架的排数 列数及巷道数目其它相关技术参数 三 合理布置自动化立休仓库的总体布局及物流图 一般来说 自动化立体仓库包括 入库暂存区 检验区 码垛区 储存区 出 库暂存区 托盘暂存区 不合格品暂存区及杂物区等 规划时 立体仓库内不一定 要把上述的每一个区都规划进去 可根据用户的工艺特点及要求来合理划分各区域 和增减区域 同时 还要合理考虑物料的流程 使物料的流动畅通无阻 这将直接 影响到自动化立体仓库的能力和效率 四 选择机械设备类型及相关参数 如下 1 货架 货架的设计是立体仓库设计的一项重要内容 它直接影响到立体仓库面积和空 间的利用率 货架形式 货架的形式有很多 而用在自动化立体仓库的货架一般有 横梁 式货架 牛腿式货架 流动式货架等 设计时 可根据货物单元的外形尺寸 重量 及其它相关因素来合理选取 货格的尺寸 货格的尺寸取决于货物单元与货架立柱 横梁 牛腿 之间的 间隙大小 同对 在一定程度上也受到货架结构型式及其它因素的影响 中原工学院信息商务学院毕业论文 设计 3 图 1 1 托盘货架 2 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 堆垛机形式的确定 堆垛机形式多种多样 包括单轨巷道式堆垛机 双轨巷 道式堆垛机 转巷道式堆株机 单立柱型堆垛机 双立柱型堆垛机等等 堆垛机速度的确定 根据仓库的流量要求 计算出堆垛机的水平速度 提升 速度及货叉速度 其它参数及配置 据仓库现场情况及用户的要求选定堆垛机的定位方式 通 讯方式等 堆垛机的配置可高可低 视具体情况而定 图 1 2 堆垛机的构成图 中原工学院信息商务学院毕业论文 论文 4 3 输送系统 根据物流图 合理选择输送机的类型 包括 辊道输送机 链条输送机 皮带 输送机 升降移载机 提升机等 同时 还要根据仓库的瞬时流量合理确定输送系 统的速度 4 其它辅助设备 根据仓库的工艺流程的一些要求 增加一些辅助设备 包括 机械手 手持终 端 叉车 平衡吊 立体仓库其模型如图 有轨小车或 巷内输送机 送货至货台 监控机分析 任务再分别 向有关设备 发出指令 在监控器终 端 人工分 配货位 货物到巷道 口 堆垛机 存取货物 监控机实时显示状态 并监控堆垛机作业 堆垛机运行 通过限位开 关停止 到指定地 址 入库 作业 完成任务 发回 完成信息 堆垛 机待命 手动方式 图 1 3 二 自动化仓库主要技术性能 1 控制系统 技术先进 采用现场控制总线直接通讯的方式 真正做到计算机只监不控 所 有的决策 作业调度和现场信息等均由堆垛机 出入库输送机等现场设备通过相互 间的通讯来协调完成 每个货位的托盘号分别记录在堆垛机和计算机的数据库里 管理员可利用对比 功能来比较计算机的记录和堆垛机里的记录 并进行修改 修改可自动完成和手动 完成 系统软 硬件功能齐全 用户界面清晰 便于操作维护 中原工学院信息商务学院毕业论文 设计 5 堆垛机有自动召回原点的功能 即无论任何情况 只要货叉居中且水平运行正 常时 可按照下达的命令自动返回原点 这意味着操作人员和维护人员可以尽量不 进入巷道 智能的控制系统 可以实现真正的自动盘库功能 避免了以往繁重的人工盘库 工作 减轻了仓库管理人员的工作强度 同时保证了出库作业的出错率为零 2 监控管理系统包括数据管理 入库管理 出库管理 查询 报表 单据与盘库 报警 监控与动画等模块自动化立体仓库作为一种自动化物流设施 在我国社会主 义建设事业中发挥着非常重要的作用 3 入出库系统 货物入库存储是在入库站台上进行的 夹抱车将货物送到入库站台的托盘上 待 人工确认货物品牌后 入库过程自动完成 输送线自动将托盘送到货架端部 堆垛 机将货物送到由主控计算机预先分配好的货位上进行存储 货物的出库是由生产管 理人员向主控计算机输入出库指令 计算机按一定的原则根据出库单的品种 控制 堆垛机将相应的库存货物从货位上取出 输送线自动将货物输送到出库站台 同时 出库的托盘经叠放机将空托盘五个一组叠好送到货架存放或送到入库站台备用 4 电气控制设备 自动化立体仓库的各种设备都具有手动控制 集中控制以及与管理计算机接口 的联机自动控制等各种控制方式 可供用户选择 5 计算机系统应具备以下主要功能 信息的输入及预处理 包括对货箱条形码的识别 认址检测器 货格状态检测器 信息的输入及预处理 出入库运输机的计算机控制 从通讯监控机接受到一批作业 命令以后 取出作业命令中的巷道号 完成对这些巷道数据的处理 以便控制分岔 点的停止器最终实现货箱在出入库运输机上的自动分岔 立体仓库的计算机管理 它是自动化立体仓库进行物资管理 帐目管理 货位 管理及信息管理的中心 入库时将货箱合理分配到各个巷道作业区 出库时能按 先进先出 的原则 或其他排队原则出库 同时还要定期地或不定期地打印报表 当系统出现故障时 可以通过总控制台的操作按钮进行运行中的动态改帐及信息修 正 并判断出发生故障的巷道 及时封锁发生故障的巷道 暂停该巷道的出入库作 业等 1 31 3 自动化立体仓库国内外发展状况自动化立体仓库国内外发展状况 由于自动化立体仓库具有占地面积少 差错少 节省人力等优点 伴随国际贸 中原工学院信息商务学院毕业论文 论文 6 易的增加和全球化浪潮的兴起 自动化立体仓库技术逐渐有民用化趋势 因为自动 化立体仓库可靠性高 节省劳动力 零件容易维修更换 操作简单方便 导致了工 业生产中的生产物流成本下降 建设费用和土地资源都得到有效节约 在美国各个 地区都掀起了自动化立体仓库的热潮 正确的理论一经掌握 便成为了推动社会发展的一大动力 进入 70 年代以后 日本通过采用自动化立体仓库的建筑技术 整个 70 年代 日本劳动人民在自动化技 术和机器人技术的帮助下 先后建设了 2000 多座自动化立体仓库 数量和整个欧洲 的自动化立体仓库数量相同 这一运动有效节约了整个日本国内的劳动力和土地资 源 为之后日本国内的物流系统现代化奠定了基础 2 总体方案设计总体方案设计 自动化立体仓库的建设是涉及机械 电子 电气 土建和管理等多学科 多专 业的工程 而且现代化仓库的构成是复杂的 它是一个由彼此相互作用的诸因素和 各个环节所构成的综合系统 研究这些因素的性质并弄清它们的相互作用 是建立 自动化立体仓库的一个重要步骤 通过总结分析 可以取得综合解决下列问题的必 要资料 即 自动化管理的组织结构和职能机构的建立 最佳参数和技术装备能力 的确定 以及仓库的合理平面布置的选择等 自动化立体仓库设计的一般顺序为 1 收集 研究原始资料 2 选择仓库类型 3 确定主要参数 4 选择货架方案 5 选择机械设备类型 6 计算机械设备的类型 7 传动部分的计算 8 立柱的 刚度计算 9 零件的强度校核 2 1 12 1 1 选择仓库类型选择仓库类型 分离式自动化立体仓库和整体式立体仓库相比 其使用钢材要少得多 相同高 度的整体式立体仓库和分离式自动化立体仓库相比 后者用钢量为 60 90 前 者用钢量为 62 5 75 前者的机械设备为堆垛机 周边机械 电气控制和计算 机 而后者机械设备为叉车 分离式自动化立体仓库的货架独立存在 在现有的建 筑物内也可以改造为自动化立体仓库 也可将货架拆除 用于其他目的 节省材料 方便快捷 故选用分离式立体仓库 2 1 22 1 2 选择货架结构选择货架结构 根据设计要求 装载货物的货架高度不必要太高 所以采用木质结构托盘货架 托盘式货架具有装卸方便 货物放到货架上之后 不再需要移动 直接可以由巷道 式堆垛机入库 成本低 效率高 2 1 32 1 3 选择堆垛机类型选择堆垛机类型 堆垛机按规模分为 低层型 中层型和高层型 根据设计要求 货物尺寸为 中原工学院信息商务学院毕业论文 设计 7 600 600 800 所以经过初步计算可得 堆垛机的最大举高为 2500 所以 应选用低层巷道式下部驱动双立柱堆垛机 2 1 42 1 4 控制系统的选型控制系统的选型 本设计中主要采用四门子系列 PLC 可编程控制器 通过通信模块与一台上位机 连接 从而达到计算机控制整个自动化立体仓库的运行 通过 PLC 可编程控制器接 入堆垛机 升降台 传送带 电动机 使系统按操作员的指令正常运行 PLC 系统 组成图如下图所示 上位机 PLC可编程控制器 堆 垛 机 升 降 台 传 送 带 电 动 机 在自动化立体仓库的物流输送过程中 堆垛机实现货物在各出入库端到货格的 搬运 其基本功能包括以下几个部分 1 三维动作控制 控制堆垛机在水平 垂直 左右方向的运行 2 位置控制 控制堆垛机以适合的速度运行并精确的定位在货格或入出库口处 3 通讯功能 堆垛机与上位机和其它仓库设备的通讯 4 保护功能 提供各种电气和机械保护 保证堆垛机在高速 频繁的运行和取 送货过程中不会发生事故 5 人机界面 通过 HMI 或其它输入和显示设备 提供本机或遥控操作及向操作 人员提供堆垛机 2 1 52 1 5 周边机械的选择周边机械的选择 根据仓库的工艺流程以及设计任务书的一些特殊要求 适当增加一些辅助设备 手持终端 叉车 平衡吊等 中原工学院信息商务学院毕业论文 论文 8 3 各系统的设计及计算各系统的设计及计算 3 1 3 1 托盘货架的基本参数设定托盘货架的基本参数设定 托盘货架尺寸为 1920 640 3000 托盘堆放载重 平均值 8000N 最大值 1000N 货架规模为 1 排 3 层 3 列 9 个托盘 货架自重 500N 计算由载荷加到货位和支柱上的力 货重 W 托盘堆放最大重力 充实率 水平力 F W 振动系数 托盘支承所受的垂直力 中间支柱 F 2 F 2 端支柱 F 2 3 2 3 2 托盘的参数设定托盘的参数设定 托盘基本尺寸 500 700 130 托盘强度的参考如下表 表 3 1 托盘的强度 内容允差 变形量 9 5KN 满足要求 升降机构的电机减速器的选取 将载荷 W 货台的自重 G 以速度 v 米 分提升时的功率为 KW 6120 vGW Lg 67 12 98 0 6120 20 23001500 由此 选取电机型号为 Y315S 10 额定功率为 55KW 效率为 92 转速为 1400r min 选取安装型式为 B3 国际标准机座号为 315S75 则减速器的传动比为 i 59 中原工学院信息商务学院毕业论文 设计 15 4 电气控制系统设计电气控制系统设计 4 14 1 控制方案的确定控制方案的确定 对于本次设计来说对于链条机的控制为顺序控制 需要与货物检测系统连网 通信协议不想复杂化 兼容性要好 DCS 虽然控制器功能强 数据通讯能力强 具 有灵活性和安全性 但是成本高 兼容性差各公司产品成不能互换 不能互操作 所以不选用 FCS 是全数字化 智能 多功能性控制 特别适合危险区域 易变过 程和非常环境 核心是总线协议 基础是数字智能现场装置 本质是信息处理现场 化 FCS 的优点是进行闭环控制 但是总线协议 相关的关键技术及设备是相互关 联的比较复杂 PLC 是模块化结构 开关量顺序控制 10ms 巡检周期 拥有多种 通讯模式 具有高可靠性 拥有很高的电磁兼容性和抗冲击 耐振动性能 是理想 的现场控 制器 通过和上位机通讯可以实现多种控制功能 同时对 PLC 进行编程可 以使用 梯形图 这是一种图形化了的编程语言 它使用各种图形表示条件以及命 令 这样可以使用户的编程界面更加友好 由于采用了按功能分段 既压缩了程序 长度 又便于根据用户不同要求进行编写 这样也使得程序的编制更加方便 用 PLC 做从站 与出入库系统的 PLC 够成 PLC 网络较为容易 编程的时候不需知道通信 协议只要按照说明书格式写就可以了 由于传感器布置的点较多 用 PLC 的 I O 可 以满足 而且由于 PLC 技术较为成熟 编程也较为简单直观 介绍 PLC 的书籍较 多 最终决定选用西门子的 S7 200 系列的 PLC 作为控制系统 中原工学院信息商务学院毕业论文 论文 16 本次设计 PLC 要满足的要求见下图 输入 输出 跟踪调速启停计数调速 启停升降 图图 4 1 4 24 2 系统系统调速方式调速方式 4 2 1 调速方式选用调速方式选用 本次设计由于需要调速 电动机为三相交流异步电动机 而异步电动机调速的 方法主要有变极调速 变阻调速和变频调速 变频调速使通过平滑改变异步电动机 的供电频率来调节同步转速 从而实现无级调速 这种方法由于调节同步转速 效 率高 调速范围大 精度高 使交流电动机比较理想的调速方法 使用专用变频器可以实现异步电动机的变频调速控制 4 2 2 变频器的简介变频器的简介 变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能 控制装置 也就是把工频电源 50Hz 或 60Hz 变换成各种频率的交流电源 以实现电 机的变速运行的设备 其中控制电路完成对主电路的控制 整流电路将交流电变换 成直流电 直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波 逆变电路将直流电再逆 变成交流电 对于如矢量控制变频器这种需要大量运算的变频器来说 有时还需要 一个进行转矩计算的 CPU 以及一些相应的电路 实际应用中对电机的速度变化的要求是十分普遍的 因此变频器在实际应用是 中原工学院信息商务学院毕业论文 设计 17 广泛的 而且具有重要的意义 a 变频器优点简述 1 便于安装 进行参数设置和调试 2 牢固的 EMC 设计 3 参数涉及的范围全面而具有综合性 经过适当 的配置 其适用范围非常广泛 4 电缆连接简便 5 可以通过模拟方式进行控制 也可以通过 USS 串行通讯方式进行控制 6 采用较高的调制脉冲频率时 电动机运行的噪 声很小 7 装有基本操作板 BOP 选件 时 可以显示变频 器运行的状态信息和报警信息 8 DIP 开关使变频器的电源频率设置 50Hz 或 60Hz 非常方便 9 采用 RS485 串行通讯 USS 控制方式的情 况下 DIP 开关使总线终端 总线 最末端的 变频器 的设置非常方便 10 RS485 串行通讯接口 仅指 USS 控制方式 便于与驱动系统联网 11 变频器在电源电压消失或出现故障后重新上电 时的自动再起动功能 提高了 设备的可用性 电动机交流变频调速技术是当今节电 改善工艺流程以提高产品质量和改善环 境 推动技术进步的一种主要手段 变频调速以其优秀的调速性能和起制动平稳性 能 高效率 高功率和节电效果 广泛的适用范围及其它许多优点 已被国内外公 认为有发展前途的调速方式 b 变频器的分类 变频器的分类方法有多种 按照主电路工作方式分类 可以分为电压型变频器 和电流型变频器 按照开关方式分类 可以分为 PAM 控制变频器 PWM 控制变频 器和高载频 PWM 控制变频器 按照工作原理分类 可以分为 V f 控制变频器 转 差频率控制变频器和矢量控制变频器等 按照用途分类 可以分为通用变频器 高 性能专用变频器 高频变频器 单相变频器和三相变频器等 4 34 3 硬件选择硬件选择 4 3 1 电动机选择电动机选择 Y 系列 三相异步电动机其特点是效率高 节能 堵转转距高 噪声低 振动 小 运转安全可靠 安装尺寸和功率等级完全符合 IEC 标准和 DIN42673 标准 它 是全国联合设计的基本系列电动机产品 本系列一般采用 B 级绝缘 外壳防护等级 为 IP44 冷却方式为 ICO141 Y 系列电机的转速有双速 三速 四速三种 该系列 电机采用改变绕组的接法来改换电机的极数和输出功率 使与机械设备的负载特性 中原工学院信息商务学院毕业论文 论文 18 相匹配 以简化其变速系统 节省投资 广泛应用于冶金 矿山 机械 机床和纺 织等行业 本设计的主要参数为 1 输送货物额定重量为 500kg 2 最大输送速度为 20m min 3 台升降速度 4m min 参照以上参数 水平运行和起升运行电机功率约为 1000W 左右 根据需要 选择 Y802 2 型电动机 功率为 1100W 满载转速 2825r min 额定转矩 2 2 最大转矩 2 3 质 量 17kg 巷道口处控制水平运行的电机功率小些 但相差不大 这里同样选择 Y802 2 型电动机 4 3 2 位置的定位方法位置的定位方法 堆垛机的定位主要有认址装置组成 认址装置由认址片和认址器组成 认址器 目前多为红外传感器或者光电开关 发射和接收红外光在同侧时用反射式认址片 否则用透射式的 认址原理如下图 3 1 所示 1 认址片 2 光电接收管 3 认址器 4 光电发射管 图 4 2 认址原理图 光电开关是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的 红外线光 电开关是利用人眼不可见 波长为 780nm lmm 的近红外线和红外线来检测 判别物 体 通过光电装置瞬间发射的微弱光束能被安全可靠的准确的发射和接收 光电开 关的重要功能是能够处理光的强度变化 利用光学元件 在传播媒介中间使光束发生 变化 利用光束来反射物体 使光束发射经过长距离后瞬间返回 光电传感器在一 般情况下 有三部分构成 它们分为 发送器 接收器和检测电路 如图 4 3 中原工学院信息商务学院毕业论文 设计 19 图 4 3 光电传感器原理 发送器对准目标发射光束 发射的光束一般来源于半导体光源 发光二极管 LED 和激光二极管 光束不间断地发射 或者改变脉冲宽度 接收器由光电二极管 或光电三极管组成 在接收器的前面 装有光学元件如透镜和光圈等 在其后面是 检测电路 它能滤出有效信号和应用该信号 此外 光电传感器的结构元件中还有 发射板和光导纤维 三角反射板是结构牢固的反射装置 它由很小的三角锥体反射 材料组成 能够使光束准确地从反射板中返回 具有实用意义 它可以在与光轴 0 到 25 的范围改变发射角 使光束几乎是从一根发射线 经过反射后 还是从这根反 射线返回 光导纤维 LWL 它扩大了光电传感器的使用范围 形成了特殊的嵌装 式收发装置 它可以在特殊的环境中使用 检测微小的物体 4 3 3 PLC 的的 I O 资源配置资源配置 由于需要采集外部检测信号 所经的列 行 控制电机的起停 选择自动或是 手动控制状态 前后列向运动 升降行向运动 机械手的伸缩运动 货物的抓取 存放等 系统资源分配如表 4 1 所示 表表 4 1 I O 分配分配 输入部分输出部分 I0 0键盘值 1 位Q0 0机械手控制脉冲 I0 1键盘值 2 位Q0 1机械手方向改变 I0 2键盘值 3 位Q0 2升降台上升 I0 3 十六 进制 显示 键盘值 4 位Q0 3升降台下降 I0 4机械手到位限位Q0 4小车向前运动 I0 5机械手回位限位Q0 5小车向后运动 I0 6货台是否有物Q0 6存物指示灯 I0 7自动 手动 1 0 Q0 7取物指示灯 I1 0小车前限Q1 1BCD 码 1 位 I1 1小车后限Q1 2 BCD 输出 显示 BCD 码 2 位 中原工学院信息商务学院毕业论文 论文 20 4 3 4 电气原理图及元器件的选择电气原理图及元器件的选择 主要的元器件的选择如下表 3 3 所示 表 4 2 元器件使用表 名称代号符 号 个数规格型号备注 PLCPLC1 个S7 200 CPU224 加特殊功能 模块 EM253 接触器KM6 个CJ20 100线圈电压 220V 限流保 护器 FR2 个JRS4 140365d 整定电流 80 104A 熔断器FU6 个RLS1 100额定电压 380V 额定 电流 50 100A 指示灯HL11 个AD16 22GLED 显示 220V 三相交M2 个Y250M 4额定电压 380V 额定 I1 2升降台上限Q1 3BCD 码 3 位 I1 3升降台下限Q1 4BCD 码 4 位 I1 4层寻址 1Q1 5小车停止向前运动 I1 5层寻址 2Q1 6小车停止向后运动 I1 6列寻址 1Q2 0手动时层到位指示灯 I1 7列寻址 2Q2 1手动时列到位指示灯 中原工学院信息商务学院毕业论文 设计 21 流电机功率 55W 行程开 关 SQ17 个LF 0124LB 额定电压 10 30VDC DC 型二线制常 闭 光电传 感器 4 个RPI 1391透射式 二相混 合式步进电 机 M11 个86BYG250 AN SAFRBL 0361 步距角 0 9 1 8 步进电 机驱动器 1 个SH 20806CN 24 70VDC 电气原理图如下 图 4 4 中原工学院信息商务学院毕业论文 论文 22 5 控制系统程序的设计控制系统程序的设计 5 15 1 堆垛机的运行程序堆垛机的运行程序 5 1 1 堆垛机自动运行堆垛机自动运行 控制系统设计时 首先考虑的是小车处于前进或者是存放货物的过程 还是完 成了预定任务返回在的过程 但是由于 PLC 程序的执行特点是逐行扫描 所以仅仅 判断小车是处于前进过程还是返回过程是不够的 因为在返回过程中 还有货叉从 货架上缩回 升降台下降到初始位置等过程 所以 必须要在程序中能够将这 3 种 不同的运动区分开来 根据这种要求 在编写程序的时候加入了 3 个不同的 BOOL 类 型的变量 M20 1 M20 3 M20 5 分别作为小车沿运行到位标志 升降台运行标志 货叉到位标志 当变量为 ON 时 表示已完成该项动作 为 OFF 时表明小车还没有完 成动作 Q0 6 是开关量输出 表示启动小车前进 小车开始向前运动 程序如下所 示 表 5 2 为网络的注释表 网络 1 列向自动运行 LD SM0 0 LPS AN M20 7 AN M20 1 A M0 0 A M10 0 S Q0 4 1 置 Q0 4 为 ON Q0 4 为小车前向运行输 中原工学院信息商务学院毕业论文 设计 23 出 LPP A M20 7 AN M20 5 A M0 0 A M10 0 S Q0 5 1 置 Q0 5 为 ON Q0 5 为小车后退运行输出 表 5 2 网络 1 注释表 地址 注释 M20 7小车是否处于执行动作过程中 为 ON 则表示执行动作过程中 SM0 0该值始终为 1 M10 0手 自动状态 Q0 5小车向后状态 M20 1列到位标志 Q0 4小车向前运行 M20 5物品到位标志 M0 0运行状态 5 1 2 货叉货叉的上升和下降的上升和下降 货叉运动是由三个光电开关定位 货叉定位原理与堆垛机运行定位原理相似 区别在于 存货开始或是取货结束时 升降台货叉停在高位置 下面两个光电开关 处于认址片内 取货开始或存货结束时 货叉停在低位置 此时上面两个光电开关 处于起升认址片内 在定位停准后 存在货叉的上浮和下移动作 程序如下所示 表5 3为网络 2 注释表 网络 2 货叉上升和下降 LD SM0 0 LPS LD I0 3 AN M20 7 中原工学院信息商务学院毕业论文 论文 24 AN M20 3 A M10 0 A C1 A I2 2 LDN I0 3 AN M20 7 AN M20 3 A M10 0 A C1 A I2 0 OLD A M0 0 ALD Q2 0 S M20 3 1 LPP A M20 7 AN M20 6 A M0 0 A M10 0 A C2 S Q2 1 1 表 5 2 网络 2 注释表 地址注释 M20 7堆垛机是否处于执行动作过程中 ON 表示执行动作 SM0 0该值始终为 1 M10 0手 自动状态 I0 3出入库选择 M20 1堆垛机到位标志 中原工学院信息商务学院毕业论文 设计 25 5 1 4 货叉的伸缩货叉的伸缩 货叉控制的基本原理与前面相似 不再详细说明 仅对不同于前面两种运动的 情况进行说明 M20 5 是伸缩到位标志 为 ON 时 表示货叉到达指定位置 为 OFF 时表示未达到指定位置 如果定时器标志 T37 为 ON 表示定时器已经达到了 预定的时间 说明货叉已经前伸到了指定的深度所以停止前伸的运动 程序如下所 示 表5 4为网络 3 注释表 网络 3 货叉伸缩 LD SM0 0 始终为 1 LPS AN M20 7 A M20 1 A M20 3 A M0 0 A M10 0 A T37 S I1 6 1 Q2 4 定时到 停止前伸 LPP A M20 7 A M20 1 A M20 3 A I1 6 A M0 0 LD I0 3 A I2 0 LDN I0 1 A I2 2 OLD ALD A M10 0 A T37 中原工学院信息商务学院毕业论文 论文 26 R I1 6 1 Q2 5 定时到 停止回缩 表 5 4 网络 3 注释表 地址注释 M20 7小车是否处于执行动作过程中 ON 表示是 SM0 0该值始终为 1 M10 0手 自动状态 I4 3货位虚实检测开关 I0 3出入库选择 M20 1列到位标志 M20 3行到位标志 M0 0运行状态 Q2 5停止回缩 中原工学院信息商务学院毕业论文 设计 27 5 25 2 PLCPLC 梯形图和语句指令表梯形图和语句指令表 5 2 1 PLC 控制梯形图控制梯形图 5 2 2 语句指令表语句指令表 LD SM0 0 LPS AN M20 7 AN M20 1 A M0 0 中原工学院信息商务学院毕业论文 论文 28 A M10 0 S Q0 4 1 LPP A M20 7 AN M20 5 A M0 0 A M10 0 S Q0 5 1 LD SM0 0 LPS LD I0 3 AN M20 7 AN M20 3 A M10 0 A C1 A I2 2 LDN I0 3 AN M20 7 AN M20 3 A M10 0 A C1 A I2 0 OLD A M0 0 ALD Q2 0 S M20 3 1 LPP A M20 7 AN M20 6 A M0 0 中原工学院信息商务学院毕业论文 设计 29 A M10 0 A C2 S Q2 1 1 LD SM0 0 LPS AN M20 7 A M20 1 A M20 3 A M0 0 A M10 0 A T37 S I1 6 1 Q2 4 LPP