自动立体仓库传输系统机电一体化设计毕业论文.doc

毕业论文（设计）题 目：自动立体仓库传输系统机电一体化设计系部名称： 专业班级： 学生姓名： 学 号： 指导教师： 教师职称： 中原工学院信息商务学院毕业论文（设计）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。自动化是现代物流技术发展的主要趋势，因此作为现代物流系统主要组成部分的自动化立体仓库在整个物流系统中占有非常重要的地位。入库输送机系统是自动化立体仓库的重要组成。本文通过对立体仓库输送系统的设计，比较了多种控制方式和输送系统设备，对电动机，PLC,变频器等硬件进行比较选择。绘制了控制各硬件的电器原理图。最后通过对PLC的编程完成了整个输送部分的任务。关键字：自动化立体仓库，堆垛机，PLC，输送系统Automated multi-layered storehouse transmission system electromechanical integration designAbstractAs Chinas economic development, goods reserves has become increasingly prominent through great efforts to develop three-dimensional warehouse, can effectively improve the problem. Automatic technology is the main tendence ofthelogistic .As the main element of the modern logistic system, automated storage has a very important statue in the whole logistic system. Transportation system which carry the objects to the storage is a main part of the automated storage. This article compared different control methods and transportation machines in the process of the design. It compared and choose the different motors ,PLC and transducer , protracted electrical drawing. And at last it made aprogramme to control the whole process by the PLC.Keywords：Automated multi-layered storehouse The stacker PLC Transportation system目录1 绪论11.1课题选题背景11.2国内外发展环境11.3本次设计的任务和目的22 系统组成32.1系统简介32.2整体系统组成32.2.1总体方案设计32.2.2机械设计部分32.2.3电气自动控制设计部分32.2.4立体仓库技术参数43机械设计53.1堆垛机简介53.1.1堆垛机的发展环境53.1.2堆垛机的分类53.2堆垛机设计方案63.2.1堆垛机的结构组成63.2.2堆垛机的机械计算74电气控制104.1硬件选择104.1.1步进电机的选择104.1.2光电传感器的选择124.1.3条码技术154.1.4PLC的选择165PLC程序设计185.1整体概述185.2电气控制原理185.3控制电路分析195.3.1I/O接口分布195.3.2堆垛机自动运行205.3.3货叉的上升和下降215.3.4货叉的伸缩225.4PLC梯形图和语句指令表24结论27致谢28参考文献291 绪论1.1 课题选题背景随着世界经济的快速发展和现代科学技术的进步，物流产业作为现代经济中一个新兴的服务部门，作为“第三利润源”所起的作用越来越大。而以此同时，企业的仓储物流问题显得越来越突出，通过大力发展自动化立体仓库，可以有效地改善这一问题，更好的节省空间，资源和劳动力，为企业创造出更多的利润。自动化是现代物流技术发展的主要趋势，因此作为现代物流系统主要组成部分的自动化立体仓库在整个物流系统中占有非常重要的地位。自动化立体仓库，顾名思义，重点落在“自动化”上，如何更好的实现自动化，就是要充分利用国内外本领域发展的优势和经验，更好的做好的立体仓库的“控制”这个核心的部分，而本课题主要研究的就是自动化立体仓库的传输系统机电一体化设计。1.2 国内外发展环境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。 我国对立体仓库及其物料搬运设备的研制开始并不晚，1963年研制成第一台桥式堆垛起重机（机械部北京起重运输机械研究所），1973年开始研制我国第一座由计算机控制的自动化立体仓库（高15米，机械部起重所负责），该库1980年投入运行。到目前为止，我国自动化立体仓库数量已超过200座。我国目前已建成自动化立体仓库400 多座、立体仓库2000 多座。与发达国家相比，在自动化程度、信息处理、可靠性等方面还有很大的差距。所以一些大型物流工程往往被国外厂商所承揽。VNA立体仓库是利用无轨巷道堆垛机在窄巷道内完成从高层货架上存取托盘作业的立体仓库形式。它与有轨巷道堆垛机来完成存取作业的ASRS 立体仓库形式相比，有如下优点：机动性好：无轨巷道堆垛机可以在多个巷道内作业，不必在每个巷道内部配置堆垛机。它还可以驶出库区，直接将货物托盘送往生产线或从生产线将货物托盘送往立体仓库存放；投资省：在存储型的立体仓库中，由于出入库频率低、库存量大，VNA立体仓库只需一两台无轨巷道堆垛机就可以完成作业，不必象ASRS 那样配置许多设备。1.3 本次设计的任务和目的物流输送系统是自动化立体仓库的重要组成。本设计通过比较多种控制方式和输送系统设备，对电动机、PLC、变频器、传感器等硬件进行比较选择，同时进行电路控制的分析，设计出符合课题要求的物流输送系统。通过对仓库模型控制系统的设计研究，能够对自动化立体仓库设计的基本工作原理有一定的认识，并且对大学阶段所学知识能够进一步的深化，对理论知识和实际应用之间的相互转化有更具体的理解，特别是对PLC技术、数字电路、机电一体化技术有了更进一步的认识，以及PLC的程序设计有了更认真地学习和运用。 另外，通过对此课题的学习研究，还可以培养自己独立解决实际问题的能力，为以后的工作学习打下坚实的基础。2 系统组成22.1 系统简介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。自动化所围绕自动化输送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、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、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。2.2 整体系统组成2.2.1 总体方案设计本课题主要研究的是自动化立体仓库的输送系统，整体方案设计主要包括机械设计和电气自动控制两个方面。2.2.2 机械设计部分机械部分主要是两方面的硬件设施：立体仓库和堆垛机。由于课题已经将立体仓库的货架单元格的规格给出，所以在设计方面只需按照课题的要求画出方案图即可。立体仓库的规格为3X3X3层，货架单元格的规格为600X600X800，且单元格货物为不大于100kg，所以参考了相关资料和进行相关的市场调研，再结合本课题要求，堆垛机采用单立柱式巷道堆垛机。2.2.3 电气自动控制设计部分时下机械设备常用的自动控制包括单片机控制和PLC控制。单片机就是一个没有外设的微型计算机，需要与其它的原器件构成一个控制器。PLC是生产商将其功能模块化了，并提供专用的编程软件，主要用于开关量的控制，其可靠性比较高。故本课题的自动控制部分采用的是PLC控制。2.2.4 立体仓库技术参数表2-1立体仓库具体参数出/入货柜台最重物品100Kg每个仓位的高度800mm仓位的上下距离50mm仓位的平行距50mm仓位的体积0.288M3可编程控制器（PLC）电源24V DC堆垛机电源220V AC,50Hz3 机械设计3.1 堆垛机简介3.1.1 堆垛机的发展环境巷道堆垛机是自动化立体仓库中的核心物流设备，是随着自动化立体仓库的出现而发展起来的专用起重机，它是仓库中使用最广泛的物料搬运设备，也是物流仓储系统的最重要设备，其用途是在自动化立体仓库的货架巷道间来回穿梭运行，将位于巷道口的货物存入货格，或者相反取出货格内的货物运送到巷道口。早期的堆垛机是在桥式起重机的起重小车上悬挂一个门架，利用货叉在立柱上的上下运动及立柱的旋转运动来搬运货物，通常称之为桥式堆垛机。1960年左右在美国出现了巷道堆垛机，这种堆垛机是在地面的导轨上行走，利用货架上部的导轨防止倾倒，或者相反，在上部导轨上行走，利用地面导轨防止倾倒随着立体仓库的发展，巷道堆垛机逐渐替代了桥式堆垛机。在口本从1967年开始安装高度为25米高度的堆垛机。随着计算机控制技术和自动化立体仓库的发展，堆垛机的应用越来越广泛，技术性能越来越好，高度也在不断增加，到1970年实现了由货架支承的高度为40米的堆垛机。堆垛机的运行速度也不断提高，目前堆垛机水平运行速度最高达200m/min(小载重量的堆垛机己达300m/min)，起升速度高达120m/min，货叉伸缩速度达50m/min。3.1.2 堆垛机的分类有轨巷道堆垛机从不同的方面，可有不同的分类方法，主要可按其结构形式、支承方式和运行轨迹等进行分类，我们一般主要研究的是从结构形式方式的分类。 按结构形式，分为双立柱有轨巷道堆垛机和单立柱有轨巷道堆垛机：（1） 双立柱有轨巷道堆垛机双立柱有轨巷道堆垛机由两根立柱、上横梁、下横梁和带货叉的载货台组成，立柱、上横梁和下横梁组成一个长方形的框架，一般称为机架。立柱形式有方管和圆管两种，方管可兼作起升导轨，圆管需要附加起升导轨。这种堆垛机的最大优点就是强度和刚性都比较好，能快速起、制动，并且运行平稳。一般用在起升高度较高、起重量较大和水平运行速度较高的立体仓库中，其缺点是自重较大。其结构图如图3.1所示图3. 1双立柱有轨巷道堆垛机（2）单立柱有轨巷道堆垛机单立柱有轨巷道堆垛机的机架由一根立柱、下横梁和上横梁组成。立柱多采用型钢或焊接制作，立柱上附加导轨。整机重量较轻，消耗材料少，因此制造成本相对较低，但刚性稍差。由于载货台和货物对立柱有偏心作用，以及行走、制动时产生的水平惯性力作用，使单立柱有轨巷道堆垛机在使用上有较大的局限性。不适于起重量大和水平运行速度高的堆垛机。单立柱堆垛机的起升结构，普遍采用钢丝绳传动，由电机减速机驱动卷筒转动，通过钢丝绳牵引载货台沿立柱或起升导轨作升降运动。对于钢丝绳传动，传动和布置相对容易，但定位准确性稍差。其结构如图3.2所示。 图3.2单立柱有轨巷道堆垛机3.2 堆垛机设计方案3.2.1 堆垛机的结构组成堆垛机主要由立柱、法兰、水平运行机构、起升机构货叉伸缩机构、水平及起升导向轮机构等部件组成（见图2-1）。图2-1 堆垛机结构图水平运行机构采用变频调速电机减速器及车轮和水平轮组组成。货叉伸缩机构是堆垛机存取货物的执行机构，装设在载货台上。为减小巷道的宽度，且具有足够的伸缩行程，本机构采用的是步进电机驱动丝杠带动货叉做前后的伸缩，由货叉、丝杠、滑块、联轴器、导向滑块等组成。起升导向轮装置由钢质滚轮、特制轴承组成，是将载货台上载荷传递给立柱，并沿立柱上下运行的导向受力机构，滚轮能承受较大的挤压接触应力，可通过偏心轮轴调度滚轮与起升导轨之间的间隙，保证载货台沿着起升导轨正常运行。3.2.2 堆垛机的机械计算堆垛机立柱计算堆垛机立柱的动刚度可用自振频率表征，要求该频率不大于许用值，即f动f许（Hz）堆垛机在运行过程中制动，各部分质量将受到惯性力作用。由于立柱是弹性构件，惯性冲击将引起堆垛机振动。这时堆垛机可简化为如图2-2多质量振动系统。图2-2堆垛机振动简图m1 货台总质量m2立柱均布质量m3 起升机构质量m4 行走机构质量利用等效质量原理可将图2-2示的振动系统简化为图图2-3的单自由度系统。m2.m3,m4等效简化到立柱顶部的总质量为：me=m1+（m2）e+（m3）e+（m4）e= m1+0.25 m2+(H1/H)2m3图2-3堆垛机振动力学模型图示为堆垛机走行位置制动，制动距离为Sn，至位置时停止。此时力学方程式为mxxm+kx+mea=0式中mx为立柱顶部等效质量，k为立柱顶部横向刚度，a为堆垛机运行制动减速度。将试改写成xm+( k/ me)x+a=0 令wn2= k/ me，写成标准方程：xm+ wn2=-a其解为：x(t)=Asinwnt+Bcoswnt-a/ wn2由x（0）=xe=0和xm=0带入方程解x（t）=( a/ wn2)*( coswnt-1)将wn2= k/ me代入上式得x(t)=me/k( coswnt-1)因此（1）立柱静态变形为mea/k（2） 立柱振动系数为Sw= coswnt-1（3） 立柱振动频率为f动=wn/2本文已经确定了立柱的振动频率小于了许用频率。4 电气控制4.1 硬件选择4.1.1 步进电机的选择1.步进电机的原理步进电机是数字控制系统中的执行电动机，当系统将一个电脉冲信号加到步进电机定子绕组时，转子就转一步，当电脉冲按某一相序加到电动机时，转子沿某一方向转动的步数等于电脉冲个数。因此，改变输入脉冲的数目就能控制步进电动机转子机械位移的大小；改变输入脉冲的通电相序，就能控制步进电动机转子机械位移的方向，实现位置的控制。当电脉冲按某一相序连续加到步进电动机时，转子以正比于电脉冲频率的转速沿某一方向旋转。因此，改变电脉冲的频率大小和通电相序，就能控制步进电动机的转速和转向，实现宽广范围内速度的无级平滑控制。步进电动机的这种控制功能，是其它电动机无法替代的。步进电动机可分为磁阻式、永磁式和混合式，步进电动机的相数可分为：单相、二相、三相、四相、五相、六相和八相等多种。增加相数能提高步进电动机的性能，但电动机的结构和驱动电源就会复杂，成本就会增加，应按需要合理选用。2.步进电机的特点、步进电动机是一种作为控制用的特种电机，它的旋转是以固定的角度(称为“步距角”)一步一步运行的，其特点是没有积累误差(精度为100)，所以广泛应用于各种开环控制。、步进电机的转速与脉冲信号的频率成正比、步距值不容易因为电气、负载、环境条件的变化而改变,使用开环控制(或半闭环控制)就能进行良好的定位控制。、起制动、正反转、变速等控制方便。、价格便宜,可靠性高。、步进电动机的主要缺点是效率较低,并且需要配上适当的驱动电源。、步进电动机带负载惯性的能力不强,在使用时既要注意负载转矩的大小,又要注意负载转动惯量的大小,只有当两者选取在合适的范围时,电机才能获的满意的运行性能。、由于存在失步和共振，因此步进电机的加减速的方法根据利用状态的不同而复杂多变。3.步进电机的选择计算在选择步进电动机时首先考虑的是步进电动机的类型选择，其次才是具体的品种选择，在该立体仓库控制系统中要求步进电动机电压低、电流小、有定位转矩和使用螺栓机构的定位装置，确定步进电动机采用2相8拍混合式步进电机；在进行步进电动机的品种选择时，要综合考虑速比i、轴向力F、负载转矩、额定转矩和运行频率，以确定步进电机的具体规格和控制装置。由于我们使用螺栓机构的定位装置，已知条件和要求条件为：移动部分总重 M=25kg 外力 Fa=4kg.cm磨擦系数 =0.04螺栓机构的效率 =O. 9螺栓轴径 =1.2cm螺栓长 =42cm螺距 P=3mm分辨率 L=0.01mm移动距离 =0.0075mm/步速度 V=2mmin 计算： 设拟选用2相、1.8步距角的HB型电动机速比(设使用直接驱动方式)i=m/(360L)=21.8(360O.01)=1轴向力F=Fa+M=4+0.0425=5kg.cm负载转矩=FP(2 )+()/2 =50.3(2 3.140.9)+ (0.31.67 0.3)/(2 3.14)=0.289kg.cm 螺栓的惯量 =（）/32=（3.147.942）/32=0.0675kg.移动体的惯量=M=25=0.0571 kg. 负载惯量为=+=0.0675+0.00571=0.1246kg.根据以上计算可以初步选定步进电动机，其惯量为=0.03 kg.，空载起动频率=3000H。由要求的速度可求出运行的频率：f=VL=2000(600.01)=3333HZ可知需要加减速的驱动方式。齿轮比：G=360/L=0.0075 360/ (1.80.01)=150换算到电机轴的负载转矩为T=GL(+F)/ 2 =1500.01(0.289+5)/(6.280.9) =1.40 kg.cm对首次设计的装置来讲，所选用的电动机通常留有23倍的余量，所以电机转矩=3T=31.40=4.2 kg.cm =0.41N.M根据以上的计算，在该立体仓库控制系统中的步进电动机采用北京斯达特机电科技发展有限公司生产的2相8拍混合式步进电机，它的主要特点：体积小，具有较高的起动和运行频率，有定位转矩等优点。型号：42BYGHl01。4.1.2 光电传感器的选择1. 光电传感器的原理光电传感器是指能够将可见光转换成某种电量的传感器。光敏二极管是最常见的光电传感器。光敏二极管的外型与一般二极管一样，只是它的管壳上开有一个嵌着玻璃的窗口，以便于光线射入，为增加受光面积，PN结的面积做得较大，光敏二极管工作在反向偏置的工作状态下，并与负载电阻相串联，当无光照时，它与普通二极管一样，反向电流很小（A），称为光敏二极管的暗电流；当有光照时，载流子被激发，产生电子-空穴，称为光电载流子。在外电场的作用下，光电载流子参于导电，形成比暗电流大得多的反向电流，该反向电流称为光电流。光电流的大小与光照强度成正比，于是在负载电阻上就能得到随光照强度变化而变化的电信号。光敏三极管除了具有光敏二极管能将光信号转换成电信号的功能外，还有对电信号放大的功能。光敏三极管的外型与一般三极管相差不大，只引出两个极发射极和集电极，基极不引出，管壳同样开窗口，以便光线射入。为增大光照，基区面积做得很大，发射区较小，入射光主要被基区吸收。工作时集电结反偏，发射结正偏。在无光照时管子流过的电流为暗电流Iceo=（1+）Icbo（很小），比一般三极管的穿透电流还小；当有光照时，激发大量的电子-空穴对，使得基极产生的电流Ib增大，此刻流过管子的电流称为光电流，集电极电流Ic=（1+）Ib，可见光电三极管要比光电二极管具有更高的灵敏度。2光电传感器相关原理图光电传感器是应用非常广泛的一种器件，有各种各样的形式，如透射式、反射式等，基本的原理就是当发射管光照射到接收管时，接收管导通，反之关断。以透射式为例，当不透光的物体挡住发射与接收之间的间隙时，开关管关断，否则打开。为此，可以制作一个遮光叶片，安装在转轴上，当扇叶经过时，产生脉冲信号。当叶片数较多时，旋转一周可以获得多个脉冲信号。图4-1 光电传感器透射式原理图时序电路锁存译码电路驱动显示电路检测信号输入放大整形电路记数电路电源电路比较电路驱动电路予置电路执行电路DC12VAC220V图4-2 光电传感器电路顺序图3光电传感器在设计中的应用对于传感器来说，相应于不同的路面条件（主要是黑白度），接收管接收到地面漫反射红外线后其两端电压将有所不同，即传感器接收管正对白色路面，则其电压较高，若正对黑色的路径标记线，则电压较低。因此，基于这个原理可以提出一种比较常见的路径离散识别算法：通过普通I/O端口将接收管电压读入单片机,根据端口输入的高低电平逻辑来判断该传感器是否处于路径标记线上方，再筛选出所有处于标记线上方的传感器，便可以大致判断此时车身相对道路的位置，确定路径信息。算法简便易行，对硬件及算法要求都比较低，在传感器数目较多的情况下也可以实现较高的识别准确性。但它的一个致命缺陷在于路径信息只是基于间隔排 布的传感器的离散值，对于两个相邻传感器之间的“盲区”无法提供有效的距离信息，因此在传感器数目受到限制的智能车赛事中，其路径识别精度极大地受制于传 感器数目及其间距。传感器器数目不受限制，路径识别精度足够高，离散路径识别算法仍有其难以克服的固有缺陷。表4-1 传感器组参数排布形式数目间距 /cm离地高度 /cm 仰角 / 发射管接收管一字形等间距81.7511.812.2454.1.3 条码技术货物的条形码是建立整个供应链的最基本条件，它是实现仓储自动化的第一步，也是用为POS系统快速准确收集销售数据的手段借助条形码，POS系统可以实现商品从订购，送货，内部配送，销售，盘货等零售业循环的一元化管理，使商业的管理模式实现三个转变：从传统的依靠经验管理转变为依靠精确的数字分析管理；从事后管理（隔一段时间进行结算，盘点）转变为“实时”管理（对每一商品项目，如品种，规格，包装样式等细账的管理）。这样一来，销售商可随时掌握商品早晚销售情况，以调整进货计划，组织适销货源，从而减少脱销、滞销带来的损失，并可以加速资金周转，有利于货架安排的合理化，提高销售量。条形码的物流应用包括配送中心的订货、进货、存放、拣货、出库。以便利店订货簿的方式为例：连锁总部定期将订货簿发给各便利店，订货簿上有商品名称、商品货号、商品条形码、订货点、订货单位、订货量等，工作人员拿着订货簿巡视格商品以确认所剩陈列数，记入订货量；或到办公室后，用条形码扫描器扫描预定商品的条形码并输入订货量，再用调制器传出订货数据。配送中心的进货验收作业：对整箱进货的商品，其包装箱上有条形码，放在输送带上经过固定式条形码扫描器的动识别，可接受指令传送到存放位置附近。对整个托盘进货的商品，叉车驾驶员用手持式条形码扫描器扫描外包装箱上的条形码标签，利用计算机与射频数据通信系统，可将存放指令下载到叉车的终端机上。其实商品的自动辨识方法还可以采用磁卡，IC卡等其他方式来达成。但以物流仓储配送作业而言，由于大多数的储存货品都具备有条形码，所以用条形码作自动识别与资料收集是最便宜，最方便的方式。商品条形码上的资料经条形码读取设备读取后，可迅速，正确，简单地将商品资料自动输入，从而达到自动化登录，控制，传递，沟通的目的。其在储存管理的效益上有： 登录快速，节省人力； 提高物流作业效率； 减少管理成本； 降低错误率，提高作业质量； 更精确地控制储位的指派与货品的拣取； 可方便有效地盘点货品，准确地掌握库存，控制库存； 可做到实时数据收集，实时显示，并经计算机快速处理而达到实施分析与实施控制的目的。由上可见，条形码技术已经成为物流现代化的一个重要组成部分。同时，它还有力的促进了物流体系各环节作业的机械化、自动化，对物流各环节的计算机管理起着基础性作用。条形码在现代化物流管理中起着直接、高效的信息媒体作用，它使现代化的管理和现代化的技术互相结合。以条形码技术的应用为基础的信息流将是未来信息技术的重要特征。控制了信息流就控制了物流。信息技术的现代化必然促进物流技术和管理的现代化。我国物流业要在条形码的开发应用上多下功夫，应当学习国外先进的经验，加快条形码的普及应用推动物流现代化的发展。4.1.4 PLC的选择1.PLC的原理可编程控制器，英文称Programmable Controller，简称PLC，本课题中用PLC作为它的简称。PLC是用于工业现场的电控制器。它源于继电器控制技术，但基于电子计算机。它通过运行存储在其内存中的程序，把经输入电路的物理过程得到的输入信息，变换为所要求的输出信息，进而再通过输出电路的物理过程去实现对负载的控制。2.PLC的特点（1）抗干扰能力强，可靠性高：PLC采用微电子技术，大量的开关动作由无触点的电子存储器件来完成，大部分继电器和复杂的连线被软件程序所取代，故寿命长，可靠性也大大提高；（2）控制系统结构简单、通用性强、应用灵活：PLC产品均成系列化生产，品种齐全，外围模块品种也多，可由各种组件灵活组合成各种大小和不同要求的控制系统。在PLC构成的控制系统中，只需要在PLC的端子上接入相应的输入、输出信号线即可；（3）编程方便，易于使用：PLC是面向用户的设备，PLC的设计者充分考虑到现场工程技术人员的技能和习惯，PLC程序的编制，采用梯形图或面向工业控制的简单指令形式；（4）功能完善，扩展能力强：PLC中含有数量巨大的用于开关量处理的继电器类软元件，可以轻松地实现大规模的开关量逻辑控制，这是一般的继电器控制所不能实现的；（5）PLC控制系统设计、安装、调试方便：PLC中相当于继电器系统中的中间继电器、时间继电器、计数器等“软元件”数量巨大，软件齐全，且为模块化积木式结构，并已商品化，故可按性能、容量等选用组装；（6）维修方便，维修工作量小：PLC具有完善的自诊断，履历情报存储及监视功能；（7）结构紧凑：体积小、重量轻，易于实现机电一体化。3.PLC的选择目前，PLC的生产厂家很多，PLC的种类繁多。各有特色，主要有日本三菱公司FX2型、德国西门子生产的S7系列。本文是以FX2进行改装。FX2系列PLC它是整体式和模块式相结合的叠装式结构。堆垛机控制系统采用的PLC是S7-200 CPU226。5 PLC程序设计5.1 整体概述在自动化仓库中，其控制部分大都采用PLC加计算机或计算机加控制板卡的方式。随着计算机技术的飞速发展，计算机的性能以及稳定性等大幅度提高，现场总线技术的日益成熟，一种新的控制方式软PLC控制方式逐渐形成并逐渐被应用于各种控制领域，其中就包括自动化仓库。电气原理图是用来表示电路各电气器件中导电部件的连接关系和工作原理图。该图应根据简单、清晰的原则，采用电气元器件展开形式来绘制，它不按电气元器件的实际位置来画，也不反映电气元器件的大小、安装位置，用导线将电气元件的导电部件连接起来以发映其连接关系。所以电气原理图结构简单、层次分明，关系明确，适用于分析研究电路的工作原理，且为其他电气图的依据，在设计部门和生产现场获得广泛应用。图5-1 立体仓库控制系统总体结构图5.2 电气控制原理电气控制系统是由电气控制元件按一定要求联接而成。为了清晰地表达生产机械电气控制系统的工作原理，便于系统的安装、调整、使用和维修，将电气控制系统中的各电气元件用一定的图形符号和文字符号来表示，再将其联接情况用一定的图形表达出来，这种图形就是电气控制系统图。常用的电气控制系统图有电气原理图、电器布置图和安装接线图。电气原理图是用来表示电路各电器元件中导电部件的连接关系和工作原理图。该图应根据简单、清晰地原则，采用电气元件展开形式来绘制，它不按电气元器件的实际位置来画，也不反映电器元件的大小、安装位置，只用电气元件的导电部件及其接线端钮按国家标准规定的图形符号来表示电器元件，再用导线将这些导电部件连接起来反映其连接关系。所以电气原理图结构简单、层次分明、关系明确，适用于分析研究电路的工作原理，且为其他电气图的依据，在设计部门和生产现场得到广泛应用。图5-3立体仓库电气原理图控制部分5.3 控制电路分析5.3.1 I/O接口分布表5-1 PLC（CPU226）输入输出I/O点分配序号控制元件编程地址序号控制元件编程地址 1 启动I0.019货叉右伸按钮I2.2 2 停止I0.120货叉左伸按钮I2.3 3 复位I0.221货叉原位按钮I2.4 4 存货I0.322货叉电机脉冲输出Q0.0 5 取货I0.423堆垛机上升Q0.1 6 自动I0.524堆垛机下降Q0.2 7水平编码器反馈AI0.625货叉方向改变Q0.3 8水平编码器反馈BI0.726堆垛机前进Q0.4 9手动I1.027堆垛机后退Q0.510货叉右伸到位I1.128低货位指示灯Q0.611货叉到中位I1.229高货位指示灯Q0.712货叉左伸到位I1.330水平停准指示灯Q1.013垂直编码器反馈AI1.431垂直停准指示灯Q1.114垂直编码器反馈BI1.532警示灯Q1.215前进按钮I1.633水平电动机停机Q1.316后退按钮I1.717上升按钮I2.018下降按钮I 堆垛机自动运行首先考虑的问题是：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 LPSAN M20.7AN M20.1A M0.0A M10.0S Q0.4, 1 / 置Q0.4为ON，Q0.4为小车前向运行输出LPPA M20.7AN M20.5A M0.0A M10.0S 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5.3.3 货叉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 SM0.0LPS LD I0.3 AN M20.7AN M20.3A M10.0A C1A I2.2LDN I0.3AN M20.7AN M20.3A M10.0A C1A I2.0OLD A M0.0ALD= Q2.0S M20.3, 1LPPA M20.7AN M20.6A M0.0A M10.0A C2S 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1M10.0手、自动状态I0.3出入库选择 M20.1堆垛机到位标志 5.3.4 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1LPSAN M20.7A M20.1A M20.3A M0.0A M10.0A T37S I1.6, 1= Q2.4/ 定时到，停止前伸LPPA M20.7A M20.1A M20.3A I1.6A M0.0LD I0.3A I2.0LDN I0.1A I2.2OLDALDA M10.0A T37R 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1M10.0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5.4 PLC梯形图和语句指令表PLC控制梯形图语句指令表LD SM0.0 LPSAN M20.7AN M20.1A M0.0A M10.0S Q0.4, 1 LPPA M20.7AN M20.5A M0.0A M10.0S Q0.5, 1LD SM0.0LPS LD I0.3 AN M20.7AN M20.3A M10.0A C1A I2.2LDN I0.3AN M20.7AN M20.3A M10.0A C1A I2.0OLD A M0.0ALD= Q2.0S M20.3, 1LPPA M20.7AN M20.6A M0.0A M10.0A C2S Q2.1, 1LD SM0.0LPSAN M20.7A M20.1A M20.3A M0.0A M10.0A T37S I1.6, 1= Q2.4LPPA M20.7A M20.1A M20.3A I1.6A M0.0LD I0.3A I2.0LDN I0.1A I2.2OLDALDA M10.0A T37R I1.6, 1= Q2.5结论本论文是对自动化立体仓库的输送系统改造说明设计。自动化立体仓库高效、可靠、操作方便的优点为越来越多的使用者接受，应用也日益广泛。在以往的自动化仓库中，其控制部分大都采用PLC加计算机或计算机加控制板卡的方式。随着计算机技术的飞速发展，计算机的性能以及稳定性等大幅度提高，现场总线技术日益成熟，一种新的控制方式软PLC控制方式逐渐形成并逐渐应用于各种控制领域。本论文首先对自动化立体仓库的产生发展进行简介，而后对其结构和运行原理进行介绍和分析，再对各需元部器件进行说明和选用，最后对立体仓库输送系统电路图的编译和分析。本次论文中，基本完成了自动化立体仓库输送系统的设计，PLC在立体仓库中的应用实现了自动化和智能化，使立体仓库的输送系统在物流运输中更易于使用，占据着越来越重要的地位。运用了一流的集成化物流理念，采用先进的控制、总线、通讯和信息技术，通过以上设备的协调动作，按照用户的需要完成指定货物的自动有序、快捷准确、高效的入库出库作业。立体化仓库输送系统也有不足之处，堆垛机的运行以及控制过程也需改进提高，工作输送量也可以不断增加。致谢本论文是在吴军老师的精心指导下完成的，论文写作过程中，吴军老师以其精湛的专业知识循循善诱我，给了我很多的写作灵感，在此，我要向吴军老师表示忠心的感谢！同时，我还要感谢同学们对我的帮助，才使我的论文得以顺利完成。参考文献 1 濮良贵，纪名刚机械设计（第七版）.京：高等教育出版社，20012 孙恒机械原理（第七版）.：高等教育出版社，20063 成大先机械设计手册（第五版）.京：化学工业出版社，20084 大连理工大学工程图学教研室机械制图（第六版），北京：高等教育出版社，20085 吴宗泽机械设计禁忌800例（第2版）.京：机械工业出版社，20066 张建民机电一体化系统设计.京：北京理工大学出版社，20087 尹志强机电一体化系统设计课程设计指导书.京：机械工业出版社，20078 西门子公司S7-200可编程控制器.nternet:./S7-2009 王永华现代电气控制及PLC应用技术（第2版）.京：北京航空航天大学出版社，200810 常斗南PLC运动控制实例及解析（西门子）.：机械工业出版社，201011 田源仓储管理.：机械工业出版社，200712 邓爱民，张喜军物流设备与运用.京：人民交通出版社，2003袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿