【毕业学位论文】（Word原稿）自动化立体仓库堆垛机计算机与PLC的通信

1 摘 要 自动化立体仓库是物流中的重要组成部分，它是在不直接进行人工干预的情况下自动地存储和取出物流的系统。它是现代工业社会发展的高科技产物，对提高生产率、降低成本有着重要意义。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物。 近年来，随着企业生产与管理的不断提高，越来越多的企业认识到物流系统的改善与合理性对企业的发展非常重要。堆垛机是自动化立体仓库中最重要的起重堆垛设备，它能够在自动化立体的巷道中来回穿梭运行，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。 上世纪 50 年代末开始，相继研制和采用了自动导引小车（ 、自动货架、自动存取机器人、自动识别和自动分拣等系统。到上世纪 70 年代，旋转体式货架、移动式货架、巷道式堆垛机和其他搬运设备都加入了自动控制行列，但只是各个设备的局部自动化并各自独立应用，被称为 “ 自动化孤岛 ” 。 随着计算机技术的发展，工作重点转向物资的控制和管理，要求实时、协调和一体化。计算机之间、数据采集点之间、机械设备的控制器之间以及它们与主计算机之间的通信可以及时的汇总信息 ，仓库计算机及时地记录订货和到货时间，显示库存量，计划人员可以方便地作出供货决策，管理人员随时掌握货源及需求。 信息技术的应用已成为仓储技术的重要支柱。到上世纪 70 年代末，自动化技术被越来越多地应用到生产和分配领域。 “ 自动化孤岛 ” 需要集成化，于是便形成了 “ 集成系统 ” 的概念。在集成化系统中，整个系统的有机协作，使总体效益和生产的应变能力大大超过各部分独立效益的总和。集成化仓库技术作为计算机集成制造系统中物资存储的中心受到人们的重视，在集成化系统里包括了人、设备和控制系统。 关键词： 自动化立体 仓库；堆垛机；计算机与 通信。 2 目录 摘要 ： 6 关键词： 6 前 言： 8 第一章 列 规格及系统的构成 9 1 1 概述 1 2 内部寄存器及 I/O 配置 9 第二章 用微型 现小型立体仓库控制 12 2. 1 电气元件的设备选用 . 2 小型立体仓库及其控制系统 16 第三 章 立体仓库的软件设计 20 3. 1 控制系统的梯形图 四章 计算机与 信 . 1 计算机与 连接 36 4. 2 立体仓库控制系统的通信 36 第五章 总结 .考文献 3 前言 企业现代化生产规模的不断扩大和深化 ,使得仓库成为生产物流系统成为生产物流系统中的一个重要而且不呆缺少的环节 逐步代替促使仓库物流的水平提高 . 自动化立体仓库作为现代物流中的一个重要组成部分 ,它是一种集信息 , 存储管理于一体的高技术密集型机电一体化产品 ,是一 种多层次存放货物的高架仓库系统 与信息管理和设备控制集起来 ,能探按控制指令要求自动化完成货物的存取作业 ,并能对库存的货物进行自动管理 ,达到存储技术的全面自动化 ,因此 ,自动化立体仓库是企业管理的重要手段之一 基本上达到采用计算机自动控制技术提高立体仓库的管理水平 ,提高立体仓库的可靠性可维修性 ,从而提高企业生产率和经济效益的目的 何在微型机立体仓库中得到应用的 . 总结一下本设计的软硬件系统 ,有如下特点 : 1 自动存取 ,收发准确迅 速 ,提高入出库效率 ; 2 机械自动化作业 ,解放人力 ,减小劳动强度 ; 3 灵活的增减模块 ,不需对系统作较大的改动 ; 4 第一章 列 规格及系统构成 述 立体仓库主体由底盘、四层十二仓位库体、运动机械及电气控制等四部分模型的机械部分采用滚珠丝杠、滑杠、普通丝杠等机械元件组成 ，采用步进电机直流电机作为拖动元件。随着科学技术和工业生产的飞速发展，现代物流技术领域内出现了一种新型仓储方式 自动化立体仓库 成套搬运设备为基础，以计算机控制技术为手段的高效率物流、大容量存储的机电一体化高科技集成系统。它集机械、电子、计算机、通信、网络、传感器和自动控制等多种技术于一体，以搬运机械化、控制自动化、管理微机化、信息网络化为特征，成为现代化物流设计中产品生产与存储的枢纽。 自动化立体仓库又称自动化仓库、现代智能库、高层货架仓库等，是近年来国际上迅速发展起来的一种新型 仓储设施，是在不直接进行人工干预的情况下能自动存储和取出物料的系统。 自动化立体仓库在现代物流系统中的作用是显而易见的，将自动化仓库技术应用到物流领域中，充分利用自动化仓库的优势和特点，实现仓库信息管理自动化和物品入出库作业的自动化，为提高货物的流通效率发挥重要的作用。国内外各个行业采用自动化仓库的情况己经充分证明，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。在货物流通领域中采用自动化仓库技术，也将获得巨大的经济效益。 是松下电工最新推出的一种袖珍式微型 品，该产品保留了其小 型机原有的性能，双增加了许多极有用的特殊性 能。而其体积只有原 三分之一左右 组成 . 本章结合具体机型松下电工 列 行介绍 . 为适应工业控制领域日益灵活多变的市场要求，各 家面临着激励的市 场竞争，不断更新其产品，小型 品发展趋势是体积越来越小而且性能越来 越高，其松下电工的微型 设计上亦独具匠心，颇有物特点，其主控单 元外型尺寸只有 25*90*60（ 。可放入胸前的不口袋内，休积如此之小性能 却堪称一流，其指令执行速度这 0。 9序容量为 500 步数据 寄存器可达 6144 字，除此之外它还具有如下特点： 5 1 具有两路独立的高速脉冲输出，最高计数率可达 10 2 具有双向通道高速计数器（ 最高计数器频率可达 10 3 可直接输出频率可调制（ 冲序列，脉冲频率可在 0。 15 到 38 间可调，占空比可在 0。 1%99。 9%之间可调节。 4 可经 缆与 接相连无须另加 适配器。 内部寄存器及 I/0 配置 在使用 前最重要的是先了解 内部寄存器及 I/0 配置情况。 H：是 16 进制常数 外部输出 内部寄存器 索引寄存器 0 内部寄存器 索引寄存器 1 轴回复零位 反转取出 Z 轴到达限位 统就绪显示 车有无物品 统取出显示 动自动选 择 统送入显示 X 轴回复零位 统初始化 Y 轴回复零位 存零位标志 4C： n 号仓库选中 X 轴回复零位 Z 轴正转送入 Y 轴回复零位 始回零标志 统回复标志 Z 轴回 零标志 12C,号仓库选中标志 Z 轴调用标志 出物品标志 应仓库标志 品标志 转位置标志 库选中标志 外情况标志 统零位标志 名称 助记符 说 明 步 数 开始逻辑 过常开触点开始逻辑运算 1 开始逻辑非 通过常闭触点开始逻辑运算 1 输出 出运算结果 1 逻辑非 / 将在其之前的运算结果求反 1 逻辑与 接连续连接常开触点 1 逻辑与非 直接连续连接常闭触点 1 逻辑或 联连接常开触点 1 逻辑或非 并联连接常闭触点 1 组逻辑与 数个逻辑快直接连续连接 1 组逻辑或 数个逻辑快并联连续连接 1 压入堆栈 储记忆到此为止的运算结果 1 读取堆栈 取由 记忆的运算结果 1 6 弹出堆栈 取由 记忆的运算结果，并且在读出后清除记忆值 1 上升沿微分 在检测信号上升沿的一个扫描周期内将触点置为 下降沿微分 仅在检测信号下降沿的一个扫描周期内将触点置为 置位 输出置为 且保持该状态 1 复位 将输出置为 且保持该状态 1 空操作 进行任何操作处理 1 基本功能指令。有定时器指令，如表 1示 表 1基本功能指 令 名 称 助记符 说 明 步 数 0 1 秒延时定时器 置以 0。 1 秒为单位的秒延时动定时器（ 03276。7S） 3 1 秒秒延时定时器 置以 1 秒为单位的秒延时动定时器（ 032767S） 4 控制指令。决定程序执行的顺序和流程，如表 1示 表 1主控指令表 名 称 助记 说 明 步数 主控继电器 控序区开始 2 主控继电器结束 控程序结束 2 结束 束程序的 运算 1 有条件结束 执行条件为 ，中止程序的运算 1 子程序调用 移到子程序并且开始执行。返回主程序后，子程序 内的输出任保持 2 子程序进入 程序 N 的起始 1 子程序的返回 程序的终端 1 7 第二章 用微型 现小型立体仓库控制 2 1 电气元件设备的选用 小型仓库装置的电气结构采用步进电机 驱动模快 传感器 开关电源 电磁阀等电子器件组成。下面将对这些电气器件作一个简单介绍。 一 步进电机 采用二相八拍混合式步进电机， 主要特点：体积小，具有较高的起动 运行频率，有定位转矩等特点。型号： 42气原理图 如图一 红兰绿 黑兰兰红红快接插头图一：步进电机原理图 快接线插头： 红色表示 A 相： 蓝色表示 B 相： 二 步进电机驱动模快 采用中美合资 列步进电机驱动器，主要由电源输入部分 信号输入 输出部分等。 电源输入部分由电源模快提供，用两根线连接，注意极性。 信号输入部分：信号源由 机提供。由于 供的电平 24V，而输入 部分的电平为 5V，中间加了保护电路。 输入部分：与步进电机连接，注意相序。 8 C P 步进脉冲D I R 方向电平F R E E 脱机电平O P T O 公共阳端 A+-+2 4 V 4 0 V ）步进驱动器图二：驱动模块保护电路O P T O O P T E E F D I R D I 5 5 5 V 6 传感器 微 动 开 关 ： 当 挡 快 碰 到 微 动 开 关 中间接点常开点图四：微动开关原理图兰黑四 快 #在这个毕业设计中，我们将用到的松下电工微机型号是 中 控制单元，晶体管输出型，输 入 8 点，输出 8 点 出型。 扩展单元。继电器输出型， 输入 8 点， 出型。输出 8 点，终点型 输入 16 点。 #速度位置控制指令 该指令可以指定以下端口和寄存器作为位置控制专用，其功能分配如下表 1 脉冲输出口 方向输出口 脉冲输入口 控制标志 经过值区 目标值区 2 903A 1 1 9 其中 为高速脉冲输出， 别为 方向控制端子， 指定为高速计数器的输入端子，可分别接收来自。 高速脉冲， 表中经过值控制还是绝对数值控制，是否需要原点返回等。 # 由松下 列 体管输出的主机，具有高速运算能力， 节功能，同时可以输出两路脉冲控制两台电机的优点。输出两路脉冲梯形图。 6 86 8 D 1 02 1 00 D 1K 5 00D T 1 00K 2 00 D T 1 02K 5 00 D T 1 03K 3 80 0D T 1 04 1 06D T 1 00 02 D T 2 00K 5 00 D T 2 01K 2 00 0 D T 2 02K 5 00 D T 2 03D 3 80 0 D T 2 04 T 2 06D T 2 00. H 1输出方式开始频率运行频率上升，下降时间发出脉冲数停止频率第一通道输出第二通道输出输出 f / t 坐标（输出共 3 00 个脉冲）0 m 形图05 00 m 0 H 0 0H 0 主机c o m - 1 4 o m +Y 2 0 Y 2 1 Y 2 2 Y 2 3 Y 2 4 Y 2 5 Y 2 6Y 2 7主机电源输入 D C 2 4 Vc o m + 1 3 5 7c o m 0 X 2 1 X 2 2 X 2 3 X 2 4X 2 5 X 2 6X 2 7表一：演示程序 I/0 地址分配表： 输入 轴正限位 输出 轴脉冲 输入 轴正限位 输出 轴脉冲 输入 轴反限位 输出 轴方向 输入 轴反限位 输出 轴方向 输入 转脉冲 输出 正转 输入 正 转限位 输出 反转 输入 反转限位 输出 座正转 输入 座正限位 输出 座反转 输入 座反限位 输出 磁阀动作 注： 传感器输出。 五 直流电动机： 输入电压为 1224V，两根导线输入红色为直流电机正极，兰色为负极。 六 直流电机控制板： 机如图由输入信号。输入电源。输出等组成，输入信号由 块提供； 输入电源由输入模块提供；输出驱动直流电 11 接电机M+- 2 4 V 0 电源模块 ： 输入交流电压： 110V220V/500输出直流电压： 24V/6。 5A； 最大功率： 156W； 2 2 小型立体仓库及其控制系统 我们在一个小型仓库的控制系统中以 为主控制器，下面简要介绍一下 系统的构成及原理。 一 控制系统的流程图 该系统需要三维位控制，而 有两路脉冲输出，故在编程时采用分时分 工的办法，即当堆垛机运行到指定位置时（此时因无取贷，送贷动作，故无伸叉 运动，只要两路脉冲即可），再用旋转电机控制伸叉运动，分时分工的方法是以 不同的时间来控制不同的电机来达到三维控制的，其主要的工作原理本同一维位 控制。 12 开始赋软硬开关清零超出范围输入行列号计算脉冲数结束原点返回水平，垂直运行开始接通旋转电机伸叉运动转换到水平，垂直运动按键号 功能选择 定义 1 自动 选择一号仓库 1 手动 机构水平向左移动 2 自动 选择二号仓库 2 手动 机构垂直向下移动 3 自动 选择三号仓库 3 手动 机构水平向右移动 4 自动 选择四号仓库 4 手动 机构水平向后移动 5 自动 选择五号仓库 5 手动 机构垂直向上移动 6 自动 选择六号仓库 6 手动 机构水平向前移动 7 自动 选择七号仓库 7 手动 无意义 8 自动 选择八号仓库 8 手动 无意义 9 自动 选择九号仓库 9 手动 无意义 10 自动 选择十号仓库 13 10 手动 无意义 11 自动 选择十一号仓库 11 手动 无意义 12 自动 选择十二号仓库 12 手动 无意 1 接通电源。 2 将选择开关置于手动位置（此时 16 号有效） 3 分别点动按键 1， 2， 3， 4， 5， 6，观察水平（ X 轴），垂直（ Y 轴），前后（ Z 轴）各丝杆运动的情况，运行应平稳，在接近限 （位置轴），时，应执行限位保护（运行自动停止）。 4 用机算机或手持编程器（需加购）编写程序并下装至 出厂前已经演示程序，详见光碟，以下描述为演示程序运 算情况）。 5 将选择开关置于自动位置（通电状况下，各机构复位，即返回零点）。 6 将带托盘汽车模型零号仓位，放下模型时，人位要准确，并注意到仓位底部检测开关已动作。 7 执行送指令 （ 1） 选择预送仓位号，按动仓位号对应按钮，控制面板上的数码管显示仓位号。 （ 2） 按动送指令按钮，观察送入动作（若被选择仓位内已有汽车，则该指令不被执行）。 （ 3） 指令完成后，机械自动返回。 （ 4） 零号仓位已无汽车，则下一个送指令（误操作）将不被执行。 8 执行取指令 （ 1） 选择欲仓位号对应按钮，控制面板上的数码管显示仓位 （ 2） 按动取指令按纽，观察取出动作（若被选择仓位内内汔车 ，则该指令不被执行）。 （ 3） 指令完成后，机械自动复位。 （ 4） 零号仓位已无汔车，则下一个取指令（误操作）将不被执行。 9 演示程序中其它内容 （ 1）当零号仓位上有贷物时，若无外部操作指令，“就绪”等亮，延时 10 秒后。自动将贷物放在仓位号最小的空位上，依次类推。如 1#， 2#， 3#， 4#都已有贷物，程序延时 10 秒。 10 秒内若无外部操作指令，自动将贷物放在 2#仓库。在延时 10 秒内，若按下数字 5#，然后按下“送”键。此时，则运行机构将贷物放在 5#库，若按下 5#键后，想取消此操作，可按下“放弃” 14 键，此时，程序又处在待 命状态，“就绪”灯亮，又可进行其它操作。 （ 2） 当零号仓位上无贷物时，若无人操作，“就绪”灯亮 10 秒后，程序将把数值最大仓库号里的物品转运至没有放贷物的仓号比其它的仓库里。 1#， 2#， 5#有物，该程序将自动把 5#物品转至 3#仓库。若需从 5#取回物品，放入 4#库，操作步骤如下：“就绪”灯亮时，按下“ 5”，再“取”键，运行机构执行程序要求取回贷物后，停在起初位置。此时按按键 4#，在按送键运行机构将把贷物放在 4#库，然后停在起初位置，“就绪”灯亮 10 秒后，若去外部操作指令，程序又将 4#库贷物转至 3#库。 装置 中已实施的硬件保护 1 X 轴极限保护（ 2 Y 轴极限保护（ 3 Z 轴极限保护（ 4 X 轴， Y 轴， Z 轴协调保护（ 件联锁） 以上各种保护开关，确保学员在编程实验中，立体仓库在程序出错时，并不损坏该装置。 一、 装置中已实施的硬件保护 1、 X 轴极限位保护（ 2、 Y 轴极限位保护（ 3、 Z 轴极限位保护（ 4、 X 轴、 Y 轴、 Z 轴协调保护（ 件联锁） 以上各种保护开关，确保学员在编程实验中、立体仓库在程序出错时，并不损坏该装置。 10 监控系统 在 统中，把光盘放入光驱中，自动运行 态软件。此时出现对话框，安装 态软件通用版，直至安装完毕，桌面快捷方式出现两个新图标，即 行环境。进行监控。 15 第三章 立体仓库的软件设计 制系统的梯形图 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 第四章计算机与 信 4 1 计算机的连接有以下 3 种 。 1 使用计算机的 口与 编程口直接相连。 2 能过网络，与其它站点的 行通信。 3 通过调制解调器，与远程的 行通信。 本设计是使用计算机的 口与 编程口直接相连的情况 设置 通信条件。 关于 信条件设置的内容，请参照和 相关硬件手册。 请预先 将 计算机的通信条件相符合。 利用计算机的 口，与 编程口 1： 1 连接。 连接方法根据各 不同 。 计算机与 连时 计算机 缆 缆型号： 3 2 立体仓库控制系统的通信 通信协议包括两个方面的内容：一是通信接口；二是通信方式。 上位机一般采用232 接口的异步串行通信方式。 系统的通信 该系统是一种主从事总线型工业局域网。采用 232 总线上位连接系统。以上位机作为工业局域网通信的主站，其它 3 台 为从站。主站采用轮询的方式，按一定的顺序，逐个与各 信，所有数据通信都只在上位机与 间进行，各 间没有 数据交换。如各 进行交换数据，也只能经过上位机中转。 上位机发回的信处包抱堆垛机当前的位置及状态，操作命令的完成，取消等。经过通信再在屏幕上显示堆垛机位置及状态。以便操作员了解现场有关情况。 32 实训总结 经过二个多月的毕业实训，是对学习的总结过程，更是进一步学习探索的过程，在这个过程中，我们对可编程控制器进行了设计和开发有了深刻的认识，对立体仓库的工作原理有了进一步的掌握，对控制系统的分析与设计工程有了切身的体会，并在学习和实践过程中增长了知识，丰富了经验， 控制系统的开了设计是一项复杂的系统工程，必须严格的按照系统分析，系统设计，过程来进行。系统的分析与设计过程是一项辛苦的工作，同时也是一个充满乐趣的过程。在设计过程中，特别体会到理论必须和实际相结合。虽然收集了大量的资料，但是实际用中却有很多的差异，出现了许多意想不到问题 我国，立体仓库的发展是从 70 年代初期开始的，是在消化吸收德国西马克 特兰斯普兰股份公司专有技术的基础上开发出来的。我国进人 80 年代以来，一些交通运输部门，物资储存部门以及现代大中型企业对老式仓库进行了技术改造，开始采用自动化立体仓库，据不完 全统计，目前我国拥有立体仓库 500 余座，在 15 米以上的大型立体仓库 100多座，其中全自动化的立体仓库有 30 多个 1980 年由北京机械工业自动化研究所等单位研制建成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。 1995 年建成的仪征化纤工业联合公司涤纶长丝自动化立体仓库是日前由国内独立设计和制造的综合自动化程度最高的立体仓库高度。这些立体仓库广泛使用在机器制造业、电器制造业、航空港、轻工和化工企业、商储业、军需部门等各行各业。目前我国有能力承接立体仓库设计任务的 单位已达数十家 . 近些年我国自动化仓库技术发展很快，已实现了与其它信息决策系统的集成，并正在做智能控制和模糊控制的研究工作。尽管如此，至今在我国己建成的集成化仓储系统还不多，我国的自动化立体仓库与国外发达国家相比，无论是从数量上还是从建设水平上都有着比较大的差距未来的发展趋势 自动化程度不断提高，近年来采用可编程控制器 (微机控制搬运设备的仓库和采用计算机管理与 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。 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。应用领域日趋广泛，从制造工厂、商场、机场、 33 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。 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，使货物的存取和发送信息做到快速、实时、可靠和准确。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。 在一些生产企业，立体仓库己不仅仅简单地作为物料的储存的仓库，而且与生产企业的工艺流程紧密结合，成为生产物流的一个组成部分。如柔性加工系统 (的自动化仓库就是一个典型例子。随着计算机技术的不断发展，人工智能技术，特别专家系统在自动化仓库中的应用日益增多。 射频数据通信、条形码技术、扫描技术和数据采集越来越多的应用 于仓库堆垛机、自动导引车和传送带等运输设备上，移动式机器人也作为柔性物流工具在柔性生产中、仓储和产品发送中日益发挥重要作用。实现系统柔性化，采用灵活的传输设备和物流线路是实现物流和仓储自动化的趋势。 人工智能技术的发展必将推动自动化仓库技术向更高阶段即智能自动化方向发展，在智能自动化物流阶段，生产计划作出后，自动生成物料和人力需求，查看存货单和购货单，规划并完成物流。如果物料不够，无法满足生产要求，系统会自动推荐修改计划以便生产出等值产品。这种系统是将人工智能集成到物流系统中。 在本文中，首先是对于自 动化立体仓库历史背景、发展现状的介绍，主要介绍了从立体仓库出现到现在的发展情况，各个时期的主要特点，的情况进行介绍 ,介绍了从立体仓库出现到现在的发展情况，还介绍了现代立体仓库的控制系统，整个设计进行了仓库概述，主要对电气元件，设备的选定，如 型的选择，电源模块，步进电机，驱动模块等。控制系统的梯形图设计，还有计算机与 通信。在设计过程中其中电器元件设立的选择是本文中的重点，进行 形时首先根据控制系统的功能要求，同时兼顾设备维修的通用性，本设备控制对象是一个开关量控制系统，同时利用脉冲控 制步进电动机的运转，故应采用晶体管形