立体仓库模拟装置的设计及控制(PLC类)

1、毕 业 设 计题 目：立体仓库模拟装置的设计及控制(plc类)目 录摘要及关键词3引言4一、自动化立体仓库41.1自动化立体仓库41.2自动化立体仓库的发展51.3自动化立体仓库的优缺点51.4自动化立体仓库的组成51.4.1高层货架61.4.2堆垛机61.4.3计算机管理和控制系统7二、自动化立体仓库模拟装置设计思路7三、plc控制系统83.1立体仓库控制方案和电气要求83.2plc简介113.3plc程序设计11四、总结13参考文献14致谢15郑州大学现代远程教育专科毕业论文（设计）评审表16立体仓库模拟装置的设计及控制(plc控制类)控制部分设计摘要: 本文结合机电一体化技术，分析了自动

2、化立体仓库的总体设计方案，并采用可编程控制器（plc）为控制中心，对立体仓库的料仓进行控制，从而实现了计算机对其的实时控制，大大提高了自动化仓库的可靠性及灵活性，同时也提高了立体仓库的管理水平。关键词：立体仓库 模拟装置 plc 控制系统引言仓储是现代物流中一个重要组成部分，而仓库又在仓储中起着至关重要的作用。自动化立体仓库是近年来国际上迅速发展起来的一种新型仓储设，利用高层立体货架储存成件货物，并使仓储管理机械化、自动化，被认为是物流技术领域里一项突出的科学技术革命，用自动化功能齐全的立体仓库取代传统的普通房式仓库已成为世界仓储建设发展潮流。自动化立体仓库在世界发达国家发展迅速，据不完全统计

3、，美国拥有各种类型的自动化立体仓库2000多座；日本拥有4000多座；德国拥有1000多座；英国有400多座；前苏联有150多座，且向高度40m以上的巨型立体仓库发展。一、 自动化立体仓库1.1 自动化立体仓库 自动化立体仓库是典型的机电一体化设备，可以代替人工的搬运、储存。它的基本工作是能够将货物送到指定位置(由操作员指定的位置)或者自动将货物送到某一位置(由plc判定位置)；能够将某一仓库的货物取出(由操作员指定位置)或者自动取出某一仓库的货物(由plc判定位置)；并且能够实现低速启动行低速停车。1.2 自动化立体仓库的发展自动化立体仓库发展经历了几个历程： 产生于6o年代的美国，第一代机

4、械式立体仓库系(mechanical highrise warehouse system)，操作人员通过电器开关按钮来控制机械设备进行出入库作业，实现了搬运的机械化； 7o年代末，随着pld，asrs，agvs，barcode scanner等设备在立体仓库的应用，实现了控制自动化； 80年代末，计算机技术在自动化立体仓库的应用，诞生了集成化立体仓库系统，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，并且与下位工厂计算机信息关联网相联结，实现管理微机化； 9o年代，第四代智能型立体仓库系统，可实现对出入库任务和仓库信息的全自动处理

5、，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适当的建议等； 目前向“3i”(intelligent，integrated，information)仓库系统过渡。1.3 自动化立体仓库的优缺点自动化的优势在于： 占地面积小，仓储容量大。 提高贮存质量。 可方便、迅速地进行货物的出入库作业。提高工作效率。 便于实现仓库作业的机械化、自动化，可以节省劳动力减轻劳动强度。提高出入库作业率和仓库周转能力。 提高储存的经济效益。自动化的缺点是：投资大，开发和应用复杂。1.4 自动化立体仓库的组成自动化立体仓库以高层立体货架为主要标志，以成套的搬运设备为基础，以先进的

6、计算机控制技术为主要手段，实现搬运，存储机械化，自动化，存储管理现代化的新型仓库。完成搬运任务的堆垛机是该系统的关键部分，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3大核心：高层货架、堆垛机以及计算机管理和控制系统。1.4.1 高层货架高层货架系统是自动化立体仓库的基础，仓储技术的发展由平面转向高层立体化以后，高层货架为仓库的主体和标志，货架越高，仓储量越大。随着现代工业的迅猛发展，物流量的大幅增加，为实现仓库的现代化管理，改善仓库的功能，对货架不仅要求数量多，而且要求具有多种功能，并实现机械化、自动化要求。可对其作以下的分类： 按建筑形式可分：整体式和分离式。整体式是指货架除

7、了储存货物以外，还可以作为建筑物的支撑结构，就像是建筑物的一个部分，即库房与货架形成一体化结构，整体式货架一般用于高度在12m以上的大型立体仓库。有利于降低工程造价。分离式是指储存货物的货架独立存在，它可以利用现有的建筑物改造而成，也可以再将货架拆除，使建筑物用于其它目的。 固定式货架可分为单深和双深两种类型。在双深货架中，货架的每个单元可以存放两个货物，一个货物在另一个货物的前面，后面位置上货物只有在前面位置没有货物时才能被存入或取出双深货架在货物品种较少而且周转率较高时是比较合理的。 可动式货架有移动式和旋转式两种，其中旋转式货架系统又分水平循环式和垂直旋转式，适用于在储存中小尺寸、重量较

8、轻的物品。1.4.2 堆垛机堆垛机是自动移动、存取货物的设备，在现代自动化立体仓库中应用较为广泛。巷道式堆垛机(简称堆垛机stacker)是随着立体仓库的出现而发展起来的专用起重机，其重要用途是在高层货架的巷道内来回穿梭运行，将位于巷道口的货物存入货格，或者取出货格内的货物运送到巷道口。通常一个巷道配备一台堆垛机，有时两个或多个巷道共同使用一台堆垛机。1.4.3 计算机管理和控制系统计算机管理和控制系统分管理计算机和中央控制计算机。管理计算机是自动化立体仓库的管理中心，承担出入库管理、盘库管理、查询打印及显示、仓库经济技术指标计算分析管理功能；中央控制计箅机是自动化立体仓库的控制中心，它沟通并

9、协调管理计算机、堆垛机、出入库输送机之间的联系，控制和监视整个自动化立体仓库的运行，并根据管理计算机或自动键柱的命令组织流程，以及监视现场设备运行情况和现场没备状态、监视货物流向及收发货显示。二、 自动化立体仓库模拟装置设计思路自动化立体仓库的设备层的设计有两方面的任务，它们共同决定自动化立体仓库的物理性能 首先，选择自动化立体仓库的类型(类型选择)。其次，类型选择好后必须确定其参数。1. 货架布局应考虑出入库便利、能获得最大的面积、容积利用率、节省人力，出入库机械行程等因素以及确定巷道数、货架系统排数、列数、层数。2. 由于立体仓库的存货方式采用货格组成高层货架设计的储存货物必须单元化，每个

10、单元的尺寸是根据储存货物类别特点确定的。3. 确定货物单元主量(包括托盘等)和立体货架格数，根据仓库容量和货物单元重量即可计算出货架应有的货格总数。4. 立体货架高度是立体仓库设计中最为重要的一个参数，它将影响到仓库的占地面积、起重运输机械的装卸效率及其他技术指标。立体货架的高度取决于仓库的设计容量，前苏联研究者认为，当容量为10004000t时，最佳高度为12.6m，美国、西欧等专家认为立体货架最佳高度在1520m之间，投资最经济。5. 货架长度，最佳长度为80120m。6. 自动控制系统最常见的基本功能和管理功能主要包括：货物的识别和跟踪、人出库操作、库存管理、入出库算法、堆垛等搬运设备控

11、制、入出库信息与数据记录、环境及安全自动报警等。图1 立体仓库结构组成图三、 plc控制系统自动化立体仓库控制系统的任务是控制堆垛机把从一个指定位置取出的货箱存放到另一个指定位置或保持在堆垛机上，或者把保持在堆垛机上的货箱存到一个指定位置(指定位置可以是货架仓位或平台。3.1 立体仓库控制方案和电气要求控制层的设计同设备层的设计同样重要，所以在自动化立体仓库的设计开始的时候就要同时兼顾设备层和控制层，均衡两者的关系。 图2 设备层和控制层相互依赖性通常，自动化立体仓库的运行由一系列的控制方案来管理。立体仓库的入货口与出货口为同一位置，称为零位平台，分为人库操作控制与出库操作控制两部分。入库作业

12、时，当控制系统检测到零位平台有货物时，启动堆垛机，将零位平台上的货物放置到指定仓位上；出库作业时，启动堆垛机将指定仓位上的货物取出到零位平台；堆垛机在执行完每次取放任务后自动返回到零位平台，等待下一运行指令，亦保证了其工作参考原点。堆垛机的前进(或后退)运动和上(或下)运动可同时进行，为保证系统安全，安装有必要的超限位保护开关；每个仓位有检测装置(微动开关)，判断仓位是否已有货物，禁止双重入库与空取货操作。整个电气控制系统设置有急停按钮，以防发生意外。立体仓库堆垛机的列(水平位置x)定位，层(垂直位置y)定位可以选择多速电动机或调频电动机驱动；堆垛机叉子的伸出、缩回一般选择普通低速电动机驱动。

13、仓库货架仓位的列和层由安装在堆垛机上的光电开关和安装在各列和层对应位置的遮光板识别；堆垛机叉子的左中右位置（z）由安装在相应位置的限位开关识别。图3 一个巷道的俯视图堆垛机是一种安装了起重设备的有轨或无轨小车。堆垛机要实现自动控制的最关键部份就是能自主地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。控制系统对出入库线实时采样和控制点多、出入库堆垛机运行速度快、行程定位精度高以及对整个立体仓库进行智能化管理，且要求系统故障率低的特点，立体仓库电气控制系统设计采用了由入库plc控制器(包括倒库线的控制)，出库plc控制器，入库堆垛机plc控制器，出库堆垛机

14、plc控制器实施分散控制，并通过现场总线网络与主控计算机互联实行集中管理的多机分层管控系统架构。表1 自动控制方案要求3.2 plc简介plc方式：可用一台plc或pc作为主站，多台plc作为从站，以构成plc网络。它以plc为控制器，通过通讯接口或编程器接口，接收来自上位机或编程器任务信息，采集设备传感监测系统的各种信号，通过软件控制plc的输出，控制执行设备进行作业。同时通过通讯接口，向上位机发送实时状态信息，以实现实时监控系统对自动化立体仓库所有设备进行实时监控的功能。plc硬件结构主要由中央处理器、存储器、输入输出器件、电源及编程设各几大部分组成。plc得到如此快速的发展，并且在工业社

15、会中应用如此广泛，得益与其很多的优点，其中主要有： 可靠性高，抗干扰能力强。plc采用现代大规模集成电路技术，严格的生产工艺制造，内部电路采用了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。 配套齐全，功能完善，适用性强。plc发展到今天，已经可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能外，现代plc大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。 易学易用。plc作为通用工业控制计算机，其编程语言容易掌握。 系统设计周期短，维护方便，改造容易。plc用存储逻辑代替接线逻辑，大大地减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计周期缩短，同时维护变得容易。 体积小，重量轻，能耗低。3.3 plc程序设计

16、1. 设计一个db(本程序占用db10)，由上位机(pc)一次性提供两组指定位置数据(货架仓位的列层，左，中(保持在堆垛机上)，右)和存、取操作方式指令。plc接收这些数据和指令并存储于这个db的指定dw(参考表1)。然后由上位机提供一个起动信号起动运行。plc程序指令可以使两组指定位置和存、取操作方式指令之一在程序运行中依次作为目标位置和即时指令。2. 对堆垛机即时位置(所到货架仓位的列、层)的列、层各设计一个加减计数器计数。前进(上升)加记数，后退(下降)减记数。确定一个基准位置，在基准位置计数器清零。本装置的基准位置选择在左右平台中间(1列，1层，左/中/右=中)。对叉子的左/中/右位置

17、的实际状态采用置数程序,可以说程序按绝对坐标编程。3. 对堆垛机请求的货架仓位的列、层、左/右目标位置和即时位置各设计3套比较器。比较堆垛机的即时位置列与目标位置列，确定堆垛机前进(目标位置列即时位置列)/后退(目标位置列即时位置层/下降(目标位置层即时位置层)/停止(目标位置层=即时位置层)；比较叉子的即时位置与目标位置的左/中/右确定堆垛机叉子左伸出(选择左)缩入中间(选择中)/右伸出(选择右)。4. 对堆垛机到目标位置前的减速位置，设计一个fb模块计算，定义一个减速标志，作为变速开关信号，用于驱动装置的变速环节,使堆垛机在到达目标前的几列，层或更近(根据驱动电动机速度和惯性确定)时减速，

18、达到准确定位。5. 编辑fb模块实现以下功能：手动方式转换为自动方式系统自动回基准位置一次；叉子上货箱超长(摆放不合格)禁止堆垛机运行；叉子上有货箱不执行取操作，叉子上无货箱不执行存操作；叉子上有货箱，目标位置有货箱，不执行存取操作，自动回基准位置；取操作如果目标位置无货箱自动回基准位置；存操作如果目标位置有货箱自动回基准位置。表2 数据设置和功能 四、 总结应用立体仓库在同样库容量的情况下比普通仓库可少占地约70%，同时。由于实现了仓库作业机械化、减少了劳动强度，可比普通仓库节省2/3劳力物资出入自动化立体仓库方便迅速，提高了储存效益降低了储存成本。plc控制系统在现代工业领域广泛应用，尤其在自动控制领域，在自动化立体式仓库中起到了非常重要的作用，实现了仓库管理的自动化和无人值守作业,因此自动化立体仓库是现代物流发展的趋势。参考文献1 杨海俊，plc控制系统在自动化立体仓库中的应用-应用科学2 赵妍、刘志珍等，plc在模拟立体仓库中的应用-应用与方案工业控制3 刘伟钦，自动化立体仓库的发展与展望-科学论坛4 李彬，物流中的新设施自动化立体仓库-饲料广角2008年22期5 关士岩、景绍学，基于s