某学院自动化专业毕业设计任务书

1、自动化专业毕业设计任务书 一一一一、设计题目设计题目设计题题目设计题目：基于基于基于基于PLC的立立体仓库堆垛垛机控制系统统设计的立体仓库堆垛垛机控制系统统设计的立体体仓库堆垛机机控制系统设设计的立体仓库堆垛垛机控制系统统设计二、毕业设计的的目的毕业设计的目的的毕业设计的的目的毕业设计的目的的 1设计计一个立体仓仓库堆垛机控控制系统； 2水平移移动、垂直移移动及伸叉机机机构分别由由220W 的三相交流流异步电动机机、200WW 的单相交流异步电电动机和二相相混合式步进进电机驱动；3上述电机由由西门子S77-226型型PLC控制制，其中水平平移动、垂直直移动由PLLC通过变频频器控制，步进电机机

2、由步进驱动动模块进行自自动控制。 三、主要设设计内容主要设计内容主主要设计内容容主要设计内容 1变频调调速系统设计计；2货叉伸缩控控制；3PLC控制制程序编写与与调试；四、重点研究问问题重点研究问题重重点研究问题题重点研究问题 PLC控制，确定设计计方案，完成成各功能单元元的结构设计计，参数计算算和元件选择择。 五、主主要技术指标标或主要设计计参数主要技术指标或或主要设计参参数主要技术术指标或主要要设计参数主要技术指标或或主要设计参参数 堆垛机机运行的速度度范围：水平方向：2mmmin-360mmin；垂直方向：2mmmin-80mmmin；货叉： 2mmin-660mmiin 六、设设计成果

3、要求求设计成果要求设设计成果要求求设计成果要求 1毕业设设计论文要求求字数为100000115000字字，论文格式式参照华北水水利水电学院关于本科毕业业设计论文格格式要求；2系统电气原原理图，要求求用0#图纸纸（按国标要要求绘制）；3各部分环节节的工作原理理及调试故障障分析及排除除方法；4毕业设计论论文内插图必必须用电脑制制作；I华北北水利水电学学院毕业设计计说明书I 基于基于基于基于PLC的立立体仓库堆垛垛机控制系统统设计的立体仓库堆垛垛机控制系统统设计的立体体仓库堆垛机机控制系统设设计的立体仓库堆垛垛机控制系统统设计 摘摘摘摘 要要要要 在现现代的物流仓仓储系统中，自自动化立体仓仓库应用日

4、益益广泛。而堆堆垛机是立体体仓库的关键组成部分，堆堆垛机性能的的优劣对整个个立体仓库的的运行起到至至关重要的作作用，所以设设计与开发自动化程度度较高的堆垛垛机控制系统统成为当前立立体仓库的发发展趋势，开开展与此有关关的研究具有重要的理理论和应用价价值。本文基基于现代物流流技术的应用用和发展要求求，介绍自动动化立体仓库的应用及及其功能和作作用，结合现现代科技的发发展，着重研研究自动化立立体仓库堆垛垛机控制系统的控制技技术。本文详详细阐述了本本控制系统的的设计思想，以以及整个系统统的硬件实现现和软件设计。论文依据立体仓仓库的有关设设计参数，对对堆垛机电气气控制的硬件件系统进行了了设计，为了了提高堆

5、垛机的性性能，本文采采用了转速、位位置反馈的双双闭环控制，以以满足系统的的调速要求。系统的水平认址址采用激光测测距传感器定定位，垂直认认址采用光电电开关和认址址片组合定位位。变频调速系统由SS7-2266PLC及其其扩展模块EEM235通通过变频器MMM440控控制交流电动动机，采用光电编码器反反馈转速信号号，实现转速速闭环控制。货货叉伸叉系统统由S7-2226PLCC通过步进电电动机驱动器SHH-204003控制二相相混合式步进进电动机。根根据系统的控控制要求进行行了PLC、变变频器、电机和电电机驱动器的的选型，并给给出了系统的的硬件接线图图，然后利用用西门子的编编程软件step7设设计了堆

6、垛机机控制程序。关键词关键词关键词关键词 自动动化立体仓库库，堆垛机， PPLCII华北水利水水电学院毕业业设计说明书书II Absttract In moodern logisstics warehhousinng sysstems, autoomatedd storrage iis inccreasiinglywidesprread. Hay sstackeers arre thee key equippmentss, Perrformaance oof thee staccker pplaysan impoortantt rolee. Dessign aand Deeveloppment

7、 of a higheer deggree oof auttomatiionStackerr Conttrol SSystemm becoome Waarehouuse trrend oof devvelopmment, Thereeforerelatedd reseearch has iimporttant ttheoryy and appliicatioon vallue. TThis ppaper introoducessapplicaation and pperforrmancee of aautomaated HHigh-rrise WWarehoouse bbasingg onap

8、plicaation and ddeveloopmentt requuiremeent off modeern loogistiics teechniqques. And pputsemphasiis on the rresearrchingg of ccontrool tecchniquues inn autoomatedd Highh-riseeWarehouuse sttackerr combbiningg modeern scciencee and technniquess. Thiis papperelaboraated oon thee desiign off the systee

9、m of contrrol, aas welll as the iimplemmentattion oofthe sysstemss harddware and tthe deesign of thhe sofftwaree.Based oon thee paraameterr relaated tto thee autoomatedd storrage, this paperr pressenteddthe harrdwaree systtem off staccker eelectrrical contrrol. SSpeed of thhe staacker was tthebasic.

10、 In orrder tto impprove the pperforrmancee of tthe sttackerr, thee systtem addopts thespeed, posittion, doublle feeedbackk conttrol. The hhorizoontal recoggnize addreesses ofsystem usingg laseer ranngefinnder ssensorr posiitioniing, aand veerticaal reccognittion uusingphotoellectriic swiitchess and

11、addreess piiece ccombinnationn addrressinng. Sppeed-aadjusttedsystem by S77-226PPLC annd itss exteensionn moduule EMM235 tthrouggh traansduccerMM440 ccontrool ac motorr. Gooods foork syystem is byy S7-2226PLCC binaary syystemthroughh steppping motorr drivver SHH - 200403 ccontrool twoo-phasse hybbri

12、d ssteppiingmotor. Accorrding to thhe reqquiremments of thhe conntrol systeem, thhis paaper ccompleetedthe sellectioon of PLC，ffrequeency cconverrter, the mmotor and iits coontrolller. Andpresentts thee systtem haardwarre hoookup. Then use tthe sooftwarre of Siemeens sttep7designss the stackker coon

13、troll proccedurees.Key Worrds: Autommated Storaage annd Rettrievaal Sysstem， Staccker， PLC1华北水利水电电学院毕业设设计说明书目目目目 录录录录 摘 要 . II Absttract . III 第一章章 绪论 . 11.1 自动化化立体仓库的的概述 . 11.1.1 自自动化立体仓仓库的组成 . 111.1.2 自自动化立体仓仓库的优点 . 221.1.3 自自动化立体仓仓库的发展 . 221.2 堆垛机机概述 . 31.2.1 堆堆垛机的发展展 . 31.2.2 堆堆垛机技术的的研究现状 . 331.

14、3 本文研研究的主要内内容 . 4 第二二章堆垛机控制系统统的硬件设计计 . 52.1 控制技技术要求和系系统总体设计计 . 552.2 堆垛机机位置控制 . 72.2.1 定定位控制 . 72.2.2 认认址检测方式式 . 82.2.3 认认址方式确认认 . 92.2.4 堆堆垛机速度曲曲线分析 . 102.3 PLCC及资源配置置 .112.3.1 SS7-2000系列PLCC概述 .1112.3.2 CCPU型号选选择 . 122.3.3 PLC模块块选型 . 1132.4 堆垛机机变频调速系系统设计 . 1442.4.1 变变频器的选型型 . 1142.4.2 水水平方向变频频调速系统

15、设设计 . 152.4.3 垂垂直方向变频频调速系统设设计 . 172.5 堆垛机机货叉控制系系统设计 . 199 2华北水水利水电学院院毕业设计说说明书2.6安全检测传感器器的应用 . 202.7 元器件件的选型 . 2112.8 通信方方案的确定 . 222.9 输入输输出点分配 . 232.10 本章章小节 . 244 第三章堆垛机控制程序序设计 . 2553.1 堆垛机机自检和复位位/归位程序序 . 273.1.1 堆堆垛机自检程程序 . 273.1.2 堆堆垛机复位/归位程序 . 283.2 自动方方式下的堆垛垛机运行控制制 . 293.2.1 列列向运行PLLC程序实现现 . 29

16、3.2.2 行行向运行PLLC程序实现现 . 313.2.3 货货叉伸缩控制制PLC程序序实现 . 323.3 手动方方式下的堆垛垛机运行控制制 . 343.4 本章小小节 . 335 总结. 36 参考文献 . 37 致致 谢 . 38 附录录一 外文文翻译 . 399附录二 堆垛垛机入库作业业流程图 . 481华北水利水电电学院毕业设设计说明书第1页 第第一章第一章第一章第一章 绪论绪论绪论绪论 1.1 自动化立体体仓库的概述述自动化立体仓库库的概述自动动化立体仓库库的概述自动化立体仓库库的概述 在在现代物流系系统中，自动动化立体仓库库是一个重要要的组成部分分，它是一种种新型的仓储储技术。

17、自动化立体体仓库又称为为自动存储/检索系统（AAutomaated SStoragge &Reetrievval Syystem，AS/RS）。它它是物料搬运运和仓储科学学中的一门综综合科学技术术工程。它以以高层货架为为主要标志，配以成套的先进进搬运设备，以以先进的计算算机控制技术术为主要手段段，由此组成成高频率、大大容量的科学存储，以以适应现代化化生产、物资资交流和仓储储的需求。 1.1.1自动化立体仓库库的组成自动化立体仓库库的组成自动动化立体仓库库的组成自动化立体仓库库的组成 立立体仓库是指指：采用高层层货架储存货货物，用起重重、装卸、运运输机械设备备进行货物出出库和入库作业的仓仓库。这

18、类仓仓库主要通过过高层货架充充分利用空间间进行存取货货物，所以被被成为立体仓库。目前前，立体仓库库最大高度能能达到40多多米，最大库库存数可达数数万个货物单单位，可以实现按计划划入库和出库库的全自动化化控制，以及及无人操作的的计算机网络络化管理。其主要的组成部部分有高层货货架、仓储机机械设备、控控制及管理设设施。（1）货架仓储技术的发展展由平面转向向高层立体化化以后，高层层货架为仓库库的主体和标标志，货架越越高，存储量越大大。货架在物物流及仓储中中占有非常重重要的地位，目目前的货架具具有多种功能能，以满足机械化和和自动化的要要求。主要的的货架类型有有单元式货架架、贯通式货货架与旋转式式货架。为

19、了提高货物装装卸、存取效效率，自动化化立体仓库一一般使用货箱箱或托盘盛放放货物。货箱箱和托盘的基本功能是是盛放小件物物料，同时还还应便于运输输车和堆垛机机的插取和存存放。（2）仓储机械械设备自动化立体仓库库的主要搬运运设备是巷道道式堆垛机，其其主要用途是是在高层货架架的巷道内来回穿梭运行，将将位于巷道口口的货物存放放入货格中，或或者将货物取取出运送到巷巷道口。输送送系统必须是具有有高度的可靠靠性，在立体体仓库中一般般只有一套输输送系统，所所以应保证输输送系统各个环节上的的设备可靠、耐耐用、维修方方便，并且还还应该对输送送系统设置手手动控制做后后备。自动化立体仓库库中的货物输输送装置主要要有传送

20、带、各各种流动小车车及AGV等等，短距离的的传送还可以采用机机器人。2华北水利水电电学院毕业设设计说明书第2页 （3）控制及管理理设施控制管理系统采采用分布式控控制，即由管管理计算机、中中央控制计算算机和直接控控制堆垛机、入/出库输输送机等现场场设备的控制制器组成控制制系统。管理理计算机是立立体仓库的管管理中心，承担着入/出库库管理、盘库库管理、查询询、打印及显显示、经济技技术指标的计计算分析等功功能，包括在线管理和离离线管理；中中央控制计算算机是立体仓仓库的控制中中心，他沟通通并协调管理理计算机、堆垛机、入入/出输送机机等设备之间间的联系，控控制和监视着着整个立体仓仓库系统的运运行。 1.1

21、.2自动化立体自动化立体自动动化立体自动化立体仓库库的优点仓库的优点仓库库的优点仓库的优点 事事实证明采用用自动化立体体仓库能够产产生巨大的经经济效益和社社会效益，主主要表现在以以下几个方面：（1） 层货架架：立体仓库库由于使用了了高层货架存存储货物，存存储区可以大大幅度的向空空间发展，充分利用用了仓库的空空间，提高了了空间利用率率。（2） 自动存存取：自动化化立体仓库使使用机械和自自动化设备，运运行和处理速速度快，提高高了作业效率。（3） 计算机机控制与管理理：计算机能能够准确无误误的对仓库的的各种信息进进行存储和管管理，不仅降低了操作作人员的劳动动强度，还减减少了货单处处理和信息处处理过程

22、中的的差错，从而而提高了仓库的管理水水平。（4） 节约成成本：作业效效率的提高势势必会降低货货物储存的成成本费用，由由此也提高了了企业的现代化物流流意识。 11.1.3自动化立体仓库库的发展自动化立体仓库库的发展自动动化立体仓库库的发展自动化立体仓库库的发展 高高层货架仓库库的出现和发发展是第二次次世界大战以以后生产技术术发展的结果果。在生产发发张的实际需要和科科技水平发展展的现实可能能下，五十年年代初开始出出现了自动化化立体仓库。11950年美国首先产生生手动控制的的桥式堆垛机机起重机，与与此同时提出出了高层货架架的概念，被被认为是自动化仓库的的雏形。19960年以后后巷道式堆垛垛机逐渐代替

23、替了桥式堆垛垛机，此后堆堆垛机的使用范围和性能有有了很大的发发展，尤其是是在日本，自自动化立体仓仓库发展迅速速，目前日本本的自动化仓库技术和和自动化仓库库的拥有量都都位居世界前前列。自动化技术在仓仓储领域中的的发展分为五五个阶段：人人工仓储阶段段、自动化仓仓储阶段、集集成化仓储阶段和和智能化阶段段。其中智能能自动化仓储储在九十年代代后期以及二二十一世纪的的若干年内，是仓储自自动化技术的的主要发展方方向。 3华华北水利水电电学院毕业设设计说明书第3页 我我国对自动化化立体仓库及及其物料搬运运设备的研制制并不晚，11963年研研制成第一台台桥式堆垛起重机(机械械部北京起重重运输机械研研究所)，11

24、973年开开始研制我国国第一座由计计算机控制的的自动化立体仓库库(高巧米，机机械部起重所所负责)，该该库19800年投入运行行。 1.22堆垛机概述堆垛机概述堆垛垛机概述堆垛机概述 堆堆垛机是自动动化立体仓库库系统的重要要组成部分，它它是整个系统统的执行部件件，存货时将将货物从出入货台台准确的存放放到货位里，取取货时将货物物从货位中取取回到出入货货台。无论何何种类型的堆垛机，一一般都由水平平行走机构、起起升机构、载载货台及货叉叉机构、机架架和电气设备备等基本部分组成成。它是在所所谓高层、高高速、高密度度储藏的概念念下的产物。尽尽管各厂家各各有独创，结构形式式有些差异，但但可以说大同同小异，所有

25、有的堆垛机都都不外乎由机机架、载货台台、伸缩货叉、轨道道和控制系统统等部分组成成。 1.22.1堆垛机的发展堆垛机的发展堆堆垛机的发展展堆垛机的发展 初期的立体体仓库使用的的堆垛机以桥桥式起重机为为基础，这种种堆垛机是从从起重机的大大梁上悬挂一个门架，利利用门架的上上下和旋转来来搬运货物。11960年左左右在美国出出现了巷道式式堆垛机，随后巷道式式堆垛机逐渐渐替代了受重重量和跨度限限制的桥式堆堆垛机。19967年日本本安装了高度1015米米的高层堆垛垛机，19669年出现了了联机全自动动化仓库，我我国是在上世世纪70年代代初期开始研究采用用巷道式堆垛垛机的立体仓仓库。目前的的堆垛机技术术取得了

26、重大大的发展，控控制技术、定位精度、运运行速度都得得到了很大程程度的提高。巷巷道式堆垛机机的起升速度度已经可以达达到90m/miin，运行速速度达到2440m/miin，在有的的立体仓库中中采用上、下下两层分别用用巷道堆垛机进行搬运作业业的方法提高高出入库能力力。 1.22.2堆垛机技术的研研究现状堆垛机技术的研研究现状堆垛垛机技术的研研究现状堆垛机技术的研研究现状 按按现行机械行行业标准，有有轨巷道式堆堆垛机分类方方式很多，如如按支承方式式、用途、控控制方式、结构、运运行轨迹等分分类。无论何何种类型的堆堆垛机一般都都由水平行走走机构、起升升机构、载货台及货叉机机构、机架和和电气设备等等基本部

27、分组组成。体现堆垛机动态态性能优劣的的指标主要有有：运行速度度、提升速度度、货叉速度度、平稳性、认址精度等。随随着科学技术术的不断进步步，自动化立立体仓库的技技术水平和仓仓储机械设备备的动态性能也在不断断提高。例如如，堆垛机的的运行驱动己己由20世纪纪70年代的的子母电动机机改为变频调速，速度由由550mm/min提提升至41160m/mmin，国外外小载重量的的堆垛机最高高可达3000m/minn；4华北水水利水电学院院毕业设计说说明书第4页 提提升驱动己由由20世纪70年年代的双速电电动机改进为为变频调速，速速度由4116m/miin提升至025m/mmin；货叉叉运行也由单单速电动机驱驱

28、动改进为变变频调速，速速度由8m/min提升升至435m/mmin；在堆堆垛机自动控控制方面还采采用闭环控制制变频调速系系统、Proofibuss总线控制等等先进技术。尽管如如此，目前国国产堆垛机的的运行速度最最高仍保持在在160m/min；提提升速度在080m/mmin；货叉叉速度一直保保持在0330m/miin；认址采采用光电探测测，精度不足足，认址差错错率高。 1.33本文研究的主要要内容本文研究的主要要内容本文研研究的主要内内容本文研究的主要要内容 课题的的研究目标是是设计安全可可靠，具有经经济性能和操操作性能良好好的堆垛机控控制系统。主要内容如下：(1) 介绍自自动化立体仓仓库和堆垛

29、机机的一般概念念和基本组，以以及国内外立立体仓库和堆堆垛机的发展现状，简简单介绍了立立体仓库的发发展方向。(2) 对堆垛垛机在水平方方向和垂直方方向运行进行行速度控制，根根据运行的目目的地址和当当前地址之间的比较较，选择合适适的变频器，对对电机的运行行速度进行控控制。并在应应用新的定位位方式的基础上，对对变频调速系系统进行位置置速度双闭环环控制，并解解决新方案中中的硬件设置置问题。由PLC输出高高速脉冲和货货叉方向改变变信号控制步步进电动机左左伸和右伸，以以及货叉的伸伸缩速度。(3) 设计了了堆垛机运行行系统的控制制程序，包括括堆垛机各种种工作方式下下的控制程序序。 5华北北水利水电学学院毕业

30、设计计说明书第5页 第第二章第二章第二章第二章 堆垛机机控制系统的的硬件设计堆垛机控制系统统的硬件设计计堆垛机控制制系统的硬件件设计堆垛机控制系统统的硬件设计计 2.1 控制技术要要求和系统总总体设计控制技术要求和和系统总体设设计控制技术术要求和系统统总体设计控制技术要求和和系统总体设设计 （1）本本系统中堆垛垛机运行机构构由水平运行行的行走机构构，垂直运行行的起升机构构及取送货的伸叉机构三三部分组成。水水平部分运动动电机和垂直直部分运动电电机分别采用用220W的的三相交流异步电动机机和200WW的单相交流流异步电动机机，由西门子子S7-2000PLC通通过变频器进进行控制。伸叉机构电电机采用

31、两相相混合式步进进电机，由西西门子S7-200通过过步进电机驱驱动器进行控控制。由堆垛机运运行机构特点点及工作要求求可知，能否否保证堆垛机机的稳定工作作，关键在堆堆垛机的三维位置移动动定位的精确确性。主要技术指标和和和主要设计计参数堆垛机运行的速速度范围：水平方向：2mm/min360m/min；垂直方向：2mm/min80/miin；货叉：2m/mmin600/min（2）本文堆垛垛机的控制方方式有自动和和手动控制。 手动方式通通过堆垛机的的转换开关及及按钮控制堆堆垛机水平和和提升运动及及货叉伸缩。同时运动速度也也可以手动选选择。手动操操作时，系统统应给予相应应的警示信号号。同时系统统将解除

32、大部分的保护护控制。手动动操作主要用用于安装、调调试和排除故故障。 单机自动用用人机界面对对堆垛机进行行全自动的控控制，控制系系统根据用户户输入的参数数进行全自动的取取送货动作。界界面操作时，应应具备对货物物的单送、单单取操作。人人机界面应具具备实时显示设备备运行工况，故故障及历史故故障查询等功功能。（3）在本文设设计的堆垛机机控制系统中中上位机完成成的只是数据据输入和传送送，主要的控控制任务是由PLLC来完成。 作业命令处处理：确定作作业状态时自自动还是手动动；确定作业业指令是存货货入库还是取取货出库；确定作作业地址包括括列地址和层层地址。 位置技术及及判断：沿着着堆垛机的行行进方向和载载货

33、台的升降降方向设置认认址片，PLLC通过检测认址片片来判断堆垛垛机位置和载载货台的位置置，每经过一一个认址片，PPLC的高速速计数器就自动计数一一次，前进加加一，后退减减一，上升加加一，下降减减一。到达预预定位置后，堆堆垛6华北水水利水电学院院毕业设计说说明书第6页 机机停车。 速度调整和和准确停车：根据堆垛机机和目标位置置的距离，PPLC输出速速度调整的控控制信号给变频器，通通过变频器控控制电机的转转速，在停车车之前先把堆堆垛机的运行行速度降低到到低速档，使堆垛机机以低速接近近目标位置，保保证堆垛机的的稳定性。 作业任务的的顺序逻辑控控制：按照入入库、出库的的作业顺序，确确定各输出点点的得电

34、状态，完成作业顺顺序的逻辑控控制。 安全保护：水平行走、载载货台升降及及货叉的伸缩缩等都有限位位保护。 PLC还有有工作故障报报警功能。本系统由上位监监控级与直接接控制级组成成。监控级对对通讯、流程程进行控制，并并进行实时图像显示，直接接控制级是由由PLC(可可编程序控制制器)组成的的控制系统对对各设备进行行单机自动操作。采用组态态王6.522建立监控界界面，同时将将运行系统的的状态反馈到到监控计算机机。堆垛机采用西门子公司司的S7-2200型PLLC控制，与与变频器结合合对堆垛机进进行变频调速速。系统结构构拓扑图如图2.1所示。图2.1 系统统结构拓扑图图监控计算机S7-200 PLC堆垛机

35、水平认址系统堆垛机纵向认址系统堆垛机纵向变频系统堆垛机水平变频系统堆垛机货叉控制系统堆垛机纵向运行机构堆垛机水平运行机构堆垛机货叉运行机构堆垛机货物检测系统堆垛机限位保护系统 7华华北水利水电电学院毕业设设计说明书第7页 2.2堆垛机位置控制制堆垛机位置控制制堆垛机位置置控制堆垛机位置控制制 由堆垛机机的作业流程程分析，堆垛垛机是由水平平运行机构、纵纵向起升机构构和货叉伸缩缩机构三部分组成的，水水平运行机构构和垂直起升升机构使堆垛垛机到达目标标位置，货叉叉伸缩机构完完成存取货任务。要要完成对堆垛垛机自动控制制系统的设计计，首先要保保证堆垛机能能够准确到达达目标位置，所以在设设计堆垛机自自动控制

36、系统统时，关键在在于准确可靠靠的认址和定定位保证堆垛垛机准确无误的定位在在目标货位。另另外为了提高高存取效率和和保证堆垛机机的稳定性，必必须对堆垛机机三个机构的速度度进行合理有有效的控制，其其中速度位置置检测是堆垛垛机自动控制制系统的关键键部分。堆垛机速度位置置控制的实现现方法如图22.2所示，控控制系统由PPLC控制器器、调速系统统、编码器、认址片片和认址器组组成，实现位位置和速度的的双闭环控制制。执行机构输入编码器速度检测位置检测图2.2 堆垛垛机位置速度度控制框图 2.2.11定位控制定位控制定位控控制定位控制 定位位控制就是确确定堆垛机停停止在目标货货位的功能。自自动仓库的认认址检测系

37、统统有两项任务：一是实现自自动寻址，使使堆垛机自动动找到被指定定到达的位置置；二是自动动准确停准，即即堆垛机停准位置不不超出规定的的精度。为此此，货架上的的每个货位必必须具有堆垛垛机能识别的的编码，所以将货架两侧侧编成X1、XX2，沿堆垛垛机运行方向向将货架编为为0Y列，垂垂直方向编为为0Z层。这样每个货货位就有了独独立的三维坐坐标地址，堆堆垛机自动检检测目前的坐坐标地址，使使其能到达目标位置。因因为货架两侧侧分为X1、XX2，只有两两个方向，反反应到堆垛机机上只是货叉叉左伸、右伸运动，此此方向不用检检测，所以实实际上堆垛机机位置的检测测只是对Y、ZZ位置的检测测。控制器 调速系系统M认址器

38、8华北北水利水电学学院毕业设计计说明书第8页 22.2.2认址检测方式认址检测方式认认址检测方式式认址检测方式 主要的认址址检测方式有有以下几种：（1）绝对认址址：绝对认址址是将每一个个货位赋予唯唯一的开关状状态，给每个个货位制作一一个专用的认址片片，堆垛机上上相应安装一一个识别器，通通常是二进制制编码板和一一组光电开关关的组合，通过读取取认址片的代代码来判断堆堆垛机的当前前位置。（2）相对认址址：相对认址址：相对认址址时每个货位位的认址片结结构相同。每每经过一个货货位，就对地址编编码进行加11或减1，一一直移动到和和预定位置号号一致时停止止运行。（3）编码器定定位法：编码码器定位方式式主要有

39、两种种：从动轮与与轨道旋转计计数测定方式式、链轮与链条旋转转计数测定方方式。从动轮轮与轨道旋转转计数测定方方式。堆垛机机的从动轮上上配有同轴旋转编码器器，从动轮与与轨道近似纯纯滚动，因此此通过对旋转转编码器的转转角的转换，可可以得到堆垛机的相相对运行位置置。（4）激光测距距定位：激光光测距定位是是近年来应用用于堆垛机准准确定位的新新技术，用激激光测距仪通过测测量堆垛机到到基准点的距距离和事先存存储的位置数数据比较来确确定堆垛机的的当前位置。这种方方法的精度很很高，但是使使用时堆垛机机和激光发射射器和反射板板之间不允许许有物体，否则会遮挡挡住激光的传传输路径，使使系统无法准准确定位。以上是四种常

40、见见的认址检测测方式，四种种方式各有优优劣，下面的的表格2-11是他们之间间的比较对照：表2-1 认址方方式对比表认址器 光电开开关 旋转编编码器 激光光测距传感器器认址方式 相对对认址 绝对认址址 绝绝对认址 绝绝对认址可靠性 较低 高高 较高 最高高认址精度 格 格mm mm系统成本 低 高 高 较高高数据接口 无 无 多种 多种种定位方式 反射射式 反射式 接触式 反射射式使用寿命 短 短 较长 长长 9华北北水利水电学学院毕业设计计说明书第9页 22.2.3认址方式确认认址方式确认认认址方式确认认认址方式确认 为完成对堆堆垛机的位置置控制，必须须能检测出堆堆垛机的运行行位置，本文文设计

41、的堆垛垛机系统认址方式如下下：（1）水平认址址系统水平方向采用激激光测距传感感器，当前数数据为位移值值，经过PLLC计算后的的数据为当前前速度值。激光测距距传感器安装装在堆垛机上上，目标放射射板安装在巷巷道末端。在在立体仓库巷巷道通道中的激光测距距范围(激光光发射器与反反射板之间)内不得有任任何物体遮挡挡激光光线。激激光测距的原理是通过过发射出的激激光光线长度度来测定距离离，其光线就就好比一把光光尺，如果物物体遮挡激光光线，让让它脱离原标标准原点的测测定位置，将将影响实际要要求的测定距距离，从而使使道堆垛机走位偏离所所设定的位置置，产生货叉叉取/存储错错位或起始点点撞击巷道堆堆垛机端部缓缓冲制

42、动器的情况。因此此，在巷道堆堆垛机工作时时不允许有任任何物体遮挡挡激光光线，对对于激光光线线通道应采取隔离保保护措施，保保证激光测距距的准确性和和自动化系统统的安全性。（2）纵向认址址系统堆垛机纵向方向向的层定位采采用光电开关关和认址片组组合定位，即即在堆垛机的的上下安装两两个光电开关，在在每层的货位位上安装认址址片。低位为为取货开始伸伸叉或放货完完毕收叉的位位置，高位为放货开始始伸叉或取货货完毕收叉的的位置。为使使货叉能完成成作业，堆垛垛机在垂直方方向上必须要提供使货货叉能停在高高位或低位的的检测装置。所所以在堆垛机机的升降台上上安装三个光光电开关，与升降台台一起上升下下降，中间的的一个共用

43、，其其他两个分别别为上位置和和下位置。存存货开始或取货结束束时，升降台台货叉停在高高位置，下面面两个光电开开关处于认址址片内；取货货开始或存货结束时，货货叉停在低位位置，此时上上面两个光电电开关处于认认址片内，如如图2.3所所示。 上上对准光电下对准光电低位位置中间计数数光电上对准光电中间计数光电下对准光电高位位置 图2.3 堆垛机机垂直方向认认址传感器分分布图 100华北水利水水电学院毕业业设计说明书书第10页 其认址状状态如表2-2所示： 表2-2 认址状态表表上升 下降传感器 存货高高位 取货低低位 存货高高位 取货低位A1计数、减速、定定位定位、停止A2计数、减速、定位定位、停止 定定

44、位、停止 计数、减速速、定位A3计数、减速、定定位2.2.4堆垛机速度曲线线分析堆垛机速度曲线线分析堆垛机机速度曲线分分析堆垛机速度曲线线分析 常见见的速度运行行曲线有三种种，分别为三三角形与梯形形速度曲线、抛抛物线与直线线形速度曲线、正弦形速度度曲线。本文文采用最常用用的梯形速度度曲线。如图图2.4所示示，梯形速度度曲线堆垛机以加速度mma启动加速，当匀匀加速到最大大运行速度mmv时，保持持该速度运行行一段时间，再再以ma匀减速运行，直直到零速停靠靠。VA BCS1 S2 SS3 S图2.4 梯形速速度曲线 11华北水水利水电学院院毕业设计说说明书第11页 2.3 PPLC及资源配置及资源配

45、置及资资源配置及资源配置 根根据实际的控控制点数和系系统需要实现现的控制要求求，在本设计计中选用西门门子的S7-200系列的PLC作作为控制中心心。 2.33.1 S77-200系列系列系列系列PLC概述述概述概述概述S7-200系系列PLC是是德国西门子子公司生产的的一种超小型型PLC,超超小型是指其其功能具有大大、中型PLC的水水平，而价格格却和小型PPLC的价格格一样。可以以单机运行，也也可以输入/输出扩展。它结构小巧巧，可靠性高高，运行速度度快，继承和和发挥了它在在大、中型PPLC领域的的技术优势，又极丰富的的指令集，具具有强大的多多种集成功能能和实时特性性，配有功能能丰富的扩展展模块

46、，性能价格比非常常高。因此，它它一经推出，即即受到了广泛泛的关注。特特别是S7-200CPPU22*系系列PLC(它是221*系列的的替代产品），由由于它具有多多种功能模块块和人机界面面可供选择，可可以很容易的组成PLCC网络。同时时具有功能齐齐全的编程和和工业控制组组态软件，使使得S7-222*系列PPLC来完成控制系统统的设计时更更加简单，系系统的集成非非常方便，几几乎可以完成成任何功能的的控制任务。S7-200硬硬件系统的配配置方式采用用整体式加积积木式，即主主机中包含一一定数量的II/O输入输出，同时还可可以扩展各种种功能模块。（1） 基本单单元：基本单单元有时又称称作CPU模模块，也

47、有的的称之为主机机或本机。特特包括CPU、存储器器、基本输入入输出点和电电源等，使PPLC的主要要部分。它实实际上就是一一个完整的控制系统，可以以单独的完成成一定的控制制任务。（2）扩展单元元：主机I/O数量不能能满足控制系系统的要求时时，用户可以以根据需要扩扩展各种I/O模块块，所能连接接的扩展单元元的数量和实实际所能使用用的I/O点点数是多种因因素共同决定的。（3）特殊功能能模块：当需需要完成某些些特殊功能的的控制任务时时，可与SIIMATICC S7-2200主机相连，已完完成某种特殊殊的控制任务务而特制的一一种装置。（4）相关设备备：相关设备备是为了充分分和方便的利利用SIMAATIC

48、 SS7-2000系统的硬件件和软件资源而开发和和使用的一些些设备，主要要有编程设备备、人际操作作界面和网络络设备等。（5）工业软件件：工业软件件是为更好的的管理和使用用这些设备而而开发的与之之相配套的程程序，它主要有标标准工具、工工程工具、运运行软件和人人机接口等几几大类构成。12华北水利水水电学院毕业业设计说明书书第12页 2.3.22 CPU型号选择型号选择型号选选择型号选择 （11）西门子CCPU的介绍绍SIMATICC S7-2200的CPPU模块包括括一个中央处处理单元、电电源以及数字字I/O点，这这些都被集成在一个紧凑凑、独立的设设备中。CPPU负责执行行程序，以便便对工业自动动

49、化控制任务务或过程进行控制。输入入部分则输出出控制信号，控控制工业过程程中的设备。西门子第二代产产品的CPUU模块位CPPU 22*，是在本世世纪初投放市市场的。其速速度快，具有极强的通讯能能力。它具有有四种不同结结构配置的CCPU单元。 CPU 2221：CPPU 2211具有6输入入/4输出，共共计10个点点的I/O，无无扩展能力，有有6KB程序和数据存储储空间。还具具有4个独立立的30kHHz高数计数数器，2路独独立的20kkHz高数脉脉冲输出端，一个RRS-4855通讯/编程程端口，具有有PPI通讯讯协议、MPPI通讯协议议和自由通讯讯方式。非常适合小点数数的控制系统统。 CPU 22

50、22：CPPU 2222除了具有CCPU 2221的功能外外，其不同在在于：它有88输入/6输输出，共计14点I/O，可以扩扩展8路模拟拟量和最多664个I/OO,因此使更更广泛的全功功能控制器。 CPU 2224：它在在CPU 2222的基础础上使主机的的输入输出点点数增为244点，最大可可扩展为168点数字字量或者355点模拟量的的输入和输出出；存储量也也进一步增加加，还增加了了一些数学指令和高数计计数器的数量量，具有较强强的控制能力力。 CPU 2226：这种种模块在CPPU 2244的基础上功功能又进一步步增强，主机机输入和输出出点增加到40点，最最大可扩展为为248点数数字量和355

51、点模拟量；增加了通讯讯口的数量，通通讯能力大大增强；它可可用于点数较较多、要求较较高的小型或或中型控制系系统。（2）CPU型型号的选择根据控制点数来来计算，可以以选用CPUU-226这这个型号的CCPU，CPPU226有有24输入/16输出，最大可以扩展为为248点数数字量或355点模拟量。其其特点如下： 集成的244V电源：可可直接连接到到传感器和变变送器、执行行器，可用作作负载电源。 高速脉冲输输出：具有22路高速脉冲冲输出端，输输出脉冲频率率可达20KKHZ，用于于控制步进电机或伺服服电机，实现现定位任务。 通信口：CCPU2266具有2个RRS-4855通信口，支支持PPI、MMPI协

52、议，有有自由口通信信能力。 模拟电位器器：CPU2226有两个个模拟电位器器，用来改变变特殊寄存器器中的数值，以以改变程序运行的参数数，如定时器器、计数器的的预设值，过过程量的控制制参数。 中断输入允允许以极快的的速度对过程程信号的上升升沿做出响应应。 数字量输入入/输出点：CPU2226具有244输入/166输出，输出出点为24VV直流双向偶偶看13华北北水利水电学学院毕业设计计说明书第13页 光电耦合输输入电路，输输出有继电器器和直流两种种类型，可扩扩展模块为7个。 CPU2226有6个330KHZ的的高速计数器器，用于捕捉捉比CPU扫扫描频率更高高的脉冲信号号。 2.33.3 PPLC模

53、块选型模块选型模块选选型模块选型 由于S77-200-CPU2226的集成224输入/116输出不能能满足设计的的要求，所以以又选用了EM221扩展展模块和EMM235扩展展模块，正好好满足设计的的需要。所选选模块型号如如表2-3所所示。 表2-3 扩展模模块选型表系列号 类别 描述 选型型型号 数量量EM221输入扩展模块DI16 6EES72211-1BH222-0XAA0 1EM235输入/输出扩展展模块AI4/AO11 6ES77235-00KD22-0XA0 2由于CPU2226的输入点点只有24个个，不能满足足设计的输入入点的需要，所所以加入一个个EM221模块块，该模块有有16个

54、数字字输入点，总总体上可以满满足系统输入入的要求。另另外加入两个EM235模模拟量输入/输出模块是是为控制水平平和垂直运行行的交流电机机。系统总体体结构图如2.5所示： 上位机机CPU226EM221EM235EM235输入入区手动开关关光电编码器限位开关 指示示灯、继电器器步进电机驱动器器MM440变频频器MM440变频频器二相混合式步进电机三相交流异步电动机单相交流异步电动机输出区区RS-4885图2.5 系统统总体结构图图 14华北北水利水电学学院毕业设计计说明书第14页 2.4堆垛机变频调速速系统设计堆垛机变频调速速系统设计堆堆垛机变频调调速系统设计计堆垛机变频调速速系统设计 为了实现

55、堆堆垛机的准确确定位，提高高存取效率和和保证堆垛机机的稳定性，必必须对堆垛机机三个机构的速度进进行合理有效效的控制，由由于水平和垂垂直运行电机机分别采用三三相交流异步步电动机和单相交流异异步电动机，所所以对这两个个方向的速度度控制采用闭闭环变频调速速控制。 22.4.1变频器的选型变频器的选型变变频器的选型型变频器的选型（1） 变频的的概念变频器的工作原原理是通过改改变交流电频频率方式实现现交流电的控控制。变频器器的电路一般般由整流、中间直直流环节、逆逆变和控制44个部分组成成。整流部分分为三相桥式式不可控整流流器，逆变部分为IGGBT三相桥桥式逆变器，且且输出为PWWM波形，中中间直流环节节

56、为滤波、直直流储能和缓冲无功率率。主要特点点如下： 通过改变变变频器的输出出频率实现对对异步电动机机的调速控制制。 在利用变频频器进行调速速控制时，只只需改变变频频器内部逆变变电路换流器器件的开关顺顺序即可达到对输输出进行换向向的目的，不不需要设置专专门的切换装装置。 高速驱动是是变频器调速速控制的一个个显著优点。 如果变频器器的容量允许许的话，可以以使用一台变变频器同时驱驱动多台电机机。 采用变频器器对异步电动动机进行启动动时，由于可可以将输出频频率降至一个个很小的值起起动，电动机起动动电流很小，对对电机会起到到较好的保护护作用。（2） 变频器器的分类按照主电路工作作方式进行分分类，变频器器

57、可以分为电电压型变频器器和电流型变变频器。电压压型变频器的特点点是将直流电电压源转换为为交流电源，而而电流型变频频器的特点则则是将直流电电流源转换为交流电电源。 电压型变频频器。在电压压型变频器中中，整流电路路或者斩波电电路产生逆变变电路所需要要的直流电压，并并通过中间电电路的电容进进行平滑后输输出。整流电电路和直流中中间电路起直直流电压源的作用，而而电压源输出出的直流电压压在逆变电路路中被转换为为具有所需频频率的交流电电压。在电压型变频器器中，由于能能量回馈给直直流中间电路路的电容，并并使直流电压压上升，还需需要有专用的放电电路路，以防止换换流器件因电电压过高而被被破坏。 电流型变频频器。在

58、电流流型变频器中中，整流电路路给出直流电电流，并通过过中间电路的的电抗将电流进行行平滑后输出出。整流电路路和直流中间间电路起电流流源的作用，而而电流源输出出的15华北北水利水电学学院毕业设计计说明书第15页 交流电流在在逆变电路中中被转换为所所需要的交流流电流，并被被分配给各输输出相后作为为交流电流提供给电动机。在在电流型变频频器中，电动动机定子电压压的控制是通通过检测电压压后对电流进进行控制的方式实现现的。（4） 变频器器的选型本文根据综合考考虑选择西门门子MM4440变频器，MMM440型型使用PIDD控制器，具具PID微调调等功能，MM4440可用于于矢量控制，可可以实现高性性能的应用，

59、带带内置制动单单元，可以快快速制动。MM4400变频器各项项参数指标如如下：输入电压：3相相380VAAC，50HHz。输入电流：2.8A。输出功率：0.75KW。输出电压：3相相(0-3880)VACC可调。输出频率：(00-650)Hz可调。输出电流：2.1A。输出控制：变频频器由微机处处理器控制绝绝缘栅双极型型晶体管(IIGBT)的的脉冲宽度调调制频率，实现输出电电压、频率可可调。控制作用：VFF，矢量转转矩、光电编编码器反馈的的速度控制等等。数字量输入：66路带隔离的的数字量输入入。数字量输出：88路继电器输输出。模拟量输入：22路(0110) V模模拟量输入。模拟量输出：22路(02

60、20) mAA模拟量输出出。通讯接口：RSS485通讯讯、USS协协议。操作功能：AOOP盘、BOOP控制盘、电电位器与外接接端子操作。 2.4.22水平方向变频调调速系统设计计水平方向变频调调速系统设计计水平方向变变频调速系统统设计水平方向变频调调速系统设计计水平行走电机采采用220WW的三相交流流异步电动机机，运行速度度要求为2mm/min360m/min，系统采用转速闭闭环控制方式式。S7-2200PLCC的模拟量输输出信号KUU作为MM4400变频器的模模拟量输入，来控制制变频器输出出频率和输出出电压的变化化，从而控制制三相异步电电动机的运行行；电动机转速由光电电编码器检测测并反馈到P