自动化立体仓库控制系统

I智能化操作，不断的更新完善。采用PLC系统控制的方式将件接线图、系统总体流程图及货物存、取流程图。为实现立体仓库系统的便捷性、实用性，故采用Step7编程软件设计PLC应用程序。本设计还分别介绍了仓库控制Ⅱoperation,mechanical,computerintegratedoperation,allthewaytotheintelligentoperation,constantlyupdateperfect.PLCsystreal-timethree-dimensionalwarehousethecontrol,systemoperation,thesystemneedfthegoods.Toachievetheconvenienceandpracticabilityofstereoscopicwarehousesystem,introducedthehardwarecompositionofthecontrolsystemofwarehouse,the1绪论 11.1课题的背景及研究意义 1.2国内外研究状况 11.3课题设计的主要内容 22总体方案设计 42.1立体仓库的系统设计 42.2立体仓库的组成及特点 2.3立体仓库系统的结构 82.4立体仓库系统的工作方式 83控制系统硬件设计 3.1电气原理图的设计 3.2PLC控制系统的设计步骤 3.3PLC模块的选择 3.4堆垛机控制系统 3.5步进电动机驱动器的选择 3.6微动开关的选择 3.7认址方式 4系统软件设计 4.1立体仓库系统的总体设计 4.2堆垛控制系统软件设计 4.3Step7软件简介 4.4自动化立体仓库控制系统程序 4.5自动化立体仓库系统仿真 23 25参考文献 26 271随着现代化存储技术的不断发展与完善，以自动化立体仓库为核心的物流系统成为企业节省资源、降低成本合理化运营的首要选择。它作为现代物流中首选的新型存储技术，应具备货物自动存储、系统操作便捷、企业化实施管理的能力。自动化立体仓库系统又称自动存储/检索系统(AutomatedStorage/RetrievalSystrm即AS/RS),它是采用立体式货架存储、计算机远程管理、堆垛机运行操作的货物存储自动化仓储技术、通信技术于一体，具有空间利用率大、成本低效率高、自动化技作为物流系统的重要组成部分，立体仓库主要承担货物的储存保管、货物的存取输自动化立体仓库的引进提升了社会经济水平的发展。使存储区域化，提高了空间利用率；采用选择式存放管理，结合外部辅助设备及计算机监控，防止货物的变质和损坏；运用P理运行整体化。计算机系统控制能够快速准确地对输入输出信息进行采集和分析，减少了劳动率，避免货物存储间的差错，同时自动化立体仓库的储存系统与企业生产系统实现集成化，提高企业的信息化管理。通过主机操作控制设备完成相应的动作流程，同时将完成状况、采集数据实时上传主控计算机的管理界面，使主控计算机实现对企业运行流程、设备运行状态、货仓检测及货物定位、故障检测与系统维课题的研究目的是随着社会生产力的迅速提高，仓库存储技术经历了从手动存储、半自动存储、自动存储、智能化存储的改进与完善，是立体仓库仓储技术迅速成为当红产业。所以课题研究自动化立体仓库控制系统设计，采用西门子PLC程序自动化立体仓库是二战后引出的产物，至今已经历了人工作业、半自动作业、自动作业、智能化作业的过程。20世纪60年代中期，以计算机为核心控制的立体仓库在美国投入使用并成立了研究所研究开发。随后在日本、德国、英国等也引进并2多个、日本35000多个、德国16000多个、英国10000多个等。我国由于社会生产力的原因发展比较晚，20世纪60年代研究开发；70年代中期，由计算机控制的立体仓库问世。据统计当前我国拥有立体仓库约3000多个，运用于各行各业配合完成自动化立体仓库是以计算机为主要操作方式的运行系统化、管理一体化的现代存储系统。随着立体仓库在企业产生的经济效益，使人类投入了更多的精力去研究(1)仓储系统集成计算机网络技术实现智能化。结合物流处理的基本理论和复(2)仓储物的多样化，使的仓储技术的不断提高、仓储设备的不断更新。为使(3)现代化物流仓储系统是一套集信息与价值的物流服务系统。(4)仓储系统是一个复杂的、快速的物流系统，只有系统的完善及设备的齐全PLC凭借其适应性强、应用灵活、易于编程、安装和调试等成为整个立体仓库所有设备都通过PLC程序控制运行，减少了损耗、方便了操作。3(1)立体仓库系统总体方案设计(2)控制系统的硬件设计(3)控制系统的程序设计41.堆垛机系统的设计堆垛机作为自动化立体仓库货物存储的主要运输设备，其控制方式主要有自动、半自动和手动模式等。自动模式是由计算机上位机发送操作指令，并在PLC程序控制下完成全套动作并向上位机回馈实时数据。半自动模式是指人工输入操作指令，由PLC程序控制下完成全套动作，主要用于在设备故障、维修等特殊情况。手动模式下是通过手持终端的方式操作堆垛机的各个运行动作(如前进、后退、上升、下降等)堆垛机控制系统结构如图2.1所示。自动化立体仓库系统设计须由实际需求来具体设计对应的系统(1)立体仓库根据环境因素达到体积最优化。(2)货物尺寸限定，用来确定仓库货格的大小及装卸设备的承载能力。(3)装卸设备的循环周期，用来满足仓库货物的出入库需求。(4)基础设施是否合格，包括供电系统、计算机系统、运行操作系统和消防设施2.系统流程的设计自动化立体仓库系统设计流程图如图2.2所示。5图2.2自动化立体仓库系统设计流程图立体仓库系统包括计算机上位机系统、地面主柜系统、堆垛机控制系统等。在图2.3自动化立体仓库系统构成图3.操作面板的设计自动化立体仓库模型如图2.4所示。6552承重仪堆垛机控制器PLC升降步进电机驱动模块行走步进电机驱动模块堆垛机轨道反射式传感器直流电源46031(1)堆垛机有三个伸展方向度，即：前、后、上、下、左、右；(2)堆垛机的运动由步进电机驱动；(3)堆垛机前、后、上、下可同步进行且需有限位保护；(4)各仓位须安装检测装置(微动开关),当操作错误时显示报警信号；(5)整个电气控制系统必须设置急停按钮，防止系统故障及时处理。仓库号码显示仓库号码显示取消启动4正常自动1功能选择开关操作执行显示运行状态显示存入急停启动取出送46235图2.5系统控制面板图7(1)将功能选择开关置于自动，通电状态下，各机构复位，即返回零位。堆垛(2)执行取货时，先选择欲取货物的仓位号，按动取货按钮，控制面板数码管显示对应仓库号，堆垛机可以自动将货物取出。若货叉上有货物，则取货命令不被(3)执行送货时，先选择欲送货物的仓位号，按动仓位号对应的按钮，控制面(4)取货和送货指令完成后，系统所有设备自动复位。它是自动化立体仓库系统实现货物存取的主框架，直接确定仓库的体积及货物堆垛起重机作为自动化立体仓库的源动力，承担货物的搬运及存取。主要由主用于承载货物的机构，常见的有钢材、塑料、木质等。其中木质托盘具有较高它控制整个立体仓库系统设备的运行，可以使设备单独、组合运行，还可预留81.货物存储的集中化、立体化，合理利用空间，提高利用率2.便于形成先进的物流系统，提高企业生产管理水平3.仓库设备的现代化使货物存取节奏变快，节省劳动率、提高生产率4.减少库存资金积压5.现代化企业的标志1.按货架高度可以分为高层仓库、中层仓库、低层仓库2.按货架构造可以分为贯通式、阁楼式、组合式等3.按建筑物构造可以分为一体式、分离式立体仓库4.按操作方式可以分为人工寻址，人工存取方式；自动寻址，人工存取方式；自动寻址，自动存取方式5.按功能方式可以分为存储仓库、专用仓库、转换仓库等立体仓库控制系统由管理层、监督层、操作层组成。立体仓库功能结构示意图如图2.6所示。本文自动化立体仓库控制系统，其工作方式主要有手动控制操作、自动控制操作和维修操作二种工作方式。(1)手动控制操作手动控制操作是完全需要人为干预的一种工作方式，可以随时调整系统参数以达到实际的要求，手动工作方式相比自动工作方式而言，手动工作方式不具备连续性，每一步的进行需要人为操作，手动控制方式一般作为系统自动控制操作的辅助方式，以便设备调试、维护和系统调整等。9(2)自动控制操作系统各部分设置达到立体仓库控制要求的情况下，只需要启动操作面板上自动存取根据本设计立体仓库的要求，01、02、03连外接电源的火线；04连接零线；05连接地线。其系统电气原理图如3.1所示。鱼云口三后云四图BB居图3.1系统电气原理图(1)分析被控对象控制条件要求。(2)根据性能与系统要求选择PLC适合类型。(4)I/O模块的选择，包括开关量输入模块、开关量输出(5)根据程序流程图表设计程序，或梯形图程序。然后根据设计图列制程序清(6)将程序输入PLC的用户程序存储器中，或通过微机输入PLC存储器，然(1)抗干扰能力强、适应性强(2)应用灵活、可靠性高(3)易于编程及使用(4)功能及拓展能力广泛(5)控制系统设计、安装、调试、操作方便(1)电源电压：根据供电系统电压选择适合系统稳定运行。本设计采用24V直(2)输入输出点数：输入输出点数是指整个控制系统需要的PLC的输入点个数和输出点个数。经估算本设计中需要输入端口31个，输出端口15个。(3)输出触点类型：本设计因为有步进电机的控制所以选择晶体管输出类型。PLCS7-200系列可编程控制器主机分为10、14、24、40点四档，还有各种输入和降低了经济投入。本设计的立体仓库控制系统有输入信号31个，输出信号15个。通过本设计系统的控制要求可得出(PLC)输入输出定义如下表3.1所示。检验4号仓库手动/自动检验5号仓库升检验6号仓库前进限制后退限制显示取出1号仓库键显示送进向上限制显示操作错误向上超过显示1号仓库向下限制显示2号仓库向下超过显示3号仓库送进限制显示4号仓库检验0号仓库显示5号仓库检验1号仓库取出限制显示6号仓库检验2号仓库检验3号仓库吃吃控制系统I/O口硬件接线如图3.2所示。取出急停向下超过□F取出堆垛机作为立体仓库运行流程的主要组成设备，配合系统完成货物的存取。堆垛机具有操作简单便捷、存储效率高及运输成本低等优点。与PC机联网控制，形成一体式自动化物流系统。堆垛机按运行方式分为有轨式和无轨式堆垛机；按操作方式分为手动、半自动、自动堆垛机；按升降高度分为低层、中层和高层堆垛机等。(1)主要结构与工作原理堆垛机结构示意图如图3.3所示。a)立柱：升降台的主要支撑结构，可设置导轨牵引升降台运送货物b)电源配置系统：包括外部电源系统、电动机驱动f)升降驱动系统：升降驱动电机牵引导索使货叉竖直g)行走驱动系统：行走驱动电机牵引货叉水平运行h)上横梁：连接两端立柱使堆垛机结构稳定并限制升降台的高度(2)堆垛机工作原理在下横梁和立柱上分别安装一组导轨，升降电机驱动货叉竖直运行，行走电机驱动货叉水平运行。通过操作控制面板可以使货叉加减速灵活变换及故障急停等功能。货叉的上、中、下位分别设有定位装置，同仓库的光电传感器配合使货叉准确稳压电源供电，所以选择DC24~40V供电。主要由电源输入部分、信号输入部分、输出部分组成。此步进电机驱动器的电气技术数据如表3.2所示。驱动器型号允许最大相电流工作电源二相直流DC(24V-40V)该立体仓库控制系统共有6个货格，6个微动开关分别为仓库货物的检测，其信亮常开点暗中间接线1.认址方式的比较通过对国内外立体仓库采用的认址方式的比较，其中包括光电开关、编码器和激光传感器，认知方式比较如表3.3所示：系统成本高高高高低高低高高高外置接口多个多个定位方式长短测量物体的速度及距离，其原理是通过发射出的激光光线及物体反射的长度来测定竖直方向采用绝对光电认址片认址。在堆垛机的主框架上安装绝对认址片、在升降(1)手动/自动操作程序设计当控制系统开始运行时，首先选择手动控制操作或者是自动控制操作，选择手动控制操作后，系统执行手动控制程序，根据现场需要进行手动操作；如果选择自动控制操作，系统执行自动控制操作，立体仓库按照设定程序自动运行。立体仓库控制系统手动/自动操作流程如图4.1所示。开始开始否是首先启动系统的总电源，立体仓库控制系统开始准备运行，选择手动/自动操作，操作台复位，然后通过操作面板的功能按键通过PLC控制设备执行货物的存取流程，最后打印账单，系统进入等待状态。系统总体框图设计如图4.2所示。NY百动控制操NNNK号仓位空YYY堆垛机存货功能流程是把货物从货格取出，然后输送到指定的位置。主要流程为从初始位置通过指令运行到货格地址，升出货叉，货台微微抬起，收回货叉，然后按照指令输送到指定的位置，升出货叉，货叉微微下降，收回货叉。其中源地址是用X/Y/Z坐标表示，X方向为平行货架所在的层数，Y方向为轨道方向货架的列数，Z方向为高度方向，共同用于货叉定位。堆垛机存货作业流程图如图4.3所示。开始开始收叉堆垛机取货作业操作流程与存货作业流程相似。取货时，堆垛机先获取源地址，运行到该地址，升出货叉，货台微升，收回货叉，然后按照指令输送到指定的位置，升出货叉，货台微降，收回货叉。堆垛机取货作业流程图如图4.4所示。收叉收叉收叉STEP7是西门子SIMATIC工控软件的组成部分，是对可编程逻辑控制器PLC进行配置和软件编程的程序包。通过配置MPI通信设备并经专用数据线与PLC及计算机连接实现系统的程序下载以及数据的采集和调试。Step7外部硬件接线图如图编程电缆电源模块PLC输入模块输出模块编程设备(1)根据系统要求设计程序方案(2)启动Step7编程软件，创建一个新的项目(3)完成程序的编写和组态的链接(4)将程序下载到硬件设备并存储(5)进行程序调试和设备运行Step7软件运行流程图如图4.6所示。自动化任务的设计与操作自动化任务的设计与操作项目的选择、建立硬件设计软件设计软件设计硬件设计自动化立体仓库控制系统显示操作错误程序如图4//自动化立体仓库控制系统送货起始检测程序如图4.8所示。自动化立体仓库控制系统堆垛机复位程序如图4.9所示。网网络1堆垛机复位网络注释)4M7./4.5自动化立体仓库系统仿真本系统采用STEP7-Micro/WIN编程软件对控制系统程序进行调试，通过S7-200SIM2.0仿真软件对立体仓库控制系统PLC进行仿真。1、控制系统程序调试本系统采用STEP7-Micro/WIN编程软件进行编程和调试，此编程软件支持LAD(梯形图)、FBD(功能模块)和STL(语句表)三种模式，STEP7-Micro/WIN可提供程序的在线编辑、监控和调试。程序调试是立体仓库控制系统中的一个重要步骤，在STEP7-Micro/WIN编辑完望望=mur“x"RS*二t职应nS7-200SIM2.0仿真软件我们可以看到PLC硬(1)在STEP7-Micro/WIN编程软件中编译立体仓库控制系统程序，再单击菜(2)打开S7-200SIM2.0仿真软件，单击菜单栏中的“配置”,选择“CPU”型号命令，弹出“CPUType”对话框，设置为CPU226,CPU型号设定如图4.11所(3)程序载入单击菜单栏中的“程序”→“装载程序”命令，弹出“装载程序”对话框，单击“确定”按钮，弹出“打开”对话框，选中要装载的程序“立体仓库控制系统程序.awl”,最后单击“打开”按钮即可。此时，程序已经装载完成。(4)开始仿真。单击工具栏上“运行”按钮，按照立体仓库控制系统流程，对西门子S7-200CPU226进行仿真，控制系统PLC仿真结果如图4.12所示。两印品幽?i直IINE*程序注释Metyerk,1网络标题B注释口自动化立体仓库是信息化、管理化、自动化相结合的产物，本文主要研究了五层六列矩阵式立体系统总体方案的设计、硬件的设计、软件的设计等。研究总结分(1)立体仓库结构的设计、控制面板的设计、堆垛机系统的设计(2)硬件设计完成了系统电器原理图的设计、PLC的选型、步进电机驱动器及(3)软件设计完成了系统总体框图的设计，存、取货流程图及PLC程序设计(1)堆垛机的定位系统出错，还需调试、修改(2)为满足设计需求，还需对涉及到的各参数进行分析(3)由于PLC模块化，可能导致系统程序出现紊乱、数据出现偏差自动化立体仓库作为现代化仓储系统的核心，在运行高效、稳定、信息监控的基础上，还需对货位分配、作业调度、算法引进等系统进行优化，使立体仓库更加(1)信息企业化随着计算机和通信技术的不断完善，许多企业采用一体化管理。运用通讯技术(2)操作智能化人工智能技术的推广是立体仓库走向智能化，采用数据通信、数据采集、数据扫描等技术对立体仓库智能化管理。为适应现代化的需求，规模小、速度快、用途(3)监控一体化计算机技术的完善使许多仓储安全监控设施及运行设备的技术要求不断提高。监控实时信息通过不同方式传输到计算机，实现人机监控和操作。监控系统通过通(4)决策自动化随着算法的引进及计算机的发展，为仓储辅助决策系统的开发和研究提供了方时光必然是会流逝，然而节奏却由我们决定。当我终于可以摆脱就业、毕业设计而长吁一口气时，我忽然才明白，大学四年生涯已接近尾声。每念至此，便有些大学的四年生活其实很简单，只是上课、锻炼和考试往复循环。如果把这四年的单一生活比作一场场演出，那我只配做一个安静的演员。这篇毕设也算不上精彩的台词，不过是每场演出即将结束时的谢幕词。但即使是蹩脚的演员，不管台下有的。而且在学业、思想及生活上也尽心尽力、倾囊相助。她不厌其烦、任劳任怨以及对待事情的专注与认真的品质是我人生道路上学习的榜样。在这谨向X老师致以真挚的感激和崇高的敬意。最后感谢所有的授课老师，是你们的无私付出让我收获颇富；感谢四年来学业中的伙伴，是你们的团结一致让我心系感恩；感谢陪我成长[1]王占富，谢丽萍等.PLC快速入门与实践.人民邮电出版社，2010PROTOCOLS.ElectronicDesign,2010[3]潘峰，刘红兵.西门子PLC控制技术实践[M].中国电力出版社，2009[4]张还，李胜多.可编程序控制器原理及过程控制[M].中国电力出版社，2008[5]李仁主编.电气控制技术第3版.机械工业出版社，2008.6PROTOCOLS.ElectronicDe[7]张还主编.PLC控制系统设计快速入门.机械工业出版社，2011[8]HansBerger.西门子S7-300/400PLC编程语句表和结构化控制语言描述3版.人[9]汤朝霞，李洪群.基于PLC的立体仓库控制系统及组态设计.苏州大学学报，[10]吴丽，梅杨.电气控制与PLC应用技术.北京：机械工业出版社，2008[12]胡健.西门子S7-300可编程控制器应用教程[M].机械工业出版社，2010[13]陈晓军.PLC控制技术在立体仓库堆垛机中的应用[J].工业技术出版社，2007[14]张还.基S7-300PLC软件编程的现场总线系统故障处理[J].设备管理与维修，[15]李风阁等.电气控制与可编程控制器应用技术[M].机械工业出版社，2007[16]崔监.西门子S7可编程控制器STEP7编程指南.机械工业出版社，2007[17]廖常初.S7-300/400PLC应用技术[M].2版.北京：机械工业出版社，2007))网络1显示操作错误程序)/////据)//))))RR)))))