【《基于PLC的自动化立体仓库系统设计》12000字】

基于PLC的自动化立体仓库系统设计摘要工业自动化的发展，使自动化技术在物流存储行业中逐渐得到推广运用，自动化立体仓库亦逐步取代了陈旧，落后传统仓库，传统仓库在存取商品时工作效率低商品堆放杂乱，自动化立体仓库极大增强了竖直方向的空间利用率，库存的提货一键搞定，大大减少了运行难度，本项目从管控系统基本功能在存取货速度上也进行优化与改进，增加了货物重量的检测功能，把货物的重量转换成PLC可读的模拟量数据，并且根据不同的体重匹配不同的运转速度，以确保安全为前提，强化效率。在硬件的设计方面，选用西门子S7-1200系列PLC作为下位机，选择西门子触摸屏作为上位机，采用以太网通讯，通过在上位机上设置触摸屏发送的库存或提货命令，控制系统整体运行。选择伺服电机对堆垛机进行运动控制，对于堆垛机稳定运行大有裨益。PLC和触摸屏编程选用西门子TIABroad软件，针对系统工作需求，设计了对应的人机界面和配置参数，针对自动化立体仓库系统库存收集流程，设计了PLC内相关控制程序，添加了随重量变化堆垛机运行速度的控制程序，并在特殊场合设置了紧急程序。如今，该项目控制程序已调试成功，目标仓库基础作用能够按照主机命令准确实现，满足目标需要。关键词：PLC；触摸屏；模拟量；伺服电机目录TOC\o"1-3"\h\u1.引言 引言传统仓库由于要降低仓储成本对整个财务的支出，因此迫不得已，选了一个离市区较远的偏远地段，以减少费用，这样，货物运输成本便直线上升，要想从货物运输成本中节省开支则必须对仓储厂房建设进行连续投资。传统的仓库从横向来说，对于空间的要求比较高，储存的物品不仅分布广，还极大地减少了空间使用率，以及自动化立体仓库，不但能在纵横两个方向上使用空间，也可使用垂直空间，扩大仓库使用面积。高层货架必将会有更高强度，更好稳定性，使得它比传统仓库同等土地面积仓储量大大增加，其仓储量可比以前增加7~8倍，同样仓储量下，根据它的占地面积为单层传统仓库无法达到，另外，立体货架的搭配也是千变万化的，可根据生产需要灵活调整数量及地点。与此同时，劳动力需求量将相应减少，进一步缩小了仓库占地面积，减少企业对土地投资开支，较好地落实了节约资源和保护环境原则。自动化立体仓库比传统仓库库存取货效率高数倍。首先，立体仓库中每一个位置对应着一个唯一坐标信息，我们在进行存货取货时，只需给出对应头寸的坐标信息即可，堆垛机可以按照坐标准确地达到规定的头寸。系统整体方案设计自动化立体仓库结构货架部分立体仓库货架用来存放货物，其主要由多个仓位构成，用于装载货盘，通常多用硬质金属材料构筑。该工程货架局部使用为单侧货架，它每一个位置大小都是一样，都为宽1100毫米高1100毫米，一共有36个仓位，具体仓位设计为六个楼层，并且每层设有6个仓位。同时设置有对应托盘，托盘正面尺寸大小和长宽都为1050mm的正方形托盘，托盘厚100mm，其最大负荷达100kg。因此，该工程水平方向运行范围是0-7米，垂直在立体声空间中，操作范围也为0-7米。当项目系统启动存取操作时，堆垛机中的货叉托举着货物和托盘由一个货架运至另一个的货架上。立体仓库门前货架外形，如图2-1所示。图2-SEQ图2-\*ARABIC1货架正面堆垛机部分由于立体仓库通常很高大上，普通叉车，人力根本无法将物品储存在这样一个高度，此时，需要一种像起重机一样的仪器才能运输物品，堆垛机因此应运而生，堆垛机是立体仓库里一个十分重要的装置。堆垛机的工作范围以竖直平面为主，因此，要求有一台伺服电机来驱动水平方向，通过带滑轮的伺服电机，堆垛机沿水平轨道运行，需要伺服电机垂直驱动堆垛机。最后，叉需要由伺服电机驱动，以伸出并取回叉。通过水平和垂直移动，定位位置，叉展开和缩回，并实现库存和提货动作。以各种需要，根据其机械结构有不同类型的堆垛机，堆垛机还有单、双立柱数目不等，由于该工程立体仓库高大，因此，使用了更大提升高度和更强载重能力的双立柱，双柱模型如图2-2所示。双柱堆垛机包括电控柜、导轨、双柱和货叉等部件。控制柜的示意图，见图2-3。图2-SEQ图2-\*ARABIC2堆垛机模型图图2-SEQ图2-\*ARABIC3控制柜连接图控制系统部分控制系统是工程的灵魂，它是联系各种设备的主要通道，而在整个控制系统中，上下控制系统起着非常关键的作用，它的核心是对上位机的指令和控制，上位机常常使用触摸屏、PC机、工作站等，整个执行器和服务系统重点是下位机，下位机系统一般使用PLC和微机。本项目下位机使用PLC、上位机使用触摸屏。上位机在控制自动化系统中占有一定的地位，发挥着十分重要的作用，由上位机发出命令，将信号发送到下位机的通信线上，下位机按照程序来完成对指令信号的接收，并执行与所述输入信号相对应的程序操作，通过这个信号来输出这个程序运行结果，从而对驱动下位机的其他元件进行控制，并可将各个输入输出信号实时状态传送给上位机，上位机界面可以实现实时显示。我们所研制和编制程序，是实现上述功能之根本。系统运行流程自动化立体仓库系统有存货动作和取货动作之分，在系统下达命令时，先判断是否进行取货动作或存货动作后再进行相关动作流程，结束后就回原点待机等后续的指令，流程图可见图2-4。存货动作过程：员工通过上位机触摸屏发出存货指令，在堆垛机初始从原点位置驶入货物口时，堆垛机先往下缓慢运行一段距离，接着货叉伸出货物托盘的下面，伸出到位后，堆垛机慢速地和的上升一定距离托住物品，货叉可以收回货物，缩回到位时，水平方向与竖直方向伺服电机同步工作，操作至目标仓位不再操作，货叉伸了出来，开始将商品放进头寸，当全部伸出时，堆垛机就会慢慢往下跑一定距离，将物品储存在仓位里，接着货叉收回，当货叉复位时，堆垛机工作在原点位置，此时存货结束，存货动作见图2-5。取货动作流程：工作者取货指令由上位机触摸屏下达，堆垛机最初以原点的位置进入货物口，水平方向与竖直方向伺服电机同步工作，操作至目标仓位不再操作，然及伸出货叉，位于货物托盘之下，伸出就位时，堆垛机上升一定距离托住物品，货叉可以收回货物，缩回到位时，水平方向与竖直方向伺服电机同步工作，操作至存取货物口终止，停好之后，堆垛机慢慢往下跑一段距离，再将货叉收回来，当物品储存就位时，堆垛机工作至原点位置，此时提货结束，取货物的动作如图2-6。图2-SEQ图2-\*ARABIC4系统运行流程图图2-SEQ图2-\*ARABIC5取货动作图2-SEQ图2-\*ARABIC6存货动作系统硬件设计系统硬件选择上位机设计上位机是监控端和控制端，它承担着对整个系统进行控制的功能。它主要由计算机PC和触摸屏两部分构成，工作人员可以通过触摸屏和计算机端对该系统进行监视和操作，极大的提高了工作效率。市场上触摸屏通常采用直流24V电压，电脑采用交流220V电压。本项目的上位机选用触摸屏，由于该项目的超级计算机操作简单、可靠性高、成本高，可以为企业节省设备开发和维护成本。所选用的触摸屏是西门子的KTP700basicPN系列，之所以选用这个型号，是由于西门子的屏幕可以通过有线的下载来通信，而西门子的PLC也可以通过以太网络的接口来实现软件的下载与通信；因此，选择了西门子的牌子，就可以利用一个交换机，将网络线路与之相连，达到单条网线对全部设备的控制编程及链接都能更方便，同时，下载程序可由网线完成，它的优点不仅是方便，以太网通讯与一般通讯手段相比，下载速度相对较快，其主电路设计可见图3-1。图3-SEQ图3-\*ARABIC1上位机主回路下位机设计然后对系统内部的下位机进行控制，进行与被控制端，在该课题中，主要采用PLC作为研究的中心，以PLC为基础，将其他组件与PLC连接起来，构成控制回路。目前，市场上主流PLC供电驱动部分通常分为DC24V供电或AC220V作为供电电源。通常PLC输入端通常为按钮开关、传感器及其他部件，其输出端通常为交流接触器、指示灯、逆变器、交流电机、伺服步进电机等。该项目的PLC硬件接线图可见图3-2。PLC。可靠性是其最大的优点，多数PLC是由集成度极高的微型计算机组成，除自带保护电路外，还具有自我诊断的作用。PLC大部分编程语言为梯形图，该图简单易懂，操作方便，整个控制流程显而易见因此受到工业控制行业的普遍欢迎。输入和输出功能模块完整，这也正是PLC所具有的一个优点，它能够更有针对不同工程的不同要求，选择所需的功能模块，也许有的工程输出了很多那么输出模块也多出了一个，十分灵活，变化多端。有些PLC还设有模拟量模块，可设计模拟量控制程序，同时，还可以使用高速度、高脉冲输出的可编程控制器，更适用于对步进电动机的控制。PLC的工作方式为时间周期的扫描，其基本原理是按照某种固定周期连续循环扫描程序，一些中大型PLC也加入中断方式。从现实功能的需求出发，正是由于该工程中要对3台伺服电机进行控制，由于这一需要，当我们对PLC进行机型选择，需选用能发射高速脉冲，能带动伺服电机，更有构造原理由于继电器型不能发射高速脉冲，故选择能发射高速脉冲晶体管型PLC，该工程也采用模拟量输入的方法，负责阅读当前货叉内货物重量，我们在思考这一切的同时，也要思考输入输出端子是否足够，结合该项目，除了能够控制三个伺服电机所需的PLC外，我们还能够计算总共14个要接收的信号和9个要给出的信号以及至少一个电流模拟输入，结合以上各项要求因此该工程使用西门子PLC型S7-1215CDC/DC/DC，这种PLC具有14个晶体管输入端子，10个晶体管的输出端子，2个模拟量输入端子，2个模拟量输出端子，有高速脉冲输出口4个，能最大限度地带动4轴伺服或步进电机运转，这款PLC可以满足我们不同的需求，而且每个端口利用率为85%，实现选型的巨大成功。其S7-1215CDC/DC/DC的PLC本体和基本应用程序组成可见图3-3。图3-SEQ图3-\*ARABIC2PLC接线图图3-3S7-1215CDC/DC/DC伺服电机。在本设计中，它重点负责为堆垛机供应驱动力，让其能够水平和垂直移动。为了确保货物准确输送到指定的目标位置，使用PLC控制伺服电机，以完成堆垛机的精准操作，本设计在堆垛机水平方向、竖直方向与货叉伸缩都选用台达ASD-B2-0421-B伺服驱动器基础上匹配机型为ECMA-C2004RS的伺电机驱动，伺服电机及伺服驱动器见图3-4。限位开关。以保护堆垛机工作时不认为行程超限，造成损毁，那么我们就有必要在水平竖直方向和货叉伸出缩回极限位置加装限位开关以保护行程超限。堆垛机工作在安全行程以外，遇到限位，整个堆垛机系统将被急停，用这种方法对堆垛机进行防护。综合各方面因素后确定选择欧姆龙限位开关，可见图3-5。图3-4伺服驱动器和伺服电机图3-5限位开关接近开关。要使堆垛机精确作业，需要在水平方向和竖直方向上分别设置原点位置。货叉的伸出就位和收回就位的位置也需要加装接近开关，为了确保货叉的目前状态能够被发现。综合各方面因素后确定选择欧姆龙TL-Q5MC1-Z2MBYOMS型接近开关，可见图3-6。旋转编码器。伺服电机工作时出现意外情况时，由此造成在定位不准时很容易产生危险碰撞因此增加了旋转编码器，依据旋转编码器读取脉冲总数，判断目标位置是否确实达到，若伺服电机停止，但编码器所示值未达到目标值，这时应马上停止货叉伸出运动，以免碰撞货架，降低由于机械故障原因造成器械损坏，从而增加了装置的安全性和稳定性。该工程经各方面的全面分析后选择了欧姆龙E6B2-CWZ6C1024P/R2M型旋转编码器，可见图3-7。压力传感器。该工程要求对货叉处货物重量进行监控，因此，我们给货叉加装了压力传感器，用它来测试商品的轻重，压力传感器可见图3-8。为了保障通过PLC模拟模块能够读取压力传感器所读取到的压力，加入以压力传感器为核心的特殊压力传感器变送器，能够用于485通信或0-10v模拟电压或4-20ma模拟电流。变送器可见图3-9。图3-6接近开关图3-7旋转编码器图图3-8S型压力传感器图3-9压力变送器本章小结本章是对智能立体仓库系统的硬件进行了选择和设计，对硬件与软件的选择，我们必须从测量方式、运行方式、硬件的匹配性等等各方面综合考虑的选择问题，基于我们项目需求感知，我们也应该贴切实际，而不应该仅仅存在于试验模拟之中，要能实际工作。在设计软件程序之前，必须先把硬件定下来，只有硬件定下来了，我们才有可能做到把程序编制出来，良好的硬件基础，更是程序运行顺利与否的重点之一。系统上位机程序设计触摸屏开发软件SIMATICWinCC的主要功能SIMATICWinCC作为触摸屏编程软件，具有很强的实用性，融入TIA博之路。支持人机界面设置和仿真调试，中间主界面为设计框，用于组态画面，在左边的画面栏中我们可以新建或者删除界面，触摸屏包括用于切换的若干人机界面，右边是工具箱，这里面有一些基本元件，美化着我们人机界面，也可添加报警信息，以适应我工程需要。软件界面可见图4-1。图4-SEQ图4-\*ARABIC1软件界面SIMATICWinCC常见操作功能HMI变量设置。通过触摸屏中各组件与PLC中各输入输出点以及中间继电器之间的一一对应连接，连接完成后即可通过上位机触摸屏对PLC进行操作控制，同时也可对PLC目前的实时工作情况进行监控。界面设计。根据工程需要在接口上绘制各类组件，并可自行进行多种接口的定义设计。仿真模拟。可通过模拟仿真功能来调试程序，不需要硬件支持，这就是仿真模拟所具有的主要优势，能够很好地便于我们按时对已开发的程序进行调试。界面写入。采用西门子触摸屏技术，可经以太网接口与本公司的计算机进行通信，并将本公司编制的软件下载到对应的屏幕上。触摸屏界面设计主界面设计该课题上位机系统的设计选用触摸屏承担，触摸屏所应具备的几种控制界面，承担着各种功能。项目中含有五个人机界面组成的，其中，主界面负责启动显示项目的名称以及当前时间，要想在不同界面上切换，可通过操作屏下的按钮灵活地切换界面，这就可以很容易地实现我们在下位机完成各种管控要求，其主界面规划可见图4-2。图4-SEQ图4-\*ARABIC2触摸屏主界面手动运行界面设计在自动化立体仓库系统手动操作的人机界面中，计划终止操作和一键复位按键，起着系统启停总控制作用，本实用新型能够有效地避免因按钮误触而造成装置的启动。接口中还设置有横向的前进和后退，纵向的上升和下降，货叉延伸、收回电动控制按钮，并配有水平复位，竖直复位、货叉复位作用，为了方便大家能够对功能进行多次的检测。一键复位按钮，用于使装置完全复位回起始位置，为了便于后续试验的操作控制，其手动运转接口设计可见图4-3。图4-SEQ图4-\*ARABIC3触摸屏手动运行界面单次运行界面设计在自动化立体仓库系统手动操作的人机界面中，计划终止操作和一键复位按键,起着系统启停总控制作用，本实用新型能够有效地避免因按钮误触而造成装置的启动。接口中还设置有横向的前进和后退，纵向的上升和下降，货叉延伸、收回电动控制按钮，并配有水平复位、货叉复位等作用，为了方便大家能够对功能进行多次的检测。一键复位按钮，用于使装置完全复位回到初始位置，以便于后续试验的运行控制运行，其手动操作界面设计如图4-3所示。在图片中还设定了当前的各种状态显示，原点待命和水平伺服运行，垂直的伺服操作，用于取货、存货、货叉伸出等待作业的过程，其一次运行界面设计如图4-4所示。图4-SEQ图4-\*ARABIC4触摸屏单次运行界面报警信息界面自动化立体仓库系统控制告警信息的人机界面，该项目有超重告警现象，这个告警是指目前的商品超出了最大载货量、堆垛机作业超出最大行程限位的超限告警，非正常状态急停意外停警，伺服电机定位发生错误定位失败警报。故障报警信息是控制系统工作过程中，需要我们进行判断的重点信息，系统运行过程中，不可避免地会出现各种各样的问题，若能将上述问题都反应到人机界面，这可用来警告员工该装置的不正常情况，并将这些异常信息适时整合处理，用最快捷的方式获得解。迅速地解决问题，能使该系统在最短的时间内开始正常工作，具体图偏，如图4-5所示。图4-SEQ图4-\*ARABIC5触摸屏报警信息界面元件监控界面在监控自动化立体仓库系统控制系统元件人机界面上，将极限传感器与原点传感器三个方向电流装态显示出来，并将水平伺服电机与货叉伺服电机工作停止状态同步呈现在屏幕中，将目标的位置与当前的位置进行实时的同步展示，并实时地展示当前货叉上货物的重量，从而使我们能够实时监控控制系统运行状况，还放便了我们对系统在工作时的一些数据进行了观测和记录，界面可见图4-6。图4-SEQ图4-\*ARABIC6触摸屏元件监控界面系统下位机程序设计PLC开发软件SIMATICStep7软件主要功能STEP7具有以下的功能：中间窗口为程序编制窗口，支持梯形图语言，它还支持用其他语文编写程序。左边可以在程序块的下方添加新的程序块，可以在主程序中充当OB块，也可以是一个功能FC块，还可作为DB块使用，根据实际情况确定具体要求，程序编写框下面为信息显示栏，在完成编译功能时，若程序中存在不能编译的内容，然后在下面进行展示，便于大家排除故障。软件右边为各项基本指令，能够更有必要地将指令托例如程序段。若碰到不会用的命令按F1，帮助界面就跳出来了，其中对指令进行了详细描述，软件界面可见图5-1。图5-SEQ图5-\*ARABIC1软件界面SIMATICStep7软件常见操作梯形图的编辑。工具栏设置符号输入，将编程窗口之上的工具栏上的符号元件拖到梯形图上，也可以从右边指令中的基本指令或者扩展指令，选择相应的指令拖入梯形图中运行。程序编译。将编辑好的梯形图程序切换到可读状态，准备写到PLC中。注释编辑。在程序内部输入和输出点以及中间中继注释也可以标注在某些程序块上，以更好地掌握其预期执行的功能，随后的检查改进将明显加快程序的总体掌握。程序下载。在实施流程下载前，先将我们编写的梯形图程序编译变换一下，表明编译转换结束时没有报错，其次，我们可将转换好的程序下载到PLC中，操作PLC就能开始下载步骤。仿真模拟。我们编写的梯形图程序在编译转换结束时，可不必写在PLC上进行程序操作，用这种方法调试程序的运行状况，可先用电脑仿真模拟一下，具体操作仅需运行该软件的模拟仿真功能即可，等工作结束后，仿真模拟就可以实现了，它的结果与实际的操作差别并没有什么不同。监视模式。启动监视模式时，需处于程序运行状态，打开后，每条命令将在界面显示出当前状态，从而能很快地找出问题所在，同时，为了方便实现所需状态，我们还可以对某些数据进行强制写写，以方便程序的持续进行。模块添加。在PLC输入输出点不充足或存在其他要求时，我们可增加拓展模块，此时，我们就可以从设备组态上选择所要增加的模块了，并且做基础设置就可以，加入后，只要把实物模块加到所对应的地方，就可以正常工作了。PLC和各元件的配合使用输入输出点分配以智能立体仓库为研究对象，通过查阅文献、录像，学习水平伺服电机行走、垂直伺服电机行走，安装货叉伺服电机伸缩驱动，学习其他部件的硬件连接，并综合所有硬件信息，PLC终端分布表分别见表5-1和表5-2。模拟量的使用基础之存货与取货之行动无法符合工程之需求，才能达到更高效存取货，我们为堆垛机货叉加装了可探测货物重量传感器，堆垛机运行速度由传感器探测货物重量变化，商品轻便时可增加速度，借此增加存货取货效率，此外，在货物重量较大时，使用慢速度，能够确保堆垛机工作稳定。1.控制方案设计S7-1215CDC/DC/DCPLC具有自己的模拟输入输入输出模块。根据子型号PLC手册的参考，我们知道该PLC模拟输入模块可采用4-20ma的模拟电流输入。从阻抗角度看，之所以使用伺服电机，是因为其能够在工作过程中所产生的强电磁，将干扰模拟量正常工作，使得模拟量精度不高，PLC模拟量电压输入的抗干扰能力较差，因此，本课题选择了利用当前模拟量输入读取商品重量信息，模拟量系统元件的联接示意图可见图5-4。图5-SEQ图5-\*ARABIC4模拟量系统链接2.控制程序设计货物的重量采用S型拉压力传感器加称重传感器变送器产生4-20ma电流，将该电流输入S7-1200PLC模拟量输入口1，这使得我们能够从PLC上读出某个模拟量的值，该值与实际重量呈某种函数关系，我们可以通过程序执行操作，以达到目前商品的真实重量。在0-20ma的电流输入范围内，模拟输入模块回测0-27648，这样，我们就能把4-20ma这个循环推演到5530-27648之间的相应返回测量值。此外，本研究所选压力传感器的测量范围为0-100kg，我们可按下列公式计算；Y=其中，Y为目前的实际压力值，Ymax为压力传感器量程的上限，Ymin为压力传感器量程的下限，M为模拟量输入模块的返回测量值，Xmax为模拟量输入模块的返回的测量值的上限，X应用于PLC的手段有：将模拟量输入值标准化为0.0~0.1浮点数，接着将该浮点数缩放在某范围内，以获得如今压力值，缩放范围由更多压力传感器上下边界确定。模拟量运算程序，如图5-5所示。图5-SEQ图5-\*ARABIC5模拟量运算程序编码器的使用工作原理旋转编码器是独一无二的传感器，他特定的设计理念就是通过转动光栏板，致使通过的光向光电元件发射正弦波信号，再经电路整形，变换成相位差较大的两方波。因为两个方波相差了90度，可以将A方波与B方波进行比较，用它判断编码器是在正反转，同时，记录脉冲数目可更多光栅数目，以推算转多少圈数，它的结构设计见图5-6。图5-SEQ图5-\*ARABIC6编码器结构设计编码器结合PLC使用编码器通常有黑、白、橙、褐、蓝等5种颜色线路，黑作为A相白作为B相橙作为Z相黑，棕色线路导通24v电压、蓝色线路导通0v电压，本文仅需AB两个脉冲输入，黑、白线条分别与相应PLC输入接口连接，因此仅需连接4条线路，接线图如图5-7。图5-SEQ图5-\*ARABIC7编码器接线图编码器进行测距，首先，我们发现设备栏的设备组态单击到设置界面，接着单击主PLC呼出属性界面，发现属性界面左边常规栏有高速计数器，再次开启高速计数器HCS1并转到其财产设置UI，以启用财产UI中的高速计数器选项。完整的设置步骤见图5-8。图5-SEQ图5-\*ARABIC8高速计数器设置步骤接下来，可以选择将计数类型输入框改为“计数”，在工作模式输入框中设为“A/B计数器”，初始计数方向输入框内设置为“添加计数”，时钟生成器A的输入框为“I0.0”，在时钟生成器B的输入端设置为“I0.1”，默认情况下，计数器的保存地址设置为“ID1000.0”，如右图。所有的设置都做完之后，都能从程序里面调出来用。该工程所选欧姆龙旋转编码器在一圈内将发射1024个脉冲，该工程中穿梭机达到仓位一层一列时，水平伺服电机旋转10圈垂直伺服电机旋转0圈达到位置，此时水平编码器的值为10240垂直编码器为0，在穿梭机到达头寸的2层2列后，水平伺服电机旋转18圈垂直伺服电机旋转8圈到达位置，水平编码器的值为18432竖直编码器为8192，相邻仓位间的距离区间是编码器值8192，根据编码器数值，可判断穿梭机的当前工作状况，以及对操作到位与否的评判，高速计数器的特定参数，如图5-9所示。图5-SEQ图5-\*ARABIC9高速计数器参数设置伺服电机控制伺服电机概述伺服电机是常用的电机之一，在其尾部增加编码器，实现伺服电机实时运行状态的监测与反馈，达到闭环控制的目的，相一般电机开环控制，自然有精确定位之优点。在向伺服电机发送控制信号时，电机便能迅速作出反应马上旋转，在我们不向伺服发送控制信号的情况下，电机不动，维持停原状，在我们不再发送控制信号的时候，伺服电机马上停止运动它反应很快。选择台达伺服电机为课题堆垛机驱动电机，由于直流伺服电机采用梯形波的控制，交流伺服电机采用正弦波控制方式，采用正弦波进行操作，具有转矩脉动很小等优点。伺服电机控制方案设计该项目中，我们采用台达ASD-B2-0421-B驱动器，具体的模型含义和接线图可参见图5-10和5-11。图5-SEQ图5-\*ARABIC10型号意义图5-SEQ图5-\*ARABIC11伺服接线图伺服电机有很多控制方式，它们分别是转矩控制，速度模式以及位置控制，本项目选择位置控制模式，由于每一个头寸的地点与原点地点之间的距离都固定不变，所有位置控制选择更容易、更合理，参考手册，电机尾部编码器的分辨率达到160000，电子齿轮比公为式分辨率为160000/1循环指令脉冲数=P1-44/P1-45=160/10，就能知道PLC发出10000个脉冲、伺服电机转圈。基本参数见图5-12。图5-SEQ图5-\*ARABIC12伺服驱动器基本参数伺服电机控制程序设计在编写伺服电机控制程序前，要先建立轴这个工程对象和一些基础参数设置的工作基础，我们给这个工艺对象建立新的轴对象，选择“TO_PositioningAxis”，单击确定按钮，从而确立完成，可见图5-13。图5-SEQ图5-\*ARABIC13轴对象建立进入轴系配置设置接口，驱动器选“POT（PulseTrainOutput）”的位置单元选“脉冲”，见下图5-14。图5-SEQ图5-\*ARABIC14驱动器选择接下来就是驱动器的设定，脉冲发生器选用“Pulse_1”型，信号类型选用“PTO”信号，以及将脉冲输出的方向输出及使能输出与相应IO点联系起来的方法，见下图5-15。图5-SEQ图5-\*ARABIC15硬件接口变量设置观察台达驱动器参数设定，输入相应电机每转动脉冲数，我在这就是10000脉冲每旋转一次，勾选出启用硬件限位并与IO点相对应的相关点，见下图5-16。图5-SEQ图5-\*ARABIC16每圈脉冲设置和限位变量关联全部设定好之后，可向程序块内增加相应功能块，控制伺服电机工作，如下图5-17所示为功能块，以绝对方式定位轴（MC_MoveAbsolute），绝对方式进行定位控制，即基于原点位置判断伺服电机当前所处地理位置信息，以原点为必备条件，无论目前的伺服电机处于什么状态，都可以对前进和后退进行自动判定，将其用于运行我们所给目标的位置，这个项目因为机械地设置了原点位置，均采用绝对位置定位方式控制堆垛机运行，原点上坐标系的建立，以及以脉冲的方式定位每个头寸的位置，这样则可以完成移动到目标仓位的功能。除了绝对方式的定位轴，以及相对地定位轴线（MC_MoveRelative）和以预定速度运动的轴线（MC_MoveVelocity）。图5-SEQ图5-\*ARABIC17绝对位置运动功能块主要功能程序设计单次取货程序设计程序总体采用顺序控制编程思想，执行完当前步骤后，接下来才能启动，这种地方，就是运行过程一目了然，这无论在编程还是调试中，均能减少错误，提高效率。程序采用简易自锁处理，具体地说，就是先导通辅助中间继电器，这中间继电器导通后，其常开触点即处于关闭状态，利用其自身导通常开触点为其提供电源，从而构成简单自锁现象。在我们做完所有操作后，将它自锁断开即可。本程序也采用西门子功能（FC），在程序编写时，函数（FC）作为程序块。函数所属为逻辑块，但无内存。函数（FC）与C语言的子程序相似，我们编写程序时，可以用FC写一段类似的，而且用得比较频繁，如此在程序时，如有必要，就会使用这个程序，我们只要将此函数块拖到程序段上，我们以后程序在此运行时，很自然地执行此函数块。函数（FC）有一个优点，就是只要书写一次就可以，此后调用该段功能（FC），即可对其程序段进行操作，从而简化程序，降低BUG生成，也能提升编程效率。单次取货最基本的过程是先等待原点的取货指令，获取取货指令之后，首先，对目标位置坐标信息进行判定，基于所述上位机所选目标仓位，匹配相应目标地址，按地址带动水平竖直伺服电机转动，使得堆垛机停止工作，直至到达目标地点，再进行提货行动，提货后，将提货物品带回原点，就可以完成一次提货行动，单次取货程序的内容如图5-17。图5-SEQ图5-\*ARABIC18单次取货程序设计单次存货程序设计单次存货与取货在手续上基本上相差不大，采用相同方法，就是基本流程上有点区别，先等原点存货指示，在获取存货指令之后，进行取货操作，取货完成后，依据上位机所选目标仓位匹配相应目标地址，按地址带动水平竖直伺服电机转动，使得堆垛机停止工作，直至到达目标地点，到了地点，存货动作就启动了，存货结束时，货叉收回，堆垛机复位后返回原点，等待下次指令，就能完成一次存货行动。单次存货程序的内容如图5-18。图5-SEQ图5-\*ARABIC19单次存货程序目标位置确定程序设计拿立体仓库来说，它是直角坐标系，当机器原点为零点时，每一个头寸的方位都可以用脉冲数来表达。本项目的伺服电机一圈为10000脉冲，当穿梭机到仓1层1列时，水平伺服电机转动10圈，垂直伺服电机转动0圈就位，此时，水平伺服电机所需走行脉冲数值为100000，竖直编码器0，穿梭机到仓2层2行时，水平伺服电机转18圈，竖直伺服电机转8圈，这时，水平伺服电机所需行走脉冲数取值为180000，竖直编码器取值为80000，相邻的仓位间的距离间隔是80000脉冲数；例如，我们在存货取货行动中，选了一个位置，先按触摸屏的仓位一个键，然及程序实现了给仓位一个地址，用“MOVE”命令移动数据，把100000移到“横向伺服的行程”寄存器，把0移到“纵向伺服的行程长”寄存器，把1移到“仓位选择”寄存器，然后，伺服启动，当到达1个仓位，1个位置时，停止，并用触控屏幕显示，当前已选定的仓位为1，指定的目的地的地点如图5-19所示。图5-SEQ图5-\*ARABIC20目标位置确定程序一键复位程序设计由触摸屏一键复位按钮，导通回到原点子程序，将货叉缩回堆垛机，回到初始原点位置，返回原点位置时，不再工作，断开连接返回原点程序块，等待后续指令，一键复位的步骤见下图5-20。图5-SEQ图5-\*ARABIC21一键复位程序总结和展望本文在对现有的自动化立体仓库实例进行观察的基础上，接着分析了它们的作用，在设计中，具体包含了基础动作、堆垛机的控制系统，比如：重量控制。本文中具体包含了控制系统方案设计、硬件系统设计、各类元器件的选型与分析、上位机和下位机的通讯设计、自动化立体仓库的运行控制步骤。根据所述重量模拟量使堆垛机的运行速度发生变化的步骤、紧急情况的处理过程，设计了人机界面，实现了自动化立体仓库监控系统的整体设计。本项研究得出了以下结论：实现计划全程规划要求，需要清楚设计的需要，按照需要对管控系统展开了方案的规划，并对控制流程进行了说明，接着对硬件和软件做了选择工作，设计出了与系统相一致的硬件链接，编写了PLC控制程序并设计了触摸屏人机界面，上位机与下位机的通讯设计以及紧急情况处理程序。2.堆垛机