立体仓库模拟装置的设计及控制(PLC控制类)控制部分设计

郑州大学现代远程教育毕业设计题目：立体仓库模拟装置的设计及控制(PLC控制类)控制部分入学年月2013年3月姓名_吴会军_学号_13124187006_专业机电一体化技术（专）联系方式15203109834学习中心_河北鸡泽____指导教师_郭治平_____________完成时间2015年2月10日2立体仓库模拟装置的设计及控制(PLC控制类)控制部分设计摘要立体仓库的生产和发展是现代物流体系发展的要求和信息技术进步的结果。上世界60年代以来，美、日、欧洲等国家和地区设计和投入的立体仓库越来越多，立体仓库存储技术已成为了一门新兴的学科。广泛使用在物资金融，冶金机电，航空航天，石化化工，军工轻工等领域。并采用计算机多级管理控制，实施高速数据通讯，实时图像显示，自动化程度极高。主要是利用计算机管理，物资库存帐目清楚，物料存放位置精确，对自动化制造系统物料响应速度快，能够充分利用空间，减少厂房面积，减少工件损伤和物料丢失，减少管理人员，降低管理费用。以便随时向制造系统供应物料，与搬运设备(如AGV、有轨小车、传送带)衔接，可靠及时供应物料。可编程控制（PLC）是实现自动化立体仓库的一种重要方式，并且可编程控制器的发展特点是更加适应于现代化工业的需要，可实现立体仓库的出库，进库等任务，是自动化立体仓库的核心部件，对其控制系统的研究具有广阔的应用前景。关键词：立体仓库；PLC；控制系统3目录第一章绪论……………………………………………………………………11．1立体仓库的定义………………………………………………………………21．2本文主要研究内容……………………………………………………………3第二章立体仓库控制系统设计……………………………………………………32.1设计思想…………………………………………………………………………42.2立体仓库控制系统总体结构图…………………………………………………42.3主要器件简介……………………………………………………………………52.4自动化仓库系统的关键技术……………………………………………………52.4.1自动化仓库的自动寻址………………………………………………………62.4.2自动识别系统…………………………………………………………………62.4.3堆垛机自动控制系统…………………………………………………………62.4.4监控调度系统………………………………………………………………72.4.5计算机管理系统……………………………………………………………8第三章总结与展望……………………………………………………………9参考文献…………………………………………………………………………10致谢………………………………………………………………………………104第一章绪论当今社会仓储、物流等概念已经逐渐为广大公众所了解，其相应的管理技术也在许多大、中型企业付诸实施。计算机自控技术飞速发展，为现代企业的物流管理提供了重要的技术支持。自动化立体仓库就是自控技术在物流管理上的一个很好的应用。自动化立体仓库不仅具有节省用地、减轻劳动强度、提高物流效率、降低储运损耗、减少流动资金积压等功能，而且在沟通物流信息、衔接产需、保证生产均衡、合理利用资源、进行科学储备与生产经营决策等方面发挥着独特的作用，使人们真正享受到现代计算机技术应用于企业物流管理的益处。1．1立体仓库的定义高层货架仓库简称高架仓库，一般是指采用几层，十几层乃至几十层高的货架存储单元货物，用相应的物料搬运设备进行货物入库和出库作业的仓库。由于这类仓库能充分利用空间存储货物。这类形象地将其称为：立体仓库“立体仓库产生于50年代初，美国出现了采用桥式堆垛起重机的立体仓库，50年代末60年代初期出现了司机操作的巷道式堆垛起重机立体仓库，1963年美国率先在高架仓库中采用了计算机控制技术，建立了第一座计算机控制的立体仓库，此后自动化立体仓库在美国和欧洲得到了迅猛的发展，并称成了专门的学科。60年代中期，日本开始了兴建立体仓库，并且发展的速度越来越快，成为了当今世界拥有了自动化立体仓库最多的国家之一。我国对立体仓库及其物料搬运设备的研制开始的并不晚，1963年开始研制成第一台桥式堆垛起重机，1973年开始研制我国第一台由计算机控制的自动化立体仓库，该仓库由1980年投入运行，到2003年为止，我国自动化立体仓库超过200座，立体仓库由于有很高的空间利用率，很强的入出库能力，采用计算机进行控制管理而利于实施现代化管理的特点，已成为企业物流和生产管理不可缺少的仓储技术，越来越多的受到企业的重视。自动化立体仓库是由立体货架，有轨巷道堆垛机，出入库托盘输送机系统，尺寸检测条码阅读系统，通信系统，自动控制系统，计算机监控系统，计算机管理系统以及其他的电缆桥架，配电柜，托盘，调节平台，钢结构平台等辅助设备，组成复杂的自动化系统，运用一流的集成化物流理念，采用先进的控制总线，通讯和信息技术，通过多种设备的协调动作，按照用户的需要完成指定货物自动有5序，快速准确，高效的入库出库作业与传统的货物仓库相比较，自动化仓库有许多的突出功能，主要包括以下四大方面：一大大提高了空间利用，是平库的2—2.5倍。二应用先进物流系统优化企业生产管理三加快货物存取，减轻劳动强度四提高生产效率，减少库存资金积压。而且使用自动化立体仓库可以产生大的社会效应和经济效益，是存储空间从地面向高空发展，大大提高了空间的利用率；自动化立体仓库采用层积式存放，结合计算机管理，可以很容易实现先入，防止货物的自然老化，变质和损坏；加快了运行和处理速度，提高了劳动效率，降低工作人员的劳动强度，采用自动化技术后，还能较好的适应黑暗，地温，污染，有毒和易爆等特殊场合的物品存储需要；计算机控制能够准确无误的对各种信息进行存储和管理，减少了货物处理和信息处理过程中的差错，同时借助于计算机管理，高效的利用仓库存储能力，便于清点和盘算，合理减少库存，加快资金周转，节约劳动资金，从而提高仓库管理水平。自动化仓库的信息系统可以与企业的生产信息系统集成，实现了企业信息管理的自动化。同时，由于使用自动化仓库，促进企业的科学管理，减少浪费，保证均衡生产，也提高了工作人员素质和管理人员的水平。1．2本文主要研究内容本文主要研究的是PLC在立体仓库模拟装置的控制系统中的应用。其中控制系统设计有四自由度机械手控制，货物能实现上下、左右及前后运动，而且操作方便。输入对应的仓库号，便可自动存/取货物。第二章立体仓库控制系统设计2.1设计思想（1）、系统功能及运行方式首先本系统要求环境温度为-5~40度，湿度小于80%。本立体仓库具有车间的物流管理以及作业调度和堆垛机的自动控制系统功能。在立体仓库中物流工作站主机采用PIII计算机，多任务实时工作系统，QRACLE数据库，TCP/IP网络等支持软件，C语言编程，实现了对立体仓库的动态管理和作业监控，堆垛机控制系统采用可编程序控制器，使用梯形图言语编程，控制系统与管理监控系统之间实现联机通讯，其堆垛机控制系统具有多种功能，可满足该物流系统的要求6（2）、多种控制及作业方式为了实现立体仓库的自动存取，就必须开发堆垛机控制器，这套具有三种不同技能的控制器：（1）在线自动运行；（2）离线自动运行；（3）人工手动运行。而实际运行中以在线自动运行为主，其他2种方式为调试和维修的辅助手段，按照本控制器的设计，可在物流工作站的调度系统中结合成各种可能的堆垛机作业方式（3）、多种检测及保护功能本控制系统中既有水平和垂直方向的认址检测，左右的货位探测，两种货物高度的检测，货物不正的检测，记忆载货台占位/空位情况的检测。另外，还具有机电故障检测，水平及垂直终点附近的限速及停车检查等，以保证堆垛机作业的正常运行。以上检测大部分是光电检测，提高了可靠性和反应速度。2.2立体仓库控制系统总体结构图在物流中有三条辊道传输带、三个出入货站台、一个四自由度机械手，一个全自动堆垛机以及两排货架组成。将系统中的传感器、执行器和可编程控制器连7接，通过编制相应的程序，就可以用可编程序控制器来控制物流工序。立体控制系统分为三个部分：辊道控制、机械手控制、堆垛机控制。在设计该控制系统时，采用两台三菱FX2N系列PLC作为立体仓库的控制装置，如上图所示。其中#1PLC主要用来控制辊道部分和堆垛机部分，#2PLC主要用来控制四自由度机械手，2台PLC通过CC—Link网络连通，通过在两台PLC间的数据交换实现三个被控部分之间的协调动作，实现综合控制。在控制系统中配置了一台上位机，通过RS—232与PLC相连，上位机一方面用于两台PLC控制程序的编辑，下载以及调试，另一方面，上位机用来监视、管理自动化立体仓库系统。在此系统中使用三个变频器分别来控制三个辊道传送带的运转。辊道可以在正、反两个方向运转，可以根据进货和出货的需要来使用辊道，进行自由组态。变频器有很高的运行可靠和功能多样性，降低了电动机运行噪撀，全面而完善的保护功能为电动机提供了良好的保护性能。这里使用的是成都希望森兰公司的SB60G系列的变频器。对四自由度机械手的控制，执行部件使用的是北京斯达特机电科技发展有限公司生产的2相8拍混合式步进电机42BYGH101，X轴伸缩，Z轴升降、底盘回转和机械手腕回转分别使用四个步进电动机。使用两个步进电动机分别控制堆垛机的升降和行走，而货叉控制使用直流电动机执行元件。对这六个步进电动机的控制实际上是对它们对应驱动器的控制。本系统中使用SH—2H057型号的步进电机驱动来驱动步进电动机的运行。2.3主要器件简介（1）、PLCPLC是近年来发展极为迅速、应用极为广泛的工业控制装置。它将传统的继电器控制技术、自动化技术、计算机控制技术和通信技术融为一体专门为工业控制而设计、具有可靠性高、功能强、编程简单、使用方便、环境适应性好以及体积小、功耗低等特点；具有基本控制功能，模拟控制功能、定位控制功能、网络通信功能、自诊断功能、显示监控功能等，可以满足对工业生产进行监视和控制的绝大多数场合的需要。PLC最常用的语言是面向控制器的梯形图语言，它采用了与实际电器原理图非常接近的图形编程方式，易学易用。三菱FX2N系列PLC8输入输出接口与现场检测元件，执行元件相联。外部电源采用AC(200~240V)输入，经过整流，高精度稳压后为输入接口提供DC24V电源，现场控制和检测元件输入给CPU的各种控制信号（如限位开关，操作按钮，传感器输出开关量，模拟量等）通过输入接口电路将这些信号转换成CPU能够接收和处理的信号。输出接口电路将CPU送出的弱电控制信号转换成现场需要的强电信号输出，以驱动电磁阀，接触器等被控设备的执行元件。本机驱动的是接触器，用来控制电机。输入输出接口电路体现着AD/DA端口转换的作用。（2）、传感器信息处理技术取得的进步以及微处理器和计算机技术的高速发展，都需要在传感器的开发方面有相应的进展。微处理器现在已经在测量和控制系统中得到了广泛的应用。随着这些系统能力的增强，作为信息采集系统的前端单元，传感器的作用越来越重要。传感器已成为自动化系统和机器人技术中的关键部件，作为系统中的一个结构组成，其重要性变得越来越明显。（3）、堆垛机堆垛机是整个自动化立体仓库的核心设备，通过手动操作、半自动操作或全自动操作实现把货物从一处搬运到另一处。最大快进速度V=3m/min横纵向最大行程S=300mm。定位精度0.01mm。外形尺寸600mm-450mm-600mm。它由机架（上横梁、下横梁、立柱）、水平行走机构、提升机构、载货台、货叉及电气控制系统构成。①堆垛机形成的确定：堆垛机形成多种多样，包括单轨巷道式堆垛机、双轨巷道式堆垛机、轨巷道式堆垛机、单立柱型堆垛机、双立柱型堆垛机等等。②堆垛速度的确定：根据仓库的流量要求，计算出堆垛机的水平速度、提升速度及为货叉速度。③其它参数及配置：据仓库现场情况及用户的要求选这定堆垛机的定位方式、通讯方式等。堆垛机的配置可高可低，视具体情况而定。（4）、输送系统根据物流图，合理选择输送机的类型，包括：辊道输送机