【正文】 。 隨著柔性化的普及，自動(dòng)化立體倉庫的儲(chǔ)運(yùn)作業(yè)也將向柔性化發(fā)展。國外已經(jīng)開始出現(xiàn)一批可拆卸的和移動(dòng)式的倉庫結(jié)構(gòu) 2 立體倉庫作業(yè)管理自動(dòng)化水平逐步提高。 隨著社會(huì)的發(fā)展，各個(gè)行業(yè)對(duì)物流的速度和物流的準(zhǔn)確度要求越來越高， 具體來說，就是在要求的時(shí)間內(nèi)、在準(zhǔn)確的地點(diǎn)、按準(zhǔn)確的順序與方法、提供準(zhǔn)確的品種及數(shù)量的貨物 更加的多 。 3 立體倉庫中智能技術(shù)將會(huì)取得應(yīng)用 。 人工智能技術(shù)的發(fā)展，推動(dòng)了自動(dòng)化技術(shù)向其高級(jí)階段 智能化方向發(fā)展 ， 讓自動(dòng)化立體倉庫的作業(yè)越來越簡(jiǎn)單，對(duì)人力的要求越來越少，維護(hù)的時(shí)間越來越少，變的越來月安全。 長(zhǎng)春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 本課題研究的目的和意義 它以高層立體貨架為主要標(biāo)志，使用成套先進(jìn)的搬運(yùn)設(shè)備，以先進(jìn)的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)為主要手段，實(shí)現(xiàn)搬運(yùn)、存取的機(jī)械化和自動(dòng)儲(chǔ)存管理，并可與上級(jí)計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)組成內(nèi)部局域網(wǎng)，從而實(shí)現(xiàn)管理、監(jiān)控、執(zhí)行的功能 。 由于自動(dòng)化立體倉庫這一新技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，使傳統(tǒng)的倉儲(chǔ)觀念發(fā)生了根本性的變化。從原來的固定貨位、人工搬運(yùn)和碼放、人工管理、以儲(chǔ)存為主的傳統(tǒng)倉儲(chǔ)作業(yè)，轉(zhuǎn)變?yōu)樽杂蛇x擇貨位、可按需要實(shí)現(xiàn)先進(jìn)先出的 機(jī)械化與自動(dòng)化倉儲(chǔ)作業(yè)，同時(shí)可以對(duì)貨物進(jìn)行必要的揀選、組配，并根據(jù)整個(gè)企業(yè)生產(chǎn)的需要，有計(jì)劃的將庫存物按指定的數(shù)量和時(shí)間要求送到恰當(dāng)?shù)攸c(diǎn)，滿足均衡生產(chǎn)的需要，可以說自動(dòng)化立體倉庫的出現(xiàn)使 “ 靜態(tài)倉庫 ” 變成了 “ 動(dòng)態(tài)倉庫 ” 。 自動(dòng)化立體倉庫的功能主要是存儲(chǔ)和保管、調(diào)節(jié)供需和調(diào)節(jié)貨物運(yùn)輸能力。和普通倉庫相比，自動(dòng)化立體倉庫具有顯著的優(yōu)越性。首先，它可充分利用倉庫面積和空間，擴(kuò)大倉儲(chǔ)系統(tǒng)的綜合利用率和作業(yè)規(guī)范，節(jié)約勞力。 其次，增加了分揀、轉(zhuǎn)運(yùn)、配送、包裝、流通加工、信息處理等設(shè)施，能夠全面為生產(chǎn)和商業(yè)流通服務(wù)，從而 提高倉庫管理水平，減少貨損，優(yōu)化、降低庫存，縮短周轉(zhuǎn)期，節(jié)約資金。同時(shí)，其機(jī)械化和自動(dòng)化提高了勞動(dòng)效率，并能方便地納入企業(yè)的物流系統(tǒng)。 AS/RS 的計(jì)算機(jī)管理與控制也可以減少貨物和信息處理過程中的差錯(cuò)。 課題的設(shè)計(jì)內(nèi)容 自動(dòng)化立體倉庫的主體由貨架、巷道式堆垛起重機(jī)、入 (出 )庫工作臺(tái)和自動(dòng) 運(yùn)進(jìn) (出 )及操作控制系統(tǒng)組成。堆垛機(jī)是立體倉庫的關(guān)鍵部件， 責(zé)全部貨物的入庫承運(yùn)作業(yè)， 實(shí)現(xiàn)三個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)。 該系統(tǒng)通過傳感器采集信號(hào)， PLC 控制程序，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)和直流電機(jī)較復(fù)雜的速度與位置控制規(guī)模。 在入庫作業(yè) 時(shí)，當(dāng)檢測(cè)傳感器檢測(cè)到零位平臺(tái)上有貨物，那么起動(dòng)機(jī)械手，將零位平臺(tái)上的貨物放到指定的庫位上。在出庫操作時(shí)，啟動(dòng)機(jī)械手，到達(dá)指定位置，將指定位置的貨物取出放到零位平臺(tái)。 機(jī)械手在執(zhí)行每次的去放任務(wù)，都會(huì)自動(dòng)回到零位，等待下一條指令。 論文中機(jī)械手可以進(jìn)行三個(gè)維度的變化，就是可以進(jìn)行前進(jìn)、后退、上、下、左右的變化。為了系統(tǒng)的安全在每個(gè)限位都裝有超限位保護(hù)開關(guān)，每個(gè)庫位都有檢測(cè)裝置 ， 判斷庫位是否已有貨物，禁止雙重入庫和空的取操作。 長(zhǎng)春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 第 2 章 系統(tǒng)的的硬件 立體倉庫系統(tǒng)作業(yè)單元的功能 系統(tǒng)采用滾珠絲杠、滑杠以及 普通絲杠作為主要傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、點(diǎn)擊采用步進(jìn)電機(jī)和直流電機(jī)，其關(guān)鍵部分是機(jī)械手，它由水平移動(dòng)、垂直移動(dòng)、貨臺(tái)機(jī)構(gòu)三部分組成，其水平和垂直移動(dòng)分別用兩臺(tái)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠來完成，伸叉機(jī)構(gòu)由一臺(tái)直流電機(jī)來控制。當(dāng)堆垛機(jī)平臺(tái)移動(dòng)到貨架的指定位置時(shí)，直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)貨臺(tái)向前伸出可將貨物取出或者送入，當(dāng)取到貨物貨已送入，則貨臺(tái)向后縮回。在此設(shè)計(jì)的立體倉庫需要滿足一下功能： 1 機(jī)械手要有三個(gè)自由度，即：前進(jìn)、后退；上、下；左、右； 2 機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)； 3 機(jī)械手前進(jìn)（或后退）運(yùn)動(dòng)和上（或下）運(yùn)動(dòng)可同時(shí)進(jìn)行； 4 機(jī)械手前進(jìn)、后退和上、下運(yùn)動(dòng)時(shí)必須有超限位保護(hù)； 5 每個(gè)庫位必須有檢測(cè)裝置（微動(dòng)開關(guān)）。 6 當(dāng)按完庫位號(hào)后，沒按入或沒取前，可以按手動(dòng)取消該操作。 可編程控制器（ PLC）的簡(jiǎn)介 可編程控制器的結(jié)構(gòu) 各種 PLC 的組成結(jié)構(gòu)基本相同，主要有 CPU,電源， 儲(chǔ)存器 和輸入輸出接口電路等組成。 1 處理器單元一般由控制器、 運(yùn)算器 和 寄存器 組成。 CPU 通過 地址總線 、 數(shù)據(jù)總線 、 控制總線 與儲(chǔ)存單元、 輸入輸出接口 、 通信接口 、擴(kuò)展接口相連。 CPU是 PLC 的核心，它不斷采集輸入信號(hào)，執(zhí)行 用戶程序 ，刷新系統(tǒng)輸出。 2 PLC的 存儲(chǔ)器 包括系統(tǒng)存儲(chǔ)器和用戶存儲(chǔ)器兩種。系統(tǒng) 存儲(chǔ)器 用于存放 PLC的系統(tǒng)程序，用戶存儲(chǔ)器用于存放 PLC 的用戶程序。現(xiàn)在的 PLC 一般均采用可電擦除的 E2PROM 存儲(chǔ)器 來作為系統(tǒng)存儲(chǔ)器和用戶存儲(chǔ)器 3 PLC 的輸入接口電路的作用是將 按鈕 、 行程開關(guān) 或 傳感器 等產(chǎn)生的信號(hào)輸入 CPU； PLC 的輸出接口電路的作用是將 CPU 向外輸出的信號(hào)轉(zhuǎn)換成可以驅(qū)動(dòng)外部執(zhí)行元件的信號(hào)，以便控制接觸器線圈等電器的通、斷電。 PLC 的輸入輸出接口電路一般采用光耦合隔離技術(shù)，可以有效地保護(hù)內(nèi)部電路。 基本結(jié) 構(gòu)如圖 長(zhǎng)春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 圖 PLC 結(jié)構(gòu) 可編程控制器的特點(diǎn) 1 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) 2 配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng) 3 易學(xué)易用，深受 工程技術(shù)人員 歡迎 4 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造 5 體積小，重量輕，能耗低 6 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)安裝和維修工作少，而且維修方便。 采用 PLC 控制立體倉庫的優(yōu)點(diǎn) PLC 的應(yīng)用非常廣泛，例如電梯控制、防盜系統(tǒng)的控制、交通信號(hào)的控制、樓宇供水自動(dòng)控 制、噴水池自動(dòng)控制、消防系統(tǒng)自動(dòng)控、供電系統(tǒng)自動(dòng)控制及各種生產(chǎn)流水線的自動(dòng)控制等。 PLC 的應(yīng)用大大提高了控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、適用性、并且降低了系統(tǒng)成本。其控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單，更改容易，施工周期短；系統(tǒng)維護(hù)容易。 長(zhǎng)春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 按 PLC 編程功能可分為 4 大類開關(guān)順序控制、通信功能、模擬量控制 、 運(yùn)動(dòng)控制。 PLC 的應(yīng)用大大提高了控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、適用性、并且降低了系統(tǒng)成本。其控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單，更改容易，施工周期短；系統(tǒng)維護(hù)容易。 自動(dòng)化立體倉庫，少不了自動(dòng)化倉庫管理系統(tǒng)，只有使用強(qiáng)大的倉庫管理系統(tǒng)才能使得倉庫管理和業(yè)務(wù)流程上一個(gè)臺(tái)階，才能 將先進(jìn)的硬件設(shè)備發(fā)揮作用、產(chǎn)生效益，針對(duì)這一倉庫管理系統(tǒng)，我選擇了 PLC。選擇 PLC 是因?yàn)樗姆€(wěn)定 性比單純的使用單片機(jī)要穩(wěn)定的多，所能實(shí)現(xiàn)的功能也強(qiáng)大的多。 總的來看，基于 PLC 自動(dòng) 化立體倉庫可以總結(jié)為如下幾點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：低成本、 范圍廣、高速、便捷、永遠(yuǎn)在線、結(jié)構(gòu)靈活、數(shù)字化等。 立體倉庫系統(tǒng)作業(yè)單元控制 立體倉庫庫系統(tǒng)作業(yè)單元的控制圖如 圖 所示。構(gòu)成 PLC 控制系統(tǒng)的主要電氣硬件 有控制立體倉庫的 Z 軸的直流電動(dòng)機(jī)，控制 XY 軸的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)以及供給系統(tǒng)能源的直流開關(guān)電源，還有各種傳感器，如系統(tǒng)中采用的反射式和 對(duì)射式傳感器以及微動(dòng)開關(guān)（用來完成貨物的檢測(cè)以及限位保護(hù)）。 圖 立體倉庫庫系統(tǒng)作業(yè)單元的控制圖 電氣原理圖的設(shè)計(jì) 根據(jù)以上的控制要求，得到如下電氣原理圖： 由 PC機(jī)或手持編程器編制的程序 S7200 CPU 226 SH系列步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器 兩相八拍混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī) X 軸 Y軸運(yùn)動(dòng) 機(jī)械機(jī)構(gòu) 直流電動(dòng) 機(jī) Z軸運(yùn) 動(dòng)機(jī)械機(jī)構(gòu) 長(zhǎng)春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 立體倉庫電氣硬件的介紹與選擇 可編程控制器（ PLC） 在 PLC 系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)確定控制方案，下一步工作就是 PLC 工程設(shè)計(jì)選型。工藝流程的特點(diǎn)和應(yīng)用要求是設(shè)計(jì)選型的主要依據(jù)。所以，權(quán)衡利弊、合理地選擇機(jī)型才能達(dá)到經(jīng)濟(jì)實(shí)用的目的。因此，工程設(shè)計(jì)選型和估算時(shí)，應(yīng)當(dāng)是要分析控制過程的特點(diǎn)、要求、范圍。然后根據(jù)控制要求，估算輸入輸出點(diǎn)數(shù)、所需存儲(chǔ)器容量、確定 PLC 的功能、外部設(shè)備特性等，選擇有較高性價(jià)比的 PLC、設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制系統(tǒng)。 （ I/O）點(diǎn)數(shù)的估算 長(zhǎng)春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 在我們?cè)O(shè)計(jì)時(shí)，我們先對(duì) I/O 點(diǎn)數(shù)估算，并且考慮適當(dāng)?shù)挠嗔浚ǔ８鶕?jù)統(tǒng)計(jì)的輸入輸出點(diǎn)數(shù)，再增加 10%～ 20%的可擴(kuò)展，以此來確定我們所