【正文】 作者：田偉 論文題目：基于PLC的立體倉(cāng)庫(kù)機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘 要隨著自動(dòng)化水平的提高，自動(dòng)控制技術(shù)已廣泛的運(yùn)用于立體倉(cāng)庫(kù)領(lǐng)域中，滿足了人們對(duì)速度、精度、高度、重復(fù)存取和搬運(yùn)等方面的要求，使倉(cāng)庫(kù)整體效益和運(yùn)行的應(yīng)變能力有很大的提高。機(jī)械手在立體倉(cāng)庫(kù)貨物存取和搬運(yùn)過(guò)程中起關(guān)鍵作用，同時(shí)可編程控制器（PLC）以其功能強(qiáng)、可靠性高、使用靈活方便和易于編程等一系列的優(yōu)點(diǎn)在工業(yè)控制中運(yùn)用廣泛。本文主要研究基于PLC的立體倉(cāng)庫(kù)機(jī)械手的控制系統(tǒng)，主要是對(duì)機(jī)械手本身和其控制系統(tǒng)軟、硬件進(jìn)行設(shè)計(jì)，控制機(jī)械手在水平、垂直、左右方向的運(yùn)行，完成出入貨輥道輸送帶與堆垛機(jī)庫(kù)臺(tái)之間貨物傳遞。關(guān)鍵詞：立體倉(cāng)庫(kù) 機(jī)械手 PLC 控制系統(tǒng) AbstractWith the development of automation level, automatic control technology has been used in the field of stereoscopic warehouse. It meets people’s demands for speed, accuracy, height, repeated access and handling, etc. Additionally, it improves the emergency ability of warehouse’s whole benefit and operation. Manipulator plays an important role in the process of accessing and handling of stereoscopic warehouse. At the same time, PLC has advantages of strong function, high reliability, flexible use and easy to program, etc. It has been extensive used in industry control. This thesis is based on the stereoscopic warehouse manipulator control system. The main contents of it includes：the design of manipulator itself, hardware and software design of its control system, the operation design of manipulator in the horizontal, vertical, left and right direction, acplishing the goods delivery between roller conveyor and stacker.Keywords: stereoscopic warehouse manipulator PLC control system 目 錄引 言 1第1章 緒論 2 2 3 3 4第2章 立體倉(cāng)庫(kù)機(jī)械手系統(tǒng)模型設(shè)計(jì) 6 6 6 6 7 7 8 9第3章 機(jī)械手整體設(shè)計(jì)方案 10 10 10 12 13 13……………………………………….....14第4章 機(jī)械手控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 16 16 17 17 19 19 20 2輸出設(shè)計(jì) 21第5章 機(jī)械手控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 25 25 25 25 26 27 27 29第6章 總結(jié) 31參考文獻(xiàn) 32致謝 33附錄一：主程序 34附錄二：原點(diǎn)復(fù)位程序 36附錄三：手動(dòng)操作程序 39附錄四：自動(dòng)操作程序 40引 言在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過(guò)程的機(jī)械化、自動(dòng)化已成為突出的主題。各種自動(dòng)化設(shè)備、控制系統(tǒng)正逐步替代或減輕人的工作，隨著工業(yè)現(xiàn)代化的進(jìn)一步發(fā)展，自動(dòng)化技術(shù)已用于各行各業(yè)，已經(jīng)成為現(xiàn)代企業(yè)中的重要支柱，甚至可以作為衡量一個(gè)國(guó)家發(fā)展水平的一項(xiàng)重要指標(biāo)。物流行業(yè)更是如此，在物流設(shè)備領(lǐng)域中不斷涌現(xiàn)出新的自動(dòng)化設(shè)備，如工業(yè)機(jī)械手、堆垛機(jī)（機(jī)械手的變異）、四向托盤(pán)、高架叉車、自動(dòng)分揀機(jī)、自動(dòng)引導(dǎo)搬運(yùn)車、集裝箱等，極大的減輕了人們的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了物流運(yùn)作效率和服務(wù)質(zhì)量，降低了物流成本，在物流作業(yè)中起著重要作用，極大的促進(jìn)了物流的快速發(fā)展。自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)正是融合了眾多先進(jìn)自動(dòng)化技術(shù)和設(shè)備的典型代表，其中以工業(yè)機(jī)械手、堆垛機(jī)和倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)技術(shù)尤為突出。倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)是指在不直接進(jìn)行人工處理的情況下自動(dòng)地存儲(chǔ)或取出物料的系統(tǒng)，它功能強(qiáng)大、土地利用率高、存取效率高、準(zhǔn)確率高，廣泛地運(yùn)用于機(jī)械制造等其他行業(yè)的物流系統(tǒng)中。完成這一存取過(guò)程的機(jī)械手和堆垛機(jī)是該系統(tǒng)的最關(guān)鍵部份，機(jī)械手主要完成出入貨輥道輸送帶與堆垛機(jī)庫(kù)臺(tái)之間貨物傳遞，又堆垛機(jī)完成存取工作。本課題就是以可編程控制器（PLC）為切入點(diǎn)，著重討論如何設(shè)計(jì)自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)中的機(jī)械手控制系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)采用德國(guó)西門(mén)子公司生產(chǎn)的S7200系列PLC，利用所學(xué)可編程技術(shù)，結(jié)合相應(yīng)的硬件設(shè)計(jì)裝置，完成對(duì)機(jī)械手各種動(dòng)作的控制，并能根據(jù)需要隨時(shí)更改機(jī)械手動(dòng)作方式。在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中各種方案的敲定與實(shí)施均是在指導(dǎo)老師的幫助下，通過(guò)實(shí)驗(yàn)完成并確定的。設(shè)計(jì)機(jī)械手要求可在空間抓放物體，且動(dòng)作靈活多樣，適用于可變換貨物的中小批量自動(dòng)化搬運(yùn)。再加上研究的機(jī)械手采用的是德國(guó)西門(mén)子S7200系列PLC控制，是一種按預(yù)先設(shè)定的程序進(jìn)行工件搬運(yùn)的自動(dòng)化裝置，所以所設(shè)計(jì)機(jī)械手可用于立體倉(cāng)庫(kù)完成搬運(yùn)作業(yè)，也可部分代替人工在高溫和危險(xiǎn)的作業(yè)區(qū)進(jìn)行單調(diào)持久的作業(yè)，并能夠?qū)崿F(xiàn)通過(guò)更改相關(guān)控制程序來(lái)滿足對(duì)機(jī)械手各種動(dòng)作變化的控制。第1章 緒論 隨著世界經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，物流產(chǎn)業(yè)作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)中一個(gè)新興的服務(wù)部門(mén)，正在全球范圍內(nèi)迅速發(fā)展。在國(guó)際上，物流產(chǎn)業(yè)被認(rèn)為是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的動(dòng)脈和基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，其已經(jīng)發(fā)展成為衡量一個(gè)國(guó)家現(xiàn)代化程度和綜合國(guó)力的重要標(biāo)志之一。從我國(guó)目前經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r來(lái)看，隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的深入，單純依賴商流賺取利潤(rùn)的機(jī)會(huì)愈來(lái)愈少。因此，各企業(yè)逐漸將目光轉(zhuǎn)向素有“第三利潤(rùn)源”之稱的物流行業(yè)，紛紛投資興建不同類型的流通中心、物流中心或者配送中心，想以此形成新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。而自動(dòng)化技術(shù)在企業(yè)物流系統(tǒng)中的作用是顯而易見(jiàn)的，其發(fā)展過(guò)程中融入了更多的自動(dòng)化技術(shù)。自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)就是最典型的代表，在發(fā)達(dá)國(guó)家作為計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)的重要生產(chǎn)技術(shù)基礎(chǔ)之一的自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)技術(shù)早在20世紀(jì)80年代末期就已發(fā)展得比較成熟。但是，由于自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)投資較高，受經(jīng)濟(jì)條件的制約，在我國(guó)起步較晚，當(dāng)然這些年來(lái)也取得了許多成果。尤其是隨著現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的日益完善和高速發(fā)展，自動(dòng)化信息技術(shù)受到了全球的普遍重視和關(guān)注，電子商務(wù)思想日益為企業(yè)所接受。伴隨電子商務(wù)時(shí)代的到來(lái)，給全球物流帶來(lái)了新的發(fā)展趨勢(shì)。世界各國(guó)都在大力發(fā)展電子商務(wù)，并在不斷地把傳統(tǒng)物流和電子商務(wù)進(jìn)行整合，以便提高物流水平。我國(guó)也不例外，新的形勢(shì)逼迫我國(guó)物流企業(yè)必須盡快適應(yīng)電子商務(wù)的要求，同時(shí)也要求我們必須大力發(fā)展與物流管理及自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)控制相關(guān)的技術(shù)。近幾年我國(guó)計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制技術(shù)的飛速發(fā)展，為我國(guó)自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的發(fā)展提供了重要的技術(shù)支持。自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)不僅具有節(jié)省用地、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、提高物流效率、降低儲(chǔ)運(yùn)損耗、減少流動(dòng)資金積壓等優(yōu)勢(shì)；而且在溝通物流信息、銜接產(chǎn)需、保證生產(chǎn)均衡、合理利用資源、進(jìn)行科學(xué)儲(chǔ)備與生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)決策等方面發(fā)揮著獨(dú)特的作用。同時(shí)，工業(yè)機(jī)械手（以下簡(jiǎn)稱機(jī)械手）技術(shù)也在近年的自動(dòng)控制領(lǐng)域中迅速發(fā)展，隨著立體倉(cāng)庫(kù)的發(fā)展，機(jī)械手在立體倉(cāng)庫(kù)的作用也愈來(lái)愈重要。其中以隨立體倉(cāng)庫(kù)的出現(xiàn)而發(fā)展起來(lái)的專用機(jī)械手（現(xiàn)稱堆垛機(jī)）尤為突出，將機(jī)械手技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)合理的用于現(xiàn)代自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)中，可以使人們真正享受到現(xiàn)代自動(dòng)控制技術(shù)應(yīng)用于企業(yè)物流管理的益處。國(guó)內(nèi)外其它行業(yè)采用自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的情況己經(jīng)充分證明，使用自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)能夠產(chǎn)生巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。在自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)、機(jī)械手技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)等飛速發(fā)展的背景下，怎樣使自動(dòng)控制技術(shù)和機(jī)械手技術(shù)在自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)中發(fā)揮更大的作用，是現(xiàn)在各國(guó)自動(dòng)化行業(yè)和物流行業(yè)需要著重研究的問(wèn)題，而機(jī)械手技術(shù)就是需要研究的非常重要的自動(dòng)化技術(shù)之一。但目前使用的機(jī)械手的電氣控制系統(tǒng)一般采用繼電器和開(kāi)關(guān)元件組成的控制系統(tǒng)，不能實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜的邏輯控制和較多功能控制方式的選擇，因而現(xiàn)場(chǎng)使用功能和控制方式單一，不能進(jìn)行在線管理。因此，本課題選擇研究并設(shè)計(jì)自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)中機(jī)械手部分的控制，將利用PLC的相關(guān)知識(shí)對(duì)這部分系統(tǒng)做分析和設(shè)計(jì)，并實(shí)現(xiàn)多種控制方式。機(jī)械手不只是在自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)中起關(guān)鍵作用，在其他各行各業(yè)中也有重要的運(yùn)用，所以對(duì)機(jī)械手的研究有著重要的意義和作用。機(jī)械手作為近代自動(dòng)控制領(lǐng)域中發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新技術(shù)，已成為現(xiàn)代制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個(gè)重要的組成部分。機(jī)械手在各行業(yè)中具有的積極作用正逐漸被人們所認(rèn)識(shí)：其一，它能部分地代替人工操作；其二，它能按照生產(chǎn)工藝的要求，遵循一定的程序、時(shí)間和位置來(lái)完成工件的傳送和裝卸；其三，它能操作必要的機(jī)具進(jìn)行焊接和裝配；其四，它的結(jié)構(gòu)和控制更加靈活，能夠快速的通過(guò)更改它的結(jié)構(gòu)和控制程序，來(lái)滿足實(shí)際中的各種變化要求。因此，它能大大地改善工人的勞動(dòng)條件，降低生產(chǎn)的成本，顯著地提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化的步伐。 自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)（Antomated Storage and Retrieval System，AS/RS）是指在不直接進(jìn)行人工處理的情況下能自動(dòng)存儲(chǔ)和取出物料的系統(tǒng)，它的主體是自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)。我國(guó)在自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的研究和應(yīng)用方面起步較早，1974年建成了我國(guó)第一座立體倉(cāng)庫(kù)，1977年有了第一臺(tái)采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制和數(shù)據(jù)處理的整體式結(jié)構(gòu)自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)。從此以后，自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)在我國(guó)得到迅速發(fā)展，我國(guó)目前己經(jīng)建成數(shù)百座各種類型的自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)，多數(shù)是中小型自動(dòng)倉(cāng)庫(kù)。但是我國(guó)的自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)技術(shù)和發(fā)達(dá)國(guó)家還有很大的差距。 而我國(guó)機(jī)械手的研究與開(kāi)發(fā)始于20世紀(jì)70年代，1972年我國(guó)有了第一臺(tái)機(jī)械手，隨之全國(guó)各