【正文】 遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計基于PLC的堆垛機控制系統(tǒng)設(shè)計摘 要 在現(xiàn)代的物流倉儲系統(tǒng)中，自動化立體倉庫應(yīng)用日益廣泛。而堆垛機是立體倉庫的關(guān)鍵組成部分，堆垛機性能的優(yōu)劣對整個立體倉庫的運行起到至關(guān)重要的作用，所以設(shè)計與開發(fā)自動化程度較高的堆垛機控制系統(tǒng)成為當(dāng)前立體倉庫的發(fā)展趨勢，開展與此有關(guān)的研究具有重要的理論和應(yīng)用價值。本文基于現(xiàn)代物流技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展要求，介紹自動化立體倉庫的應(yīng)用及其功能和作用，結(jié)合現(xiàn)代科技的發(fā)展，著重研究自動化立體倉庫堆垛機控制系統(tǒng)的控制技術(shù)。本文詳細(xì)闡述了本控制系統(tǒng)的設(shè)計思想，以及整個系統(tǒng)的硬件實現(xiàn)和軟件設(shè)計。論文依據(jù)立體倉庫的有關(guān)設(shè)計參數(shù)，對堆垛機電氣控制的硬件系統(tǒng)進行了設(shè)計，為了提高堆垛機的性能，本文采用了轉(zhuǎn)速、位置反饋的雙閉環(huán)控制，以滿足系統(tǒng)的調(diào)速要求。系統(tǒng)的水平認(rèn)址采用激光測距傳感器定位，垂直認(rèn)址采用光電開關(guān)和認(rèn)址片組合定位。變頻調(diào)速系統(tǒng)由S7200PLC及其擴展模塊EM235通過變頻器MM440控制交流電動機，采用光電編碼器反饋轉(zhuǎn)速信號，實現(xiàn)轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制。貨叉伸叉系統(tǒng)由S7200PLC通過步進電動機驅(qū)動器SH20403控制二相混合式步進電動機。根據(jù)系統(tǒng)的控制要求進行了PLC、變頻器、電機和電機驅(qū)動器的選型，并給出了系統(tǒng)的硬件接線圖，然后利用西門子的編程軟件step7設(shè)計了堆垛機控制程序。關(guān)鍵詞 自動化立體倉庫， 堆垛機， PLCStacker control system design based on PLCAbstractIn modern logistics warehousing systems, automated storage is increasingly widespread. And stackers are the key equipments, performance of the stacker plays an important role. This paper introduces application and performance of automated Highrise Warehouse basing on application and development requirement of modern logistics techniques. And puts emphasis on the researching of control techniques in automated Highrise Warehouse stacker bining modern science and techniques. This paper elaborated on the design of the system of control, as well as the implementation of the system39。s hardware and the design of the software.Based on the parameter related to the automated storage, this paper presented the hardware system of stacker electrical control. Speed of the stacker was the basic. In order to improve the performance of the stacker, the system adopts the speed, position, double feedback control. The horizontal recognize addresses of system using laser rangefinder sensor positioning, and vertical recognition using photoelectric switches and address piece bination addressing. Speedadjusted system by S7200PLC and its extension module EM235 through transducer MM440 control ac motor. Goods fork system is by S7200PLC binary system through stepping motor driver SH 20403 control twophase hybrid stepping motor. According to the requirements of the control system, this paper pleted the selection of PLC，frequency converter, the motor and its controller. And presents the system hardware hookup. Then use the software of Siemens step7 designs the stacker control procedures.Key Words: Automated Storage and Retrieval System，Stacker，PLC目 錄摘 要 IAbstract II第1章 緒論 1 本課題設(shè)計的背景和意義 1 1 3第2章 系統(tǒng)控制方案的確定 4 自動化立體倉庫的概述 4 自動化立體倉庫的組成 4 自動化立體倉庫的優(yōu)點 5 自動化立體倉庫的發(fā)展 6 堆垛機概述 6 堆垛機的發(fā)展 7 堆垛機技術(shù)的研究現(xiàn)狀 7第3章 堆垛機控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計 9 控制技術(shù)要求和系統(tǒng)總體設(shè)計 9 堆垛機位置控制 10 定位控制 11 認(rèn)址檢測方式 12 認(rèn)址方式確認(rèn) 13 堆垛機速度曲線分析 15 PLC及資源配置 15 S7200系列PLC概述 15 CPU型號選擇 16 PLC模塊選型 18 堆垛機變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計 19 變頻器的選型 19 水平方向變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計 21 垂直方向變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計 23 堆垛機貨叉控制系統(tǒng)設(shè)計 25 安全檢測傳感器的應(yīng)用 27 元器件的選型 27 通信方案的確定 28 輸入輸出點分配 29 本章小節(jié) 31第4章 堆垛機控制程序設(shè)計 32 堆垛機自檢和復(fù)位/歸位程序 33 堆垛機自檢程序 33 堆垛機復(fù)位/歸位程序 34 自動方式下的堆垛機運行控制 34 列向運行PLC程序?qū)崿F(xiàn) 35 行向運行PLC程序?qū)崿F(xiàn) 37 貨叉伸縮控制PLC程序?qū)崿F(xiàn) 39 手動方式下的堆垛機運行控制 42 本章小節(jié) 44總結(jié) 45參考文獻 46致 謝 48第1章 緒論 本課題設(shè)計的背景和意義自動化立體倉庫是物流中的重要組成部分，它是在不直接進行人工干預(yù)的情況下自動地存儲和取出物流的系統(tǒng)。它是現(xiàn)代工業(yè)社會發(fā)展的高科技產(chǎn)物，對提高生產(chǎn)效率、降低成本有著重要意義[1]。近年來，隨著企業(yè)生產(chǎn)與管理的不斷提高，越來越多的企業(yè)認(rèn)識到物流系統(tǒng)的改善與合理性對企業(yè)的發(fā)展非常重要。自動化立體倉庫用于存儲配件、半成品、產(chǎn)品、工具、夾具和模具等。在現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)（CIMS Contemporary Integrated Manufacturing Systems）中，對原材料、設(shè)備及半成品的存儲運輸占產(chǎn)品整個生產(chǎn)周期的大部分時間，對自動化立體倉庫相關(guān)技術(shù)的研究，將會極大地提高CIMS系統(tǒng)的生產(chǎn)效率和自動化水平。巷道堆垛機是自動化立體倉庫中的核心物流設(shè)備，是隨著自動化立體倉庫的出現(xiàn)而發(fā)展起來的專用起重機，它是倉庫中使用最廣泛的物料搬運設(shè)備，也是物流倉儲系統(tǒng)的最重要設(shè)備，其用途是在自動化立體倉庫的貨架巷道間來回穿梭運行，將位于巷道口的貨物存入貨格，或者相反取出貨格內(nèi)的貨物運送到巷道口。巷道堆垛機是實現(xiàn)整個倉庫系統(tǒng)“自動”功能的關(guān)鍵設(shè)備。對其控制系統(tǒng)的研究具有廣泛的應(yīng)用前景。在現(xiàn)代物流系統(tǒng)中，自動化立體倉庫是一個重要的組成部分，它是一種新型的倉儲技術(shù)。自動化立體倉庫又稱為自動存儲/檢索系統(tǒng)（Automated Storage amp。Retrieval System AS/RS）。它是物料搬運和倉儲科學(xué)中的一門綜合科學(xué)技術(shù)工程。它以高層貨架為主要標(biāo)志，配以成套的先進搬運設(shè)備，以先進的計算機控制技術(shù)為主要手段，由此組成高頻率、大容量的科學(xué)存儲，以適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)、物資交流和倉儲的需求。在國內(nèi)，從60年代末70年代初已開始研究探索 立體倉庫技術(shù)，直到改革開放以后，特別是近四五年，才有了突飛猛進的發(fā)展。但其中大多數(shù)均為手動或半自動操作，倉庫賬目還是人工管理；真正采用計算機管理與控制系統(tǒng)自動連接進行入/出庫作業(yè)的很少。現(xiàn)在，自動化立體倉庫技術(shù)已日趨成熟，并隨著科學(xué)技術(shù)尤其是計算機技術(shù)的發(fā)展而不斷向前發(fā)展。80年代中期起，我國先后在無錫，湖北和大連等地出現(xiàn)多座利用微機控制巷道堆垛機的自動化倉庫。但是，這些普通微機對環(huán)境和電源要求較高，不適合在工業(yè)現(xiàn)場和堆垛機上直接使用。可編程控制器PLC的引進和廣泛使用，使國產(chǎn)自動立體倉庫的性能日趨完善。PLC是帶處理器的通用工業(yè)控制器，其可靠性大大高于普通微機裝置，適合在惡劣的現(xiàn)場使用，可直接在堆垛機的電氣柜內(nèi)與接觸器由同一電網(wǎng)供電。采用PLC作為實時控制裝置已成為當(dāng)前各先進工業(yè)國家一致的發(fā)展方向。在國外，自動化立體倉庫的計算機管理系統(tǒng)可以與工廠信息管理系統(tǒng)（例如ERP系統(tǒng)）以及生產(chǎn)線進行實時通信和數(shù)據(jù)交換，這樣自動化立體倉庫成為CIMS（計算機集成制造系統(tǒng)）及FMS（柔性制造系統(tǒng)）必不可少的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。結(jié)合不同類型的倉庫管理軟件、圖像監(jiān)控及調(diào)度軟件、條碼識別跟蹤系統(tǒng)、搬運機器人、AGV小車、貨物分揀系統(tǒng)、堆垛機認(rèn)址系統(tǒng)、貨位探測器等，可實現(xiàn)立體倉庫內(nèi)的單機手動、單機自動、聯(lián)機控制、聯(lián)網(wǎng)控制等多種立體倉庫運行模式，實現(xiàn)倉庫貨物的立體存放、自動存取、標(biāo)準(zhǔn)化管理，可大大降低儲運費用，減輕勞動強度，提高倉庫空間利用率?，F(xiàn)代化的自動化立體倉庫集起重運輸機械、自動控制、計算機管理及遙感技術(shù)于一體，整個系統(tǒng)實行計算機分級管理，通常由管理級，監(jiān)控級和操作級組成，各個部分的基本組成服電動機。在精度不是需要特別高的場合就可以使用步進電機，步進電機可以發(fā)揮其結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高和成本低的特點。以自動化功能齊全的立體化倉庫取代傳統(tǒng)的普通房式倉庫已經(jīng)成為生產(chǎn)物流建設(shè)發(fā)展的潮流。將自動化倉庫與加工過程相連，可構(gòu)成柔性加工系統(tǒng)。而自動化倉庫作為生產(chǎn)物流系統(tǒng)的一個樞紐和核心，是生產(chǎn)物流系統(tǒng)實現(xiàn)物流合理化的關(guān)鍵所在，在國民經(jīng)濟中有著舉足輕重的地位。隨著PLC技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，自動化立體倉庫的實時性和可靠性會越來越高，其控制也會越來越完善。本系統(tǒng)中堆垛機運行機構(gòu)由水平運行的行走機構(gòu)，垂直運行的起升機構(gòu)及取送貨的伸叉機構(gòu)三部分組成。水平部分運動電機和垂直部分運動電機分別采用三相交流異步電動機和單相交流異步電動機，由 PLC通過變頻器進行控制。伸叉機構(gòu)電機采用兩相混合式步進電機，由PLC通過步進電機驅(qū)動器進行控制。由堆垛機運行機構(gòu)特點及工作要求可知，能否保證堆垛機的穩(wěn)定作。關(guān)鍵在堆垛機的三位位置移動定位的精確性。主要技術(shù)指標(biāo)和主要設(shè)計參數(shù)堆垛機運行的速度范圍：水平方向：2m/min～350m/min。垂直方向：2m/min～80m/min。貨叉：2m/min～60m/min。本文堆垛機的控制方式有自動和手動控制，通過PLC編程實現(xiàn)。本文設(shè)計的堆垛機控制系統(tǒng)上位機完成的只是數(shù)據(jù)輸入和傳送，主要控制任務(wù)由PLC來完成。 ① 作業(yè)命令處理 ② 位置技術(shù)及判斷 ③ 速度調(diào)整和準(zhǔn)確停車 ④ 作業(yè)任務(wù)的順序邏輯控制第2章 系統(tǒng)控制方案的確定 自動化立體倉庫的概述在現(xiàn)代物流系統(tǒng)中，自動化立體倉庫是一個重要的組成部分，它是一種新型的倉儲技術(shù)。自動化立體倉庫又稱為自動存儲/檢索系統(tǒng)（Automated Storage amp。Retrieval System，AS/RS）。它是物料搬運和倉儲科學(xué)中的一門綜合科學(xué)技術(shù)工程。它以高層貨架為主要標(biāo)志，配以成套的先進搬運設(shè)備，以先進的計算機控制技術(shù)為主要手段，由此組成高頻率、大容量的科學(xué)存儲，以適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)、物資交流和倉儲的需求。 自動化立體倉庫的組成立體倉庫是指：采用高層貨架儲存貨物，用起重、裝卸、運輸機械設(shè)備進行貨物出庫和入庫作業(yè)的倉庫。這類倉庫主要通過高層貨架充分利用空間進行存取貨物，所以被成為立體倉庫。目前，立體倉庫最大高度能達到40多米，最大庫存數(shù)可達數(shù)萬個貨物單位，可以實現(xiàn)按計劃入庫和出庫的全自動化控制，以及無人操作的計算機網(wǎng)絡(luò)化管理。其主要的組成部分有高層貨架、倉儲機械設(shè)備、控制及管理設(shè)施。（1）貨架 倉儲技術(shù)的發(fā)展由平面轉(zhuǎn)向高層立體化以后，高層貨架為倉庫的主體和標(biāo)志，貨架越高，存儲量越大。貨架在物流及倉儲中占有非常重要的地位，目前的貨架具有多種功能，以滿足機械化和自動化的要求。主要的貨架類型有單元式貨架、貫通式貨架與旋轉(zhuǎn)式貨架。為了提高貨物裝卸、存取效率，自動化立體倉庫