【正文】 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。而堆垛機性能的優(yōu)劣，對整個立體庫的正常運行起著重要的作用。在自動化立體倉庫中設(shè)計出造價低廉、工作可靠的堆垛機替代原有倉庫的控制和管理，能更加適應(yīng)某些中小企業(yè)要求投資少見效快的目標。本論文就實現(xiàn)這一目標的堆垛機控制系統(tǒng)進行了設(shè)計。本文詳細闡述了本控制系統(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。本文所述系統(tǒng)采用先進的PLC控制器控制，變頻器驅(qū)動的閉環(huán)交流伺服系統(tǒng)。采用光電傳感器檢測堆垛機位置，分析了堆垛機的工作過程，并研究了堆垛機運動制、認址檢測方式，實現(xiàn)了堆垛機的定位方案。采用S7200 PLC對堆垛機系統(tǒng)進行控制，并給出關(guān)鍵部分的程序。為了監(jiān)控和管理立體倉庫的運行狀態(tài)，利用組態(tài)王軟件對立體倉庫的運行情況設(shè)計了一個實時監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)能對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行采集處理，管理人員只要通過運行監(jiān)控系統(tǒng)就可以實時監(jiān)控立體倉庫的工作狀態(tài)，保證了正常運作，對出現(xiàn)的問題作出及時的判斷和處理。 關(guān)鍵字：自動化立體倉庫； 堆垛機； PLC ； 組態(tài)Abstract In modem logistics warehousing systems，automated storage is increasingly widespread．Performance of the stacker plays an important role．New stacker which is low cost and reliable replace the original control and management of the automated storage．The new stacker can be better adapted to the requirements of low investment and some small or mediumsized quick goals．This paper elaborated on the design of the system of control,as well as the implementation of the system,s hardware and the design of the software.In this paper it is used that the modem closedloop AC servosystem controlled by PLC and sensors are used to measure displacement of the hay stacker．They are analyzed，which include work process，the way of recognizing the site and the running control in the hay stacker S7200 PLC is used to the microcontroller in the automated storage,and gives a key part of the program. In order to monitor and manage the operation of tridimensional warehouse status，with the input of configuration software for the operation of tridimensional warehouse has a real．time monitoring system．The system is capable of onsite data collection and processing，the operator could launch the monitoring system to get arealtime updates of the working status of the warehouse，to ensure a safe operation and immediate error shooting and correction treatment． Key Words: the automation stereoscopic warehouse。 stacker。 PLC。 King view46 / 51目 錄摘 要 I第1章 緒論 1 研究背景 1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 2 自動化立體倉庫的發(fā)展 2 堆垛機的發(fā)展 2 課題研究的意義 2 研究的主要內(nèi)容 3第2章 自動化立體倉庫總體方案 4 立體倉庫的概況 4 電控系統(tǒng)設(shè)計依據(jù) 6 立體倉庫的電控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 6 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式的選擇 7 PLC的選擇 7 S7200系列PLC概述 8 CPU型號選擇 8 PLC模塊選型 9 通信方案的確立 11 堆垛機的位置控制 11 定位控制 12 認址檢測方式 12 認址方式確認 13 堆垛機速度曲線分析 15 安全傳感器的選用 15 安全保護 16 堆垛機閉環(huán)控制系統(tǒng) 17 堆垛機變頻調(diào)速系統(tǒng) 17 變頻器的概述 18 變頻調(diào)速技術(shù)的優(yōu)點 18 變頻器的基本結(jié)構(gòu) 18 元器件的選型 20 本章小結(jié) 21第3章 倉庫控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計 22 可編程控制器PLC 22 PLC的定義 22 PLC的發(fā)展 22 PLC的編程語言 22 PLC控制系統(tǒng)總體設(shè)計 23 PLC 輸入輸出點分配 23 堆垛機控制程序設(shè)計 23 堆垛機運行控制 26 本章小結(jié) 33第4章 立體倉庫組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計 34 組態(tài)王軟件的設(shè)概述 34 組態(tài)和組態(tài)軟件 34 34 組態(tài)王的主要功能與實現(xiàn) 35 組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計 35 定義設(shè)備 36 建立工程 36 畫面設(shè)計 38 構(gòu)建數(shù)據(jù)庫變量 40 建立動畫連接 41 監(jiān)控系統(tǒng)的完善 42 本章小結(jié) 43結(jié)論 44致謝 45主要參考文獻 46 第1章 緒論 研究背景 隨著經(jīng)濟和現(xiàn)代科技的不斷發(fā)展，物流已由最初概念的形成，發(fā)展和不斷完善；在全球迅速成長為具有無限潛力和發(fā)展的新型服務(wù)行業(yè)?，F(xiàn)代物流業(yè)發(fā)展水平是衡量一個國家綜合國力的重要標志，正日益受到各國的重視。因此，加快發(fā)展現(xiàn)代物流業(yè)，對拓展新的經(jīng)濟增長空間，提高城市經(jīng)濟國際化、信息化、市場水平具有十分重要的意義[1]。企業(yè)現(xiàn)代化生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大和深化，使得倉庫成為生產(chǎn)物流系統(tǒng)中的重要且不可缺少的環(huán)節(jié)。自動化立體倉庫因為它的六大優(yōu)點：（1）儲存量大，占地面積小；（2）可迅速方便的進行貨物的入、出庫作業(yè)；（3）便于實現(xiàn)倉庫的機械化、自動化，已而可以節(jié)約勞動力，減輕勞動強度，提高入、出庫的作業(yè)效率和倉庫周轉(zhuǎn)能力；（4）提高了倉庫管理的準確性和快速性，從而相對減少了貨物庫存量，減少了庫存占有資金；（5）縮短了交貨時間，增加了操作的安全性，減少了貨物的損壞率，提高了服務(wù)質(zhì)量；（6）提高了整個工廠管理和生產(chǎn)效率，正在逐步替代面積利用率極低且陳舊落后的平面?zhèn)}庫，這種替代促使倉庫物流業(yè)的水平提高[2]。自動化立體倉庫無論在運轉(zhuǎn)，還是在管理上都顯示出高效性、計劃性和便利性，庫容庫貌也得到改善，因此，自動化立體倉庫目前正被越來越多的企業(yè)所重視。自動化立體倉庫自從五十年代首次出現(xiàn)以來，由于它所具有的無比優(yōu)越性，因此得到了迅速的推廣、應(yīng)用與發(fā)展，現(xiàn)在自動化立體倉庫已經(jīng)成為現(xiàn)代物資存取技術(shù)與自動化技術(shù)相結(jié)合的高新技術(shù)產(chǎn)物，是物流自動化的顯著標志之一；是現(xiàn)代化生產(chǎn)的必然產(chǎn)物。自動化技術(shù)與計算機技術(shù)的迅速發(fā)展為倉庫的自動化提供了可能和有利條件。目前，美國、日本、德國和英國是世界上擁有自動倉庫最多的國家。我國自動化倉庫起步比較晚，于七十年代后期開始建立自動化倉庫；但在當時的發(fā)展卻相當緩慢。自八十年代我國進行改革開放過渡為市場經(jīng)濟以來，國民經(jīng)濟迅速增長，科學技術(shù)也得到了突飛猛進的發(fā)展。與工業(yè)增長相應(yīng)的自動化倉庫的應(yīng)用也取得了長足的發(fā)展，但在數(shù)量和技術(shù)上同發(fā)達國家相比仍然有較大的差距。因此大力發(fā)展我國的自動化倉庫是提高企業(yè)生產(chǎn)能力，發(fā)展國民經(jīng)濟的一個重要方面。為滿足現(xiàn)代生產(chǎn)與物流的需要，就必須采用計算機控制技術(shù)為主要手段組成的自動化立體倉庫。自動化立體倉庫制造業(yè)在國外已經(jīng)發(fā)展成為一個新興的高科技產(chǎn)業(yè)；取得了可觀的經(jīng)濟效益。而我國對該課題的研究起步比較晚，尤其缺少對物流信息論和倉庫堆垛機監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計理論研究；使目前的自動化倉庫不能實現(xiàn)物流信息化，大大降低了操作效率，產(chǎn)品高投入、低運行速度和低效率的狀態(tài)。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 自動化立體倉庫的發(fā)展自上世紀六十年代以來，美日歐等國家和地區(qū)設(shè)計和投入使用的立體倉庫越來越多，立體倉儲技術(shù)已成為一門新興的學科。據(jù)不完全統(tǒng)計，美國有各種類型的自動化立體倉庫20000多座；日本有38000多座；德國有10000多座；英國有4000多座；前蘇聯(lián)有1500多座。堆垛機是自動化立體倉庫的主要作業(yè)機械，擔負著出庫、進庫、盤庫等任務(wù)是自動化立體倉庫的核心部件，自動化立體倉庫的發(fā)展就是以堆垛機的發(fā)展為主要標志的。目前巷道式堆垛機為主要發(fā)展方向[3]。我國對自動化立體倉庫及其物資搬運設(shè)備的研制開始并不晚，1963年研制成第一臺橋式堆垛機起重機。1973年開始研制我國第一座有計算機控制的自動化立體倉庫（高15米，機械部起重所負責），該庫1980年投入運行，由北京機械工業(yè)自動化研究所等單位研制成我國第一座自動化立體倉庫，并在北京汽車制造廠投產(chǎn)[4]。從此以后，立體倉庫在我國得到了迅速的發(fā)展。拒不完全統(tǒng)計，目前我國已建成的立體倉庫近300個，其中全自動化的立體倉庫有30多個。目前我國建設(shè)的自動化立體倉庫規(guī)模越來越大，平均貨位數(shù)在一萬個左右，高度均在20米以上,系統(tǒng)更加復(fù)雜，設(shè)備數(shù)量越來越多應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣。近些年我國自動化立體倉庫技術(shù)發(fā)展很快，已實現(xiàn)了與其它信息決策系統(tǒng)的集成，并正在做智能控制和模糊控制的研究所工作。盡管如此，我國自動化立體倉庫的倉儲系統(tǒng)還需要進一步發(fā)展，我國的自動化立體倉庫與國外發(fā)達國家相比，無論是從數(shù)量還是從建設(shè)水平上都有著比較大的差距。 堆垛機的發(fā)展初期的立體倉庫使用的堆垛機以橋式起重機為基礎(chǔ)，這種堆垛機是從起重機的大梁上懸掛一個門架，利用門架的上下和旋轉(zhuǎn)來搬運貨物。1960年左右在美國出現(xiàn)了巷道式堆垛機，隨后巷道式堆垛機逐漸替代了受重量和跨度限制的橋式堆垛機。1967年日本安裝了高度20～25米的高層堆垛機，1969年出現(xiàn)了聯(lián)機全自動化倉庫，1973年建成了世界上第一座40℃的極低溫用于貯藏生鮮食品的自動化冷藏庫，解決了低溫條件下堆垛機的可靠性和技術(shù)方面的問題，巷道式堆垛機隨之逐漸的取代了橋式起重機[5,6]。我國是在上世紀70年代初期開始研究采用巷道式堆垛機的立體倉庫。目前的堆垛機技術(shù)取得了重大的發(fā)展，控制技術(shù)、定位精度、運行速度都得到了很大程度的提高。巷道式堆垛機的起升速度已經(jīng)可以達到90m/min，運行速度達到240m/min，在有的立體倉庫中采用上、下兩層分別用巷道堆垛機進行搬運作業(yè)的方法提高出入庫能力。 課題研究的意義隨著我國加入WTO，加快了經(jīng)濟全球化的進程，近一步促進了物資流通；貨物儲運發(fā)送量越來越大。可以預(yù)測，今后市場對倉儲物流設(shè)備的需求量將有更大幅度的增長，而且將在存取率、自動化程度、信息化程度等方面提出更高的要求[7]。在立體倉庫中，堆垛機是自動化立體倉庫中最主要的作業(yè)機械設(shè)備，是輸送系統(tǒng)的核心設(shè)備，決定著整個出入庫是否能流暢運行的關(guān)鍵，它的合理的速度控制、精確的定位設(shè)計以及優(yōu)良的故障診斷系統(tǒng)是實現(xiàn)堆垛機高效率、高準確度、高安全性運行的重要因素。在減小輸送系統(tǒng)的“瓶頸”效應(yīng)提高自動化立體倉庫的整體運行效率有重要的意義[8]。根據(jù)市場預(yù)測，傳統(tǒng)技術(shù)制造的20世紀70年代水平的堆垛機逐步將被淘汰，而高速度、高科技含量的新型堆垛機將迅速占據(jù)市場。我國堆垛機綜合性能亟待改善。根據(jù)物流設(shè)備發(fā)展趨勢，針對近幾年用戶的反映，結(jié)合國內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展情況等有關(guān)情報資料分析，找出我們存在的主要差距主要體現(xiàn)在運行速度、提升速度、叉貨速速、平穩(wěn)性及認址精度。國內(nèi)堆垛機的運行速速要求達160～200m/min以上，運行平穩(wěn)可靠、認址準確、起動制動靈敏等綜合性能的提高，需要多項技術(shù)的創(chuàng)新和改進，更需要新技術(shù)的支持[9]。相信通過我們的不懈努力，在使用堆垛機具有更高定位精度的同時，提高運行速度，以獲得很短的操作和更大的生產(chǎn)能力。更加高速、安全、可靠的堆垛機將不斷從國外引進消化到國內(nèi)，使有軌巷道堆垛機發(fā)展到一個新階段?；谏鲜銮闆r，對堆垛機的控制方式研究具有一定的實際意義。 研究的主要內(nèi)容將基于未來立體倉庫發(fā)展的要求，立足于工作循環(huán)周期短、換速平穩(wěn)、停準精確，結(jié)合現(xiàn)代計算機技術(shù)、通信技術(shù)、自動控制等技術(shù)，著重研究立體倉庫堆垛機行走系統(tǒng)的自動尋址、精確定位、速度調(diào)節(jié)及控制?；诮M態(tài)軟件的監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)，包括以下主要內(nèi)容：配合使用較為成熟的中低檔型PLC－S7 200，使整個堆垛機的控制即在性能上滿足設(shè)計要求，又符合企業(yè)低造價的要求：⑴根據(jù)立體自動倉庫的控制要求與相關(guān)參數(shù)，從可靠性、停準精度、系統(tǒng)成本等方面出發(fā)，得出適應(yīng)立體倉庫的電控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。⑵對堆垛機在水平與垂直方向上運行時進行速度控制，改善了堆垛機的動態(tài)性能。并在應(yīng)用新定位方式的基礎(chǔ)上，采用閉環(huán)速度控制方案，并解決新方案中的硬件配置問題。⑶編制PLC程序并調(diào)試。⑷在監(jiān)控系統(tǒng)中，研究的內(nèi)容包括：組態(tài)軟件監(jiān)控界面的建立；實時反映執(zhí)行機構(gòu)的運行情況及貨位的儲存情況；對執(zhí)行機構(gòu)實時控制。第2章 自動化立體倉庫總體方案