【正文】 河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 1 基于 PLC 的巷道式堆垛機(jī)定位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 第 1 章、緒 論 當(dāng)今社會(huì)倉(cāng)儲(chǔ)、物流等概念已經(jīng)逐漸為廣大公眾所了解，其相應(yīng)的管理技術(shù)也在許多大、中型企業(yè)中付諸實(shí)施。計(jì)算機(jī)自控技術(shù)的飛速發(fā)展，為現(xiàn)代企業(yè)的物流管理提供了重要的技術(shù)支持。自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)就是自控技術(shù)在物流管理上的一個(gè)很好的應(yīng)用。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)資金積壓等功能，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，使人們真正享受到現(xiàn)代計(jì)算 機(jī)技術(shù)應(yīng)用于企業(yè)物流管理的益處。 自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)是融計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)管理技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、通訊技術(shù)、機(jī)電技術(shù)為一體的綜合系統(tǒng)，科技含量高，并具有一定的復(fù)雜性。本文的研究對(duì)象堆垛機(jī)，或稱巷道車是自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的主要存取設(shè)備，直接執(zhí)行出、入庫(kù)等任務(wù)的操作，因此其控制系統(tǒng)的靈活性、穩(wěn)定性直接彰響著整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況 [15]。 自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)定義 在現(xiàn)代物流系統(tǒng)中，自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)是一個(gè)重要的組成部分，它是一種新型的倉(cāng)儲(chǔ)技術(shù)，自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)又稱為自動(dòng)存儲(chǔ) /檢索系統(tǒng) (Automated Storage/Retrieval System，即 AS/RS)，它是物料搬運(yùn)和倉(cāng)儲(chǔ)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，以成套先進(jìn)搬運(yùn)設(shè)備為基礎(chǔ)，以先進(jìn)的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)為主要手段，由此組成高效率的物流、大容量的科學(xué)的存儲(chǔ)，以適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)的需求。 立體倉(cāng)庫(kù)的歷史沿革 高層貨架倉(cāng)庫(kù)的出現(xiàn)和發(fā)展是第二次世界大戰(zhàn)以后生產(chǎn)和技術(shù)發(fā)展的結(jié)果。在生產(chǎn)發(fā)展的實(shí)際需要和科學(xué)技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)實(shí)可能情況下，上世紀(jì)五十年代初開始出現(xiàn)了自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)，并在實(shí)踐中顯示出了其優(yōu)越性，隨即得到迅速的推廣和發(fā)展。 1950 年美國(guó)首先產(chǎn)生了手 動(dòng)控制的橋式堆垛起重機(jī)，這種起重機(jī)的大梁上懸掛一個(gè)門架 (立柱 )，利用門架的上下和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)來搬運(yùn)貨物，與此同時(shí)也提出了高層貨架的新概念，被認(rèn)為是自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)的雛形。 1960 年左右在美國(guó)開始出現(xiàn)了沒有大梁的由人工操作的巷道式堆垛機(jī)。隨著立體倉(cāng)庫(kù)的發(fā)展，巷道式堆垛機(jī)逐漸代替了橋式堆垛機(jī)。 1963 年美國(guó)的一個(gè)食品廠在倉(cāng)庫(kù)工作中采用電子計(jì)算機(jī)，成為世界上最早的全自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)。此后，從 1963年開始，在歐洲各國(guó)，由于用地緊張，開始計(jì)劃建造 2530 米的高層自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)。從 1967年開始，相繼完成了一些計(jì)算機(jī)管理和計(jì)算機(jī)控制的全 自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)。 1970 年安裝了由貨架支承式改變?yōu)榈孛嬷С惺降母叨冗_(dá) 40 米的堆垛機(jī)。上世紀(jì) 70 年代還提出了采用 50米高堆垛機(jī)的可能性，進(jìn)入 90 年代后，堆垛機(jī)在使用范圍和性能上有了很大的發(fā)展。 河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 2 在日本，從 1967 年開始安裝了高度為 2025 米的高層堆垛機(jī)， 1969 年出現(xiàn)了聯(lián)機(jī)全自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)。此后，日本的自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)技術(shù)和設(shè)備的臺(tái)數(shù)都有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，在各個(gè)部門都安裝了各種各樣的堆垛機(jī)。特別是 1973 年建成了一座貯藏生鮮食品的自動(dòng)化冷藏庫(kù)。這是世界上第一座溫度在零下 40 攝氏度的極低溫倉(cāng)庫(kù)，解決了低溫條件下堆垛機(jī)工作的可 靠性和技術(shù)方面的問題，取得了引人注目的成果。日本的自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)技術(shù)和自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)的擁有量位居世界前茅。 美國(guó)學(xué)者 將自動(dòng)化技術(shù)在倉(cāng)儲(chǔ)領(lǐng)域（包括立體倉(cāng)庫(kù)）中的發(fā)展分為五個(gè)階段：人工倉(cāng)儲(chǔ)階段，機(jī)械化倉(cāng)儲(chǔ)階段，自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)階段，集成化倉(cāng)儲(chǔ)階段和智能化倉(cāng)儲(chǔ)階段五個(gè)階段： 第一階段是人工倉(cāng)儲(chǔ)技術(shù)階段，在這一階段物資的輸送、存儲(chǔ)、管理和控制主要依靠人工實(shí)現(xiàn)，至今國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)和服務(wù)行業(yè)中的許多環(huán)節(jié)都是這一技術(shù)的實(shí)例，它具有直觀、便于聯(lián)系、減少了過程銜接之間問題等優(yōu)點(diǎn)。 第二階段是機(jī)械化倉(cāng)儲(chǔ)階段，它包括通過各種各樣 的傳送帶工業(yè)輸送車機(jī)械手吊車堆垛機(jī)和升降機(jī)來移動(dòng)和搬運(yùn)物料，用貨架托盤和可移動(dòng)式貨架存儲(chǔ)物料，通過人工操作機(jī)械來存取設(shè)備，用限位開關(guān)、螺旋機(jī)械制動(dòng)和機(jī)械監(jiān)控器等來控制設(shè)備的運(yùn)行。這一階段經(jīng)歷的時(shí)間比較長(zhǎng)。 第三階段是自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)技術(shù)階段，上世紀(jì)五十年代末、六十年代初，相繼研制和采用了自動(dòng)導(dǎo)引小車（ AGV）、自動(dòng)貨架、自動(dòng)識(shí)別和自動(dòng)分揀系統(tǒng)。到了七、八十年代，尋磚石貨架、移動(dòng)式貨架、巷道式堆垛機(jī)和其他搬運(yùn)設(shè)備都加入了自動(dòng)控制的行列，但這時(shí)只是各個(gè)設(shè)備的局部自動(dòng)化并各自獨(dú)立應(yīng)用，被稱為“自動(dòng)化孤島”。隨著計(jì)算機(jī)技 術(shù)的發(fā)展，工作的重點(diǎn)專線物資的控制和管理要求實(shí)時(shí)、協(xié)調(diào)和一體化。信息自動(dòng)化技術(shù)逐漸成為倉(cāng)儲(chǔ)自動(dòng)化技術(shù)的核心。計(jì)算機(jī)之間，數(shù)據(jù)采集點(diǎn)之間，機(jī)械設(shè)備的控制器之間以及它們與計(jì)算機(jī)之間的通信可以及時(shí)地匯總信息，倉(cāng)庫(kù)計(jì)算機(jī)及時(shí)地記錄到貨和出貨時(shí)間，先是庫(kù)存量，管路人員隨時(shí)掌握貨物信息和庫(kù)存信息。信息技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)成為倉(cāng)儲(chǔ)技術(shù)的重要支柱。 第四階段是集成自動(dòng)化階段，在七十年代末和八十年代，自動(dòng)化即被越來越多地應(yīng)用到生產(chǎn)和分配領(lǐng)域，“自動(dòng)化孤島”被集成，在集成化系統(tǒng)中，整個(gè)系統(tǒng)的有機(jī)協(xié)作，使總體效益和生產(chǎn)的應(yīng)變能力大大超 過了個(gè)部分獨(dú)立效益的總和。 上個(gè)世紀(jì) 70 年代初期，我國(guó)開始研究巷道式堆垛機(jī)的立體倉(cāng)庫(kù)， 1980 年由北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所等單位研制成的我國(guó)第一座自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)在北京汽車制造廠投產(chǎn)。從此以后，立體倉(cāng)庫(kù)在我國(guó)得到迅速發(fā)展。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前我國(guó)已建成的立體倉(cāng)庫(kù)近三百座，其中全自動(dòng)的立體倉(cāng)庫(kù)有三十多個(gè)。我國(guó)自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)技術(shù)已實(shí)現(xiàn)了與其他信息決策系統(tǒng)的集成，正在做智能控制和模糊控制的研究工作。 第五階段是智能自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)技術(shù)階段，人工智能技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)了自動(dòng)化向更高級(jí) 河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 3 的方向 智能自動(dòng)化方向發(fā)展。現(xiàn)在，智能自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)技 術(shù)還處于初級(jí)階段，隨著倉(cāng)儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展，倉(cāng)儲(chǔ)技術(shù)的智能化將有更廣闊的前景 [1][2]。 國(guó)內(nèi)外自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的發(fā)展現(xiàn)狀 目前，自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)在發(fā)達(dá)國(guó)家已相當(dāng)普遍，日本是自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)發(fā)展最快，建造數(shù)量最多的國(guó)家。此外美國(guó)、德國(guó)、瑞士、意大利、英國(guó)和法國(guó)等國(guó)家也建造了許多自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)。發(fā)展至今，自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)在設(shè)計(jì)、制造、自動(dòng)化控制和計(jì)算機(jī)管理方面的技術(shù)也日趨成熟。 在總體設(shè)計(jì)方面，國(guó)外己有采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的 (CAD)，即根據(jù)約束條件來確定最佳的貨架高度、巷道數(shù)量、貨架尺寸和堆垛機(jī)數(shù)量以及出入庫(kù)運(yùn)行系統(tǒng)的參數(shù)， 并用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)來考核倉(cāng)庫(kù)的功能。貨架在國(guó)外己系列化、標(biāo)準(zhǔn)化，對(duì)貨架的承載能力(包括抗震 )進(jìn)行了很多實(shí)驗(yàn)研究 (包括破壞性實(shí)驗(yàn) )，貨架計(jì)算采用計(jì)算機(jī)程序。堆垛機(jī)產(chǎn)品己經(jīng)走入系列化，運(yùn)行噪聲低，備有各種安全保護(hù)裝置，調(diào)速性能好。一般都具有完善的貨物位置檢測(cè)和貨物尺寸檢測(cè)。國(guó)外立體倉(cāng)庫(kù)普遍采用抗干擾能力強(qiáng)、工作可靠的可編程控制器來控制巷道堆垛機(jī)和出入庫(kù)系統(tǒng)，并且用計(jì)算機(jī)進(jìn)行貨位管理和庫(kù)存管理，倉(cāng)庫(kù)管理計(jì)算機(jī)與上級(jí)管理機(jī)聯(lián)網(wǎng)并能與控制系統(tǒng)相接，實(shí)現(xiàn)在線控制。例如，日本名古屋附近的三菱汽車裝配總廠的自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)， 其自動(dòng)化程度就非常高。這座裝配廠每天 (16 小時(shí) )生產(chǎn) 11520 輛汽車，在長(zhǎng)達(dá)兩公里的巨大輸送帶上，能同時(shí)裝配 5 種完全不同車型的汽車，半成品裝配件 (除車體在生產(chǎn)線上進(jìn)行焊接外 )完全來自于立體倉(cāng)庫(kù)，倉(cāng)庫(kù)的庫(kù)存量只能維持兩天的生產(chǎn)，需要不斷的進(jìn)庫(kù)補(bǔ)充，這樣大的進(jìn)、出庫(kù)量及名目繁多的部件是人工無法勝任的。在采用了計(jì)算機(jī)控制的進(jìn)出庫(kù)情報(bào)資料和庫(kù)存情報(bào)處理技術(shù)和先進(jìn)的智能控制技術(shù)后，這一切得到了很好的解決 [13][14]。 現(xiàn)在國(guó)外各發(fā)達(dá)國(guó)家在自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)技術(shù)中投入大量資金，在倉(cāng)庫(kù)自動(dòng)化過程各個(gè)環(huán)節(jié)即輸入、儲(chǔ)運(yùn)、輸出上采 用新技術(shù)。這些新技術(shù)集中有以下幾種 [3]: .自動(dòng)導(dǎo)向小車系統(tǒng) (Automated Guided Vehicle ) .磁性導(dǎo)軌裝置 .激光掃描儀 (Laser Scanner) .條形碼識(shí)別 (Barcode Labels) .命令揀選系統(tǒng) (OrderPicking System ) .儲(chǔ)運(yùn)機(jī)器人 .機(jī)械手 .智能卡車 本文主要研究?jī)?nèi)容 本文主要研究的是 PLC 在巷道式堆剁機(jī)定位控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。其中堆剁機(jī)設(shè)計(jì) 河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 4 成 3 自由度的系統(tǒng) ,貨物放在升降臺(tái)的貨叉（機(jī)械手）上能實(shí)現(xiàn)上下、左右及前后的運(yùn)動(dòng)。 輸入對(duì)應(yīng) 的倉(cāng)庫(kù)號(hào)，就可以自動(dòng)存 /取貨物。 河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 5 第 2 章 巷道式堆垛機(jī)定位控制的總體設(shè)計(jì) 巷道式堆垛機(jī)概況 堆垛機(jī)是自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)中的主要設(shè)備 ,倉(cāng)庫(kù)中所有貨物的入庫(kù)、出庫(kù)等作業(yè)都必須通過堆垛機(jī)完成。自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)在機(jī)場(chǎng)碼頭、造紙、設(shè)備維修、輪胎制造、制藥、啤酒廠等幾乎所有行業(yè)（只要需要倉(cāng)儲(chǔ)） ,有著十分廣泛的應(yīng)用。自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)具有占地面積小、自動(dòng)化程度高、可以由上位機(jī)管理系統(tǒng)對(duì)整座倉(cāng)庫(kù)進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度及控制。堆垛機(jī)控制系統(tǒng)的工作效率、可靠性及穩(wěn)定性等的優(yōu)劣在自 動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用。 堆垛機(jī)的研究現(xiàn)狀 堆垛機(jī)的機(jī)械部分由運(yùn)行機(jī)構(gòu)、起升機(jī)構(gòu)、伸叉機(jī)構(gòu)及載貨臺(tái)和機(jī)架組成。它是在所謂高層、高速、高密度儲(chǔ)藏的概念下的產(chǎn)物。盡管各廠家各有獨(dú)創(chuàng)，結(jié)構(gòu)形式有些差異，但可以說大同小異，所有的堆垛機(jī)都不外乎由機(jī)架、載貨臺(tái)、伸縮貨叉、軌道和控制系統(tǒng)等部分組成。 隨著微電子技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，計(jì)算機(jī)控制的堆垛機(jī)日益增加，最新的開發(fā)包括提高電子和控制技術(shù)，在使堆垛機(jī)具有更高定位精度的同時(shí)，提高搜索能力和運(yùn)行速度。而且，堆垛機(jī)的結(jié)構(gòu)也有了較大的