【正文】 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 立體倉庫電氣控制 系統(tǒng)設(shè)計 Design of Warehouse Electrical Control System 學(xué) 院 ： 電子工程學(xué)院 專業(yè)班級 ： 電氣工程及其自動化 學(xué)生姓名 ： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師 ： 2021 年 6 月 中文摘要 摘 要： 隨 著我國國民經(jīng)濟的發(fā)展，自動化立體倉庫的應(yīng)用越來越廣泛。利用立體倉庫設(shè)備可實現(xiàn)倉庫高層合理化，存取自動化，操作簡便化。 自動化立體倉庫的主體由貨架、巷道式堆垛起重機、入 (出 )庫工作臺和自動運進 (出 )及操作控制系統(tǒng)組成。本課題的電氣控制主要由西門子公司的 PLC、 步進電機驅(qū)動 器、步進電動機、直流電動機等 器件組成。 本文首先對 本課題進行簡要的介紹，包括背景，研究意義，現(xiàn)狀等 ；其次對該系統(tǒng)的硬件組成、結(jié)構(gòu)、原理進行了闡述和分析；再次 對本系統(tǒng)用到的器件進行分別介紹，重點 對 PLC 程序 進行了編寫 ； 最后對設(shè)計本課題所學(xué)到的知識和結(jié)論進行歸納和總結(jié) 。 關(guān)鍵詞： 立體倉庫；電氣控制； PLC 畢業(yè)設(shè)計外文摘要 Design of Warehouse Electrical Control System Abstract: With the development of national economy of our country, The application of automated warehouse will bee more widely. The main body of the automated warehouse is made up of shelves, staking cranes roadway, worktable and operation control system. Electrical control of the subject mainly by Siemens PLC, stepper motor drive power modules and other devices. Firstly, It’s a brief introduction of the system, including background, significance, status, etc. secondly, The hardware ponents of the system, structure, principle are described and analyzed. Thirdly, the devices of this system are introduced, focusing on the PLC—the software is written. Finally, summarize the knowledge about this paper. Keywords: Warehouse； Electrical Control； PLC； 目 錄 1. 緒論 ............................................................ 1 本課題研究背景與現(xiàn)狀 ........................................... 1 本課題研究發(fā)展趨勢 ............................................. 2 本課題設(shè)計內(nèi)容 ................................................. 2 可編程控制器（ PLC）簡介 ........................................ 2 2. 系統(tǒng)控制方案 .................................................... 4 立體倉庫系統(tǒng)的功能 ............................................. 4 采用 PLC 控制立體倉庫的優(yōu)點 ..................................... 4 3. 系統(tǒng)的硬件配置 .................................................. 5 立體倉庫系統(tǒng)控制 ............................................... 5 電氣原理圖的設(shè)計 ............................................... 5 立體倉庫電氣硬件的介紹與選擇 ................................... 6 PLC 輸入輸出分配 .............................................. 12 4. 系統(tǒng)的軟件設(shè)計 ................................................. 14 系統(tǒng)流程圖 .................................................... 14 系統(tǒng)程序的設(shè)計 ................................................ 16 5. 程序的仿真與調(diào)試 ............................................... 32 程序的仿真 ................................................... 32 程序的調(diào)試 ................................................... 34 總 結(jié) .............................................................. 37 致 謝 .............................................................. 38 參考文獻 ........................................................... 39 第 1 頁 共 43 頁 1. 緒論 本課題研究背景 與現(xiàn)狀 由于世界經(jīng)濟、現(xiàn)代科技的快速發(fā)展，物流產(chǎn)業(yè)成為經(jīng)濟發(fā)展中的新興的一個服務(wù)部門。在國際上，物流產(chǎn)業(yè)成為了國民經(jīng)濟發(fā)展的動脈，其發(fā)展的程度成為一個國家的現(xiàn)代化程度以及綜合鍋里的重要標(biāo)志之一。在我們國家，由于市場經(jīng)濟的不斷深入，單純依賴商流而賺取利潤的機會將會變少。因此，企業(yè)需要將目標(biāo)轉(zhuǎn)向物流。 在 20 世紀(jì)六、七十年代，一些發(fā)達國家都開始重視倉儲管理。 立體倉庫一般是指采用幾層、十 幾、幾十層的貨架儲存單元貨物，用相應(yīng)的物料搬運設(shè)備進行貨物的出、入庫操作。因為這類倉庫能充分的利用空間存儲貨物，所以將它稱為立體倉庫。 [1] 我國立體倉庫與物料搬運的研究也并不是很晚， 1973 年開始研究立體倉庫，1980 年就有立體倉庫應(yīng)用于實踐。 自動化立體倉庫 有很高的空間利用率、很強的入出庫能力、采用計算機進行控制管理而利于企業(yè)實施現(xiàn)代化管理等特點，已經(jīng)成為了企業(yè)物流和生產(chǎn)管理不可缺少的倉儲技術(shù)。 自動化立體倉庫的主要優(yōu)點 如下 ： (1)倉庫作業(yè)實現(xiàn)機械化和自動化 。 (2)采用高層貨架、立體儲存，能有效地利用空 間，減少占地面積，降低土地購置費用。(3)采用托盤或貨箱儲存貨物，貨物的破損率顯著降低。 (4)貨位集中，便于控制與管理，特別是使用電子計算機，不但能夠?qū)崿F(xiàn)作業(yè)過程的自動控制，而且能夠進行信息處理。 本論文主要是基于 PLC所設(shè)計的立體倉庫電氣控制系統(tǒng)。下面簡單闡述 PLC的發(fā)展背景。 1968 年美國最大的汽車制造商通用汽車公司為了適應(yīng)汽車型號不斷更新，提出把計算機的完備功能、靈活性、通用性好等優(yōu)點和繼電器 接觸器控制系統(tǒng)的簡單易懂、操作方便、價格低等優(yōu)點結(jié)合到一起，做成了一種能適應(yīng)工業(yè)環(huán)境的通用控制裝置，并把其 編程方法及程序輸入方法簡化，使不熟悉計算機的人員也能夠快速掌握其使用技術(shù)。 根據(jù)這一設(shè)想，美國數(shù)字設(shè)備公司于 1969 年率先研制出第一臺可編程控制器 (簡稱 PLC)，并在通用汽車公司的自動裝配線上試用獲得成功。 由于 PLC 的可靠性高，操作簡單，可以大大減少設(shè)備的維修和停產(chǎn)所造成的經(jīng)濟損失。當(dāng)前 PLC 已經(jīng)成為了電氣自動化控制系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛的核心控制裝置。 1985 年國際電工委員會（ IEC）對 PLC 的定義如下： “可編程控制器是一種 第 2 頁 共 43 頁 進行數(shù)字運算的電子系統(tǒng)，是專為在工業(yè)環(huán)境下的應(yīng)用而設(shè)計的工業(yè)控制器，它采用了可以編 程的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計算和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型機械的生產(chǎn)過程。 ”[2] 因此，進行立體倉庫的 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計，可以推動機械手行業(yè)的發(fā)展，擴大 PLC 在自動控制領(lǐng)域的應(yīng)用，具有一定的經(jīng)濟和理論研究的價值。 本課題 研究發(fā)展趨勢 由于自動化立體倉庫的廣泛應(yīng)用、計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，使得立體倉庫的發(fā)展十分迅速，其發(fā)展的趨勢主要有 3 點 ： 1. 立體 倉庫向柔性化發(fā)展。隨著柔性化的普及，自動化立體倉庫的儲運作業(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式的倉庫結(jié)構(gòu)。 2. 立體倉庫 作業(yè)管理自動化水平逐步提高。具體來說，就是在要求的時間內(nèi)、在準(zhǔn)確的地點、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。 3. 立體倉庫中 智能技術(shù)將會取得應(yīng)用。人工智能技術(shù)的發(fā)展，推動了自動化技術(shù)向其高級階段 智能化方向發(fā)展。 本課題設(shè)計內(nèi)容 自動化立體倉庫的主體由貨架、巷道式堆垛起重機、入 (出 )庫工作臺和自動運進 (出 )及操作控制系統(tǒng)組成。堆垛機是立體倉庫的關(guān)鍵部件，負(fù)責(zé)全部貨物的入庫承運作業(yè)，可實現(xiàn)三個自由度的運動。 該系統(tǒng)通過傳感器采集信號， PLC 控制程序， 可以實現(xiàn)對步進電機和直流電機較復(fù)雜的速度與位置控制規(guī)模。 在入庫作業(yè)時，當(dāng)檢測傳感器檢測到零位平臺上有貨物，那么起動機械手，將零位平臺上的貨物放到指定的庫位上。 在出庫操作時，啟動機械手，到達指定庫位，將指定庫位上的貨物取出放到零位平臺。機械手在執(zhí)行每次的去放任務(wù)，都會自動回到零位，等待下一條指令。 論文中機械手可以進行三個維度的變化，就是可以進行前進、后退，上、下，左、右的變化。為了系統(tǒng)的安全，在各個限位處都裝有超限位保護開關(guān)，每個庫位都有檢測裝置，判斷庫位是否已有貨物，禁止雙重入庫和空的取操作。 可 編程控制器（ PLC）簡介 可編程控制器（ PLC）的基本結(jié)構(gòu) 可編程控制器的基本結(jié)構(gòu)由輸入 /輸出模塊、中央處理單元、電源部件和編程器等組成。 PLC 與計算機的基本組成一致， 它 實際上就是一種工業(yè)控制計算器。 （ 1） 輸入 /輸出模塊 在 PLC 中， CPU 是通過 輸入 /輸出模塊與外界連接的。輸入模塊用于將控制現(xiàn)場輸入信號變換成 CPU 能接收的信號，并對其進行濾波、 第 3 頁 共 43 頁 電平轉(zhuǎn)換、隔離和放大等；輸出模塊用于將 CPU 的決策輸出信號變換成驅(qū)動控制對象執(zhí)行機構(gòu)的控制信號，并對輸出信號進行功率放大、隔離 PLC 內(nèi)部和外部執(zhí)行元件等。 （ 2） 中央處理單元 中央處理器單元包括微處理器、系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序存儲器。微處理器 CPU 是 PLC 的核心部件。 （ 3） 電源部件 電源部件是把交流電轉(zhuǎn)換成直流電源的裝置，它向 PLC 提供所需的高質(zhì)量直流電源 。 [2] 基本結(jié)構(gòu)如下圖所示： 圖 PLC的基本結(jié)構(gòu) 可編程控制器（ PLC）的特點 (1)．可靠性高，抗干擾強 。 （ 2）．功能強大，性價比高 。 （ 3）．編程簡易，現(xiàn)場可修改 。 （ 4）．配套齊全，使用方便 。 （ 5）．壽命長，體積小，能耗低 。 （ 6）．系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試、維修工作量 少，維修方 便。 [.2] 第 4 頁 共 43 頁 2. 系統(tǒng)控制方案 立體倉庫系統(tǒng)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機構(gòu)、點擊采用步進電機和直流電機，其關(guān)鍵部分是 機械手 ，它由水平移動、垂直移動、 貨臺 機構(gòu)三部分組成，其水平和垂直移動分別用兩臺步進電機驅(qū)動滾珠絲杠來完成，伸叉機構(gòu)由一臺直流電機來控制。當(dāng)堆垛機平臺移動到貨架的指定位置時， 直流 電