【正文】 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 立體倉(cāng)庫(kù)電氣控制 系統(tǒng)設(shè)計(jì) Design of Warehouse Electrical Control System 學(xué) 院 ： 電子工程學(xué)院 專(zhuān)業(yè)班級(jí) ： 電氣工程及其自動(dòng)化 學(xué)生姓名 ： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師 ： 2021 年 6 月 中文摘要 摘 要： 隨 著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。利用立體倉(cāng)庫(kù)設(shè)備可實(shí)現(xiàn)倉(cāng)庫(kù)高層合理化，存取自動(dòng)化，操作簡(jiǎn)便化。 自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的主體由貨架、巷道式堆垛起重機(jī)、入 (出 )庫(kù)工作臺(tái)和自動(dòng)運(yùn)進(jìn) (出 )及操作控制系統(tǒng)組成。本課題的電氣控制主要由西門(mén)子公司的 PLC、 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng) 器、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、直流電動(dòng)機(jī)等 器件組成。 本文首先對(duì) 本課題進(jìn)行簡(jiǎn)要的介紹，包括背景，研究意義，現(xiàn)狀等 ；其次對(duì)該系統(tǒng)的硬件組成、結(jié)構(gòu)、原理進(jìn)行了闡述和分析；再次 對(duì)本系統(tǒng)用到的器件進(jìn)行分別介紹，重點(diǎn) 對(duì) PLC 程序 進(jìn)行了編寫(xiě) ； 最后對(duì)設(shè)計(jì)本課題所學(xué)到的知識(shí)和結(jié)論進(jìn)行歸納和總結(jié) 。 關(guān)鍵詞： 立體倉(cāng)庫(kù)；電氣控制； PLC 畢業(yè)設(shè)計(jì)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(shì) ............................................. 2 本課題設(shè)計(jì)內(nèi)容 ................................................. 2 可編程控制器（ PLC）簡(jiǎn)介 ........................................ 2 2. 系統(tǒng)控制方案 .................................................... 4 立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)的功能 ............................................. 4 采用 PLC 控制立體倉(cāng)庫(kù)的優(yōu)點(diǎn) ..................................... 4 3. 系統(tǒng)的硬件配置 .................................................. 5 立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)控制 ............................................... 5 電氣原理圖的設(shè)計(jì) ............................................... 5 立體倉(cāng)庫(kù)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(jì) ................................................. 14 系統(tǒng)流程圖 .................................................... 14 系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì) ................................................ 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(xiàn) ........................................................... 39 第 1 頁(yè) 共 43 頁(yè) 1. 緒論 本課題研究背景 與現(xiàn)狀 由于世界經(jīng)濟(jì)、現(xiàn)代科技的快速發(fā)展，物流產(chǎn)業(yè)成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的新興的一個(gè)服務(wù)部門(mén)。在國(guó)際上，物流產(chǎn)業(yè)成為了國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的動(dòng)脈，其發(fā)展的程度成為一個(gè)國(guó)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(guó)家，由于市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的不斷深入，單純依賴商流而賺取利潤(rùn)的機(jī)會(huì)將會(huì)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(dá)國(guó)家都開(kāi)始重視倉(cāng)儲(chǔ)管理。 立體倉(cāng)庫(kù)一般是指采用幾層、十 幾、幾十層的貨架儲(chǔ)存單元貨物，用相應(yīng)的物料搬運(yùn)設(shè)備進(jìn)行貨物的出、入庫(kù)操作。因?yàn)檫@類(lèi)倉(cāng)庫(kù)能充分的利用空間存儲(chǔ)貨物，所以將它稱(chēng)為立體倉(cāng)庫(kù)。 [1] 我國(guó)立體倉(cāng)庫(kù)與物料搬運(yùn)的研究也并不是很晚， 1973 年開(kāi)始研究立體倉(cāng)庫(kù)，1980 年就有立體倉(cāng)庫(kù)應(yīng)用于實(shí)踐。 自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù) 有很高的空間利用率、很強(qiáng)的入出庫(kù)能力、采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制管理而利于企業(yè)實(shí)施現(xiàn)代化管理等特點(diǎn)，已經(jīng)成為了企業(yè)物流和生產(chǎn)管理不可缺少的倉(cāng)儲(chǔ)技術(shù)。 自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的主要優(yōu)點(diǎn) 如下 ： (1)倉(cāng)庫(kù)作業(yè)實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化 。 (2)采用高層貨架、立體儲(chǔ)存，能有效地利用空 間，減少占地面積，降低土地購(gòu)置費(fèi)用。(3)采用托盤(pán)或貨箱儲(chǔ)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(jì)算機(jī)，不但能夠?qū)崿F(xiàn)作業(yè)過(guò)程的自動(dòng)控制，而且能夠進(jìn)行信息處理。 本論文主要是基于 PLC所設(shè)計(jì)的立體倉(cāng)庫(kù)電氣控制系統(tǒng)。下面簡(jiǎn)單闡述 PLC的發(fā)展背景。 1968 年美國(guó)最大的汽車(chē)制造商通用汽車(chē)公司為了適應(yīng)汽車(chē)型號(hào)不斷更新，提出把計(jì)算機(jī)的完備功能、靈活性、通用性好等優(yōu)點(diǎn)和繼電器 接觸器控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)單易懂、操作方便、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)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(jiǎn)化，使不熟悉計(jì)算機(jī)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(guó)數(shù)字設(shè)備公司于 1969 年率先研制出第一臺(tái)可編程控制器 (簡(jiǎn)稱(chēng) PLC)，并在通用汽車(chē)公司的自動(dòng)裝配線上試用獲得成功。 由于 PLC 的可靠性高，操作簡(jiǎn)單，可以大大減少設(shè)備的維修和停產(chǎn)所造成的經(jīng)濟(jì)損失。當(dāng)前 PLC 已經(jīng)成為了電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛的核心控制裝置。 1985 年國(guó)際電工委員會(huì)（ IEC）對(duì) PLC 的定義如下： “可編程控制器是一種 第 2 頁(yè) 共 43 頁(yè) 進(jìn)行數(shù)字運(yùn)算的電子系統(tǒng)，是專(zhuān)為在工業(yè)環(huán)境下的應(yīng)用而設(shè)計(jì)的工業(yè)控制器，它采用了可以編 程的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)算和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過(guò)數(shù)字或模擬式的輸入和輸出，控制各種類(lèi)型機(jī)械的生產(chǎn)過(guò)程。 ”[2] 因此，進(jìn)行立體倉(cāng)庫(kù)的 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，可以推動(dòng)機(jī)械手行業(yè)的發(fā)展，擴(kuò)大 PLC 在自動(dòng)控制領(lǐng)域的應(yīng)用，具有一定的經(jīng)濟(jì)和理論研究的價(jià)值。 本課題 研究發(fā)展趨勢(shì) 由于自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的廣泛應(yīng)用、計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，使得立體倉(cāng)庫(kù)的發(fā)展十分迅速，其發(fā)展的趨勢(shì)主要有 3 點(diǎn) ： 1. 立體 倉(cāng)庫(kù)向柔性化發(fā)展。隨著柔性化的普及，自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的儲(chǔ)運(yùn)作業(yè)也將向柔性化發(fā)展。國(guó)外已經(jīng) 開(kāi)始出現(xiàn)一批可拆卸的和移動(dòng)式的倉(cāng)庫(kù)結(jié)構(gòu)。 2. 立體倉(cāng)庫(kù) 作業(yè)管理自動(dòng)化水平逐步提高。具體來(lái)說(shuō)，就是在要求的時(shí)間內(nèi)、在準(zhǔn)確的地點(diǎn)、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(cāng)庫(kù)中 智能技術(shù)將會(huì)取得應(yīng)用。人工智能技術(shù)的發(fā)展，推動(dòng)了自動(dòng)化技術(shù)向其高級(jí)階段 智能化方向發(fā)展。 本課題設(shè)計(jì)內(nèi)容 自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的主體由貨架、巷道式堆垛起重機(jī)、入 (出 )庫(kù)工作臺(tái)和自動(dòng)運(yùn)進(jìn) (出 )及操作控制系統(tǒng)組成。堆垛機(jī)是立體倉(cāng)庫(kù)的關(guān)鍵部件，負(fù)責(zé)全部貨物的入庫(kù)承運(yùn)作業(yè)，可實(shí)現(xiàn)三個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)。 該系統(tǒng)通過(guò)傳感器采集信號(hào)， PLC 控制程序， 可以實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)和直流電機(jī)較復(fù)雜的速度與位置控制規(guī)模。 在入庫(kù)作業(yè)時(shí)，當(dāng)檢測(cè)傳感器檢測(cè)到零位平臺(tái)上有貨物，那么起動(dòng)機(jī)械手，將零位平臺(tái)上的貨物放到指定的庫(kù)位上。 在出庫(kù)操作時(shí)，啟動(dòng)機(jī)械手，到達(dá)指定庫(kù)位，將指定庫(kù)位上的貨物取出放到零位平臺(tái)。機(jī)械手在執(zhí)行每次的去放任務(wù)，都會(huì)自動(dòng)回到零位，等待下一條指令。 論文中機(jī)械手可以進(jìn)行三個(gè)維度的變化，就是可以進(jìn)行前進(jìn)、后退，上、下，左、右的變化。為了系統(tǒng)的安全，在各個(gè)限位處都裝有超限位保護(hù)開(kāi)關(guān)，每個(gè)庫(kù)位都有檢測(cè)裝置，判斷庫(kù)位是否已有貨物，禁止雙重入庫(kù)和空的取操作。 可 編程控制器（ PLC）簡(jiǎn)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(jì)算機(jī)的基本組成一致， 它 實(shí)際上就是一種工業(yè)控制計(jì)算器。 （ 1） 輸入 /輸出模塊 在 PLC 中， CPU 是通過(guò) 輸入 /輸出模塊與外界連接的。輸入模塊用于將控制現(xiàn)場(chǎng)輸入信號(hào)變換成 CPU 能接收的信號(hào)，并對(duì)其進(jìn)行濾波、 第 3 頁(yè) 共 43 頁(yè) 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(hào)變換成驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制信號(hào)，并對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)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(chǔ)器和用戶程序存儲(chǔ)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(diǎn) (1)．可靠性高，抗干擾強(qiáng) 。 （ 2）．功能強(qiáng)大，性價(jià)比高 。 （ 3）．編程簡(jiǎn)易，現(xiàn)場(chǎng)可修改 。 （ 4）．配套齊全，使用方便 。 （ 5）．壽命長(zhǎng)，體積小，能耗低 。 （ 6）．系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試、維修工作量 少，維修方 便。 [.2] 第 4 頁(yè) 共 43 頁(yè) 2. 系統(tǒng)控制方案 立體倉(cāng)庫(kù)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(dòng)機(jī)構(gòu)、點(diǎn)擊采用步進(jìn)電機(jī)和直流電機(jī)，其關(guān)鍵部分是 機(jī)械手 ，它由水平移動(dòng)、垂直移動(dòng)、 貨臺(tái) 機(jī)構(gòu)三部分組成，其水平和垂直移動(dòng)分別用兩臺(tái)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠來(lái)完成，伸叉機(jī)構(gòu)由一臺(tái)直流電機(jī)來(lái)控制。當(dāng)堆垛機(jī)平臺(tái)移動(dòng)到貨架的指定位置時(shí)， 直流 電