【正文】 型 9 伺服驅(qū)動(dòng)器和伺服電機(jī)的選型 10 硬件連接設(shè)計(jì) 11 主電路設(shè)計(jì) 11 I/O端子分配 11 PLC與觸摸屏連接 12 PLC與伺服驅(qū)動(dòng)器的連接 13 貨叉的控制 14 貨叉的液壓控制 14 貨叉的轉(zhuǎn)動(dòng)控制 154 數(shù)學(xué)建模 175 人機(jī)交互界面設(shè)計(jì) 21 PC與HMI間的通訊 21 觸摸屏的界面設(shè)計(jì) 21 主界面設(shè)計(jì)及地址分配 21 水平和豎直參數(shù)界面設(shè)置 22 存貨和取貨參數(shù)界面設(shè)置 24 手動(dòng)參數(shù)界面設(shè)置 256 PLC控制程序設(shè)計(jì) 27 PLC指令系統(tǒng) 27 子程序指令介紹 27 數(shù)據(jù)傳送（MOV）指令 27 數(shù)據(jù)移位指令(SFT)與計(jì)數(shù)器指令（CNT） 27 無符號(hào)比較指令(CMP)和ACC指令、PRV指令 28 動(dòng)作模式控制INI和頻率設(shè)定SPED 31 PLC程序設(shè)計(jì) 32 主程序設(shè)計(jì) 32 取貨子程序設(shè)計(jì) 36 水平子程序設(shè)計(jì)和返回水平子程序設(shè)計(jì) 39 判斷有無貨子程序 42 手動(dòng)子程序 44 重復(fù)輸出程序 457 程序調(diào)試及說明 47結(jié)束語 48致 謝 49參考文獻(xiàn) 50附錄A：英文原文 51附錄B：漢語翻譯 58631 緒 論 自動(dòng)化倉庫介紹自動(dòng)化立體倉庫系統(tǒng)【1】（Automated Storage and Retrieval System, AS/RRS）是在不直接進(jìn)行人工處理的情況下能自動(dòng)存儲(chǔ)和取出物料的系統(tǒng)，這個(gè)定義覆蓋了不同復(fù)雜程度及規(guī)格多樣的系統(tǒng)，自動(dòng)化立體倉庫由計(jì)算機(jī)進(jìn)行管理和控制，不必搬運(yùn)即可實(shí)現(xiàn)收發(fā)作業(yè)的倉庫。倉庫一般由高層貨架、倉儲(chǔ)機(jī)械設(shè)備、建筑物及控制和管理設(shè)施等部分組成。輸送系統(tǒng)必須具備高度的可靠性，在立體倉庫內(nèi)，一般只有一套輸送系統(tǒng)，一旦發(fā)生故障，就會(huì)使整個(gè)倉庫受到影響。發(fā)展至今，自動(dòng)化倉庫在設(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。截止到2006年底，全國自動(dòng)化立體庫的保有量已超過500座。盡管如此，至今在我國已建成的集成化倉儲(chǔ)系統(tǒng)還不多，我國的自動(dòng)化立體倉庫與發(fā)達(dá)國家相比，無論從數(shù)量上還是建設(shè)水平上都有比較大的差距。3） 應(yīng)用先進(jìn)控制技術(shù)和驅(qū)動(dòng)技術(shù)的不多。它結(jié)合先進(jìn)的控制技術(shù)，應(yīng)用到分段輸送和按預(yù)定線路輸送方面，保持了高度的柔性和高生產(chǎn)率，滿足了工業(yè)庫存搬運(yùn)的需要。國內(nèi)外其它行業(yè)采用自動(dòng)化倉庫的情況已經(jīng)充分證明，使用自動(dòng)化立體倉庫能夠產(chǎn)生巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。又因PLC控制程序能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)過程的優(yōu)化，降低物流系統(tǒng)的故障率，提高生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率。 本設(shè)計(jì)的內(nèi)容及主要思路本課題設(shè)計(jì)的自動(dòng)化立體倉庫為四行四列小型倉庫。貨格的長(zhǎng)度、高度，以及堆垛機(jī)的水平速度、豎直速度、水平加速度、豎直加速度，還有存取貨物的行、列等信息的輸入和顯示都由人機(jī)交互系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)共設(shè)計(jì)了兩種工作模式：自動(dòng)運(yùn)行模式、手動(dòng)運(yùn)行模式。 手動(dòng)模式用于維修排障時(shí)用，或測(cè)試堆垛機(jī)的各個(gè)動(dòng)作是否能正常實(shí)現(xiàn)。在實(shí)際操作中，堆垛機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制可通過人機(jī)界面向PLC傳送數(shù)據(jù)，PLC對(duì)其輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，然后向各個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器發(fā)出脈沖控制信號(hào)讓伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)，再通過各電機(jī)軸自帶的光電編碼器進(jìn)行采樣，將位置與速度反饋給伺服驅(qū)動(dòng)器。普通電機(jī)控制貨叉的旋轉(zhuǎn)。圖 自動(dòng)化立體倉庫控制系統(tǒng)原理圖MINASA4系列驅(qū)動(dòng)器有三種基本的控制方式：位置控制模式、速度控制模式、扭矩控制模式。伺服電機(jī)的精度決定于編碼器的精度（線數(shù)）。工控機(jī)多在惡劣的環(huán)境下使用，易維護(hù)、散熱、防塵性能好，尺寸限制嚴(yán)格。它采用可編程的存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)、和算術(shù)運(yùn)算等操作指令，并通過數(shù)字式、模擬式輸入輸出，即可控制一臺(tái)生產(chǎn)機(jī)械、一條生產(chǎn)線，也可控制一個(gè)生產(chǎn)過程。小型機(jī)：我國早期使用較多的歐姆龍小型PLC主要有CPM1A、CPM2A系列，其性價(jià)比高、社會(huì)擁有量大，現(xiàn)在已逐漸被功能更為強(qiáng)大的的升級(jí)產(chǎn)品CP1H、CP1L系列小型PLC取代。CP1H/CP1L具有與CJCS1幾乎一樣的內(nèi)部存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，故可以實(shí)用CJCS1一樣的梯形圖編程。綜合比較，交流伺服系統(tǒng)在許多性能方面都優(yōu)于步進(jìn)電機(jī)。由于伺服電機(jī)是通過高頻率脈沖信號(hào)來控制轉(zhuǎn)動(dòng)的，故要想實(shí)現(xiàn)對(duì)其控制必須選擇晶體管的PLC。為了滿足本課題的要求，選擇驅(qū)動(dòng)器型號(hào)為C型三相220V(MCDDT3520)，因?yàn)樗欧姍C(jī)1和伺服電機(jī)2分別控制堆垛機(jī)的水平運(yùn)動(dòng)和豎直運(yùn)動(dòng)，這兩個(gè)運(yùn)動(dòng)均需要有減速裝置，所以均選擇型號(hào)MSMDO42S1*。圖 主電路 I/O端子分配自動(dòng)化立體倉庫控制系統(tǒng)包括：伺服電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、伺服電動(dòng)機(jī)停止、SRRDY準(zhǔn)備好；存貨、取貨；貨叉伸出、縮回；貨叉微抬、微降；貨叉左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)；旋轉(zhuǎn)裝置有限位開關(guān)，包括左轉(zhuǎn)到位、右轉(zhuǎn)到位；存貨、取貨有左限位、下限位；還有自動(dòng)、手動(dòng)兩種工作模式等等輸入，還有高速脈沖輸出和控制液壓系統(tǒng)中貨叉伸縮、微降等等輸出，自動(dòng)化立體倉庫控制系統(tǒng)具體I/。圖 PLC與伺服驅(qū)動(dòng)器1的連接 貨叉的控制 貨叉的液壓控制由實(shí)際分析可知，當(dāng)堆垛機(jī)運(yùn)動(dòng)到指定貨格位置時(shí)，貨叉需要微抬、微降，伸出、縮回實(shí)現(xiàn)貨物的進(jìn)出，在本課題中，由液壓系統(tǒng)【11】實(shí)現(xiàn)這些過程。 、【12】順序動(dòng)作回路。 貨叉的轉(zhuǎn)動(dòng)控制立體倉庫需要控制貨叉的左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)，以便進(jìn)行取貨和存貨。圖 貨叉左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)原理圖 4 數(shù)學(xué)建模 。，當(dāng)程序調(diào)用水平子程序時(shí)，堆垛機(jī)開始水平運(yùn)動(dòng)，OA為水平加速階段，AB為水平勻速階段，BC為減速階段，BD為低速階段，DE為運(yùn)動(dòng)停止階段。 （） 式中 v1— 水平速度1（mm/s）；n1— 伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速（r/min）。因?yàn)樗綄?shí)時(shí)位移等于累計(jì)脈沖與脈沖當(dāng)量的乘積，即L=Q1Pm1 （）式中 Q1—伺服電動(dòng)機(jī)1累計(jì)脈沖個(gè)數(shù)。5 人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)人機(jī)交互（英文：HumanComputer Interaction或HumanMachine Interaction,簡(jiǎn)稱HCI或HMI），是一門研究系統(tǒng)與用戶之間的交互關(guān)系的學(xué)問。相對(duì)的，HMI也可以直接控制PC的行為表現(xiàn)，例如要求PC儲(chǔ)存HMI或PLC上的數(shù)據(jù)。按下按鈕時(shí)就會(huì)轉(zhuǎn)到相應(yīng)界面。, , 。豎直界面與水平界面類似，不再重復(fù)。圖 存貨界面 圖 取貨界面圖 存貨界面參數(shù)設(shè)置后 手動(dòng)參數(shù)界面設(shè)置，由于在水平界面和豎直界面中，兩個(gè)伺服電動(dòng)機(jī)和齒輪參數(shù)已經(jīng)設(shè)置了地址，在手動(dòng)程序中可以直接利用，而手動(dòng)速度要求比較低，不能利用水平界面和豎直界面中的速度，所以在手動(dòng)界面中只需設(shè)置手動(dòng)速度就可以，手動(dòng)速度地址為D450，當(dāng)按下返回主菜單時(shí)返回主界面。 在本課題中判斷貨格有無貨是難點(diǎn)，其中用到的比較重要的指令是數(shù)據(jù)移位指令、計(jì)數(shù)器指令、邏輯運(yùn)算指令；在程序中，子程序的應(yīng)用也是比較多的，這部分指令包括子程序調(diào)用、子程序定義、子程序返回；同時(shí)還有數(shù)據(jù)傳送指令、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換指令、四則運(yùn)算指令和數(shù)據(jù)比較指令等等。其中取貨子程序、存貨子程序、手動(dòng)子程序是主程序里的子程序，其余的五個(gè)子程序是取貨和存貨程序中的子程序。 無符號(hào)比較指令(CMP)和ACC指令、PRV指令比較指令在水平子程序、豎直子程序、判斷有無貨子程序里均有應(yīng)用，(CMP)的介紹。在子程序中在調(diào)用其他的子程序稱為嵌套，子程序調(diào)用指令的嵌套最多為16層0 ~ 255（十進(jìn)制）子程序進(jìn)入SBN NSBNN 開始編號(hào)為N的子程序0 ~ 255（十進(jìn)制）子程序返回RETRET 子程序結(jié)束，并返回調(diào)用指令的下一條指令無操作數(shù) 數(shù)據(jù)傳送（MOV）指令指令名稱、 格式與符號(hào)功能說明操作數(shù)使用舉例SD傳送MOV S DMOVSD將S通道中的16位數(shù)據(jù)送入D通道CIO、W、H、A、T、C、D、D、*D、DR和常數(shù)CIO、W、H、A、T、C、D、D、*D、DR 1000CHMOVD100 S D，MOV指令執(zhí)行，將1000CH中的數(shù)據(jù)送入D100中 數(shù)據(jù)移位指令（SFT）指令名稱、格式與符號(hào)功能說明操作數(shù)DD2移位寄存器SFT D1 D2移位信號(hào)輸入數(shù)據(jù)輸入SFT復(fù)位輸入D1D2 當(dāng)移位信號(hào)輸入上升沿時(shí)，D1到D2所有通道中的數(shù)據(jù)都往左移一位（即低位往高位移一位），數(shù)據(jù)輸送端送來的數(shù)據(jù)移入D1通道的最低位，D2通道的最高位數(shù)據(jù)被移出而刪除，具體如下圖所示： 當(dāng)復(fù)位輸入為ON時(shí)，將D1到D2所有通道位復(fù)位清零。復(fù)位輸入為ON時(shí)被復(fù)位（當(dāng)前值=設(shè)定值、計(jì)數(shù)結(jié)束標(biāo)志=OFF），計(jì)數(shù)器輸入無效 無符號(hào)比較指令(CMP)指令名稱、格式與符號(hào)操作數(shù)功能說明比較指令CMPCMPS1S2 S1：比較數(shù)據(jù)1。操作數(shù)說明C1：端口指定 0000 Hex:脈沖輸出0 0001 Hex:脈沖輸出1 0002 Hex:脈沖輸出2 0003 Hex:脈沖輸出3C2：模式指定 S:設(shè)定表低位CH編號(hào) （PRV)指令名稱、格式與符號(hào)操作數(shù)功能說明PRVC1C2D C1：端口設(shè)定 C2：控制數(shù)據(jù) D:當(dāng)前值保存低位CH編號(hào) 在C1指定的端口讀取由C2指定的數(shù)據(jù)。 頻率設(shè)定（SPED）指令名稱、格式與符號(hào)操作數(shù)功能說明SPEDC1C2S C1：端口設(shè)定 C2：控制數(shù)據(jù) S：目標(biāo)頻率低位CH編號(hào) 從C1指定的端口中，通過由C2指定的方式和由S指定的目標(biāo)頻率來執(zhí)行脈沖輸出。當(dāng)轉(zhuǎn)換自動(dòng)開關(guān)時(shí)，判斷取貨還是存貨，如果轉(zhuǎn)換手動(dòng)開關(guān)時(shí)，進(jìn)入手動(dòng)子程序。在自動(dòng)模式下，若按下觸摸屏上存貨確認(rèn)（）按鈕后，調(diào)用存貨子程序，若按下觸摸屏上取貨確認(rèn)（）按鈕后，調(diào)用取貨子程序。（伺服1 ON）置1且保持,當(dāng)伺服停止（）按鈕接通時(shí)，（伺服1 ON）被復(fù)位，伺服1 ON 斷開。其余部分大體相同，此處僅以取貨子程序的流程圖、順序功能圖、PLC程序?yàn)槔榻B，不再說明存貨的流程圖、順序功能圖、PLC程序。圖中計(jì)算運(yùn)動(dòng)參數(shù)有水平運(yùn)動(dòng)位移和豎直運(yùn)動(dòng)位移。由指令FIX實(shí)現(xiàn)。再將取反后地址D501與觸摸屏上貨物指示燈地址W300進(jìn)行與運(yùn)算，就可以將取出貨物的小燈位變?yōu)?，其余位不變，指示燈熄滅，表示無貨。而觸摸屏上貨格指示燈位地址W300與移位地址D501進(jìn)行邏輯或運(yùn)算就可以將存貨位的指示燈位地址置1，指示燈亮，表示此貨格有貨，其余位狀態(tài)不變。 水平子程序、返回水平子程序流程圖 根據(jù)水平子程序、返回水平子程序流程圖畫出相應(yīng)的順序功能圖，水平子程序順序功能圖（左),返回水平子程序順序功能圖（右)，減速點(diǎn)位移存放在D7028，水平運(yùn)動(dòng)實(shí)時(shí)位移1放到D7016，水平計(jì)算位移存放在D5028，水平運(yùn)動(dòng)實(shí)時(shí)位移2放到D7124，當(dāng)水平實(shí)時(shí)位移1等于計(jì)算減速點(diǎn)位移時(shí)（D7028=D7016），ACC減速進(jìn)給，當(dāng)水平實(shí)時(shí)位移2等于計(jì)算位移時(shí)（D5028=D7124），水平運(yùn)動(dòng)停止返回程序。執(zhí)行動(dòng)作控制模式（INI），該控制使水平運(yùn)動(dòng)停止，0000表示脈沖輸出端口0，0003表示停止脈沖輸出，當(dāng)程序運(yùn)行結(jié)束時(shí)返回(RET)。在程序初始階段，當(dāng)計(jì)數(shù)器到達(dá)計(jì)數(shù)次數(shù)時(shí)，移位停止，移位次數(shù)即為計(jì)數(shù)器次數(shù)。當(dāng)按下左行按鈕時(shí)，開始勻速運(yùn)動(dòng)，由頻率指定(SPED)實(shí)現(xiàn)，下降沿（DIFU）的作用是當(dāng)出現(xiàn)一個(gè)下降沿時(shí)接通，在本程序中，從而動(dòng)作控制模式（INI）指令執(zhí)行，使左行運(yùn)動(dòng)停止，同理右行和上升下降過程也是如此，此處程序沒有體現(xiàn)，具體程序見程序清單。 為重復(fù)輸出部分的程序。主要完成了以下幾方面內(nèi)容： 完成了自動(dòng)化立體倉庫的總體方案設(shè)計(jì)，庫體為4行4列共16個(gè)貨格，堆垛機(jī)的運(yùn)動(dòng)包括左行、右行、上升、下降，貨叉的左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、伸出、縮回、微抬、微降，其中堆垛機(jī)的左行、右行、上升、下降要求伺服控制，其余為開關(guān)量控制，控制器選用PLC，人機(jī)交互采用觸摸屏； 完成了自動(dòng)化立體倉庫的詳細(xì)設(shè)計(jì)，包括PLC外電路連接設(shè)計(jì)、相關(guān)數(shù)學(xué)建模建立、人機(jī)交互界面各種功能和頁面設(shè)計(jì)以及控制程序設(shè)計(jì)。,致 謝很高興陳白寧是我的指導(dǎo)老師，她是一個(gè)很負(fù)責(zé)任的老師，而且很有耐心，每當(dāng)我遇到不懂的問題，她都會(huì)悉心指導(dǎo)，從沒有半點(diǎn)嫌棄之意。在此，我再次感謝我的指導(dǎo)教師。 2011 Published by Elsevier Ltd.doi:employee, and development road with bination of industry, study and research. Moreover,train the high quality labor