【正文】 ，并且相互之間通過三個 EM277(DP 擴(kuò)展從站模塊 )連接到 PROFIBUs 一 DP 現(xiàn)場總線網(wǎng)上，實現(xiàn)與上位機的通信，各個 PLC 之間通過組態(tài)軟件 WinCC 的控制中心進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，如圖今 3－ 2 所示。統(tǒng)計出用 PLC 控制整個系統(tǒng)所需要的模塊和輸入、輸出點數(shù)，用三個 S7－ 200 系列 PLC 分別完成對輥道、機械手和堆垛機的控制。 12 PC/PPI 電纜的 RS－ 485 端（標(biāo)有 PPI）連接到 CPU 的通信口。 S7— 200 系列 PLC 與 PC 機的硬件連接 本自動化立體倉庫 模型整個整個下位控制系統(tǒng)三大組成部分：輥道、機械手、堆垛機的自動控制實現(xiàn)用到的可編程控制器均是 S7－ 200 系列 PLC。在發(fā)生緊急情況時，可按下緊停按鈕，用以切斷步進(jìn)電機控制模塊的電源。主要根據(jù)設(shè)計程序，進(jìn)行立體倉庫進(jìn)貨的自動存儲及出貨的自動提取。主要完成從二臺輥道輸送機到立體倉庫出入庫臺之間的貨物傳遞。 1. 輥道輸送機控制 本系統(tǒng)中共有二臺輥道輸送帶，其傳動采用交流變頻調(diào)速系統(tǒng)控制，可進(jìn)行速度調(diào)節(jié)設(shè)定及正、反轉(zhuǎn)控制。傳送到主站的輸入數(shù)據(jù)取自 V 存儲器存儲單元 (輸入緩沖區(qū) )，其地址是緊隨輸出緩沖區(qū)的。在數(shù)據(jù)交換模式中，主站將輸出數(shù)據(jù)寫入到 EM277PROFIBUS 一 DP 模塊，然后， EM277 模塊響應(yīng)最新的 S7— 200CPU 輸入數(shù)據(jù)。 為了將 EM 277 作為一個 DP 從站使用，用戶必須設(shè)定與主站組態(tài)中的地 址相匹配的 DP 端口地址。 EM277 經(jīng)過串行 I/0 總線連接到S7— 200CPU?？刂葡到y(tǒng)提供給驅(qū)動器兩相重要的信號，一相為 CP 信號 ： 每接受一個脈沖信號就驅(qū)動步進(jìn)電機旋轉(zhuǎn)一步距角， CP 脈沖的個數(shù)決定了步進(jìn)電機旋轉(zhuǎn)的角度，這樣控制系統(tǒng)通過脈沖信號 CP 就可以達(dá)到電機調(diào)速和定位的目的 。第一個三位編碼為生產(chǎn)廠商編號，第二個三位編碼為客戶編號，第三個三位編碼為種類編號，最后一個三位編碼為流水號。讀寫器采用美國Intermec 公司的 2100 915M 讀寫器。 3. 全自動立體倉庫 一臺全自動堆垛機、一個巷道、二排貨架 (4 層 6 列 )和二個出入庫臺構(gòu)成一個全自動立體倉庫。每臺輥道輸送機的前后均裝有光電傳感器，其作用是確認(rèn)控制對象 (以小實心物塊代替 )的所在位置。 設(shè)計立體倉庫系統(tǒng)的梯形圖，根據(jù)工作要求設(shè)計出周密完整的梯形圖程序，這是整個立體倉庫系統(tǒng)設(shè)計的核心工作。 確定 I/O 設(shè)備。倉庫規(guī)模設(shè)定為 4 巷道 8 排 20 列10 層共計 1600 個貨位 :倉庫中相關(guān)設(shè)備主要有巷道式堆垛機、出入庫臺 (位于貨架同側(cè) )、輥道輸送系統(tǒng)等設(shè)備，以上設(shè)備均通過 S7— 200PLC 進(jìn)行控制 。 3. 倉庫作業(yè)向柔性化發(fā)展。隨著生產(chǎn)的進(jìn)一步發(fā)展，對物流的 要求將更加嚴(yán)格。此外，美國、德國、瑞士、意大利、英國和法國等國家也建造了許多自動化倉庫。 1977年，北京起重運輸機研究所等單位研究制造出北京汽車制造廠自動化倉庫，這座自動化倉庫屬于整體式結(jié)構(gòu)，采用計算機進(jìn)行控制和數(shù)據(jù)處理。 家庭數(shù)字化 PLC 技術(shù)能夠通過電力線將整個家庭的電器與網(wǎng)絡(luò)聯(lián)為一體，在室內(nèi)的設(shè)備之間構(gòu)筑起可自由交換信息的局域網(wǎng)，使人們能夠通過網(wǎng)絡(luò)來控制自己家里的電器設(shè)備 。更高速率的 PLC產(chǎn)品正在研制之中 。因為家家都有電力線，由此，運營商就可以輕松地把這種網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)滲透到每一個家庭。 采用 PLC 控制立體倉庫的優(yōu)點 低成本 利用電力線上網(wǎng)，最大的優(yōu)點就是成本低。它有巷道內(nèi)分揀和巷道外分揀兩種方式。移動貨架式倉庫中的貨架可以在軌道上行走，由控制裝置控制貨架的合攏和分離。 (4) 垂直旋轉(zhuǎn)貨架式倉庫。 (3 )水平旋轉(zhuǎn)貨架式倉庫。本論文研究的對象就是單元貨格式自動化立體倉庫。其特點是貨架沿倉庫的寬度方向分為若干排，每兩排貨架為一組 ，其間有一條巷道，供堆垛機或其它倉儲機械作業(yè)。整體式指貨架除了存儲貨物之外，還可以作為建筑物的支撐結(jié)構(gòu)，即庫房與貨架形成一體化結(jié)構(gòu)。 庫存信息管理系統(tǒng)：亦稱中央計算機管理系統(tǒng)。 AGV系統(tǒng)：即自動導(dǎo)向小車。 巷道堆垛機：用于自動存取貨物 的設(shè)備，按結(jié)構(gòu)形式分為單立柱和雙立柱兩種基本形式。 自動化立體倉庫能自動、嚴(yán)密、準(zhǔn)確、迅速地對物料進(jìn)行搬運、存取和揀選 。 自動化倉庫的信息系統(tǒng)可以與企業(yè)的生產(chǎn)信息系統(tǒng)集成，實現(xiàn)企業(yè)信息管理的自動化。 本課題設(shè)計的目的和意義 4 傳統(tǒng)條件下的庫房管理作業(yè)，主要依據(jù)人工裝卸，特別是對于一些大型物資，不僅工作效率低，浪費大量的人力、物力，存在較大的安全隱患，同時還占據(jù)大量的庫房面積。 在執(zhí)行系統(tǒng)中，研究內(nèi)容涉及到 ： 構(gòu)建一個實驗室規(guī)模的自動化立體倉庫系統(tǒng) 。 本課題設(shè)計的內(nèi)容 本文研究的主要內(nèi)容包括三個部分 ： 基于電子標(biāo)簽技術(shù)的倉儲物流管理系統(tǒng) ： 基于西門子 S7一 200PLC的下位執(zhí)行機構(gòu)自動控制系統(tǒng)的實現(xiàn)以及 PLC程序的編制：管理層、監(jiān)控層、控制層三層之間的通信實現(xiàn)。具有 高、抗干擾能力強 、安裝容易， .維護(hù)工作量少 、通用性好 短，成功率高 ，重量輕、功率低等特點。繼電器在控制系統(tǒng)中主要起兩種作用：（ 1）邏輯運算（ 2）弱電控制強電。 70年代后期，隨著微電子技術(shù)和計算機的迅猛發(fā)展，使 PLC從開關(guān)量的邏輯控制擴(kuò)展到數(shù)字控制及生產(chǎn)過程控制領(lǐng)域，真正成為一種電子計算機工業(yè)控制裝置，故稱為可編程控制器，簡稱 PC（ Programmable Controller）。 自動化倉庫應(yīng)用范圍很廣，幾乎遍布所有行業(yè)。 60年代中期，日本開始興建立體倉庫，并且發(fā)展速度越來越快， chengwi當(dāng)今世界擁有自動化立體倉庫最多的國家之一。由于這類倉庫能充分利用空間儲存貨物，故常形象地將其稱為“立體倉庫”。采用 OPC 技術(shù)實現(xiàn)了兩者的通信，重點研究了組態(tài)軟件 WinCC 中的通信設(shè)計以及全局腳本的編寫。 執(zhí)行系統(tǒng)由進(jìn) /出貨輥道、機械手、堆垛機三個部分組成。 本文構(gòu)建了一個實驗室規(guī)模的自動化立體倉庫系統(tǒng)，系統(tǒng)是由管理層、監(jiān)控層 和執(zhí)行層組成的二級系統(tǒng)。為了對自動化立體倉庫進(jìn)行更加有效的管理，提高整體作業(yè)效率，要求對控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，對貨位進(jìn)行優(yōu)化分配，以減少貨物搬運和存儲的成本，降低在存儲及搬運過程中所損耗的時間，從而降低物流成本，提高收益。同時針對因同類貨品集中進(jìn)行出入庫操作而導(dǎo)致巷道阻塞的問題，在進(jìn)行貨位分配設(shè)計時采用一種均勻分配算法，結(jié)合電子標(biāo)簽技術(shù)，實現(xiàn)了貨位的自動均勻分配勺就近出入庫，并運 用 此均勻分配算法實現(xiàn)了批量出入庫作業(yè)和 單件 出入庫作業(yè) 。 為了確保二級系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)運行，管理層與監(jiān)控層的通信實現(xiàn)也是很重要的。 2 本課題設(shè)計的背景 立體倉庫一般是指采用幾層、十幾層、乃至幾十層高的貨架儲存單元貨物，用相應(yīng)的物料搬運設(shè)備進(jìn)行貨物入庫和出庫作業(yè)的倉庫。此后，自動化立體倉庫在美國和歐洲得到迅速發(fā)展，并形成了專門的學(xué)科。立體倉庫由于具有很高的空間利用率、很強的入出庫能力、采用計算機進(jìn)行控制管理而利于企業(yè)實施現(xiàn)代化管理等特點，已成為企業(yè)物流和生產(chǎn)管理不可缺少的倉儲技術(shù)，越來越受到企業(yè)的重視。但當(dāng)時只能 進(jìn)行邏輯運算，故稱為可編程邏輯控制器，簡稱PLC（ Programmable Logic Controller）。 3 PLC是繼電器邏輯控制系統(tǒng)發(fā)展而來，所以它在數(shù)學(xué)處理、順序控制方面具有一定優(yōu)勢。它在集成電路、計算機技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型工業(yè)控制設(shè)備。 因此，進(jìn)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(kuò)大 PLC在自動控制領(lǐng)域的應(yīng)用，具有一定的經(jīng)濟(jì)和理論研究的價值 。最后根據(jù)此算法實現(xiàn)了批量出入庫作業(yè)和單件出入庫作業(yè)。 在管理層 、監(jiān)控層、控制層的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與通信實現(xiàn)中主要研究 OPC通訊實現(xiàn)過程中，組態(tài)軟件 WinCC 中的相應(yīng)設(shè)置：監(jiān)控層與控制層的基于現(xiàn)場總線 PROFIBUS 的具體組網(wǎng)通訊實現(xiàn)以及 WinCC中全局腳本的編寫，最終實現(xiàn)管控一體化。它通過高層貨架存儲，使存儲區(qū)大幅度地向高空發(fā)展，提高空間利用率 ；自動化立體倉庫采用層積式存放，結(jié)合計算機管理，可以很容易實現(xiàn)先入先出，防止貨物的自然老化、變質(zhì)和損壞；通過自動存取系統(tǒng)（ AS/RS），加快了運行和處理速度，提高了勞動生產(chǎn)率，降低操作人員的勞動強度；采用自動化技術(shù)后，還能較好地適應(yīng)黑暗、低溫、污染、有毒和易爆等特殊場合的物品存儲需要；計算機控制能夠始終準(zhǔn)確無誤地對各種信息進(jìn)行存儲和管理，減少了貨物處理和信息處理過程中的差錯；同時借助于計算機管理還能有效地利用倉 庫存儲能力，便于清點和盤庫，合理減少庫存，加快資金周轉(zhuǎn)，節(jié)約流動資金，從而提高倉庫的管理水平。自動化立體倉庫是指采用高層立體貨架 (托盤系統(tǒng) )儲存貨物，利用計算機系統(tǒng)進(jìn)行控制管理，利用自動控制堆垛機及運輸車進(jìn)行存取作業(yè)的倉庫。 托盤（貨箱）：用于承載貨物的器具，亦稱工位器具。輸送機種類非常多，常見的有 輥道輸送機，鏈條輸送機，升降臺，分配車，提升機，皮帶機等。目前以采用現(xiàn)場 5 總線方式為控制模式為主。 自動化立體倉庫按照不同的分類原則可以有如下幾種不同的分類： 1 按建 筑 形式分類 按建筑形式可以分為整體式和分離式。這種形式的倉庫使用最廣， 通用性也較強。在某些情況下，例如，貨物單元比較小，則一個貨格往往存放二、三個貨物單元以便充分利用貨格空間，減少貨架投資。在通道的一端，由一臺入庫起重機將貨物單元裝入通道，而在另一端由出庫起重機取貨。水平旋轉(zhuǎn)貨架式倉庫適合于小件貨品的揀選作業(yè)。單元貨架式倉庫是最常見的結(jié)構(gòu)，貨物先放在托盤或者集裝箱內(nèi)，再裝入單元貨架的貨格中。揀選貨架式倉庫的分揀機構(gòu)是這 種倉庫的核心組成部 6 分。 5. 按照自動化倉庫與生產(chǎn)連接的緊密程度可以分為獨立型、半緊密型和緊密型倉庫。 電力線是最基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)，它的規(guī)模之大 ，是其它任何網(wǎng)絡(luò)無法比擬的。德國最大的電力設(shè)備生產(chǎn)商 RWE承諾，運用他們的電力線上網(wǎng)技術(shù)，其速度要比 ISDN 撥號上網(wǎng)快 30 多倍，比 ADSL 更快 ！ 足以支持現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)上各種應(yīng)用。目前還未有效解決電力線信號通過變壓器的技術(shù)，因此，電力線通信設(shè)備都是集中在 220V線路變壓器的用戶端。 1974 年，鄭州紡織機械廠建成了我國第一座立體倉庫，這座倉庫是利用原有鋸齒形廠房改建而成的，用 7 于存放模具。目前 ， 自 動化立體倉庫在發(fā)達(dá)國家己相當(dāng)普遍，日本是自動化倉庫發(fā)展最快、建造數(shù)量最多的國家。盡管如此，至今在我國已建成的集成化倉儲系統(tǒng)還不多，我國的自動化立體倉庫與國外發(fā)達(dá)國家相比，無論是從數(shù)量上還是從建設(shè)水平上都有著比較大的差距 .由于自動化立體倉庫在當(dāng)今物流和制造業(yè)中的廣泛應(yīng)用、計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的推波助瀾，使得立體倉庫的發(fā)展十分迅速，其發(fā)展趨勢主要有 ： 1 倉儲作業(yè)管理自動化水平逐步提高。人工智能技術(shù)的發(fā)展，推動了自動化技術(shù)向其 高級階段一智能化方向發(fā)展，已經(jīng)在倉庫的設(shè)計、搬運系統(tǒng)的控制和儲運設(shè)備的 選用等方面應(yīng)用了專家系統(tǒng)。 本文立體倉庫模型與工作方式的設(shè)定 本文設(shè)定倉庫類型為單元貨格式自動化立體倉庫 。 系統(tǒng)設(shè)計的基本步驟 立體倉庫系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試的主要步驟，如下圖 2－ 1所示： 在立體倉庫控制系統(tǒng)的設(shè)計過程中主要考慮以下幾點： 深入了解和分析立體倉庫的工藝條件和控制要求。 分配 I/O 點，分配 PLC 的輸入輸出點，編制出輸入輸出分配表或者輸入輸出端子的接線 圖。 9 確定課題 研究課內(nèi)容 確定方案 查找資料 設(shè)計電氣原理圖 根據(jù)控制要求確定硬件配置 根據(jù)要求編寫程序 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計 調(diào)試程序 記錄運行結(jié)果并分析 總結(jié) 錯誤 圖 2— 1 立體倉庫控制系統(tǒng)設(shè)計步驟 10 PLC 控制系統(tǒng)的硬件功能設(shè)計與實現(xiàn) 相關(guān)硬件簡介 相關(guān)硬件簡介 1. 輥道輸送機 本系統(tǒng)中共設(shè)有二臺輥道輸送 機，進(jìn)貨與出貨可根據(jù)需要來設(shè)計程序進(jìn)行自由控制。機械手用于輥道、出入庫臺之間的貨物傳遞。電子標(biāo)簽芯片采用了 INTERMEC 公司的 915MHz芯片，通信數(shù)據(jù)速率為 9600bps，具備防沖突機制，具備數(shù)據(jù)完整性及數(shù)據(jù)安全性。 在開發(fā)的管理信息系統(tǒng)中，貨品編碼模擬 EPC(Elceortn Prodctuino Cdoe)編碼方式，對商品信息編碼采用 12 個字節(jié)編碼方式。它把計算機控制系統(tǒng)提供的弱電信號放 大為步進(jìn)電機能夠接受的強電信號。 7 通信處理器 EM277 EM 27 7 是連接 SIMATIC 現(xiàn)場總線 PROFIBUS 一 DP 從站的通信模塊，通過 EM277 可以將 S7— 200CPU 作為現(xiàn)場總線 PROFIBUS 一 DP 的從站連接到網(wǎng)絡(luò)中。與許多 DP 站不同的是， EM277 模塊不僅僅是傳輸 FO 數(shù)據(jù)， EMZ277 還能讀寫 S7— 200CPU 中定義的變量數(shù)據(jù)塊。 一旦 EM 277PROFBIUS 一 DP 模塊己用一個 DP 主站成功地進(jìn)行了組態(tài)， EM277 和 DP 主站就 11 進(jìn)入數(shù)據(jù)交換模式。從主站傳送過來的輸出數(shù)據(jù)存放在 V 存儲器中 (輸出緩沖區(qū) )由某地址開始的區(qū)域內(nèi)，自動化立體倉庫