【正文】 河北大學(xué) 20xx屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 14 河北大學(xué) 20xx屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 15 圖 44 9 號(hào)庫(kù)取貨梯形圖 貨位保護(hù)程序設(shè)計(jì) 貨位保護(hù)程序的主要目的是在程序的初始位置判斷是取貨還是送貨，在取貨狀態(tài)時(shí)，必須保證目的倉(cāng)庫(kù)有貨且緩沖貨臺(tái)無(wú)貨，否則程序不執(zhí)行。 以 9 號(hào)庫(kù)為例，系統(tǒng)的運(yùn)行控制流程為：叉車從初始位置出發(fā)，驅(qū)動(dòng)水平前進(jìn)電機(jī)，當(dāng)?shù)竭_(dá)列定位 4 時(shí)停下，此時(shí)到 9 號(hào)倉(cāng)庫(kù)位置的水平位置，驅(qū)動(dòng)垂直上升電機(jī)，當(dāng)?shù)竭_(dá)層定位脈沖數(shù)為 3 時(shí)停下，驅(qū)動(dòng)叉車電機(jī)向前伸 出叉子，叉子到達(dá)內(nèi)限位后繼續(xù)驅(qū)動(dòng)垂直上升電機(jī)，當(dāng)檢測(cè)層計(jì)數(shù)脈沖數(shù)為 4 停止，此時(shí)貨物已經(jīng)被抬起，驅(qū)動(dòng)叉車電機(jī)向后收回叉子，到達(dá)外限位后，驅(qū)動(dòng)垂直電機(jī)下降直到層定位脈沖數(shù)為 2，驅(qū)動(dòng)水平電機(jī)后退到達(dá)列定位 1，驅(qū)動(dòng)叉車向前伸出，到達(dá)內(nèi)限位后，驅(qū)動(dòng)垂直電機(jī)下降，檢測(cè)層定位脈沖數(shù)為 1時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)向后收回叉子，此時(shí)貨物被安全穩(wěn)妥的安放到了緩沖存儲(chǔ)貨倉(cāng)。此時(shí)繼續(xù)執(zhí)行初始化位置程序，將叉車退回到初始位置，等待下次命令的出現(xiàn)。因此在初始化階段，本設(shè)計(jì)將叉車在下限位，左河北大學(xué) 20xx屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 10 限位，外極限設(shè)置為初始位置。 GX Developer 是一款可以開發(fā)三菱全系 列的編程軟件，使用十分方便，因此本設(shè)計(jì)采取 GX Developer 作為開發(fā)環(huán)境。當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行。整個(gè)系統(tǒng)需要 X、 Y、 Z 三維的位置控制。另外，通常還具備較為復(fù) 雜的驅(qū)動(dòng)電路、調(diào)節(jié)電路、保護(hù)電路、基準(zhǔn)電路以及構(gòu)成閉環(huán)回路中的取樣電路、放大電路和耦合電路用來(lái)控制盒調(diào)節(jié)輸出電壓的大小以及特性。 Z 方向采用型號(hào) JQ24125G840 的電機(jī)，并配備 ZGA25RP216 的直流 24V，變速比 rpm： 20 的齒輪變河北大學(xué) 20xx屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 7 速箱。減速電機(jī)是指減速機(jī)和電機(jī)（馬達(dá)）的集成體。 直流減速電機(jī) 直流減速電機(jī)，即齒輪減速電機(jī)，是在普通直流電機(jī)的基礎(chǔ)上，加上配套齒輪減速箱。 圖 31 自動(dòng)立體倉(cāng)庫(kù)裝置圖 該裝置由立體庫(kù)位框架、巷道式高叉車、操作盤等組成，并配有 PLC 控制器、光電式尋址傳感器、限位開關(guān)、直流電機(jī)、鍵盤、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、直流穩(wěn)壓電源、空氣保護(hù)開關(guān)等。 河北大學(xué) 20xx屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 5 3 立體倉(cāng)庫(kù)的硬件組成及控制原理 立體倉(cāng)庫(kù)模型的基本結(jié)構(gòu) 立體倉(cāng)庫(kù)模型是用來(lái)儲(chǔ)存、分類貨物的模型。 FX1N 系列 PLC 有 13 種基本單元，可以組成 14~128 個(gè) I/O 點(diǎn)的系統(tǒng)，并能使用特殊功能模塊、顯示模塊和擴(kuò)展板。目前 PLC 正在向 通用化、 系列化和高性能化的趨勢(shì)發(fā)展，主要表現(xiàn)在： 功能不斷增強(qiáng)，各種應(yīng)用模塊不斷推出：加強(qiáng)過(guò)程控制和數(shù)據(jù)處理 的 功能，提高 多機(jī)通信和組網(wǎng)的 能力，開發(fā) 具有更多 功能 的模塊， 使各 種 PLC 控制系統(tǒng)都具有可靠的高性能 ，同時(shí)也使的 PLC 的 組成和維護(hù)更加靈活方便，使 PLC 的 應(yīng)用范圍更加寬廣。 可編程控制器的功能使它既可以用于開關(guān)量控制，又可用于模擬量控制；既可用于單機(jī)控制，又可用于組成多級(jí)控制系統(tǒng)；既可控制簡(jiǎn)單系統(tǒng)，又可控制復(fù)雜系統(tǒng)。隨著微電子技術(shù)的快速發(fā)展， PLC 的制造成本不斷下降，但功能卻大大的增強(qiáng)了。 (2)可實(shí)現(xiàn)三電一體化 河北大學(xué) 20xx屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 3 PLC 將電控（邏輯控制）、電儀（過(guò)程控制）和電結(jié)（運(yùn)動(dòng)控制）這三電集于一體，可以方便、靈活地組合成各種不同規(guī)模和要求的控制系統(tǒng)，以適應(yīng)各種工業(yè)控制的需要。 PLC 從誕生至今，其發(fā)展大體經(jīng)歷了三個(gè)階段：第一階段從誕生到 20 世紀(jì) 80 年代中期，以單機(jī)為主發(fā)展硬件技術(shù)，研發(fā)除了取代傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)的各種型號(hào)的 PLC；第二階段從 20 世紀(jì) 80 年代中期到 20 世紀(jì) 80 年代末期，為適應(yīng)柔性制造系統(tǒng)（ FMS）的發(fā)展，在提高單機(jī)功能的同時(shí)，加強(qiáng)了軟件的開發(fā)，并提高了 PLC 通信能力；第三階段從 20世紀(jì) 90 年代以來(lái)，為適應(yīng)計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（ CIMS）的發(fā)展，采用多 CPU 的 PLC 系統(tǒng)，不斷提高其運(yùn)算速度和數(shù)據(jù)處理能力?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于使 工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充的原則設(shè)計(jì)?？删幊绦蚩刂破鳎?Programmable Logic Controller, PLC）作為一種應(yīng)用面積廣，功能強(qiáng)大，使 用方便的通用自動(dòng)控制裝備，已經(jīng) 成為工業(yè)控制領(lǐng)域不可或缺的重要組成部分 。目前比較流行的方法是通過(guò) 制作小型的立體倉(cāng)庫(kù)模型， 采用可重復(fù)使用的編程系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行編程控制 ， 在模型上模擬調(diào)試成功后 ， 最后 將實(shí)驗(yàn)結(jié)果 應(yīng)用 到 立體倉(cāng)庫(kù) 的實(shí)際生產(chǎn) 研發(fā)中 。我國(guó)于 1963 年成功研制出了第一臺(tái)橋式堆垛起重機(jī)， 1973 年開始研制第一座由計(jì)算機(jī)控制的自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)。 50 年代初，美國(guó)首先研制出采用橋式堆垛起重機(jī)的立體倉(cāng)庫(kù) ,60 年代中期，日本開始興建立體倉(cāng)庫(kù)，并且發(fā)展速度越來(lái)越快，成為當(dāng)今世界上擁有自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)最多的國(guó)家之一。但其中不容忽視的一個(gè)問(wèn)題是，當(dāng)前各領(lǐng)域中使用的立體倉(cāng)庫(kù) 系統(tǒng)通常是比較龐大的 ， 在 研 發(fā) 立體倉(cāng)庫(kù) 的過(guò)程中， 需要投入 大量的人力 和 財(cái)力 ， 這必然會(huì)給立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng) 的研制 帶來(lái)巨大的成本負(fù)擔(dān) 。 河北大學(xué) 20xx屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 2 2 可編程邏輯控制器（ PLC）簡(jiǎn)介 隨著微處理器，計(jì)算機(jī)和數(shù)字通信技術(shù)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)控制幾乎已經(jīng)擴(kuò)展到了工業(yè)領(lǐng)域的每一個(gè)角落。它采用可編程序的存儲(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)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過(guò)數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。其后日本、原聯(lián)邦德國(guó)等相繼引入，使其迅速發(fā)展起來(lái)。 通過(guò)以上措施保證了 PLC 能在惡劣的環(huán)境中可靠地工作，使平均故障間隔時(shí)間指標(biāo)高，故障修復(fù)時(shí)間短。 PLC 的應(yīng)用領(lǐng)域 可編程控制器是在繼電器控制和計(jì)算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上開發(fā)出來(lái)的，并逐漸發(fā)展成以微處理器為核心，集計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)及通信技術(shù)于一體的一種新型工業(yè)控制裝置。 PLC 已成為位于現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化三大支柱（ PLC、 ROBOT、 CAD/CAM）的主導(dǎo)地位。盡管如此，我國(guó)已建成的集成化倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)還不多，我國(guó)的自 動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家相比，無(wú)論是從數(shù)量上還是從建設(shè)水平上都有著很大的差距。 三菱公司 FX1N 系列 PLC 性能介紹 FX1N 系列 PLC 是三菱公司 FX 系列 PLC（包括 FX1s、 FX1N、 FX2N、 FX2NC）中推出的 一種造價(jià)低廉、 功能強(qiáng)大的普及型 PLC。 通過(guò)通信擴(kuò)展板或特殊適配器可以實(shí)現(xiàn)多種通信或數(shù)據(jù)鏈接，例如 CCLink、 ASi 網(wǎng)絡(luò)， RS232C、 RS422 和 RS485 串行通信， N:N 鏈接、并行連 接、計(jì)算機(jī)鏈接和 I/O 鏈接。 臺(tái)式立體倉(cāng)庫(kù)模型結(jié)構(gòu)如圖 31 所示。其中 6 為 6 個(gè)可自由存取位置，雖只有 6 個(gè)，但已經(jīng)從原理上模擬出了所有倉(cāng)庫(kù)可定位情況； 3 為 3 個(gè)模擬位，由于硬件限制，并不具備實(shí)際存取功能，僅為美觀所設(shè)； 1 為 1 個(gè)緩沖臺(tái)，用來(lái)暫時(shí)存取貨物。這大大提高了直流電機(jī)在自動(dòng)化行業(yè)中的使用率。 本設(shè)計(jì)使用了三個(gè) ZHENGK 公司生產(chǎn)的直流減速電機(jī)，其中 X、 Y 方向采用型號(hào)為ZYTD45SRZF091020 的直流 24V，變速比 rpm： 2500 的電機(jī)，并且在 X 軸方向上加配了 ZGB60R45SRZ1 1： 110 的直流 24V，變速比 rpm： 20 的 8W齒輪變速箱。 穩(wěn)壓電源 開關(guān)穩(wěn)壓電源是由開關(guān)集體管 VT 和二極管 VD 及儲(chǔ)能電感 L、濾波電容 C 組成的。其關(guān)鍵部分是巷道起重機(jī)，由水平移動(dòng)、垂直移動(dòng)及伸叉機(jī)構(gòu)三部分組成，其水平和垂直移動(dòng)分別用兩臺(tái)直流減速電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)皮帶來(lái)完成，伸 叉機(jī)構(gòu)由一臺(tái)直流減速電動(dòng)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)，伸叉電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)貨架向前伸出，將貨物取出或送入，然后鏟叉向后縮回。系統(tǒng)初始化后，按下某倉(cāng)庫(kù)位置的按鈕以及“取”或“送”按鈕時(shí)，系統(tǒng)將進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作。 表 41 自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)控 制系統(tǒng)的可編程邏輯控制器 I/O分配表 X0 叉車左極限 X23 5號(hào)倉(cāng)庫(kù)是否有貨 X1 叉車右極限 X24 6號(hào)倉(cāng)庫(kù)是否有貨 X2 叉車下極限 X25 7號(hào)倉(cāng)庫(kù)是否有貨 X3 叉車上極限 X26 8號(hào)倉(cāng)庫(kù)是否有貨 X4 叉車內(nèi)極限 X27 9號(hào)倉(cāng)庫(kù)是否有貨 X5 叉車外極限 Y0 叉車后退 X6 列定位 Y1 叉車前進(jìn) X7 層定位 Y2 叉車上升 X20 A/M轉(zhuǎn)換 Y3 叉車下降 X21 緩沖臺(tái)是否有貨 Y4 進(jìn)叉 X22 4號(hào)倉(cāng)庫(kù)是否有貨 Y5 出叉 X11 X15 0號(hào)倉(cāng)庫(kù)位 置 X10 X17 6號(hào)倉(cāng)庫(kù)位置 X11 X14 1號(hào)倉(cāng)庫(kù)位置 X10 X16 7號(hào)倉(cāng)庫(kù)位置 X11 X17 2號(hào)倉(cāng)庫(kù)位置 X13 X15 8號(hào)倉(cāng)庫(kù)位置 X11 X16 3號(hào)倉(cāng)庫(kù)位置 X13 X14 9號(hào)倉(cāng)庫(kù)位置 X10 X15 4號(hào)倉(cāng)庫(kù)位置 X12 X15 入庫(kù) X10 X14 5號(hào)倉(cāng)庫(kù)位置 X12 X12 出庫(kù) PLC 系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì) PLC 的程序編輯工作是靠梯形圖完成的，梯形圖具有形象直觀，且便于分析記憶的特點(diǎn)。 初始化復(fù)位程序設(shè)計(jì) 自動(dòng)控制系統(tǒng)工作的第一步，便是判斷叉車是否已經(jīng)準(zhǔn)備繼續(xù)，是否可以正常工作，若不在初始位，需要自動(dòng)回復(fù)到初始位。 以 4 號(hào)庫(kù)為例，系統(tǒng)的運(yùn)行控制流程為：叉車從初始位置出發(fā)，驅(qū)動(dòng)水平前進(jìn)電機(jī)，當(dāng)?shù)竭_(dá)列定位 1 時(shí)停下，此時(shí)到達(dá)緩沖倉(cāng)庫(kù)位置的水平位置，驅(qū)動(dòng)垂直上升電機(jī)，當(dāng)?shù)竭_(dá)層定位脈沖數(shù)為 1 時(shí)停下，驅(qū)動(dòng)叉車電機(jī)向前伸出叉子，叉子 到達(dá)內(nèi)限位后繼續(xù)驅(qū)動(dòng)垂直上升電機(jī)，當(dāng)檢測(cè)層計(jì)數(shù)脈沖數(shù)為 2 停止，此時(shí)貨物已經(jīng)被抬起，驅(qū)動(dòng)叉車電機(jī)向后收回叉子，到達(dá)外限位后，驅(qū)動(dòng)水平電機(jī)繼續(xù)前進(jìn)直到列定位脈沖數(shù)為 2，驅(qū)動(dòng)叉車向前伸出，到達(dá)內(nèi)限位后，驅(qū)動(dòng)垂直電機(jī)下降，檢測(cè)層定位脈沖數(shù)為 1 時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)向后收回叉子，此時(shí)貨物被安全穩(wěn)妥的安放到了指定倉(cāng)庫(kù)位。 河北大學(xué) 20xx屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 11 河北大學(xué) 20xx屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 12 圖 43 4號(hào)庫(kù)送貨梯形圖 河北大學(xué) 20xx屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 13 取貨子程序設(shè)計(jì) 取貨是指叉車從指定倉(cāng)庫(kù)位置取出貨物后送到緩沖貨臺(tái)。 9 號(hào)庫(kù)取貨子程序如圖 44 所示。梯形圖如圖 45 所示。 (3) 將選擇開關(guān)至于自動(dòng)位置，系統(tǒng)將自動(dòng)復(fù)位到初始位置，若不回復(fù)初始位置，說(shuō)明初始位置程序有誤，查出并排除錯(cuò)誤后進(jìn)行下一步。 故障處理 (1)電源指示燈不亮：檢查供電是否正常。 河北大學(xué) 20xx屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 18 MCGS 概述及設(shè)計(jì) MCGS(Monitor and Control Generated System， 監(jiān)視與控制通用系統(tǒng) )是北京昆 態(tài) 公司研發(fā)的一套 組態(tài)軟件 系統(tǒng)， 可實(shí)現(xiàn)對(duì) 現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集與監(jiān)測(cè)、 前端數(shù)據(jù)的處理與控制。 MCGS 運(yùn)行環(huán)境是用戶應(yīng)用系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境，在MCGS 運(yùn)行環(huán)境中用戶可完成對(duì)工程的控制工作。 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)是 系統(tǒng)各部分 的 公用區(qū)交換數(shù)據(jù) 庫(kù) ， 可 實(shí)現(xiàn)各部分 的 協(xié)調(diào) 工作 。單擊菜單“文件”在下拉菜單中選擇“工程另存為”選項(xiàng)，在文件名一欄中輸入“自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)”，單擊 “保存”按鈕，工程創(chuàng)建完畢。 圖 48 用戶窗口屬性設(shè)置 ② .選中“自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)控制”窗口圖標(biāo)，單擊“動(dòng)畫組態(tài)”，進(jìn)入動(dòng)畫組態(tài)窗口，開始編輯畫面。在本系統(tǒng)中用到的元件有：“開關(guān) 17”一個(gè)；“按鈕 6” 一個(gè)，“按鈕 7” 一個(gè)，“按鈕 8”一個(gè)，“按鈕 9” 一個(gè)，“按鈕 96” 十三個(gè)，并將兩個(gè)“按鈕 96”重新組合，使其按鈕的顏色成為紅色；“馬達(dá) 25”兩個(gè) 。調(diào)整五個(gè)立方體長(zhǎng)寬高，使他們的大小相等。將立方體與直線進(jìn)行組合。 圖 411 自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)監(jiān)視窗口畫面 河北大學(xué) 20xx屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 23 5 存在問(wèn)題、展望及總結(jié) 本設(shè)計(jì)初期的主要重點(diǎn)及難點(diǎn)是三維計(jì)數(shù)脈沖定位功能的實(shí)現(xiàn)，對(duì)比其他主流設(shè)計(jì)采用多傳感器，本設(shè)計(jì)只用了 X、 Y 兩個(gè)方向的光電計(jì)數(shù)器，雖給編程帶來(lái)了很多困難，但主要利用的是軟件內(nèi)部的輔助繼電器，并且充分利用內(nèi)部輔助繼電器響應(yīng)時(shí)間短的有點(diǎn)，同時(shí)也減少了對(duì) PLC 輸入輸出點(diǎn)數(shù)目的要求，對(duì)外部硬件要求降低了，所以在最重要的設(shè)計(jì)部分降低了成本。當(dāng)倉(cāng)庫(kù)的數(shù)量增加時(shí)，只需添加部分同原理程序，不必重新編寫程序。在拓展部分，也增加了我展望未來(lái)和實(shí)際動(dòng)手的能力。 兩位 老 師用自己 淵博的知識(shí) 和豐富的科研經(jīng)驗(yàn)，在整個(gè)實(shí)驗(yàn)和論文撰寫的過(guò)程中都給了我 詳盡的指導(dǎo)，使我的 課程 設(shè)計(jì)能夠順利 的 完成。感謝物理學(xué)院給予我的關(guān)心和幫助，感謝其他同學(xué)在設(shè)計(jì)過(guò)程中給予的支持。 switch OFF 24VDC. 2) Connect (24VDC) from Power supply to (COM) of (O00 183