【正文】 河北大學 20xx屆本科生畢業(yè)論文（設計） 14 河北大學 20xx屆本科生畢業(yè)論文（設計） 15 圖 44 9 號庫取貨梯形圖 貨位保護程序設計 貨位保護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，必須保證目的倉庫有貨且緩沖貨臺無貨，否則程序不執(zhí)行。 以 9 號庫為例，系統(tǒng)的運行控制流程為：叉車從初始位置出發(fā)，驅(qū)動水平前進電機，當?shù)竭_列定位 4 時停下，此時到 9 號倉庫位置的水平位置，驅(qū)動垂直上升電機，當?shù)竭_層定位脈沖數(shù)為 3 時停下，驅(qū)動叉車電機向前伸 出叉子，叉子到達內(nèi)限位后繼續(xù)驅(qū)動垂直上升電機，當檢測層計數(shù)脈沖數(shù)為 4 停止，此時貨物已經(jīng)被抬起，驅(qū)動叉車電機向后收回叉子，到達外限位后，驅(qū)動垂直電機下降直到層定位脈沖數(shù)為 2，驅(qū)動水平電機后退到達列定位 1，驅(qū)動叉車向前伸出，到達內(nèi)限位后，驅(qū)動垂直電機下降，檢測層定位脈沖數(shù)為 1時，驅(qū)動電機向后收回叉子，此時貨物被安全穩(wěn)妥的安放到了緩沖存儲貨倉。此時繼續(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，本設計將叉車在下限位，左河北大學 20xx屆本科生畢業(yè)論文（設計） 10 限位，外極限設置為初始位置。 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，因此本設計采取 GX Developer 作為開發(fā)環(huán)境。當出現(xiàn)故障時，電動機停止運行。整個系統(tǒng)需要 X、 Y、 Z 三維的位置控制。另外，通常還具備較為復 雜的驅(qū)動電路、調(diào)節(jié)電路、保護電路、基準電路以及構(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 JQ24125G840 的電機，并配備 ZGA25RP216 的直流 24V，變速比 rpm： 20 的齒輪變河北大學 20xx屆本科生畢業(yè)論文（設計） 7 速箱。減速電機是指減速機和電機（馬達）的集成體。 直流減速電機 直流減速電機，即齒輪減速電機，是在普通直流電機的基礎(chǔ)上，加上配套齒輪減速箱。 圖 31 自動立體倉庫裝置圖 該裝置由立體庫位框架、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、鍵盤、驅(qū)動系統(tǒng)、直流穩(wěn)壓電源、空氣保護開關(guān)等。 河北大學 20xx屆本科生畢業(yè)論文（設計） 5 3 立體倉庫的硬件組成及控制原理 立體倉庫模型的基本結(jié)構(gòu) 立體倉庫模型是用來儲存、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 I/O 點的系統(tǒng)，并能使用特殊功能模塊、顯示模塊和擴展板。目前 PLC 正在向 通用化、 系列化和高性能化的趨勢發(fā)展，主要表現(xiàn)在： 功能不斷增強，各種應用模塊不斷推出：加強過程控制和數(shù)據(jù)處理 的 功能，提高 多機通信和組網(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 ，同時也使的 PLC 的 組成和維護更加靈活方便，使 PLC 的 應用范圍更加寬廣。 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；既可用于單機控制，又可用于組成多級控制系統(tǒng)；既可控制簡單系統(tǒng)，又可控制復雜系統(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了。 (2)可實現(xiàn)三電一體化 河北大學 20xx屆本科生畢業(yè)論文（設計） 3 PLC 將電控（邏輯控制）、電儀（過程控制）和電結(jié)（運動控制）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)歷了三個階段：第一階段從誕生到 20 世紀 80 年代中期，以單機為主發(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)的各種型號的 PLC；第二階段從 20 世紀 80 年代中期到 20 世紀 80 年代末期，為適應柔性制造系統(tǒng)（ FMS）的發(fā)展，在提高單機功能的同時，加強了軟件的開發(fā)，并提高了 PLC 通信能力；第三階段從 20世紀 90 年代以來，為適應計算機集成制造系統(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)設備，都應按易于使 工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴充的原則設計?？删幊绦蚩刂破鳎?Programmable Logic Controller, PLC）作為一種應用面積廣，功能強大，使 用方便的通用自動控制裝備，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 制作小型的立體倉庫模型， 采用可重復使用的編程系統(tǒng)對其進行編程控制 ， 在模型上模擬調(diào)試成功后 ， 最后 將實驗結(jié)果 應用 到 立體倉庫 的實際生產(chǎn) 研發(fā)中 。我國于 1963 年成功研制出了第一臺橋式堆垛起重機， 1973 年開始研制第一座由計算機控制的自動化立體倉庫。 50 年代初，美國首先研制出采用橋式堆垛起重機的立體倉庫 ,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，成為當今世界上擁有自動化立體倉庫最多的國家之一。但其中不容忽視的一個問題是，當前各領(lǐng)域中使用的立體倉庫 系統(tǒng)通常是比較龐大的 ， 在 研 發(fā) 立體倉庫 的過程中， 需要投入 大量的人力 和 財力 ， 這必然會給立體倉庫系統(tǒng) 的研制 帶來巨大的成本負擔 。 河北大學 20xx屆本科生畢業(yè)論文（設計） 2 2 可編程邏輯控制器（ PLC）簡介 隨著微處理器，計算機和數(shù)字通信技術(shù)的飛速發(fā)展，計算機控制幾乎已經(jīng)擴展到了工業(yè)領(lǐng)域的每一個角落。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。其后日本、原聯(lián)邦德國等相繼引入，使其迅速發(fā)展起來。 通過以上措施保證了 PLC 能在惡劣的環(huán)境中可靠地工作，使平均故障間隔時間指標高，故障修復時間短。 PLC 的應用領(lǐng)域 可編程控制器是在繼電器控制和計算機技術(shù)的基礎(chǔ)上開發(fā)出來的，并逐漸發(fā)展成以微處理器為核心，集計算機技術(shù)、自動控制技術(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)自動化三大支柱（ PLC、 ROBOT、 CAD/CAM）的主導地位。盡管如此，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)達國家相比，無論是從數(shù)量上還是從建設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 一種造價低廉、 功能強大的普及型 PLC。 通過通信擴展板或特殊適配器可以實現(xiàn)多種通信或數(shù)據(jù)鏈接，例如 CCLink、 ASi 網(wǎng)絡， RS232C、 RS422 和 RS485 串行通信， N:N 鏈接、并行連 接、計算機鏈接和 I/O 鏈接。 臺式立體倉庫模型結(jié)構(gòu)如圖 31 所示。其中 6 為 6 個可自由存取位置，雖只有 6 個，但已經(jīng)從原理上模擬出了所有倉庫可定位情況； 3 為 3 個模擬位，由于硬件限制，并不具備實際存取功能，僅為美觀所設； 1 為 1 個緩沖臺，用來暫時存取貨物。這大大提高了直流電機在自動化行業(yè)中的使用率。 本設計使用了三個 ZHENGK 公司生產(chǎn)的直流減速電機，其中 X、 Y 方向采用型號為ZYTD45SRZF091020 的直流 24V，變速比 rpm： 2500 的電機，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 及儲能電感 L、濾波電容 C 組成的。其關(guān)鍵部分是巷道起重機，由水平移動、垂直移動及伸叉機構(gòu)三部分組成，其水平和垂直移動分別用兩臺直流減速電動機帶動皮帶來完成，伸 叉機構(gòu)由一臺直流減速電動機來控制，當堆垛機平臺移動到貨架的指定位置時，伸叉電動機驅(qū)動貨架向前伸出，將貨物取出或送入，然后鏟叉向后縮回。系統(tǒng)初始化后，按下某倉庫位置的按鈕以及“取”或“送”按鈕時，系統(tǒng)將進行相應的動作。 表 41 自動化立體倉庫控 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號倉庫是否有貨 X1 叉車右極限 X24 6號倉庫是否有貨 X2 叉車下極限 X25 7號倉庫是否有貨 X3 叉車上極限 X26 8號倉庫是否有貨 X4 叉車內(nèi)極限 X27 9號倉庫是否有貨 X5 叉車外極限 Y0 叉車后退 X6 列定位 Y1 叉車前進 X7 層定位 Y2 叉車上升 X20 A/M轉(zhuǎn)換 Y3 叉車下降 X21 緩沖臺是否有貨 Y4 進叉 X22 4號倉庫是否有貨 Y5 出叉 X11 X15 0號倉庫位 置 X10 X17 6號倉庫位置 X11 X14 1號倉庫位置 X10 X16 7號倉庫位置 X11 X17 2號倉庫位置 X13 X15 8號倉庫位置 X11 X16 3號倉庫位置 X13 X14 9號倉庫位置 X10 X15 4號倉庫位置 X12 X15 入庫 X10 X14 5號倉庫位置 X12 X12 出庫 PLC 系統(tǒng)的程序設計 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。 初始化復位程序設計 自動控制系統(tǒng)工作的第一步，便是判斷叉車是否已經(jīng)準備繼續(xù)，是否可以正常工作，若不在初始位，需要自動回復到初始位。 以 4 號庫為例，系統(tǒng)的運行控制流程為：叉車從初始位置出發(fā)，驅(qū)動水平前進電機，當?shù)竭_列定位 1 時停下，此時到達緩沖倉庫位置的水平位置，驅(qū)動垂直上升電機，當?shù)竭_層定位脈沖數(shù)為 1 時停下，驅(qū)動叉車電機向前伸出叉子，叉子 到達內(nèi)限位后繼續(xù)驅(qū)動垂直上升電機，當檢測層計數(shù)脈沖數(shù)為 2 停止，此時貨物已經(jīng)被抬起，驅(qū)動叉車電機向后收回叉子，到達外限位后，驅(qū)動水平電機繼續(xù)前進直到列定位脈沖數(shù)為 2，驅(qū)動叉車向前伸出，到達內(nèi)限位后，驅(qū)動垂直電機下降，檢測層定位脈沖數(shù)為 1 時，驅(qū)動電機向后收回叉子，此時貨物被安全穩(wěn)妥的安放到了指定倉庫位。 河北大學 20xx屆本科生畢業(yè)論文（設計） 11 河北大學 20xx屆本科生畢業(yè)論文（設計） 12 圖 43 4號庫送貨梯形圖 河北大學 20xx屆本科生畢業(yè)論文（設計） 13 取貨子程序設計 取貨是指叉車從指定倉庫位置取出貨物后送到緩沖貨臺。 9 號庫取貨子程序如圖 44 所示。梯形圖如圖 45 所示。 (3) 將選擇開關(guān)至于自動位置，系統(tǒng)將自動復位到初始位置，若不回復初始位置，說明初始位置程序有誤，查出并排除錯誤后進行下一步。 故障處理 (1)電源指示燈不亮：檢查供電是否正常。 河北大學 20xx屆本科生畢業(yè)論文（設計） 18 MCGS 概述及設計 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)， 可實現(xiàn)對 現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集與監(jiān)測、 前端數(shù)據(jù)的處理與控制。 MCGS 運行環(huán)境是用戶應用系統(tǒng)的運行環(huán)境，在MCGS 運行環(huán)境中用戶可完成對工程的控制工作。 實時數(shù)據(jù)庫是 系統(tǒng)各部分 的 公用區(qū)交換數(shù)據(jù) 庫 ， 可 實現(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，在文件名一欄中輸入“自動化立體倉庫控制系統(tǒng)”，單擊 “保存”按鈕，工程創(chuàng)建完畢。 圖 48 用戶窗口屬性設置 ② .選中“自動化立體倉庫控制”窗口圖標，單擊“動畫組態(tài)”，進入動畫組態(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；“按鈕 6” 一個，“按鈕 7” 一個，“按鈕 8”一個，“按鈕 9” 一個，“按鈕 96” 十三個，并將兩個“按鈕 96”重新組合，使其按鈕的顏色成為紅色；“馬達 25”兩個 。調(diào)整五個立方體長寬高，使他們的大小相等。將立方體與直線進行組合。 圖 411 自動化立體倉庫控制系統(tǒng)監(jiān)視窗口畫面 河北大學 20xx屆本科生畢業(yè)論文（設計） 23 5 存在問題、展望及總結(jié) 本設計初期的主要重點及難點是三維計數(shù)脈沖定位功能的實現(xiàn)，對比其他主流設計采用多傳感器，本設計只用了 X、 Y 兩個方向的光電計數(shù)器，雖給編程帶來了很多困難，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)部輔助繼電器響應時間短的有點，同時也減少了對 PLC 輸入輸出點數(shù)目的要求，對外部硬件要求降低了，所以在最重要的設計部分降低了成本。當倉庫的數(shù)量增加時，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和實際動手的能力。 兩位 老 師用自己 淵博的知識 和豐富的科研經(jīng)驗，在整個實驗和論文撰寫的過程中都給了我 詳盡的指導，使我的 課程 設計能夠順利 的 完成。感謝物理學院給予我的關(guān)心和幫助，感謝其他同學在設計過程中給予的支持。 switch OFF 24VDC. 2) Connect (24VDC) from Power supply to (COM) of (O00 183