【正文】 按照學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)的要求，對(duì)堆垛機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析 ，對(duì)基于 PLC 的物流堆垛機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)研究，主要確定了堆垛機(jī)的速度和位置控制方案，并設(shè)計(jì)了堆垛機(jī)控制系統(tǒng)運(yùn)用 S7200 的編程軟件進(jìn)行程序的設(shè)計(jì)。 本文選用簡單易懂的梯形圖作為編程語言，根據(jù)堆垛機(jī)工作流程確定系統(tǒng)所需要的動(dòng)作和次序并設(shè)定系統(tǒng)的輸入和輸出數(shù)目，然后對(duì)輸入和輸 出器件如定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、內(nèi)置寄存器進(jìn)行唯一編號(hào)，根據(jù)控制系統(tǒng)的動(dòng)作要求在編程方式下編寫梯形圖，測試并修改保存程序。 控制要求及系統(tǒng)設(shè)計(jì) 由前一章內(nèi)容可以知道，本文中的堆垛機(jī)有半自動(dòng)控制、手動(dòng)控制及計(jì)算機(jī)控制三種控制方法和位置控制功能、動(dòng)作控制功能、通訊功能及保護(hù)功能等重要控制功能。 圖 34 水平行走認(rèn)址傳感器 堆垛機(jī)在層方向的定位同樣采用三個(gè) U 型光電開關(guān)和認(rèn)址片方式。這樣每個(gè)貨格都有了自己唯一的貨位編號(hào)。 堆垛機(jī)位置控制方案 擁有精確的定位和可靠的認(rèn)址，是堆垛機(jī)實(shí)現(xiàn)貨物存儲(chǔ)功能的保障。速度控制伺服系統(tǒng)的核心是速度控制單元，用來控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。 6) 具有 RS485 通訊 /編程口 2 個(gè)。 控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及硬件選型 PLC 技術(shù)與選型 PLC 是可編程控制控制器（ Programmable Logic Controller）的英文縮寫，是以微處理器為核心，并集微電子、網(wǎng)絡(luò)通訊和自動(dòng)化控制技術(shù)于一體，主要由中央處理單元、存儲(chǔ)器、電源單元、輸入輸出單元、接口單元和外部設(shè)備組成 [14]。 （ 3） 單機(jī)控制方式 堆垛機(jī)在單機(jī)運(yùn)行時(shí)就是處于這種控制方式。 XXXX 大學(xué)本科畢業(yè)論文 10 3 控制方案設(shè)計(jì) 堆垛機(jī)整體控制方案設(shè)計(jì) 控制系統(tǒng)是堆垛機(jī)的重要組成部分，堆垛機(jī)需要在立體庫中穿梭并完成存貨、取貨的功能，其必須具備水平行走、垂直提升和貨叉伸縮三方向的運(yùn)動(dòng)，并且具備較好的速度控制和準(zhǔn)確的定位功能，控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)就顯得尤為重要，接下來本文從堆垛機(jī)控制方式和控制功能角度為堆垛機(jī)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。 3) 斷電保護(hù) 本文中的所有電機(jī)都帶有自動(dòng)抱閘功能。在載貨臺(tái)上與立柱導(dǎo)軌接觸的三個(gè)面上都安裝有導(dǎo)向輪，以保證載貨臺(tái)沿著立柱導(dǎo)軌平穩(wěn)的升降。 貨叉部分 堆垛機(jī)的存取貨裝置主要有機(jī)械抓取式存取裝置、電磁或真空吸盤存取裝置、旋轉(zhuǎn)抓取裝置和伸縮貨叉存取裝置，本項(xiàng)目選用最為常用的伸縮貨叉存取裝置 [10]。 (3)在機(jī)械結(jié) 構(gòu)滿足 強(qiáng)度、剛度及 可靠性的 原則下，各 部分 的質(zhì) 量盡 量 減少，減 小堆 垛機(jī)在 加速和 制動(dòng)時(shí)的 慣性沖 擊，同 時(shí)還 能節(jié)省 制 造 成 本。我國在 1973 年自主研制出第一座計(jì)算機(jī)控制的自動(dòng)化立體倉 庫，深受國家的關(guān)注與支持。跟國外比較，我國堆垛機(jī)存在最低存取貨物高度比較低（世界一流水平），高速運(yùn)行的安全性和精確度都顯著提高，而且穩(wěn)定性等問題也越來越好，所以我國堆垛機(jī)在綜合性能方面步入世界發(fā)達(dá)國家行列。這個(gè)時(shí)候的巷道堆垛機(jī)一般由以下幾個(gè)部分組成，升降電機(jī)、運(yùn)行電機(jī)、固定軌道、底盤、機(jī)身、機(jī)架、伸縮貨叉，并且搭配必要的電 氣設(shè)備。不過考慮場地的利用率問題，軌道的轉(zhuǎn)彎半徑不宜過大，這樣堆垛機(jī)在轉(zhuǎn)彎時(shí)就不能高速運(yùn)行，因此此種堆垛機(jī)應(yīng)用在巷道比較多而堆垛機(jī)比較少且出入庫頻率不高的工作場合。這種結(jié)構(gòu)剛度高并且平穩(wěn)性好，在要求取貨高度高、貨物質(zhì)量大和行走速度高的場合應(yīng)用比較廣泛。 4) 協(xié)調(diào)各生產(chǎn)工序的不平衡。 而從國外情況來看，自動(dòng)化立體倉庫是在物流和自動(dòng)控制技術(shù)快速發(fā)展背景下產(chǎn)生的一個(gè)高科技產(chǎn)品，它 發(fā)源于北美洲。大概開始于 1985 年，比較明顯的特征為：通過引進(jìn)吸收、自主研發(fā)，研制成功了基于可編程邏輯控制器控制的立體庫系統(tǒng)，其應(yīng)用領(lǐng)域也逐步擴(kuò)展到醫(yī)藥、船舶、礦業(yè)、機(jī)械存儲(chǔ)、煙草存儲(chǔ)等行業(yè)，市場應(yīng)用得到大大的提高。 stacker。 本文對(duì)堆垛機(jī)的國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r以及發(fā)展趨勢進(jìn)行了研究。本人授權(quán) 大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書寫，不準(zhǔn)用徒手畫 3）畢業(yè)論文須用 A4 單面打印，論文 50 頁以上的雙面打印 4）圖表應(yīng)繪制于無格子的頁面上 5）軟件工程類課題應(yīng)有程序清單，并提供電子文檔 1）設(shè)計(jì)（論文） 2）附件：按照任務(wù)書、開題報(bào)告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）次序裝訂 摘要 隨著近年來物流產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，自動(dòng)化立體倉庫應(yīng)運(yùn)而生，而堆垛機(jī)系統(tǒng)是整個(gè)立體倉庫系統(tǒng)的核心，與之相關(guān)的技術(shù)逐漸成為研究的重點(diǎn)。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明本文設(shè)計(jì)的堆垛機(jī)控制系統(tǒng)整體效果良好，滿足學(xué)校對(duì)堆垛機(jī)的性能要求。從研究與應(yīng)用上來看，我國自動(dòng)化立體庫主要經(jīng)歷了四個(gè)階段： 第一階段為起步階段。其始于 20xx 年，每年市場需求平均達(dá)到 90 套左右，到 20xx 年底，全國自動(dòng)化立體倉庫數(shù)量能達(dá)到 20xx 座左右。 現(xiàn)代自動(dòng)化立體倉庫的概念圖如圖 11 圖 11 自動(dòng)化立體倉庫的優(yōu)越性 自動(dòng)化立體倉庫在現(xiàn)代物流、貯存、管理中占有極重要的地位。 不過在立體倉庫應(yīng)用中，堆垛機(jī)最常見的分類方式是按運(yùn)行方式和結(jié)構(gòu)來分類 [4]。 ①直線運(yùn)行型堆垛機(jī)，其軌道是直線的，堆垛機(jī)只能在其直線軌道上行走，不能自行的從一個(gè)巷道換到另外一個(gè)巷道。在二十世紀(jì)七十年代到八十年代間，巷道式堆垛機(jī)以及各種移動(dòng)式貨架開始運(yùn)用于自動(dòng)化立體倉庫中，這使得物流運(yùn)輸?shù)臋C(jī)動(dòng)性大大提高，因此堆垛機(jī)的發(fā)展也越來越快 [6]。在 1970 年運(yùn)貨高度可達(dá) 40 米的堆垛機(jī)（ 其由貨架支承，軌道固定）問世。隨著現(xiàn)代物流的快速發(fā)展，一方面，物流自動(dòng)化和信息化程度不斷提高；另一方面，土地成本和人工成本的提高也使企業(yè)產(chǎn)生了讓倉庫向自動(dòng)化方向發(fā)展的十分迫切的需要。 XXXX 大學(xué)本科畢業(yè)論文 6 2 堆垛機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu) 堆垛機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案 堆垛機(jī)是自動(dòng)化立體倉庫中的重要的物流運(yùn)輸設(shè)備，它受控于上位機(jī)，穿梭于立體貨架之間，主要承擔(dān)貨物的出庫、入庫和移庫等任務(wù)。下橫梁兩側(cè)2 堆垛機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu) 7 靠近端面位置分別安裝有兩個(gè)導(dǎo)向輪，對(duì)堆垛機(jī)水平行走起到很好的方向?qū)д饔?[9]。貨叉合攏時(shí)尺寸 800mm 小于巷道寬度 1000mm，貨架上貨物頂部距上位貨位之 間有 60mm 間隙滿足微抬和微降間隙要求，貨物頂部距上位貨物托盤底部距離為 220mm 滿足貨叉的存貨物間隙，所以本次設(shè)計(jì)的貨叉能夠滿足堆垛機(jī)在巷道中行走并且自動(dòng)存取貨物的功能。 安全保護(hù)部分 1) 終端限位保護(hù) 在堆垛機(jī)的水平方向，不僅設(shè)置了行程限位開關(guān)，而且在導(dǎo)軌的兩端安裝有機(jī)械擋護(hù)塊，雙重防護(hù)保證堆垛機(jī)在水平行走過程中不沖出軌道；在立柱的上下端分別安裝有限位開關(guān)，并且制作了防沖頂和防墜底的裝置來預(yù)防堆垛機(jī)在垂直升降過程中控制失靈，造成沖頂和墜底 的危險(xiǎn)；在貨叉的伸出終端設(shè)置硬限位，來控制貨叉伸縮的行程 2) 電氣聯(lián)鎖保護(hù) 堆垛機(jī)在巷道中行走，擁有三個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)，如果三個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)不好的話，會(huì)導(dǎo)致堆垛機(jī)貨叉跟貨架或貨物的碰撞，造成不良后果 [13]。 2 堆垛機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu) 9 本章小結(jié) 本章在對(duì)堆垛機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法分析的基礎(chǔ)上，提出了有限元分析軟件，起到了至關(guān)重要的作用，采用新產(chǎn)品進(jìn)行校核的新的設(shè)計(jì)方法。 （ 2）半自動(dòng)控制方式 半自 動(dòng)控制方式是對(duì)本機(jī)自動(dòng)控制方式運(yùn)行過程的分解。 （ 3）通訊功能 在自動(dòng)化立體倉庫系統(tǒng)中，為了實(shí)現(xiàn)設(shè)備的自動(dòng)運(yùn)行，堆垛機(jī)與上位機(jī)、觸摸屏或其他倉庫設(shè)備需要進(jìn)行頻繁的信息交換，由于堆垛機(jī)在巷道中運(yùn)行，受周邊環(huán)境的影響XXXX 大學(xué)本科畢業(yè)論文 12 有線的通訊方式基本不被采納，大多都選用無線通訊方式。 3）具有 13K 字節(jié)的存儲(chǔ)功能，用于程序和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。 按照控制原理不同可分為開環(huán)、全閉環(huán)和半閉環(huán)伺服系統(tǒng)；按照信息傳遞的不同分為連續(xù)控制與采樣控制 [19]。 由異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式 如下（ 33）； psfsnn /)1(60)1(0 ???? （ 33） 式中： p— 磁極對(duì)數(shù)； f— 供電電源頻率； s— 轉(zhuǎn)差率； 可知，異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法主要有三種，控制變量的情況下改變刺激對(duì)數(shù)、轉(zhuǎn)差率、供電電源頻率。 位置控制方案 為了實(shí)現(xiàn)水平行走機(jī)構(gòu)的準(zhǔn)確定位，水平行走方向運(yùn)用三個(gè) U 型光電傳感器作為認(rèn)址設(shè)備，安裝在堆垛機(jī)下橫梁上邊 [19]。 （ 2）通過速度曲線的比較確定了堆垛機(jī)的水平行走、垂直提升和貨叉伸縮的速度控制方案，并通過設(shè)置伺服放大器和變頻器的內(nèi)部參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了速度控制功能。在這過程中最關(guān)鍵的是回原點(diǎn)操作；在堆垛機(jī)執(zhí)行程序過程中，隨時(shí)都有斷電或者誤操作而導(dǎo)致停機(jī)的可能，讓堆垛機(jī)停留在貨格中間的位置，由于本系統(tǒng)對(duì)位置的控制選用的是相對(duì)認(rèn)址方案，這時(shí)堆垛機(jī)的認(rèn)址就不準(zhǔn)了，需要人工回原點(diǎn)，它的實(shí)現(xiàn)是運(yùn)用兩個(gè)行程開關(guān)來實(shí)現(xiàn)的。 本章小結(jié) 本章結(jié)合第三章的控制功能和控制方案，以及硬件資源配置情況，對(duì) PLC 的 I/O 接口進(jìn)行了分配。 3）設(shè)計(jì)完成的人機(jī)界面能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)堆垛機(jī)的控制功能，但是僅僅給出了堆垛 機(jī) 狀態(tài)顯示的代碼并沒有制作報(bào)警顯示界面，后續(xù)可以在現(xiàn)有設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行 下一步報(bào)警界面的開發(fā)。 4 控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 23 XXXX 大學(xué)本科畢業(yè)論文 24 圖 45 初始化程序 4 控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 25 XXXX 大學(xué)本科畢業(yè)論文 26 4 控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 27 圖 46 主程序 程序設(shè)計(jì)編輯完成后，就可用菜單“ PLC”中的“編譯”項(xiàng)進(jìn)行離線編譯，語法錯(cuò)誤的數(shù)量及每條錯(cuò)誤的原因和在程序中的位置將會(huì)在輸出窗口顯示。綜合考慮堆垛機(jī)控制系統(tǒng)功能和實(shí) 現(xiàn)手段，主要包括手動(dòng)操作按鈕個(gè)數(shù)、伺服放大器控制點(diǎn)數(shù)、檢測傳感器輸入點(diǎn)數(shù)、變頻器控制點(diǎn)數(shù)、觸摸屏控制點(diǎn)數(shù)和中間繼電器 KA 所需控制點(diǎn)等對(duì) PLC 的 I/O 口進(jìn)行分配，具體的分配方案如表 42 和表 43； 4 控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 19 表 42 PLC 輸入分配表 序號(hào) 功能 元件 PLC 地址 符號(hào) 1 伺服啟動(dòng) 按鈕 SB2 2 伺服停止 按鈕 SB3 3 慢進(jìn) 按鈕 SB4 4 快進(jìn) 按鈕 SB5 5 慢退 按鈕 SB6 6 快退 按鈕 SB7 7 伺服復(fù)位 按鈕 SB8 8 運(yùn)行停止 按鈕 SB9 9 升左 按鈕 SB10 10 降右 按鈕 SB11 11 列運(yùn)行認(rèn)址 U 型光電傳感器 GK1 12 列認(rèn)址超前檢測 U 型光電傳感器 GK2 13 層運(yùn)行上位 U 型光 電傳感器 GK3 14 層運(yùn)行計(jì)數(shù) U 型光電傳感器 GK4 15 層運(yùn)行下位 U 型光電傳感器 GK5 16 列認(rèn)址滯后檢測 U 型光電傳感器 GK6 17 托盤超出貨叉檢測右 光電傳感器 GK7 18 貨叉有無托盤檢測 光電傳感器 GK8 19 貨物超高檢測左 光電傳感器 GK9 20 貨物超高檢測右 光電傳感器 GX1 21 貨位有無托盤檢測左 光電傳感器 GX2 22 貨位有無托盤檢測右 光電傳感器 GX3 23 托盤超出貨叉檢測左 光電傳感器 GX4 24 FP1 25 列原點(diǎn) 行程開關(guān) SQ7 26 層原點(diǎn) 行程開關(guān) SQ8 27 前極限 行程開關(guān) SQ1 28 后極限 行程開關(guān) SQ2 29 升極限 行程開關(guān) SQ3 30 降極限 行程開關(guān) SQ4 31 貨叉左 限位 行程開關(guān) SQ5 32 貨叉右限位 行程開關(guān) SQ6 33 手動(dòng) 轉(zhuǎn)換開關(guān) SA1 位