【正文】 倉庫系統(tǒng)設(shè)計的核心工作。 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。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。 EM277 經(jīng)過串行 I/0 總線連接到S7— 200CPU。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)。 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。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。 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。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。 表 3— 3 機械手輸入元件地址分配表 控制元件 符號 編程地址 控制元件 符號 編程地址備用 抓手正轉(zhuǎn)移動限位 SQ11 備用 抓手反轉(zhuǎn)移動限位 SQ12 X 軸移動 SB7 X 軸中限位 SQ13 Y 軸移動 SB8 復(fù)位按鈕 SB2 底盤旋轉(zhuǎn) SB11 功能按鈕2 SB12 手腕旋轉(zhuǎn) SB9 自動/ 手動 SA3 X 軸前限位（抓手） SQ5 抓手動作 SB10 X 軸后限位 SQ6 緊停按鈕 KA6 Y 軸上限位 SQ7 機械手送/ 取操作 Y 軸下限位 SQ8 機械手左/ 右排操作 轉(zhuǎn)盤正轉(zhuǎn)移動限位 SQ9 機械手啟/ 停 轉(zhuǎn)盤反轉(zhuǎn)限位（源位） SQ10 表 3— 4 機械手輸出元件地址分配表 控制元件 符號 編程地址 控制元件 符號 編程地址X 軸及底盤脈沖 CP 抓手電磁閥 KA5 Y 軸步進(jìn)電機脈沖 CP 運行指示 HL5 X 軸及底盤方向 DIR 堆垛機允許運行 Y 軸步進(jìn)電機方向 DIR 機械手位置1 X 軸步進(jìn)電機C P 控制 KA1 機械手位置2 底盤步進(jìn)電機C P 控制 KA2 備用 抓手電機正轉(zhuǎn) KA3 備用 抓手電機反轉(zhuǎn) KA4 堆垛機控制系統(tǒng)所采用的 PLC 是 S7— 200 CPU226，該部分控制系統(tǒng)總共使用了 24 個 輸入點、16 個輸出點，具體的 I/O 點分配如表 3— 表 3— 6 所示。三個單元 PLC 實現(xiàn)順序控制的程序流程大致 如圖 3— 3 所示。 DP 網(wǎng)通信程序主要完成輥道與組態(tài)軟件枯 WinCC 的變量組態(tài)連接。 在 SETP7— Micro/WIN 編程環(huán)境中作者主要設(shè)計的程序模塊有 ： 主程序、入庫程序、出庫程序、初始化程序、 X 軸移動程序、 Y 軸移動程序、底盤轉(zhuǎn)動程序、抓 手動作程序、調(diào)試程序。 X 軸移動通過步進(jìn)電機進(jìn)行控制。 Y 軸移動也是通過步進(jìn)電機進(jìn)行控制。底盤轉(zhuǎn)動有兩個限位開關(guān) ： 底盤正轉(zhuǎn)限位和底盤反轉(zhuǎn)限位。機械手通過 X 軸前后伸縮和 Y 軸升降以及臂腕動作和抓手動作，將貨品從入庫輥道傳遞到左 /右排出入庫臺。這三大機構(gòu)是由堆垛機的自動控制系統(tǒng)控制的。 現(xiàn)在較先進(jìn)的檢測元件一般均采用紅外光電開關(guān)，它們利用安裝在貨架每一列上的運行認(rèn)址片及安裝于堆垛機立柱每一層上的起升認(rèn)址片，在每次通過 認(rèn)址片時對相應(yīng)紅外光電開關(guān)進(jìn)行擋光或透光，使紅外光電開關(guān)的狀態(tài)發(fā)生變化，從而得到堆垛機的 Y、 2 坐標(biāo)。研究和實踐結(jié)果表明，變頻調(diào)速在各種調(diào)速方案 (如變極調(diào)速、子母電動機調(diào)速、可控硅調(diào)速、變頻調(diào)速 )中是一種比較理想的方案，這是因為它的調(diào)整范圍大(采用普通的異步電動機時，一般可用 2 一 50Hz，必要時可用到 60Hz)，有多種輸出特性選擇，控制簡單、工作可靠、節(jié)能，并有大量成熟產(chǎn)品可供選用。 行走計數(shù)程序主要用于控制堆垛機在行走運行時的位置定位。反之，如果當(dāng)前列小于源列，則堆垛機向右運行，直到當(dāng)前列等于源列，堆垛機停止水平行走。反之，如果當(dāng)前 層小于源層，則堆垛機上升運行，直到當(dāng)前層等于源層，堆垛機停止垂直升降運行。堆垛機在水平方向有 兩個限位開關(guān) :行走左限開關(guān)和行走右限開關(guān)。 DP 網(wǎng)通信程序主要用于輥道與組態(tài)軟件 WinCC 之間的變量組態(tài)連接。堆垛機經(jīng)過載貨臺的水平行走、垂直升降以及貨叉的伸縮將貨品送到左 /右排 出入庫臺。定位存儲的優(yōu)點是貨品的貨位可按周轉(zhuǎn)率大小或出入庫頻度來安排，以縮短出入庫搬運距離。缺點 :貨位必須按各項貨品最大在庫量設(shè)計，因此儲存區(qū)域平均的使用效率低。隨機存儲的優(yōu)點 :由于貨位可共享，因此只需按所有庫存貨品最大在庫量設(shè)計即可，儲存區(qū)域的使用效 率較高。 5. 共享 存儲 :在確定知道各貨品的進(jìn)出倉庫時刻的前提下，不同的貨品可共享相同貨位的方式稱為共享存儲。根據(jù)上述比例，可以得出頻度為 5 的貨品存放在倉庫的第 1~4 列，頻度為 4 的貨品存放在第 5~2 列，頻度為 3 的貨品存放在第 13 一 16 列，頻度為 2 的貨品存放在第 17~18 列，頻度為 1 的貨品存放在第 19 列，頻度為 0 的貨品存放在第 20 列。專門用于倉儲的立體倉庫，其貨位分配原則如下。提高可靠性，分巷道存放，以防止因巷道堵塞而影響出入庫操作。 在管 理系統(tǒng)軟件中實現(xiàn)以上原則時，上輕下重的原則與貨品重量有關(guān)，先入先出的原則與入庫時間有關(guān)。其中巷道左端 的排為奇數(shù)，巷道右端的排為偶數(shù)，其中 value 表示優(yōu)先權(quán)值， line 表示貨位排， list 表示貨位列， floor 表示貨位層，排權(quán)值 1 表示左排的權(quán)值，排權(quán)值 2 表示右排的權(quán)值。相反地，出庫操作將貨位依據(jù)均勻分布算法的優(yōu)先權(quán)進(jìn)行降序排序，首先進(jìn)行出庫操作的是貨位權(quán)值最大的貨位。同時，還要求管理系統(tǒng) 能根據(jù)入庫、出庫的生產(chǎn)任務(wù)，發(fā)出命令來觸發(fā)監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)與監(jiān)控系統(tǒng)的通信，發(fā)布入庫、出庫操作任務(wù)單，并接收監(jiān)控系統(tǒng)返回的入庫、出庫任務(wù)的完成報告情況。管理層與監(jiān)控層通過數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)共 29 享和信息交換，管理層把任務(wù)命令信息傳達(dá)給監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)控系統(tǒng)把任務(wù)完成情況再反饋回來 :監(jiān)控層與執(zhí)行層通過組態(tài)軟件和特定的網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)通信，監(jiān)控層監(jiān)視并控制執(zhí)行層設(shè)備的運行 。 在本系統(tǒng)中，管理系統(tǒng)與監(jiān)控系統(tǒng)運行在同一計算機上，我們采用 OPC 通訊技術(shù)實現(xiàn)管理系統(tǒng)與監(jiān)控系統(tǒng)之間的實時數(shù)據(jù)交換。使用標(biāo)準(zhǔn)軟件接口 OPC，各個生產(chǎn)商的設(shè)備和應(yīng)用程序就能以統(tǒng)一的方式連接起來。監(jiān)控系統(tǒng)采用西門子的組態(tài)軟件 WinCC V5 作為監(jiān)控畫面的開發(fā)工具。目前用 PLC 來實現(xiàn)動作控制。 管理層是自動化倉儲系統(tǒng)的中樞，與普通的計算機管理系統(tǒng)類似，要負(fù)責(zé)接受上級生產(chǎn)系統(tǒng)發(fā)布的生產(chǎn)任務(wù)，完成出入庫操作、庫存數(shù)據(jù)管理與統(tǒng)計分析等常規(guī)作業(yè)，而且具有倉儲管理的操作流程。具體的實現(xiàn)過程將在下一節(jié)中詳細(xì)闡述。注意一個巷道有兩排，所以左排和右排的排權(quán)值也不同。在一個巷道內(nèi)，應(yīng)該盡量選擇離巷道口較近，位置較低的貨位出入庫。避免因貨品長期積壓產(chǎn)生銹蝕、變形、變質(zhì)及其他損壞造成的損失。 立體倉庫貨物的分配 立體倉庫貨物的分配原則 在確定了存儲策略的基礎(chǔ)上，還必須配合貨位分配原則才能決定儲存作業(yè)實際 運作的模式。根據(jù)一定的統(tǒng)計， P=5~0 的貨品占用貨位數(shù)分別為總貨位數(shù)的百分比為 :20%、40%、 20%、 10%、 5%、 5%。缺點 :貨品出入庫管理及盤點工作的難度較高。也就是說，任何貨品可以被存放在任何可利用的位置。分類存儲通常按產(chǎn)品相關(guān)性、流動性、產(chǎn)品尺寸、重量或產(chǎn)品特性來分類。 貨品進(jìn)行存儲都有一定的存儲策略，良好的存儲策略可以減少出入庫移動的距離、縮短作業(yè)時間，甚至能夠充分利用存儲空間 .一般常見存儲策略有 :定位存儲、隨機存儲、分類存儲、分類隨機存儲和共享存儲等。堆垛機在工作過程中實時采集運行、升降和貨叉三個方向的數(shù)據(jù)，并不斷與存放在數(shù)據(jù)塊里的標(biāo)準(zhǔn)位置參數(shù)進(jìn)行比較，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的功能，并將正在進(jìn)行的工作情況的信息和狀態(tài)報告發(fā)送給監(jiān)控機。具體的 PLC 程序設(shè)計如圖 3— 所示。包絡(luò)表的起始偏移地址為 600，存放在特殊繼電器 SMW168 當(dāng)中，初始周期為 500，周期增量值為一 1，輸出脈沖個數(shù)為 375。出庫操作時，通過比較當(dāng)前層與源層的值來進(jìn)行精確定位。出庫操作時，通過比較當(dāng)前列與源列的值進(jìn)行精確定位。利用步進(jìn)電機控制堆垛機和直流電機控制伸叉的工作原理，編寫程序，根據(jù)設(shè)計要求完成堆垛機的行走和升降、伸叉的左右運行，同時堆垛機上有進(jìn)貨認(rèn)址限位開關(guān)和出貨認(rèn)址限位開關(guān)，以確保堆垛機運行的準(zhǔn)確性。根據(jù)經(jīng)驗，此時運行速度約為 3~4 m/min，起升速度約為 2 m/min，因此運行機構(gòu)與起升機構(gòu)均存在調(diào)速問題 。其中 X 向坐標(biāo)，對每一臺堆垛機來說只有兩個位置，所以 我們 可以用貨叉向左或向右運動來表示，因此只需檢測 Y 坐標(biāo)與 Z 坐標(biāo)即可。運行機構(gòu)與起升機構(gòu)使堆垛機到達(dá)指定貨位。 子程序 2 實現(xiàn)的功能： WinCC 將入庫輥道運行結(jié)束信號傳送給機械手 PLC，置其源位為 3 號位。底盤限位計數(shù)程序段中采用一個遞增計數(shù)器進(jìn)行計數(shù)，預(yù)設(shè)值為 10。機械手 X 軸方向設(shè)置了三個限位開關(guān) ： X 軸前限位、 X 軸中限位、 X 軸后限位。完成入庫操作后，機械手自動復(fù)位。 子程序 0 和子程序 1 的流程圖，如圖 3— 圖 3— 5 所示 四自由度機械手控制功能模塊設(shè)計 圖 3— 6 四自由度機械手 1. 3 號輥道貨臺 2. 2 號輥道貨臺 4. 1 號輥道貨臺 垛機貨臺 初始化 收到 WinCC 發(fā)送來的入庫指令 進(jìn)貨輥道 位是否為 1 進(jìn)貨輥道正轉(zhuǎn) 進(jìn)貨輥道后光電位是否為 1 否 是 否 是 進(jìn)貨輥道停止運行 圖 3— 4 子程序 0 流程圖 初始化 收到 WinCC 發(fā)送來 的機械手運行結(jié)束指令 出貨輥道前光電位是否為 1 出貨輥道正轉(zhuǎn) 出 貨輥道后光電位是否為 1 否 是 否 是 出貨輥道停止運行 圖 3— 5 子程序 1 流程圖 18 機械手接收入庫光電傳感器的開關(guān)指令。 出貨輥道運行程序主要完成從接收機械手運行結(jié)束信號到貨物出庫完成的過程。 PLC 控制程序的編寫，必須按照自動線的運行要求來編寫。 ３ .３ .2 自動化立體倉庫控制系統(tǒng)各單元 I/O 點的分配 整個系統(tǒng)中，輥道控制系統(tǒng)所采用的 PCL 是 S7 一 200 CPU224，該部分系統(tǒng)總共使用了 13 個輸入點、 9 個輸出點，具體的 I/O 點分配如表 3－ 表 32 所示。在畢業(yè)論文的完成過程中，首先從對可編程邏輯控制器的學(xué)習(xí)入手，了解和熟悉了整個系統(tǒng)的的結(jié)構(gòu)和電氣連接圖，完全領(lǐng)會本系統(tǒng)要完成的任務(wù)，掌握各電氣設(shè)備的工作原理，以便更好地分析和處理工作中出現(xiàn)的問題。CP5611 作 DP 網(wǎng)主站，其余三臺作 DP 網(wǎng)從站。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。三個部分的自動控制采用的可編程控制器均為西門子 57 一 20 系列 PLC。在變動旋轉(zhuǎn)開關(guān)后，用戶必須重新啟動 CPU 電源，以便使新的從站地址起作用。 PLC 具有高速計數(shù)以及脈沖輸出的功能，通過特定的指令和特殊數(shù)據(jù)存儲器可以產(chǎn)生驅(qū)動步進(jìn)電機的脈沖信號，實現(xiàn)位置控制。讀取距離可達(dá) 5 米，寫入距離為讀取距離的 70%。 2. 四自由度機械手 四自由度機械手為圓柱坐標(biāo)型，可實現(xiàn) X 軸伸縮、 Y 軸升降、底盤旋轉(zhuǎn)、臂、腕旋轉(zhuǎn)功能。 根據(jù) I/O點數(shù)選擇合適的 PLC類型。國外已經(jīng)開始出現(xiàn)一批可拆卸的或移動式的倉庫結(jié)構(gòu)。近些年我國自動化倉庫技術(shù)發(fā)展很快，己實現(xiàn)了與其它信息決策系統(tǒng)的集成，并正在做智能控制和模糊控制的研究工作。 1963 年，北京起重運輸機研究所設(shè)計了第一臺 橋式堆垛機，并由大連起重機廠完成試制。 高速 利用電力線上網(wǎng)能夠提供高速傳輸。 4. 按照自動化倉庫的作用可以將其分為生產(chǎn)性倉庫和流通性倉庫兩種。 3. 按照作業(yè)方式分類 按作業(yè)方式可以分為單元貨架式、移動貨架式和揀選貨架式三種立體倉庫。在單元式貨架倉庫中，巷道占去了 1/3 左右的倉庫面積，為了進(jìn)一步提高倉庫面積利用率，可以取消位于各排貨架之間的巷道，將貨架合并在一起 ，使同一層、同一列的貨物互相貫通，形成能依次存放許多貨物單元的通道。 2. 按貨架形式分類 （ 1）單元貨格式貨架倉庫。 自動控制系統(tǒng)：驅(qū)動自動化立體倉庫系統(tǒng)各設(shè)備的自動控制系統(tǒng)。目前主要有焊接式和組合式貨架兩種基本形式。 自動化立體倉 庫可以產(chǎn)生巨大的社會效益和經(jīng)濟效益。結(jié)合電子標(biāo)簽技術(shù)，根據(jù)貨品出入庫頻度劃分貨品的大致存儲區(qū)域 ： 在此基礎(chǔ)上，使用貨位自動均勻分配算法實現(xiàn)貨位的均勻分配與貨品的就近出入庫 ?？删幊炭刂破?，簡稱 PLC。 1969 年美國數(shù)字設(shè)備公司（ DEC）研制出世界第一臺可編程控制器，并成功地應(yīng)用在美國（ GM）的生產(chǎn)線上。 50年代初，美國出現(xiàn)了采用橋式堆垛起重機的立體倉庫； 50 年代末 60 年代初出現(xiàn)了司機操作 的巷道式堆垛起重機立體倉庫； 1963年美國率先在高架倉庫中采用計算機控制技術(shù)，建立了第一座計算機控制立體倉庫。同時通過PROFIBUS— DP 現(xiàn)