【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，進行立體倉庫進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 軸步進電機方向 DIR 機械手位置1 X 軸步進電機C P 控制 KA1 機械手位置2 底盤步進電機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 軸移動通過步進電機進行控制。 Y 軸移動也是通過步進電機進行控制。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址片及安裝于堆垛機立柱每一層上的起升認址片，在每次通過 認址片時對相應紅外光電開關(guān)進行擋光或透光，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。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，如果當前列小于源列，則堆垛機向右運行，直到當前列等于源列，堆垛機停止水平行走。反之，如果當前 層小于源層，則堆垛機上升運行，直到當前層等于源層，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)進行降序排序，首先進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。使用標準軟件接口 OPC，各個生產(chǎn)商的設(shè)備和應用程序就能以統(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，要負責接受上級生產(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)塊里的標準位置參數(shù)進行比較，從而達到準確定位的功能，并將正在進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，通過比較當前層與源層的值來進行精確定位。出庫操作時，通過比較當前列與源列的值進行精確定位。利用步進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，同時堆垛機上有進貨認址限位開關(guān)和出貨認址限位開關(guān)，以確保堆垛機運行的準確性。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，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 坐標與 Z 坐標即可。運行機構(gòu)與起升機構(gòu)使堆垛機到達指定貨位。 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)器進行計數(shù)，預設(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 進貨輥道 位是否為 1 進貨輥道正轉(zhuǎn) 進貨輥道后光電位是否為 1 否 是 否 是 進貨輥道停止運行 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習入手，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)動步進電機的脈沖信號，實現(xiàn)位置控制。讀取距離可達 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 ?？删幊炭刂破鳎喎Q 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)