【正文】 址是將每一個貨位賦予唯一的開關(guān)狀態(tài)，給每個貨位制作一個專用的認(rèn)址片，堆垛機上相應(yīng)安裝一個識別器，通常是二進制編碼板和一組光電開關(guān)的組合，通過讀取認(rèn)址片的代碼來判斷堆垛機的當(dāng)前位置。以上是四種常見的認(rèn)址檢測方式，四種方式各有優(yōu)劣，下面的表22是它們之間的比較對照：表22 認(rèn)址方式對比表認(rèn)址器光電開關(guān)旋轉(zhuǎn)編碼激光測距傳感器認(rèn)址方式相對認(rèn)址絕對認(rèn)址絕對認(rèn)址絕對認(rèn)址可靠性較低高 較高最高認(rèn)址精度格 格mmmm系統(tǒng)成本低高高較高數(shù)據(jù)接口無無多種多種定位方式反射式反射式接觸式反射式使用壽命短短較長長 認(rèn)址方式確認(rèn)圖26 激光測距原理圖為完成對堆垛機的位置控制，必須能檢測出堆垛機的運行位置，本文設(shè)計的堆垛機系統(tǒng)認(rèn)址方式如下：（1）水平認(rèn)址系統(tǒng)水平方向采用激光測距傳感器，當(dāng)前數(shù)據(jù)為位移值，經(jīng)過PLC計算后的數(shù)據(jù)為當(dāng)前速度值。所以在堆垛機的升降臺上安裝三個光電開關(guān)，與升降臺一起上升下降，中間的一個共用，其他兩個分別為上位置和下位置。入庫操作時，當(dāng)堆垛機到達(dá)目標(biāo)位置時，先檢查貨位是否有貨物，若沒有貨物，則進行伸叉作業(yè)，否則發(fā)出信號使堆垛機動作停止；出庫時，若檢測出相應(yīng)貨位無貨物，則發(fā)出信號致堆垛機動作停止，采用漫反射型的光電傳感器可以感知貨物在貨架的存在或者位置。 限位保護堆垛機裝有運行終端限位器，當(dāng)堆垛機接近兩端極限位置或載貨臺接近上下極限位置時，該裝置能自動切斷行走電機或提升電機的電源。一般情況下，器調(diào)速方式分為：電機減速器調(diào)速，變極調(diào)速、串阻調(diào)速、串極調(diào)速、滑差電機調(diào)速、變頻調(diào)速等。變頻器與異步電動機相結(jié)合，可以實現(xiàn)對生產(chǎn)機械的調(diào)速傳動控制，簡稱為變頻器傳動。 綜上所述，變頻調(diào)速技術(shù)不僅在性能上大大優(yōu)于以往的交流電機調(diào)速方式，并且將會逐步取代直流電機的調(diào)速方式，用交流異步電機取代直流電機，將會使調(diào)速系統(tǒng)變得更加簡單。其中，整流電路是把輸入到變頻器的工頻交流電變換成直流電，且對直流電進行平滑濾波，然后逆變電路再將此直流電變換成實際需要的各種頻率的交流電，從而驅(qū)動電動機的運轉(zhuǎn)。在電流型變頻器中，電動機定子電壓的控制是通過檢測電壓后對電流進行控制的方式實現(xiàn)的。 （9）輸出控制：變頻器由微機處理器控制絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)的脈沖寬度調(diào)制頻率，實現(xiàn)輸出電壓、頻率可調(diào)。 元器件的選型 主要元器件的選擇如表24所示 表24 元器件使用表名稱代號符號個數(shù)規(guī)格符號備注PLCPLC1S7200CPU226，AC/DC繼電器輸出擴展模塊11EM22116路數(shù)字輸出擴展模塊22EM2354模擬量輸入，1模擬量輸出激光測距傳感器1ODSLB型檢測距離2545米光電傳感器2E3GMR19光電編碼器2755A增量式三相交流異步電動機M1額定電壓380V，額定功率300W單相交流異步電動機M1額定電壓380V，額定功率280W步進式電動機驅(qū)動器1SH204032470VDC二相混合式步進式電動機142BYG 本章小結(jié) 本章依據(jù)設(shè)計立體倉庫的有關(guān)參數(shù)，對堆垛機電氣控制的硬件系統(tǒng)進行了設(shè)計。隨著微電子技術(shù)、計算機技術(shù)和數(shù)據(jù)通信技術(shù)的飛速發(fā)展、微處理器的出現(xiàn)，以及流程加工行業(yè)(如汽車制造業(yè))對生產(chǎn)流程迅速、頻繁變更的需求，PLC技術(shù)出現(xiàn)并快速發(fā)展。SIMATIC指令集是西門子公司為S7200 PLC設(shè)計的編程語言。與機器碼相似，如果一個程序是用語句表編寫的，CPU執(zhí)行程序時則按每一條指令一步一步地執(zhí)行。STEP7Micro/WIN 32編程軟件是基于Windows的應(yīng)用軟件，由西門子公司專為SIMATIC S7200系列可編程控制器設(shè)計開發(fā)，功能強大，主要由用戶用來開發(fā)控制程序，同時也可以實時監(jiān)控用戶程序執(zhí)行狀態(tài)[21]。圖32 堆垛機自檢程序流程圖 堆垛機復(fù)位程序當(dāng)堆跺機在運行過程中出現(xiàn)錯誤時(如認(rèn)址認(rèn)數(shù)器計數(shù)錯誤等)，若不及時糾正，就會使倉庫管理出現(xiàn)混亂，所以就需要系統(tǒng)能通過控制按鈕方便的恢復(fù)系統(tǒng)的部分?jǐn)?shù)據(jù)或設(shè)置，及時恢復(fù)系統(tǒng)的正常運行。操作開始先在上位機的監(jiān)控界面上輸入待入庫目標(biāo)貨位的列、層數(shù)，選擇入庫動作，然后按下運行鍵，系統(tǒng)開始執(zhí)行入庫作業(yè)。）這是一段簡單的初始化程序只在程序開始運行的時候執(zhí)行一次。根據(jù)這種要求，、分別作為小車沿列向運行到位標(biāo)志、升降臺行向運行標(biāo)志、貨叉到位標(biāo)志。圖38 網(wǎng)絡(luò)6梯形圖圖39 網(wǎng)絡(luò)7梯形圖 （3）行向運行PLC程序?qū)崿F(xiàn) 行向運動是出三個光電開關(guān)定位，相關(guān)內(nèi)容已在第二章講過，此處不再重復(fù)。此部分梯形圖程序如圖312所示。 組態(tài)王（King View）是目前國內(nèi)比較流行的一種國產(chǎn)工業(yè)自動化通用組態(tài)軟件，適用于中小規(guī)模工業(yè)監(jiān)控機，價格低廉。組態(tài)王具有一個集成開發(fā)環(huán)境“組態(tài)王工程瀏覽器”，在工程瀏覽器中可以查看工程的各個組成部分．也可以完成構(gòu)造數(shù)據(jù)庫、定義外部設(shè)備等工作。遠(yuǎn)程控制是操作人員在上位機上通過上位機與PLC的通信直接控制試驗平臺上各電氣設(shè)備的運行。 定義設(shè)備 組態(tài)王把那些需要與之交換數(shù)據(jù)的設(shè)備或程序都作為外部設(shè)備。項目目錄也稱為工程路徑。工程瀏覽器將運行組態(tài)王開發(fā)環(huán)境，彈出“新畫面”對話框。 圖44 圖庫利用圖庫中的元素以及創(chuàng)建圖庫精靈，就可以對立體倉庫進行畫面的繪制，見圖45和圖46。這幾種特殊類型的變量正是體現(xiàn)了“組態(tài)王系統(tǒng)面向工控軟件、自動生成人機接口的特色。以每種類型一個變量為例，我們簡單介紹下變量的具體設(shè)置： （1）內(nèi)存和I/O離散變量的區(qū)別是否與外部設(shè)備連接，其他設(shè)置基本相同。 圖48 立體倉庫俯視監(jiān)控畫面圖49 貨架主視監(jiān)控畫面 將實時數(shù)據(jù)庫中定義的各種開關(guān)型或數(shù)值型變量和監(jiān)控畫面中相對應(yīng)的按鈕、指示燈等相連接起來，以便能使動畫按照要求動起來。報警是過程狀態(tài)出現(xiàn)問題時發(fā)生的警告，同時要求操作人員做出響應(yīng)。 本章小結(jié)本章介紹了上位機監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)過程。 (2) 設(shè)計運行系統(tǒng)的控制流程，應(yīng)用Step7編程軟件編寫了相應(yīng)的PLC控制程序，程序簡化，縮短了掃描周期，提高了系統(tǒng)的執(zhí)行效率。同時本文主要完成了以下幾個方面的內(nèi)容： (1) 依據(jù)設(shè)計立體倉庫的有關(guān)參數(shù)，對堆垛機電氣控制的硬件系統(tǒng)進行了設(shè)計。事件說明了系統(tǒng)的正常狀態(tài)信息，不要求操作人員響應(yīng)。這樣可以保證用戶對硬件的更方便的使用[30]。組態(tài)環(huán)境相當(dāng)于一套完整的工具軟件，幫助用戶設(shè)計和構(gòu)造自己的應(yīng)用系統(tǒng)。內(nèi)存實型變量、I/O實型變量：類似一般程序設(shè)計語言中的有符號長整數(shù)型變量，用于表示帶符號的整型數(shù)據(jù)。 數(shù)據(jù)庫是組態(tài)王中最核心的部分，數(shù)據(jù)庫中存放的是制作應(yīng)用系統(tǒng)時定義的變量以及系統(tǒng)預(yù)定的變量?？梢岳霉ぞ呦渲械墓ぞ呔庉嬜约核O(shè)計的圖像，部分圖片也可以從圖庫中選擇。如果需要更改工程路徑，可以單擊“瀏覽”按鈕，選擇適當(dāng)?shù)穆窂胶髥螕簟按_定”。通過“設(shè)備配置向?qū)А本涂梢院唵蔚耐瓿赏獠吭O(shè)備的連接。組態(tài)王軟件包由工程瀏覽器(Touch Explore)和畫面運行系統(tǒng)(Touch View)兩部分組成。組態(tài)王是一套以實時數(shù)據(jù)庫為核心的組態(tài)軟件，實時數(shù)據(jù)庫中含有豐富的數(shù)據(jù)類型，系統(tǒng)在進行數(shù)據(jù)刷新．趨勢顯示、報警判斷，歷史數(shù)據(jù)記錄、報表等工作時所用的數(shù)據(jù)庫都取自實時數(shù)據(jù)庫。優(yōu)化控制現(xiàn)場作業(yè)，提高生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量。在工業(yè)控制技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用過程中，PLC(包括工控機)相比以前的專用系統(tǒng)具有的優(yōu)勢日趨明顯。為ON時，表示貨叉到達(dá)指定位置，為OFF時表示未達(dá)到指定位置。 當(dāng)小車還處于取放貨的動作未完成的階段時，需要判斷的是小車是否已經(jīng)完成了列的定位，如果未完成列的定位()，那么啟動小車前進的電機，使小車向前運動。梯形圖如圖37所示。下文給出了根據(jù)此流程各個方向的具體程序。當(dāng)堆跺機經(jīng)過強制限速點時，強制為低速，直到運動到原位停止。圖31是系統(tǒng)主程序流程圖。 由于系統(tǒng)的硬件已經(jīng)選定，所以此步工作重點是控制系統(tǒng)程序的編寫及編譯調(diào)試。語句表（STL）是一種類似于匯編語言的文本型語言。它的輸入輸出端更接近現(xiàn)場設(shè)備，不需添加太多的中間部件或需要更多的接口，這樣節(jié)省了用戶時間和成本。用戶只需按說明書的提示，做少量的接線和簡易的用戶程序編制工作，就可靈活方便地將PLC應(yīng)用于生產(chǎn)實踐。 （11）模擬量輸入：2路(0～10) V模擬量輸入。 （3）輸出功率：。整流電路和直流中間電路起直流電壓源的作用，而電壓源輸出的直流電壓在逆變電路中被轉(zhuǎn)換為具有所需頻率的交流電壓?？刂齐娐返膬?yōu)劣決定了變頻器性能的優(yōu)劣。（3）設(shè)備的合理性（4）改善和適應(yīng)環(huán)境 變頻調(diào)速技術(shù)的優(yōu)點 變頻調(diào)速技術(shù)是一門綜合性的技術(shù)，它建立在控制技術(shù)、電子電力技術(shù)、微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的基礎(chǔ)上[16]。 變頻器的概述目前，交流調(diào)速傳動已經(jīng)上升為電氣調(diào)速傳動的主流。第二，是對堆垛機位移的閉環(huán)控制。為了避免此類情況的，在堆垛機垂直軌道頂端安裝長距離光電傳感器可以監(jiān)視貨物突出，一旦有突出，向上位機報警，控制系統(tǒng)發(fā)出信號致堆垛機停止運行，避免造成機械損害，傳感器安裝示意圖如圖210所示。本文采用最常用的梯形速度曲線。因此，在巷道堆垛機工作時不允許有任何物體遮擋激光光線，對于激光光線通道應(yīng)采取隔離保護措施，保證激光測距的準(zhǔn)確性和自動化系統(tǒng)的安全性[12,13]。從動輪與軌道旋轉(zhuǎn)計數(shù)測定方式。自動倉庫的認(rèn)址檢測系統(tǒng)有兩項任務(wù)：一是實現(xiàn)自動尋址，使堆垛機自動找到被指定到達(dá)的位置；二是自動準(zhǔn)確停準(zhǔn)，即堆垛機停準(zhǔn)位置不超出規(guī)定的精度。本系統(tǒng)中使用的變頻器和PLC都支持Modbus協(xié)議。RS485標(biāo)準(zhǔn)除上述優(yōu)點外，還具有傳輸速率高、傳輸距離遠(yuǎn)等優(yōu)點。這樣把一系列作業(yè)進行完了之后，成為等待下一個作業(yè)信息的待機狀態(tài)。另外加入兩個EM235模擬量輸入/輸出模塊是為控制水平和垂直運行的交流電機。 6個獨立的30KHZ高速計數(shù)器，2路獨立的30KHZ高速脈沖輸出，具有PID控制器。 （3）通信口：CPU226具有2個RS485通信口，支持PPI、MPI協(xié)議，有自由口通信能力。還具有4個獨立的30kHz高數(shù)計數(shù)器，2路獨立的20kHz高數(shù)脈沖輸出端，一個RS485通訊/編程端口，具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由通訊方式。⑸ 工業(yè)軟件：工業(yè)軟件是為更好的管理和使用這些設(shè)備而開發(fā)的與之相配套的程序，它主要有標(biāo)準(zhǔn)工具、工程工具、運行軟件和人機接口等幾大類構(gòu)成。同時具有功能齊全的編程和工業(yè)控制組態(tài)軟件，使得S7200系列PLC來完成控制系統(tǒng)的設(shè)計時更加簡單，系統(tǒng)的集成非常方便，幾乎可以完成任何功能的控制任務(wù)。S7200系列PLC的強大功能使其無論在獨立運行中，或是相連成網(wǎng)路皆能實現(xiàn)復(fù)雜控制功能。監(jiān)控級對通訊流程進行控制，并進行實時圖像顯示，直接控制級是由PLC（可編程序邏輯控制器）組成的控制系統(tǒng)對各設(shè)備進行單機自動操作。（5）故障報警系統(tǒng):巷道堆垛機是自動化立體倉庫中最重要的設(shè)備，是系統(tǒng)進行作業(yè)的主要設(shè)備。（2）速度控制:為了提高工作效率，防止貨物傾倒和堆垛機的沖擊，確保停止精度，必須進行速度控制。（1）手動方式：通過堆垛機的轉(zhuǎn)換開關(guān)及按鈕控制堆垛機水平和提升運動及貨叉伸縮。盡管各廠家各有獨創(chuàng)，結(jié)構(gòu)形式有些差異，但可以說大同小異，所有的堆垛機都不外乎由機架、載貨臺、伸縮貨叉、軌道和控制系統(tǒng)等部分組成。 而本次設(shè)計的自動化立體倉庫使用高層貨架存儲貨物，貨物被分成若干排，每排貨架為一組，其間留有一條巷道供堆垛機或其他存取貨物裝備作業(yè)。⑶編制PLC程序并調(diào)試。國內(nèi)堆垛機的運行速速要求達(dá)160～200m/min以上，運行平穩(wěn)可靠、認(rèn)址準(zhǔn)確、起動制動靈敏等綜合性能的提高，需要多項技術(shù)的創(chuàng)新和改進，更需要新技術(shù)的支持[9]。巷道式堆垛機的起升速度已經(jīng)可以達(dá)到90m/min，運行速度達(dá)到240m/min，在有的立體倉庫中采用上、下兩層分別用巷道堆垛機進行搬運作業(yè)的方法提高出入庫能力。目前我國建設(shè)的自動化立體倉庫規(guī)模越來越大，平均貨位數(shù)在一萬個左右，高度均在20米以上,系統(tǒng)更加復(fù)雜，設(shè)備數(shù)量越來越多應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 自動化立體倉庫的發(fā)展自上世紀(jì)六十年代以來，美日歐等國家和地區(qū)設(shè)計和投入使用的立體倉庫越來越多，立體倉儲技術(shù)已成為一門新興的學(xué)科。目前，美國、日本、德國和英國是世界上擁有自動倉庫最多的國家。 King view46 / 51目 錄摘 要 I第1章 緒論 1 研究背景 1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 2 自動化立體倉庫的發(fā)展 2 堆垛機的發(fā)展 2 課題研究的意義 2 研究的主要內(nèi)容 3第2章 自動化立體倉庫總體方案 4 立體倉庫的概況 4 電控系統(tǒng)設(shè)計依據(jù) 6 立體倉庫的電控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 6 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式的選擇 7 PLC的選擇 7 S7200系列PLC概述 8 CPU型號選擇 8 PLC模塊選型 9 通信方案的確立 11 堆垛機的位置控制 11 定位控制 12 認(rèn)址檢測方式 12 認(rèn)址方式確認(rèn) 13 堆垛機速度曲線分析 15 安全傳感器的選用 15 安全保護 16 堆垛機閉環(huán)控制系統(tǒng) 17 堆垛機變頻調(diào)速系統(tǒng) 17 變頻器的概述 18 變頻調(diào)速技術(shù)的優(yōu)點 18 變頻器的基本結(jié)構(gòu) 18 元器件的選型 20 本章小結(jié) 21第3章 倉庫控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計 22 可編程控制器PLC 22 PLC的定義 22 PLC的發(fā)展 22 PLC的編