【正文】 .......... 11 控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及硬件選型 .................................................................................... 12 PLC 技術(shù)與選型 .......................................................................................................... 12 交流伺服控制技術(shù)及伺服放大器的選型 ................................................................. 13 交流變頻調(diào)速技術(shù)及變頻器選型 ............................................................................. 13 堆垛機(jī)位置控制方案 .................................................................................................... 14 貨位編碼 ..................................................................................................................... 14 認(rèn)址方式 ..................................................................................................................... 15 位置控制方案 ............................................................................................................. 15 本章小結(jié) ........................................................................................................................ 16 4 控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) ................................................................................................................ 18 控制要求及系統(tǒng)設(shè)計(jì) .................................................................................................... 18 I/O 口分配方案 ............................................................................................................... 18 堆垛機(jī)系統(tǒng)的工作流程 ................................................................................................ 20 軟件編程及實(shí)現(xiàn) ............................................................................................................ 22 本章小結(jié) ........................................................................................................................ 27 結(jié)論 ........................................................................................................................................ 28 參考文獻(xiàn) ................................................................................................................................ 29 致謝 ........................................................................................................................................ 31 1 緒論 1 1 緒論 課題研究的背景 自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的簡(jiǎn)介 自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù) 庫(kù)的產(chǎn)生和發(fā)展是第二次世界大戰(zhàn)之后生產(chǎn)和技術(shù)發(fā)展的結(jié)果 ，是一個(gè)典型的高技術(shù)密集型機(jī)電一體化產(chǎn)品， 用一流的集成化物流理念，采用先進(jìn)的控制、總線、通訊和信息技術(shù)，通過(guò)以上設(shè)備的協(xié)調(diào)動(dòng)作進(jìn)行出入庫(kù)作業(yè) 。大概開(kāi)始于 1998 年，一家國(guó)內(nèi)公司發(fā)明了以傳感器激光測(cè)距為主要技術(shù)的立體倉(cāng)庫(kù)。 自動(dòng)化發(fā)展最快的當(dāng)屬我們的鄰國(guó)日本，在 1965 開(kāi)始有了第一座自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)后，平均每年以 300 座的速度大規(guī)模興建。 堆垛機(jī)的簡(jiǎn)介 起重和搬運(yùn)是堆垛機(jī)在立體倉(cāng)庫(kù)中最常見(jiàn)的兩個(gè)作用，在系統(tǒng)的控制下堆垛機(jī)能夠在自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的巷道中往返運(yùn)行并存取貨物。這種結(jié)構(gòu)使用材料相對(duì)較少，這樣就減輕了整機(jī)的重量，同時(shí)降低了產(chǎn)品投入成本。立體倉(cāng)虧最重要的部分是軌道堆垛機(jī)，軌道堆垛機(jī)因?yàn)樽饔脧V泛而得到推廣使用。這種堆垛機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置安裝在底盤(pán)的兩側(cè)，有利于平時(shí)的保養(yǎng)、維修和拆運(yùn)。隨著物流倉(cāng)儲(chǔ)技術(shù)的快速發(fā)展，物流倉(cāng)儲(chǔ)的高效率性對(duì)堆垛機(jī)的存取速度提出了更高的要求，研制運(yùn)行平穩(wěn)可靠、認(rèn)址準(zhǔn)確、起動(dòng)制動(dòng)靈敏、運(yùn)行振動(dòng)小、噪音小等綜合性能高的運(yùn)行速度達(dá)到 160～ 200m/min 以上的高速堆垛機(jī)成為今后的主要發(fā)展方向 [6]。據(jù)可靠調(diào)研，我國(guó)很多行業(yè)都用到自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)，主要應(yīng)用于機(jī)械制造、礦業(yè)、船舶、航空航天、食品加工、煙草等行業(yè)。 堆垛機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)大致如圖 21。本文選用齒輪齒條傳動(dòng)方式，其主要由上叉、中叉、下叉、齒輪齒條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、導(dǎo)向輪和貨叉電機(jī)等組成。 提升機(jī)構(gòu) 提升機(jī)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)載貨臺(tái)垂直提升的動(dòng)力及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，堆垛機(jī)常用的三種提升方式有：鏈條提升、鋼絲繩卷筒提升以及鋼絲繩曳引輪提升方式三種 [12]。 4) 載貨臺(tái)超載保護(hù) 堆垛機(jī)為了防止超載，本文添加了機(jī)械式超載限制器。 （ 1）手動(dòng)控制方式 手動(dòng)方式一般用于兩個(gè)時(shí)候。 （ 4）計(jì)算機(jī)控制方式 堆垛機(jī)正常運(yùn)行時(shí)主要采用聯(lián)機(jī)自動(dòng)方式，堆垛機(jī)通過(guò)光調(diào)制解調(diào)器接收來(lái)自控制計(jì)算機(jī)的操作指令，完成相應(yīng)的入出庫(kù)作業(yè)，并向控制計(jì)算機(jī)反饋?zhàn)鳂I(yè)狀態(tài)信息及故障信息。 S7200 系列 PLC 價(jià)格低廉，結(jié)構(gòu)小巧，可靠性高，運(yùn)行速度快，編程指令集豐富，具有強(qiáng)大的多中集成功能和實(shí)時(shí)性，性?xún)r(jià)比高并能滿(mǎn)足我們控制的要求，所以選擇其作為控制核心，并選擇 CPU226 作為主機(jī)控制單元 [15]。其應(yīng)用范圍非常廣泛，不僅能夠完成轉(zhuǎn)動(dòng)控制、直線運(yùn)動(dòng)控制， 簡(jiǎn)單的的曲線運(yùn)動(dòng)控制 而且能夠依靠多套伺服的配合 加上電氣元件 ，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的空間曲線運(yùn)動(dòng)的控制。 對(duì)于機(jī)械系統(tǒng)而言，為獲得速度等運(yùn)動(dòng)輸出，其基本輸入量應(yīng)當(dāng)是控制力 )(tf ，即通過(guò)將速度傳感器的檢測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換成“控制力”，系統(tǒng)中的其它各種輸入方式最終都是通過(guò)“力”來(lái)表現(xiàn)，所謂運(yùn)動(dòng)控制，都是對(duì)“力”的控制。 貨位編碼 本文涉及的立體庫(kù)擁有 2 排， 13 列， 4 層。在實(shí)際運(yùn)用中堆垛機(jī)的認(rèn)址方式主要有絕對(duì)認(rèn)址方式和相對(duì)認(rèn)址方式。 圖 35 垂直提升的傳感器分布圖 現(xiàn)以取貨為例，對(duì)垂直提升部分定位原理進(jìn)行說(shuō)明；當(dāng)堆垛機(jī)接收到上位機(jī)或觸摸屏的取貨指令后，如果目標(biāo)貨位高于源貨位，并且差值大于 1，那么載貨臺(tái)就會(huì)先加速至 10m/min 的速度進(jìn)行提升， B 傳感器 每經(jīng)過(guò) 1 個(gè)認(rèn)址片時(shí)， plc 計(jì)數(shù)器進(jìn)行加 1 操作，當(dāng)差值變?yōu)? 1 時(shí)，載貨臺(tái)提升速度將降為 4m/min 的速度提升，在 B 傳感器再次檢測(cè)到認(rèn)址片時(shí)，載貨臺(tái)則會(huì)按照設(shè)定好的時(shí)間進(jìn)行減速，在 B、 C 認(rèn)址片同時(shí)檢測(cè)到認(rèn)址片時(shí)，電機(jī)抱閘停車(chē)。結(jié)合控制要求選定本系統(tǒng)的主要配置資源如下表 41； 表 41 堆垛機(jī)控制系統(tǒng)主要設(shè)備配置表 序號(hào) 名 稱(chēng) 型號(hào) 數(shù)量 1 上位管理機(jī) Hp pavilion p61210cx 1 臺(tái) 2 斷相保護(hù)器 正泰 DZ4769 1 個(gè) 3 電氣控制柜 定制 1 個(gè) 4 行程開(kāi)關(guān) CNTD TZ8108 7 個(gè) 5 接近開(kāi)關(guān) YJDJI 1 個(gè) 6 U 型光電傳感器 E3SGS 15N 5 個(gè) 7 I/O 擴(kuò)展模塊 EM221 和 EM223 各 1 個(gè) 8 PLC S7200 1 個(gè) 9 三相異步電動(dòng)機(jī) 定做電機(jī) 和 各 1 臺(tái) 10 變頻器 MM440 和 各 1 個(gè) 11 伺服驅(qū)動(dòng)器 MRJ3200A 1 個(gè) 12 伺服電機(jī) HFSP152 1 臺(tái) 13 以太網(wǎng)串口轉(zhuǎn)換器 MOXA NPORTW2150 2 個(gè) 14 觸摸屏 昆侖通態(tài) 、 TPC1063H 1 個(gè) I/O 口分配方案 在明確了控制系統(tǒng)功能和控制方案之后，就需要根據(jù)實(shí)際需求對(duì) PLC 的 I/O 口進(jìn)行分配，為軟件編程的打好基礎(chǔ)。由于篇幅有限，本文僅給出初始化程序和主 程序。 2）水平行走系統(tǒng)和垂直提升裝置目前均為開(kāi)環(huán)控制模式，可以增加編碼器組 成位置閉環(huán)控制模式，以實(shí)現(xiàn)更可靠的定位。分析了工作流程圖，用 S7200 的編程軟件完成了控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)，并給出了堆垛機(jī)的主程序和初始化程序。 序號(hào) 數(shù)字量輸出功能 PLC 地址 備注 1 伺服啟動(dòng) SON 2 向前 ST1 3 向后 ST2 4 伺服低速 SP1 5 伺服高速 SP2 6 伺服復(fù)位 RES 7 伺服閘 KA1 8 升降高速 9 升降低速 10 向上 11 向下 12 貨叉高速 13 貨叉低速 14 向左 15 向右 16 升降閘 KA2 17 貨叉閘 KA3 4 控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 21 下圖是堆垛機(jī)工作流程； 出庫(kù) 入庫(kù) 無(wú)貨 有貨 無(wú)貨 有貨 有貨 無(wú)貨 有貨 無(wú)貨 圖 44 堆垛機(jī)工作 流程圖 初始化 判斷出入庫(kù) 報(bào)警 虛實(shí)檢測(cè) 目標(biāo)取貨 接收指令 目 標(biāo)取貨 層位準(zhǔn)停 列位準(zhǔn)停 虛實(shí)檢測(cè) 報(bào)警 空載出庫(kù) 列位準(zhǔn)停 貨叉回中位 原點(diǎn)準(zhǔn)停 水平回原點(diǎn) 貨叉微抬 貨叉微降 貨叉回中位 豎回原點(diǎn) 伸叉 高位貨叉 虛實(shí)檢測(cè) 貨叉微升 低位伸叉 報(bào)警 原點(diǎn)等待 層位準(zhǔn)停 報(bào)警 存貨結(jié)束 低位縮叉 在庫(kù)等待 虛實(shí)檢測(cè) 原點(diǎn)等待 低位縮叉 貨叉微降 高位伸叉 取貨結(jié)束 XXXX 大學(xué)本科畢業(yè)論文 22 軟件編程及實(shí)現(xiàn) 本項(xiàng)目選用 S