【正文】 限位 3 限位 4 庫(kù)位光電 1 庫(kù)位光電 2 貨叉探測(cè)光電 表 I/O分配 立體倉(cāng)庫(kù)巷道堆垛機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 18 PLC 主程序設(shè)計(jì) 程序初始化 這段程序主要是對(duì)所需的計(jì)數(shù)器、寄存器進(jìn)行初始化復(fù)位。 水平列向運(yùn)動(dòng)： 當(dāng)堆垛機(jī)準(zhǔn)備進(jìn)入倉(cāng)庫(kù)時(shí) ， 通過(guò)對(duì)比目標(biāo)列與當(dāng)前列的值來(lái)精確定位。 貨叉伸縮運(yùn)動(dòng)：載貨臺(tái)到達(dá)目標(biāo)位置后 ,進(jìn)行伸縮運(yùn)動(dòng)以完成貨物的存取任務(wù)。按下“升降”按鈕 ，升降變頻器切換到準(zhǔn)備啟動(dòng)升降電機(jī)，再按下 正向或反向按鈕，堆垛機(jī)垂直層向運(yùn)動(dòng)。然后，堆垛機(jī)進(jìn)行貨物入庫(kù)操作。因此在編寫(xiě) PLC 程序的時(shí)候，本文加入了 3個(gè)變量 、 、 ，分別作為小車(chē)沿列向運(yùn)行標(biāo)志、升降臺(tái)層向運(yùn)行標(biāo)志、貨叉到位標(biāo)志。 制作監(jiān)控系統(tǒng)的步驟 建立新組態(tài)王工程的一般過(guò)程是： 1） 設(shè)計(jì)圖形界面（定義畫(huà)面）； 2） 定義設(shè)備； 3） 構(gòu)建數(shù)據(jù)庫(kù)（定義變量） 4） 建立動(dòng)畫(huà)連接 ； 5） 運(yùn)行和調(diào)試。 圖 新建 工程 上海建橋?qū)W院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 創(chuàng)建組態(tài)畫(huà)面 進(jìn)入組態(tài)王 開(kāi)發(fā)系統(tǒng)后，可以根據(jù)實(shí)際情況建立若干個(gè)工程畫(huà)面。本文使用西門(mén)子仿真 PLC 和組態(tài)王進(jìn)行通訊，仿真 PLC 可以模擬 PLC 為模擬現(xiàn)場(chǎng)提供數(shù)據(jù)，假設(shè)仿真 PLC 與計(jì)算機(jī)的 COM1 口相連接 ??14 。在畫(huà)面開(kāi)發(fā)系統(tǒng)中雙擊繪制好的圖形就可以定義變量，指定變量類(lèi)型和變量名后，有時(shí)還需要其他附加信息。程序輸入完成后，把“每 3000 毫秒”改為“每 500 毫秒”，這個(gè)將影響畫(huà)面執(zhí)行命令語(yǔ)言的響應(yīng)速度。顯示出組態(tài)王的運(yùn)行系統(tǒng)畫(huà)面，即可看到立體倉(cāng)庫(kù)監(jiān)控系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)畫(huà)面。本論文完成的主要任務(wù)如下 : (l)分析了國(guó)內(nèi)外堆垛機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r，針對(duì)目前國(guó)內(nèi)立體倉(cāng)庫(kù)貨位使用率低、堆垛機(jī)認(rèn)址精度差等不足，提出了一套以西門(mén)子 PLC 為核心的控制方案，給出系統(tǒng)硬件配置的具體配置。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中最重要的步驟是進(jìn)行 PLC 控制梯形圖的設(shè)計(jì)，這部分內(nèi)容本人們綜合了很多資料的內(nèi)容經(jīng)過(guò)多次修改最終確定了設(shè)計(jì)圖。 隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)在物流工業(yè)中的優(yōu)越性日益突出。然后再堆垛機(jī)上標(biāo)明數(shù)字用以表示升降機(jī)在層上的變化。具體內(nèi)容見(jiàn)附錄 B命令語(yǔ)言。 圖 上海建橋?qū)W院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 建立動(dòng)畫(huà)連接 建立動(dòng)畫(huà)連接是 指在數(shù)據(jù)詞典中的數(shù)據(jù)變量與畫(huà)面中的圖形對(duì)象之間建立一種關(guān)系，當(dāng)變量當(dāng)前值改變時(shí)，畫(huà)面上的圖形對(duì)象的動(dòng)畫(huà)效果就會(huì)表示出來(lái)，或由軟件使用者通過(guò)圖形對(duì)象改變數(shù)據(jù)變量當(dāng)前值。 構(gòu)建數(shù)據(jù)庫(kù) 構(gòu)建數(shù)據(jù)庫(kù)是設(shè)計(jì)組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的最重要部分。如圖 所示。在工程路徑文本框中輸入一個(gè)有效的工程路徑。組態(tài)軟件是能為用戶(hù)提供快速構(gòu)建工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的、通訊層次的軟件。進(jìn)行出庫(kù)操作時(shí)，堆垛機(jī)先到達(dá)目標(biāo)位置，完成取貨操作，然后到達(dá)出庫(kù)位置，送出貨物，最后返回初試位置，出庫(kù)操作完成。 堆垛機(jī)自動(dòng)運(yùn)行 自動(dòng)運(yùn)行方式下有入庫(kù)和出庫(kù) 2個(gè)選擇，程序控制流如圖 所示。程序控制流程圖如 所示。 垂直層向運(yùn)動(dòng)： 當(dāng)堆垛機(jī)準(zhǔn)備進(jìn)入倉(cāng)庫(kù)時(shí) ,通過(guò)對(duì)比目標(biāo)層與當(dāng)前層的值來(lái)準(zhǔn)確定位。 運(yùn)行方式的選擇 網(wǎng)絡(luò) 2和網(wǎng)絡(luò) 3是手 /自動(dòng)的選擇，當(dāng) 得電時(shí)，選擇自動(dòng)方式，然后調(diào)用自動(dòng)子程序（ SBR_0） ， 失電時(shí)，選擇手動(dòng)運(yùn)行方式，然后調(diào)用手動(dòng)子程序（ SBR_1） 。 根據(jù)運(yùn)動(dòng)過(guò)程可以總結(jié)出基本的程序流程圖如圖 所示。自動(dòng)和手動(dòng)運(yùn)行都包含入庫(kù)和出庫(kù)操作、位置控制和速度控制。 四、 列寫(xiě)中間記憶元件邏輯函數(shù)式及執(zhí)行元件邏輯函數(shù)式。主要考慮如何完善整個(gè)電路的設(shè)計(jì)、包括短路、過(guò)載、零壓、聯(lián)鎖、照明、信號(hào)、充電測(cè)試等各種保護(hù)環(huán)節(jié)。由于這種設(shè)計(jì)方法是以熟練掌握各種電氣控制線路的基本環(huán)節(jié)和具 備一定的閱讀分析電氣控制線路的經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，所以又稱(chēng)為經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法。按系統(tǒng)框圖結(jié)構(gòu)將各部分聯(lián)成一個(gè)整體。 (2) 使用用條碼閱讀器讀取貨物信息。行走和升降運(yùn)動(dòng)按照控制要求有高、中、低三檔速度，叉伸運(yùn)動(dòng)只有低檔速度。有時(shí)設(shè)有合閘、正常工作、事故、分閘等指示信號(hào)。從而作為 設(shè)計(jì)電氣控制線路的依據(jù)。它結(jié)構(gòu)小巧，可靠性高，運(yùn)行速度快，擁有媲美大型和中型 PLC 的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，又有豐富的指令集，具有很強(qiáng)的實(shí)時(shí)特性和集成功能，配備有多種功能的擴(kuò)展模塊，性?xún)r(jià)比非常高。由于堆垛機(jī)水平行走、載貨臺(tái)的垂直升降、貨叉的左右伸縮三個(gè)運(yùn)動(dòng)的距離和運(yùn)行速度不同，貨叉的左右伸縮運(yùn)行的距離較短，可采用固定速度低速運(yùn)行，堆垛機(jī)水平行走速度、載貨臺(tái)垂直升降速度與目標(biāo)位置和當(dāng)前位置間的距離的相 關(guān)，關(guān)系如公式 和 所示，N為實(shí)時(shí)狀態(tài)下堆垛機(jī)的位置與目標(biāo)位置相差的層數(shù)或列數(shù)。在保證精確定位的情況下，最大限度的提高堆垛機(jī)的運(yùn)行速度，提高整體的運(yùn)行效率。低位為取貨開(kāi)始伸叉或放貨完畢收叉的位置，高位為放貨開(kāi)始伸叉或取貨完畢收叉的位置。 立體倉(cāng)庫(kù)巷道堆垛機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 6 相對(duì)認(rèn)址是通過(guò)對(duì)光電開(kāi)關(guān)在經(jīng)過(guò)每一列或每一層的認(rèn)址片時(shí)，通電狀態(tài)翻轉(zhuǎn)產(chǎn)生的電脈沖對(duì)地址編碼進(jìn)行加、減 1 的操作，產(chǎn)生堆垛機(jī)當(dāng)前地址編碼的一種方式 (如圖 所示 )。其中 X方向即排數(shù)，對(duì)于堆垛機(jī)的貨叉來(lái)說(shuō)只有左和右 2 個(gè)運(yùn)動(dòng)方向，因此只需要檢測(cè) Z坐標(biāo)即層數(shù)與 Y 坐標(biāo)即列數(shù)。 堆垛機(jī)的控制方式 自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)擁有較多的控制方式，時(shí)至今日有三種較為主流的控制方式： PLC控制、單片機(jī)控制和繼電器控制。下橫梁下方有行走輪，導(dǎo)向輪在其側(cè)面，確保堆垛機(jī)可以正常行走 ??3 。目前最常用的是三級(jí)直線差動(dòng)式伸縮貨叉。這樣可以節(jié)約堆垛機(jī)數(shù) 量，減少投資。它是通過(guò)貨叉移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)存取貨物的堆垛機(jī)。它是在手動(dòng)式堆垛機(jī)的基礎(chǔ)上增加自動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)對(duì)行走、升立體倉(cāng)庫(kù)巷道堆垛機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2 降和貨叉運(yùn)動(dòng)的控制。即 是堆垛機(jī)在地面導(dǎo)軌上行走。 隨著立體倉(cāng)庫(kù)的出現(xiàn)，在其中起到重要作用的巷道式堆垛機(jī)（常常稱(chēng)作堆垛機(jī)）獲得到了迅猛發(fā)展。 通過(guò)理論推導(dǎo)、實(shí)驗(yàn)研究 ，表明本文所研究的自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)技術(shù)具有一定的先進(jìn)性，實(shí)現(xiàn)方法切實(shí)可行，具有一定的實(shí)用價(jià)值和應(yīng)用前景。主要工作包括：分析對(duì)比各類(lèi)立體倉(cāng)庫(kù)的控制技術(shù)，確定實(shí)現(xiàn)方案；進(jìn)行堆垛機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)分析；進(jìn)行堆垛機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)；用組態(tài)軟件設(shè)計(jì)人機(jī)界面，對(duì)貨物存取過(guò)程進(jìn)行仿真控制。本人授權(quán)上海建橋?qū)W院可以將本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)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畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）。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。物流配送最核心的系統(tǒng)設(shè)備就 是自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)。實(shí)現(xiàn)了本文設(shè)計(jì)的堆垛機(jī)系統(tǒng)的自動(dòng)、手動(dòng) 2 種控制方式。集資金流、信息流、和物流于一身的物流配送中心，在這個(gè)效率至上的時(shí)代里，又進(jìn)一步推動(dòng)了全球貿(mào)易與經(jīng)濟(jì)的大發(fā)展。 2. 按支持形式分類(lèi) （ 1）懸垂式堆垛機(jī)。 3. 按控制方式分類(lèi) （ 1）手動(dòng)式堆垛機(jī)。 4. 按移載方式分類(lèi) （ 1）選貨式堆垛機(jī)。這是在直線和曲線導(dǎo)軌上往復(fù)運(yùn)動(dòng)的堆垛機(jī)。 圖 圖 上海建橋?qū)W院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 巷道式單立柱堆垛機(jī)的結(jié)構(gòu)組成 單立柱堆垛機(jī)大體上是由一根立柱和上、下橫梁組成，或是僅由一根立柱與下橫梁組成，整臺(tái)機(jī)器重量偏輕，制造所需材料與工時(shí)少，適用于 2 噸以下的起重量、十六米 以下起升 高度的倉(cāng)庫(kù)。載貨臺(tái)和升降鏈條連接在一起，升降 鏈條與載貨臺(tái)、上下橫梁的鏈輪及升降鏈輪組成封閉式結(jié)構(gòu)。主要工作包括：分析對(duì)比各類(lèi)立體倉(cāng)庫(kù)的控制技術(shù)，確定實(shí)現(xiàn)方案；進(jìn)行堆垛機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)分析；進(jìn)行堆垛機(jī)的控制 系統(tǒng)設(shè)計(jì)；用組態(tài)軟件設(shè)計(jì)人機(jī)界面，對(duì)貨物存取過(guò)程進(jìn)行仿真控制。 巷道左右 2 排貨架依次設(shè)定為 1 排、 2 排；堆垛機(jī)水平運(yùn)行方向設(shè)定為入庫(kù)口、 1列～ 3 列和出庫(kù)口；垂直升降方向設(shè)定為 1 層～ 4 層，最底層取作 1 層。 絕對(duì)認(rèn)址采用得到的用 N個(gè)光電開(kāi)關(guān)的通、斷狀態(tài)組合來(lái)獲取 Y或 Z的坐標(biāo)。當(dāng)堆垛機(jī)運(yùn)行停準(zhǔn)的時(shí)候，前向光電和后向光電都會(huì)響應(yīng)，即它們都為高電平。堆垛機(jī)水平運(yùn)行、載貨臺(tái)升降采用變頻器控制速度；而貨叉的伸縮運(yùn)行距離較短采用固定速度。 從上式可以看出，在極對(duì)數(shù)和轉(zhuǎn)差率不變的情況下，轉(zhuǎn)速與電源的頻率成正比，通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)的頻率可以改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，達(dá)到控制堆垛機(jī)速度的 目的。隨著大立體倉(cāng)庫(kù)巷道堆垛機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 10 規(guī)模、超大規(guī)模集成電路技術(shù)和數(shù)字通信技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展， PLC 技術(shù)不斷進(jìn)步，在工業(yè)生產(chǎn)中獲得了極其廣泛的應(yīng)用 ??9 。為此，必須正確設(shè)計(jì)控制電路，合理的選擇電器元件。 4)控制線路工作的安全性。擴(kuò)展模塊選擇 6ES7 EM223 8 入 /8出 24VDC，開(kāi)關(guān)量型。 （ 9）保護(hù)用 PLC 邏輯輸出控制繼電器 ,再通過(guò)繼電器控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的弱電電路 :。 2)根據(jù)各部分的要求，設(shè)計(jì)出原理框圖中各個(gè)部分的具體電路。 電氣原理圖的設(shè)計(jì)方法 分析設(shè)計(jì)法 所謂分析設(shè)計(jì)法是根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求去選擇適當(dāng)?shù)幕究刂骗h(huán)節(jié)（單元電路）或經(jīng)過(guò)考驗(yàn)的成熟電路，按各部分的聯(lián)鎖條件組合起來(lái)并加以補(bǔ)充和修改，綜合成滿(mǎn)足控制要求的完整線路。 二、 控制電路設(shè)計(jì)。 邏輯設(shè)計(jì)方法的一般步驟： 一、 充分研究加工工藝過(guò)程，做出工作循環(huán)圖或工作示意圖。 主電路設(shè)計(jì) 如圖 所示，主電路包括帶有聲光報(bào)警裝置的三相三線制電源， PLC及其擴(kuò)展模塊的電源接線端，升降變頻器和行走叉 伸變頻器的電源接線端，升降、行走、叉伸電機(jī)抱閘裝置的線圈和接通行走電機(jī)和叉伸電機(jī)的中間繼電器線圈。 (4) 堆垛機(jī)工作時(shí) ,工作人員確定工作方式：手動(dòng)或自動(dòng)。 網(wǎng)絡(luò) 1 中 VW100,VW101,VW102 分別放置輸入的列數(shù)、層數(shù)和排數(shù)。如果目標(biāo)列小于當(dāng)前列 ,則 PLC 程序中相應(yīng)計(jì)數(shù)器減數(shù)計(jì)算，堆垛機(jī)做后退運(yùn)動(dòng) ；反之 ,如果目標(biāo)列大于當(dāng)前列 ,則 PLC程序中相應(yīng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器加數(shù)計(jì)算，堆垛機(jī)做前進(jìn)運(yùn)動(dòng) ,直到目標(biāo)列等于當(dāng)前列 ,堆垛機(jī)不再做水平行走運(yùn)動(dòng)。根上海建橋?qū)W院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 據(jù)存貨或是取貨要求，貨叉微降火微升。到達(dá)指定層后松開(kāi)按鈕或者超過(guò)運(yùn)行極限碰到限位開(kāi)關(guān) LB LB4，堆垛機(jī)升降抱閘裝置啟動(dòng)，堆垛機(jī)到位停準(zhǔn)。根據(jù)目標(biāo)地址與當(dāng)前地址的差值確定運(yùn)動(dòng)速度：上海建橋?qū)W院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 高速、中速、低速。當(dāng)變量為 OFF 時(shí)，表明堆垛機(jī)還沒(méi)有完成該動(dòng)作，為 ON時(shí)，表明已完成該動(dòng)作。 創(chuàng)建工程路徑 打開(kāi)組態(tài)王工程管理器（ ProJmananger），單擊選項(xiàng)“文件 /新建工程”，彈出對(duì)話框：“新建工程向?qū)б弧薄＝M態(tài)王采用面向?qū)ο蟮木幊碳夹g(shù)，用戶(hù)可以利用繪圖工具繪制能夠模擬現(xiàn)場(chǎng)的圖形界面。 選擇開(kāi)發(fā)系統(tǒng)左側(cè)大綱中的“設(shè)備 /COM1”，雙擊開(kāi)發(fā)系統(tǒng)右側(cè)窗口的“新建”圖標(biāo)，彈出“設(shè)備配置向?qū)А睂?duì)話框，選取“仿真 PLC”下的“串行”項(xiàng)，進(jìn)行下一步，為外部設(shè)備輸入名稱(chēng)： PLC，繼續(xù)下一步，選取連接串行接口，設(shè)為 COM1，繼續(xù)下一步，在彈出“設(shè)備配置向?qū)А睂?duì)話框中填寫(xiě)設(shè)備地址，假設(shè)為 0，單擊“下一步”，彈出“通訊參數(shù)”。數(shù)據(jù)庫(kù)中變量的集合稱(chēng)作“數(shù)據(jù)詞典”，用戶(hù)可使用的所有的數(shù)據(jù)變量都存儲(chǔ)在 數(shù)據(jù)詞典中 ??15 。單擊“確認(rèn)”，及“確定”回到開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。 通過(guò)組態(tài)軟件組態(tài)王 設(shè)計(jì)模擬兩排四層三列的堆垛機(jī)的運(yùn)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)，構(gòu)建數(shù)據(jù)詞典，并編寫(xiě)好組態(tài)界面的動(dòng)作程序。 (2)分析了堆垛機(jī)的需完成的工作要求，設(shè)計(jì)了控制系統(tǒng)的硬件部分：堆垛機(jī)的主電路、控制電路、變頻器與電動(dòng)機(jī)的連線電路。 立體倉(cāng)庫(kù)巷道堆垛機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 28 參 考 文 獻(xiàn) [1] 徐正林，劉昌祺 .自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)實(shí)用設(shè)計(jì)手冊(cè) .北京：中國(guó)物資出版社， 2020. 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