【正文】 為培養(yǎng)和提高該專業(yè)學(xué)生的綜合應(yīng)用能力，特選擇了“智能立體倉(cāng)庫(kù)定位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)”這一課題，作為該專業(yè)部分學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)題目 。 堆垛機(jī)垂直方向，由提升電機(jī)驅(qū)動(dòng)升降臺(tái)沿門(mén)式框架結(jié)構(gòu)做升降運(yùn)動(dòng)，提升速度小于 5m/min，提升電動(dòng)機(jī)功率為 220W 的錐型轉(zhuǎn)子單相交流異步電動(dòng)機(jī)，具有斷電抱閘制動(dòng)的功能。 第一節(jié) 系統(tǒng)工作過(guò)程 根據(jù)設(shè)計(jì)要求將整個(gè)定位控制的全過(guò)程分成多個(gè)階段：小車前進(jìn)到指定貨架列的過(guò)程，將貨物抬升到指定貨架行的過(guò)程，機(jī)械手放置貨物或者取得貨物的過(guò)程，放置或者取得貨物之后返回的過(guò)程。 ? 短暫脈沖捕捉功能。 電氣工程系畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)） 34 程序初始化由網(wǎng)絡(luò) 1 和網(wǎng)絡(luò) 2 完成。如果 2 號(hào)開(kāi)關(guān)同時(shí)有信號(hào)，說(shuō)明已停準(zhǔn)；如果只 2 號(hào)開(kāi)關(guān)有信號(hào)說(shuō)明已超過(guò)，點(diǎn)動(dòng)堆垛機(jī)回退，再檢測(cè)比較；如果只 1 號(hào)開(kāi)關(guān)有信號(hào)，說(shuō)明還未到中心點(diǎn)，點(diǎn)動(dòng)堆垛機(jī)前進(jìn)，再檢測(cè)比較。 處于此控制方式下的堆垛機(jī) , 可以自動(dòng)地完成本巷道內(nèi)的每一個(gè)貨位的入出庫(kù)操作。例如，隨小車移動(dòng)，反 射式光電傳感器每經(jīng)過(guò)一列貨架立柱時(shí)接收到一個(gè)反射信號(hào)，列值增加 1，升降臺(tái)每升高一層，層光電傳感器使層值增1。 序 號(hào)方 式排 列 層 圖 42 鍵盤(pán)輸入指令顯示 c. Enter 鍵鍵入后 , 若指令有效則顯示 , 否則 , 顯示全零狀態(tài) , 并啟動(dòng)蜂鳴器報(bào)警 , ↑ ↓ 鍵實(shí)現(xiàn)對(duì)已存任務(wù)的上下檢索和修改 , Del 鍵可清除全部已存任務(wù) 。另外 , 程序?qū)⒍讯鈾C(jī)左側(cè)的第 36 列、第 37列貨位 (不存在的貨位 ) 定義為封鎖貨位 , 在前面鍵盤(pán)輸入和顯示功能塊對(duì)鍵入指令進(jìn)行有效性別時(shí) , 若鍵入指令對(duì)封鎖貨位進(jìn)行作業(yè)時(shí) , 則判定該指令為無(wú)效 , 不予存貯。為 ON 時(shí)，表示機(jī)械手已經(jīng)到達(dá)指定位置，為 OFF時(shí)表示還未到達(dá)指定位置。網(wǎng)絡(luò) 5的梯形圖如圖所示。 網(wǎng)絡(luò) 1的梯形圖如圖所示。智能立體倉(cāng)庫(kù)不僅具有節(jié)省用地、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、提高物流效率、降低儲(chǔ)運(yùn)損耗、減少流動(dòng)資金積壓等功能，而且在溝通物流信息、銜接產(chǎn)需、保證生產(chǎn)均衡、合理利用資源、進(jìn)行科學(xué)儲(chǔ)備與生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)決策等方面發(fā)揮著獨(dú)特的作用，使人們真正享受到現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用于企業(yè)物流管理的益處。倉(cāng)庫(kù)存儲(chǔ)貨物品種也日益多樣化，除了大多數(shù)仍是制成品外，儲(chǔ)存品種越來(lái)越多。在這次設(shè)計(jì)中通過(guò)老師的指導(dǎo)和查閱相關(guān)資料結(jié)合自己本身所學(xué)的知識(shí)來(lái)進(jìn)行實(shí)際操作，也是對(duì)我所掌握的知識(shí)的一次考驗(yàn)。 定位控制系統(tǒng)的工藝流程分為 4 部分，分別為：小車前 進(jìn)的過(guò)程，抬升貨物的過(guò)程，存取貨物的過(guò)程以及返回的過(guò)程。 堆垛機(jī)定位自動(dòng)控制系統(tǒng) 集機(jī)械﹑電子﹑控制﹑計(jì)算機(jī)﹑ 通信網(wǎng)絡(luò)、傳感器和自動(dòng)控制等多種技術(shù) 技術(shù)于一體，具有科技含量高，貨物存取效率高和自動(dòng)化程度高 等優(yōu)點(diǎn)。 本章以一個(gè) 堆垛機(jī)定位自動(dòng)控制系統(tǒng) 的設(shè)計(jì)為例，介紹基于 S7 200PLC堆垛機(jī) 定位自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。因此，從總體來(lái)說(shuō)，我國(guó)的物流的發(fā)展仍處于起步階段。 （ 2）運(yùn)行 按下設(shè)備的“啟運(yùn)”（ START）按鈕開(kāi)始運(yùn)行，首先調(diào)用子程序檢測(cè)位置信號(hào)，取得當(dāng)前位置記數(shù)，然后將位置計(jì)數(shù)存入在變量 VD100（行記數(shù)）、 VD120（列記數(shù)）中，以便程序判斷是否已經(jīng)到達(dá)指定的位置。 當(dāng)小車還處于取放貨的動(dòng)作未完成的階段時(shí)，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（ 為 OFF），那么啟動(dòng)小車前進(jìn)的電機(jī)，使小車向前運(yùn)動(dòng)。 電氣工程系畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)） 12 網(wǎng)絡(luò) 7 的實(shí)現(xiàn)代碼如下： LD // 上電以后自動(dòng)置為 ON LPS AN //如果 值為 OFF，表明小車在前進(jìn)過(guò)程中 A //如果 值為 ON，表明小車已經(jīng)完成了前后方向的運(yùn)行 AN //如果 值為 OFF，表明機(jī)械手還沒(méi)有完成升降運(yùn)行的動(dòng)作 A // 值為 ON,表明“ START”按鈕已經(jīng)按下，處于運(yùn)動(dòng)過(guò)程中 A // 為 ON，小車處于自動(dòng)控制狀態(tài) AR= VD100， VD150 //當(dāng)測(cè)量到的行計(jì)數(shù)與輸出的設(shè)定行數(shù)相等 //認(rèn)為已經(jīng)達(dá)到了預(yù)定的行數(shù)位置，那么停止小車上升 = S ， 0 //同時(shí)設(shè)置行位置已經(jīng)達(dá)到標(biāo)志 LPP A //返回過(guò)程中 AN A A AD= VD100， VD150 //當(dāng)測(cè)量到的行計(jì)數(shù)與輸出的設(shè)定行數(shù)相等 S ， 0 R ， 0 //認(rèn)為機(jī)械手已經(jīng)降到原始位置，清除行位置達(dá)到標(biāo)志 自動(dòng)控制機(jī)械手臂伸縮運(yùn)動(dòng) 自動(dòng)控制機(jī)械手伸縮部分由網(wǎng)絡(luò) 8~網(wǎng)絡(luò) 10 完成。 網(wǎng)絡(luò) 12 的實(shí)現(xiàn)代碼如下： LD // 上電以后自動(dòng)置為 ON AN //如果未完成存取物品動(dòng)作 A //如果機(jī)械手已經(jīng)到達(dá)了指定的位置 電氣工程系畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)） 16 A A LPS A // 為 ON時(shí)表示機(jī)械手入下貨物標(biāo)志 S ， 0 //輸出信號(hào)，使機(jī)械手放下貨物 LPP A // 為 OFF 時(shí)表示機(jī)械手抓取貨物標(biāo)志 S , 0 //輸出信號(hào)，使機(jī)械手抓取貨物 當(dāng)伸縮運(yùn)動(dòng)完成時(shí)，需要進(jìn)行的是抓取或存放貨物。根據(jù)所分三類故障 , 分別編制相應(yīng)的故障處理功能模塊 , 整個(gè)程序框圖如圖 46所示 。 編程器的顯示器有二行共 32 位 5X7 的液晶點(diǎn)陣，可以顯示數(shù)字、符號(hào)和字母；鍵盤(pán)按鍵有 0~ A~F 等鍵可以使用，可以向小車輸入作業(yè)地址（排、列和層）、作業(yè)指令（存、取最多二個(gè)作業(yè)）、操作方式（自動(dòng)、手動(dòng)）。表 31所示是 CPU224的技術(shù)參數(shù)。 在聯(lián)機(jī)自動(dòng)控制方式下 , 各 PLC 機(jī)通過(guò) RS232C 串行口與管理機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)通信 , 任務(wù)指令由管理機(jī)輸入。 SA2 在位置 0 時(shí) REV 與 FWD 均無(wú)效，電動(dòng)機(jī) M1處于停止?fàn)顟B(tài)。 S7200 的主要特性有： ? 快速的中央處理運(yùn)算能力。 ? 在 RUN(運(yùn)行 )狀態(tài)下的在線編程能力。 (2) 能根據(jù)使用者發(fā)出的指令做出相應(yīng) 的動(dòng)作。 巷道式堆垛機(jī)是立體倉(cāng)庫(kù)中的一種自動(dòng)裝運(yùn)設(shè)備。 電氣工程系畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)） 40 [參考文獻(xiàn) ] 1．王永華 《 現(xiàn)代電氣控制及 PLC 應(yīng)用技術(shù) 》 , 北京航空航天大學(xué)出版社 2．廖常初 《 可編程序控制器應(yīng)用技術(shù) 》 , 清華大學(xué)出版社 3．汪曉平 《 PLC 可編程控制器系統(tǒng)開(kāi)發(fā)實(shí)例導(dǎo)航 》 ，人民郵電出版社 .P 4. 趙炯 《立體倉(cāng)庫(kù)中堆垛機(jī)待命位的動(dòng)態(tài)確定及應(yīng)用研究》 5. 丁立言 《倉(cāng)儲(chǔ)自動(dòng)化》，北京，清華大學(xué)出版社， 2021 年 9 月， P156159 6 秦明森 《實(shí)用物流技術(shù)》 ,北京 ,中 國(guó)物資出版社， 2021， P7174 7 郝淵曉 《現(xiàn)代物流信息化》，廣州，中山大學(xué)出版社， 2021， P107112 8 張鐸 《物流系統(tǒng)工程》，北京，清華大學(xué)出版社， 2021， P97104 9 劉志學(xué) 《現(xiàn)代物流手冊(cè)》，北京，中國(guó)物資出版社， 2021， P812 。撥盤(pán)共有 0～ 9一共 10個(gè)位置，每一位置都有相應(yīng)的數(shù)字指示。 （ 4）返回過(guò)程：在完成指定的操作之后，小車應(yīng)該返回起始位置。 此外， S7200 還支持以下功能： ? 用戶自定義的庫(kù)指令，便于模塊化編程。 S7200 的特性 S7200 系列產(chǎn)品具有高性能的中央處理器，因此模塊化的靈活設(shè)計(jì)而具有廣泛的適用范圍，同時(shí)具有極高的性價(jià)比。 第七節(jié) 變頻調(diào)速系統(tǒng)控制 堆垛機(jī)沿巷道運(yùn)行，行程長(zhǎng)，為了提高出入庫(kù)的數(shù)率和精確定位，完成小車的多檔速度控制采用變頻調(diào)速控制，小車電機(jī)變頻調(diào)速采用臺(tái)達(dá)公司 VFDA 型變頻器 [6]，變頻調(diào)速的硬件電路見(jiàn)圖 314 所示。萬(wàn)能轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的觸電 SA2 SA3 SA13 分別控制指示燈 HL11HL13，實(shí)現(xiàn)小車前后、機(jī)械手左右和升降臺(tái)上下運(yùn)動(dòng)的手動(dòng)工作狀態(tài)指示。此外，豐富的 CPU 類型和電壓等級(jí)使其在解決工業(yè)自動(dòng)化問(wèn)題時(shí)，具有很強(qiáng)的適應(yīng)性。此種方法直接影響了堆垛機(jī)的可靠運(yùn)行，增大了堆垛機(jī)的后期保養(yǎng)、維修工作，因此目前此種方法已經(jīng)很少有人采用。 2 類故障 : 人工介入后繼續(xù)執(zhí)行 如 : 載貨臺(tái)上有無(wú)貨判錯(cuò) , 載貨臺(tái)上貨物未放準(zhǔn) , 運(yùn)行超時(shí) , 起升超時(shí) , 伸叉超時(shí) ,運(yùn)行、伸叉電機(jī)過(guò)流保護(hù) , 變頻器自動(dòng)保護(hù) , 微升降超限 。 表示停止后縮運(yùn)動(dòng)。 網(wǎng)絡(luò) 6的梯形圖如圖所示。 是開(kāi)關(guān)量輸出，表示啟動(dòng)小車前進(jìn)，小車開(kāi)始向前運(yùn)動(dòng)。 啟動(dòng)主程序 初始化過(guò)程僅在啟動(dòng)時(shí)完成 自動(dòng)運(yùn)動(dòng)方式 選擇運(yùn)動(dòng)方式 判斷定位程序 是 選擇運(yùn)動(dòng)方式 是否已經(jīng)到位 置運(yùn)行到位標(biāo)志 結(jié)束主程序 是 否 圖 41 程序流程圖 電氣工程系畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)） 7 第二節(jié) 控制系統(tǒng)軟件 設(shè)計(jì)及其程序說(shuō)明 定位自控系統(tǒng) PLC 程序說(shuō)明 程序運(yùn)行步驟如下。另一方面，由于我國(guó)物流剛剛擺脫計(jì)劃經(jīng)濟(jì)體制的束縛，目前還沒(méi)有形成一個(gè)比較完整的體系。 隨著 PLC應(yīng)用技術(shù)的迅速發(fā)展， S7200系列 PLC可以滿足多種多樣的自動(dòng)化控制的需要。堆垛機(jī)定位自動(dòng)控制系統(tǒng)是自動(dòng)化生產(chǎn)的重要組成部分，用于存儲(chǔ)配件、半成品、產(chǎn)品、工具、夾具和模具等。 PLC 控制系統(tǒng)可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)；應(yīng)用靈活、編程方便、功能強(qiáng)、擴(kuò)展能力強(qiáng)、安裝調(diào)試方便，易于維護(hù)。 智能化測(cè)控制設(shè)備和產(chǎn)品廣泛應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域， PLC技術(shù)產(chǎn)品和設(shè)備促進(jìn)了生產(chǎn)技術(shù)水平的提高。在倉(cāng)庫(kù)自動(dòng)控制與信息傳輸中采用高可靠性的硬、軟件，增強(qiáng)抗干擾能力。堆垛機(jī)或稱巷道車是智能立體倉(cāng)庫(kù)的主要存取設(shè)備，直接執(zhí)行出、入庫(kù)等任務(wù)的操作，因此其控制系統(tǒng)的靈活性、穩(wěn)定性直接彰響著整個(gè)系統(tǒng) 的運(yùn)行狀況。 網(wǎng)絡(luò) 2的實(shí)現(xiàn)代碼如下： LD //CALL singal 列向自動(dòng)運(yùn)行 面是一段小車沿列向自動(dòng)運(yùn)行的程序，由網(wǎng)絡(luò) 3和網(wǎng)絡(luò) 4完成。 電氣工程系畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)） 11 是開(kāi)關(guān)量輸出，表示啟動(dòng)小車機(jī)械手上升，機(jī)械手開(kāi)始運(yùn)動(dòng)。由于機(jī)械手是以 5m/min 的速度運(yùn)動(dòng)，伸縮距離為 30cm，定時(shí)器C37 是以 100ms 為基本記時(shí)單位的，所以計(jì)算得到機(jī)械手可以到達(dá)預(yù)定位置的時(shí)間： 運(yùn)動(dòng)距離 L=30cm, 速度 v=5m/min 運(yùn)行時(shí)間 t=L/v*===3z600ms 因此選用 100ms 定時(shí)器 C37 進(jìn)行計(jì)時(shí)，應(yīng)該設(shè)置計(jì)時(shí)累加為 36。程序采用兩個(gè)可逆計(jì)數(shù)器 CN TR1, CN TR2 分別記錄堆垛機(jī)當(dāng)前位置的列數(shù)和層數(shù)。 圖 43 堆垛機(jī)實(shí)時(shí)地址顯示 e. 若出現(xiàn)故障 , 則顯示故障代碼及故障語(yǔ)句。在自動(dòng)存取貨物時(shí)，貨位的輸入方法有微機(jī)鍵盤(pán)和 BCD 碼撥盤(pán)開(kāi)關(guān)兩種形式輸入， PLC 在收到外部輸入的貨位層和列數(shù)層后，將此值作業(yè)層列計(jì)數(shù)器的預(yù)置值，用于實(shí)現(xiàn)貨位的自動(dòng)搜索控制。堆垛機(jī)單 機(jī)運(yùn)行、發(fā)生異常或安裝調(diào)試時(shí)可以使用這種控制方式。 圖 313 光電開(kāi)關(guān) 第六節(jié) 速度控制 為了使巷道準(zhǔn)確定位而且又要提高其出入庫(kù)效率，就要對(duì)堆垛機(jī)的速度進(jìn)行控制，而且在電機(jī)的選用上采用巷道的行列驅(qū)動(dòng)電機(jī)為交流電機(jī)，便于變頻的調(diào)速，在機(jī)械手臂的驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用步進(jìn)電機(jī)，便于控制機(jī)械手臂的運(yùn)動(dòng)精度。）這是一段簡(jiǎn)單的初始化過(guò)程程序， S7200 只讀特殊內(nèi)存 ，只有在首次掃描循環(huán)時(shí)打開(kāi)， 所以這段初始化程序只在程序開(kāi)始運(yùn)行的時(shí)候執(zhí)行一次。 ? I/O 硬件中斷事件。 下面對(duì)各個(gè)階段進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹。速度按機(jī)械手 5m/min 的速度要求設(shè)定。 他嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作風(fēng)，深深地感染和激勵(lì)著我。 在這次設(shè)計(jì)過(guò)程中，我收獲良多，獲得了許多珍貴的知識(shí)，學(xué)到了在許多書(shū)本上不可能收錄的東西。堆垛機(jī)由固定在小車上的門(mén)式框架、沿門(mén)式框架上導(dǎo)軌提升運(yùn)動(dòng)的升降臺(tái)以及在升降臺(tái)上做伸縮運(yùn)動(dòng)的貨叉（機(jī)械手）等 3部分組成，堆垛機(jī)設(shè)計(jì)成一個(gè) 3 自由度系統(tǒng)，貨物放在升降臺(tái)的貨叉上能實(shí)現(xiàn)上下、左右和前后的運(yùn)動(dòng)。 ? 一個(gè)可由用戶定義的 LED 狀態(tài)指示燈。 ? 豐富的擴(kuò)展模塊。進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試，就是按照程序流程進(jìn)行的。當(dāng)堆垛機(jī)達(dá)到目的貨格時(shí)，既計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值為零時(shí)，發(fā)出停車信號(hào)使其停止運(yùn)行。處于此方式下的堆垛機(jī) , 可以經(jīng)光調(diào)制解調(diào)器接受來(lái)自控制計(jì)算機(jī)的操作指令并向控制計(jì)算機(jī)反饋堆垛機(jī)的作業(yè)狀態(tài)等信息 , 使每個(gè)堆垛機(jī)成為自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)