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正文內(nèi)容

立體倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)畢業(yè)論文(編輯修改稿)

2024-07-20 03:59 本頁(yè)面
 

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 得十分不方便,且效率很低。為了解決傳統(tǒng)條碼所存在的問(wèn)題,便出現(xiàn)了二維條碼技術(shù)。國(guó)外的二維條碼技術(shù)已經(jīng)處于應(yīng)用階段,并能生產(chǎn)出性能較好的二維條碼識(shí)別系統(tǒng)。而我國(guó)與國(guó)外水平還有很大差距。制約二維條碼技術(shù)在我國(guó)發(fā)展的主要原因是目前市場(chǎng)上銷售的二維條碼識(shí)別系統(tǒng)價(jià)格還比較昂貴。 立體倉(cāng)庫(kù)設(shè)計(jì)方案 2. 立體倉(cāng)庫(kù)設(shè)計(jì)方案 立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)的構(gòu)成 系統(tǒng)模塊組成本文所設(shè)計(jì)的立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)主要由人機(jī)接口界面、控制裝置、驅(qū)動(dòng)模塊、電機(jī)制動(dòng)裝置、機(jī)械部件和倉(cāng)位模塊所構(gòu)成,它們之間的關(guān)系如圖 1 所示:圖 1 立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)模塊操作人員通過(guò)人機(jī)接口界面,對(duì)立體倉(cāng)庫(kù)輸入命令,比如將貨物送到某一倉(cāng)位,人機(jī)接口界面將這一命令傳送給控制裝置,控制裝置會(huì)根據(jù)這一命令作出簡(jiǎn)單判斷,即執(zhí)行還是不執(zhí)行,比如該倉(cāng)位已滿,那么將不予執(zhí)行,所以控制裝置會(huì)首先去接受來(lái)自倉(cāng)位模塊的反饋信息,如果該倉(cāng)位未被占據(jù),則控制裝置接收到這一信息后將會(huì)調(diào)用執(zhí)行該命令的相應(yīng)程序并執(zhí)行,以此來(lái)控制和它相連的驅(qū)動(dòng)模塊,驅(qū)動(dòng)模塊的作用是去驅(qū)動(dòng)電機(jī)制動(dòng)裝置,通過(guò)電機(jī)制動(dòng)裝置的運(yùn)作會(huì)帶動(dòng)相應(yīng)的機(jī)械部件,機(jī)械部件將會(huì)把貨物運(yùn)送到合適的倉(cāng)位,或是從合適的倉(cāng)位中取出貨物,以此來(lái)實(shí)現(xiàn)操作人員取送貨物的目的。 系統(tǒng)模塊的功能人機(jī)接口界面主要指的是由人來(lái)進(jìn)行機(jī)械或設(shè)備操作的平臺(tái),在立體倉(cāng)庫(kù)中,人機(jī)接口界面承擔(dān)了操作人員控制立體倉(cāng)庫(kù)正常運(yùn)行的作用。操作人員通過(guò)人機(jī)接口界面可以向立體倉(cāng)庫(kù)發(fā)出操作命令,這其中包括:貨物的出入庫(kù)方 立體倉(cāng)庫(kù)設(shè)計(jì)方案 式以及存放的倉(cāng)庫(kù)位置編號(hào)。另外為了讓操作人員能更清楚地看到所選倉(cāng)位編號(hào),在人機(jī)界面上還可加入倉(cāng)位編號(hào)以及當(dāng)前狀態(tài)顯示。在對(duì)控制裝置的設(shè)計(jì)中,可以利用可編程控制器(PLC) ,因?yàn)?PLC 是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置,采用可以編制程序的存儲(chǔ)器,用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令,并能通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出,控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。因此可以在 PLC 控制器寫入用以控制立體倉(cāng)庫(kù)工作的程序,包括初始化程序、貨物出入庫(kù)程序、狀態(tài)顯示程序等等。當(dāng)控制器接收到來(lái)自人機(jī)接口界面的命令之后,就可以做出邏輯判斷是否相應(yīng),然后調(diào)用事先設(shè)定好的程序執(zhí)行。驅(qū)動(dòng)模塊的信號(hào)主要由控制模塊輸入,作用是驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的電機(jī)制動(dòng)裝置工作,并起到電路保護(hù)的作用,即過(guò)壓、過(guò)流保護(hù)。電機(jī)制動(dòng)裝置主要用于帶動(dòng)后續(xù)的機(jī)械部件運(yùn)動(dòng),機(jī)械部件的運(yùn)動(dòng)目的就是為了將貨物移動(dòng)到適當(dāng)?shù)奈恢茫鴻C(jī)械部件本身沒(méi)有動(dòng)力,因此需要依靠電機(jī)制動(dòng)裝置來(lái)帶動(dòng)它的運(yùn)動(dòng)。要將貨物從起始位置運(yùn)送到倉(cāng)庫(kù)中或是從倉(cāng)庫(kù)中取出到起始位置,這個(gè)過(guò)程中對(duì)于動(dòng)作方面主要考慮三個(gè)問(wèn)題:取——移——放。取,即從某一個(gè)地點(diǎn)取下貨物的動(dòng)作,可以是在起始位置取貨物準(zhǔn)備存放,也可以在某一個(gè)倉(cāng)位取貨物。移,即是將貨物轉(zhuǎn)移到指定的位置,可以是移動(dòng)到起始平臺(tái),也可以是各個(gè)倉(cāng)位中,所以在這個(gè)過(guò)程中能夠做到準(zhǔn)確的定位是非常重要的。放,即是將轉(zhuǎn)移到指定地點(diǎn)的貨物放下的動(dòng)作,可以是放在起始位置,也可以是放在某一個(gè)倉(cāng)位中。倉(cāng)位模塊一般可以設(shè)計(jì)成框架結(jié)構(gòu),在材料的選取上應(yīng)選用比較堅(jiān)固的材質(zhì),比如鋼質(zhì)或鐵質(zhì)材料,在外形的設(shè)計(jì)上最好是比較整齊的排列,比如最常用的是陣列式結(jié)構(gòu),如 NM 型倉(cāng)位,即橫向 N 排倉(cāng)位和縱向 M 列倉(cāng)位整齊排列,這樣比較有利于對(duì)貨物移送定位的控制。同時(shí)在每一個(gè)倉(cāng)位的設(shè)計(jì)上應(yīng)考慮到倉(cāng)位當(dāng)前狀態(tài)信息的傳遞,比如倉(cāng)位是否已經(jīng)存有貨物,否則如果向已滿的倉(cāng)位再送入貨物會(huì)導(dǎo)致倉(cāng)庫(kù)的運(yùn)行發(fā)生錯(cuò)誤或損壞貨物以及倉(cāng)庫(kù)的硬件設(shè)備。 立體倉(cāng)庫(kù)設(shè)計(jì)方案 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)的主要功能是實(shí)現(xiàn)貨物的出入庫(kù)操作,本文設(shè)計(jì)的立體倉(cāng)庫(kù)可以實(shí)現(xiàn)下面一系列功能:? 將倉(cāng)位中的貨物送到指定位置;? 將某一指定位置的貨物取出;? 自動(dòng)將某一位置的貨物送到另一位置;? 將起始位置的貨物送到任意位置;? 從任意位置取回貨物放至起始位;? 能夠?qū)崿F(xiàn)低速啟動(dòng)—變速運(yùn)行—低速停止的功能,即 X、Y 、Z 方向上的極限保護(hù);? 各倉(cāng)位狀態(tài)的掃描檢測(cè); 倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)功能要求l、具有信息接口功能。管理計(jì)算機(jī)可以通過(guò)以太網(wǎng)的 TCP/邛協(xié)議與上位計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng),接收上位機(jī)的命令信息或向上位機(jī)報(bào)送倉(cāng)庫(kù)狀態(tài)信息,向地面控制臺(tái)發(fā)送指令,接收地面控制臺(tái)的反饋信息等。具有出入庫(kù)管理功能。當(dāng)管理計(jì)算機(jī)接受到上位機(jī)指令要求對(duì)貨物進(jìn)行出入庫(kù)時(shí),管理計(jì)算機(jī)通過(guò)內(nèi)部處理后對(duì)控制臺(tái)發(fā)出相關(guān)的指令,控制臺(tái)接受到指令后再控制相應(yīng)堆垛機(jī)的動(dòng)作,最終達(dá)到貨物的出入庫(kù)。具有庫(kù)存管理功能。為了滿足生產(chǎn)的需要,倉(cāng)庫(kù)庫(kù)存貨物應(yīng)有一定的數(shù)量。庫(kù)存太多,造成資金及管理費(fèi)用的積壓;庫(kù)存太少,則影響正常生產(chǎn)。不同的原材料和生產(chǎn)備件要求的存儲(chǔ)量不同,其最佳值的選擇要通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)來(lái)確定。不同的系統(tǒng),不同用途的倉(cāng)庫(kù),其優(yōu)化原則是不一樣的。具有貨位管理功能。對(duì)于自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù),貨位管理是計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)的一個(gè)重要功能。貨物的存放方式采用自由貨位存放方式(各種貨物并無(wú)固定的存放貨位) 。入庫(kù)貨物的存放地址是按照一定的入出庫(kù)原則隨機(jī)確定的。貨物出、入庫(kù)的貨位分配是按照一定的原則來(lái)完成的:入庫(kù)原則一般是先近后遠(yuǎn),均勻分配,先存放底層、后存放高層,下重上輕;出庫(kù)原則是先進(jìn)先出,先出零散,盡量騰出貨位。 設(shè)計(jì)中的問(wèn)題及解決方案 設(shè)計(jì)中的問(wèn)題立體倉(cāng)庫(kù)的功能比較多,因此結(jié)構(gòu)也相對(duì)比較復(fù)雜,在考慮對(duì)立體倉(cāng)庫(kù)的 立體倉(cāng)庫(kù)設(shè)計(jì)方案 設(shè)計(jì)中有以下幾個(gè)問(wèn)題需要解決。? 在貨物的傳送過(guò)程中如何做到精確而快速定位。? 在 PLC 控制器接受到操作命令時(shí)如何判斷是否應(yīng)該響應(yīng)。? 在傳送平臺(tái)到達(dá)貨物倉(cāng)位后應(yīng)如何進(jìn)行貨物出入庫(kù)作業(yè)。? 對(duì)于傳送平臺(tái)在各個(gè)方向的移動(dòng)如何實(shí)施保護(hù)措施。 解決方案 1)在貨物的傳送過(guò)程中要實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位的最好方法就是采用坐標(biāo)定位法??梢园沿浳锏囊苿?dòng)分解為水平(X 軸)和垂直(Y 軸)兩個(gè)方向,通過(guò)控制這兩 9 個(gè)方向上的位移多少,即可以將貨物送到準(zhǔn)確位置。因此在硬件設(shè)計(jì)的時(shí)候,可以將傳送貨物的機(jī)械裝置設(shè)計(jì)成水平桿和垂直桿,在動(dòng)力控制上可以采用兩個(gè)電機(jī),分別給水平移動(dòng)和垂直移動(dòng)提供動(dòng)力,然后通過(guò)電機(jī)控制送貨平臺(tái)在水平桿和垂直桿上的滑動(dòng)將平臺(tái)移到指定位置。為了提高送貨平臺(tái)移送的速度,縮短其到達(dá)指定位置的時(shí)間,在控制時(shí)可將水平和垂直的移動(dòng)設(shè)定為同時(shí)進(jìn)行。當(dāng) PLC 發(fā)出一定脈沖,經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一定的角度,要想實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的精確控制,則需要對(duì)它的具體運(yùn)行步數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù),步進(jìn)電機(jī)以10cm 長(zhǎng)為單位長(zhǎng)度計(jì)算為例,即坐標(biāo)軸上的每個(gè)單位代表現(xiàn)實(shí)中的 10cm。為了增大轉(zhuǎn)矩提高控制精度,本控制系統(tǒng)所有數(shù)據(jù)(脈沖頻率、數(shù)量等)均是以步距角為 度為參考制定的。立體倉(cāng)庫(kù)模擬裝置絲杠上螺紋的螺距為,也就是說(shuō)電機(jī)每接 400 個(gè)脈沖所運(yùn)行的距離為 。要實(shí)現(xiàn)通過(guò)輸入不同數(shù)字使機(jī)械到達(dá)不同的位置,需要作到的就是控制步進(jìn)電機(jī)走多少個(gè)單位長(zhǎng)度。2)對(duì)于 PLC 控制器是否應(yīng)響應(yīng)操作命令的問(wèn)題,可以通過(guò)在每個(gè)倉(cāng)位上安裝限位開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)。限位開(kāi)關(guān)就是用以限定機(jī)械設(shè)備的運(yùn)動(dòng)極限位置的電氣開(kāi)關(guān)。當(dāng)倉(cāng)位中貨物已滿時(shí),限位開(kāi)關(guān)可以將此信號(hào)傳送給 PLC 控制器,控制器即可根據(jù)接收到的信號(hào)作出是否響應(yīng)的判斷了。3)傳送平臺(tái)在到達(dá)指定倉(cāng)位后,可通過(guò)平臺(tái)上的伸叉控制平臺(tái)的前后和上下移動(dòng)來(lái)進(jìn)行出入庫(kù)作業(yè)。如果將水平桿和垂直桿的移動(dòng)方向設(shè)為 X 方向和 Y方向,把出入庫(kù)的前后移動(dòng)設(shè)為 Z 方向。取貨的時(shí)候,傳送平臺(tái)先向前伸入至貨物底部(Z 方向) ,然后往上抬起貨物(Y 方向) ,最后縮回(Z 方向) 。送貨的時(shí)候,傳送平臺(tái)先向前伸入至倉(cāng)位中(Z 方向) ,然后往下放下貨物(Y 方向) 立體倉(cāng)庫(kù)設(shè)計(jì)方案 ,最后縮回(Z 方向) ,以此來(lái)實(shí)現(xiàn)貨物的出入庫(kù)作業(yè)。4)對(duì)于保護(hù)傳送平臺(tái)在各個(gè)方向的移動(dòng),可以在立體倉(cāng)庫(kù)中通過(guò)硬件在移動(dòng)的三個(gè)方向上實(shí)施保護(hù)措施,即 X 軸極限位保護(hù)、 Y 軸極限位保護(hù)、Z 軸極限位保護(hù)以及 X 軸、Y 軸、Z 軸協(xié)調(diào)保護(hù)(硬件聯(lián)鎖) ,通過(guò)以上各種保護(hù)開(kāi)關(guān),可以確保操作人員在編程實(shí)驗(yàn)中或是立體倉(cāng)庫(kù)在程序出錯(cuò)時(shí),不會(huì)損壞該裝置。 立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3. 立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì) 立體倉(cāng)庫(kù)的基本結(jié)構(gòu) 自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)主體由地盤、四層十二倉(cāng)位庫(kù)體、運(yùn)動(dòng)機(jī)械及電氣控制等四部分組成。圖 倉(cāng)位編號(hào)機(jī)械部分采用滾珠絲杠、滑杠、普通絲杠等機(jī)械元件組成,采用步進(jìn)電機(jī)、直流電機(jī)作為拖動(dòng)元件。 電氣控制是由德國(guó)西門子 S7200 程序控制器(PLC)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源模塊、開(kāi)關(guān)電源、位置傳感器等器件組成。 硬件部分 步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)是數(shù)字控制系統(tǒng)中的執(zhí)行電機(jī),當(dāng)系統(tǒng)講一個(gè)電脈沖信號(hào)到步進(jìn)電機(jī)定子繞組時(shí),轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)一步,當(dāng)電脈沖安某一相序加到電動(dòng)機(jī)時(shí),轉(zhuǎn)子沿某一方向轉(zhuǎn)動(dòng)的步數(shù)等于電脈沖光個(gè)數(shù)。因此,改變輸入脈沖的數(shù)目就能控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子機(jī)械位移的大??;改變輸入脈沖的通電相序,就能控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子機(jī)械位移的方向,實(shí)現(xiàn)位置的控制,實(shí)現(xiàn)寬廣范圍內(nèi)速度的無(wú)極平滑控制。步進(jìn)電機(jī)可分為磁阻式、永磁式和混合式, ,步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)可分為:?jiǎn)蜗唷⒍?、三相、四相、五相、六相和八相等多種。增加相數(shù)能提高步進(jìn)電機(jī)的性能,但電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)電源就會(huì)復(fù)雜,成本就會(huì)增加,應(yīng)按需要合理選用。本系統(tǒng)用步進(jìn)電機(jī)為 42BYG250C 型步進(jìn)電機(jī),其電氣技術(shù)數(shù)據(jù)為:電機(jī)型號(hào) 相數(shù) 布距角 靜態(tài)相電流 驅(qū)動(dòng)電壓 額定轉(zhuǎn)矩 重量42BYG250C 2 表 42BYG250C 型步進(jìn)電機(jī)電氣技術(shù)數(shù)據(jù) 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的基本組成和工作原理 為了驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī),必須由一個(gè)決定電動(dòng)機(jī)速度和旋轉(zhuǎn)角度的脈沖發(fā)生器10 1 129874 5 63210 立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)(在該立體倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)中采用 PLC 作脈沖發(fā)生器進(jìn)行位置控制) ,一個(gè)使電動(dòng)機(jī)繞組電流按規(guī)定次序通斷的脈沖分配器,一個(gè)保證電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行的功率放大器,以及一個(gè)直流功率電源等組成一個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器是把控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化為步進(jìn)電機(jī)的角位移,或者說(shuō):控制系統(tǒng)每發(fā)一個(gè)脈沖信號(hào),通過(guò)驅(qū)動(dòng)器就使步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一步距角。所以步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與脈沖信號(hào)的頻率成正比。 所以設(shè)計(jì)中采用北京斯達(dá)特機(jī)電科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的 SH 系列步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器,SH2H057。主要由電源輸入部分、信號(hào)輸入部分、輸出部分組成。SH2H057 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器采用鑄鋁結(jié)構(gòu),此種結(jié)構(gòu)主要用于小功率驅(qū)動(dòng)器,這種結(jié)構(gòu)為封閉的超小型結(jié)構(gòu),本身不帶風(fēng)機(jī),其外殼即為散熱體,所以使用時(shí)要將其固定在較厚、較大的金屬板上或較厚的機(jī)柜內(nèi),接觸面之間要涂上導(dǎo)熱硅脂,在棋盤邊加一個(gè)風(fēng)機(jī)也是一種較好的散熱辦法。此步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的電氣技術(shù)數(shù)據(jù)為:驅(qū)動(dòng)器型號(hào) 相數(shù) 類別 細(xì)分?jǐn)?shù) 最大相電流開(kāi)關(guān)設(shè)定工作電源SH2H057 二相或四相混合式 二相八拍 一組直流DC(24V40V)表 SH2H057 型步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器電氣技術(shù)數(shù)據(jù) 傳感器(1)反射式傳感器的工作原理: 在該立體倉(cāng)庫(kù)中采用歐姆龍 EESPY402 凹槽型、反射型接插件式傳感器作貨物檢測(cè)。電源電壓為 DC524V 的大量程電壓輸出型;帶有容易調(diào)整的光軸標(biāo)識(shí);帶有便于調(diào)整,動(dòng)作確認(rèn)的入光顯示燈;其結(jié)構(gòu)圖如圖 所示:圖 反射式傳感器結(jié)構(gòu)圖工作原理:當(dāng)物體相對(duì)于傳感器移動(dòng)時(shí),反射回來(lái)的信號(hào)與原先的信號(hào)相 立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)比較,產(chǎn)生頻移,集成電路再把微弱的頻移信號(hào)進(jìn)行放大,再經(jīng)多普勒檢測(cè)、放大、限幅等措施,最后取得和物體移動(dòng)信號(hào)相關(guān)的主流信號(hào)輸出電平。(2)對(duì)射式傳感器的工作原理: 對(duì)射式傳感器的輸出狀態(tài)一般為 NPN 輸出,輸出晶體管的動(dòng)作狀態(tài)可分為入光時(shí) ON 和遮光時(shí) ON 兩種。入光時(shí)為 ON 的對(duì)射式傳感器的結(jié)構(gòu)圖如圖 所示:圖 對(duì)射式傳感器的結(jié)構(gòu)圖 當(dāng) 24V 電壓加到發(fā)光二極管 LED1 時(shí),它將光發(fā)射給發(fā)光二極管LED2,LED2 接受到光導(dǎo)通,三極管導(dǎo)通,輸出為 ON;當(dāng)發(fā)光二極管 LED1發(fā)射出的光被物體擋住使發(fā)光二極管 LED2 接收不到時(shí),LED2 不導(dǎo)通,三極管也不導(dǎo)通,輸出為 OFF。 控制電路設(shè)計(jì)部分 PLC I/O 點(diǎn)的選擇根據(jù)控制要求,將個(gè)輸入設(shè)備和被控設(shè)備詳細(xì)列表,準(zhǔn)確的統(tǒng)計(jì)出被控設(shè)備對(duì)數(shù)需求量,然后在實(shí)際統(tǒng)計(jì)的 I/O 點(diǎn)數(shù)的基礎(chǔ)上增加 15%—20%的備用量,以便以后調(diào)整和擴(kuò)充。同時(shí)要充分利用好輸入和輸出擴(kuò)展單元,提高主機(jī)的利用率,例如 S7200 系列可編程控
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