【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ......................... 25 列向運(yùn)行 PLC 程序?qū)崿F(xiàn) ............................................................. 25 行向運(yùn)行 PLC 程序?qū)崿F(xiàn) ............................................................. 28 貨叉伸縮控制 PLC 程序?qū)崿F(xiàn) ..................................................... 30 手動(dòng)方式下的碼垛機(jī)運(yùn)行控制 .............................................................. 32 碼垛機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) ...................................................................... 34 變頻器的選型 ............................................................................... 34 水平方向變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) ....................................................... 36 垂直方向變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) ....................................................... 38 碼垛機(jī)貨叉控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) ...................................................................... 40 本章小節(jié) .................................................................................................. 41 .............................................................................................................................. 43 參考文獻(xiàn) ......................................................................................................................... 44 致 謝 ............................................................................................................................. 46 附錄一 碼垛機(jī)入庫(kù)作業(yè)流程圖 ......................................................................... 47 附錄二 ............................................................................................................................. 48 中文翻譯 ......................................................................................................................... 48 附錄 三 ........................................................................................................................... 49 北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 1 緒論 碼垛機(jī)概述 碼垛機(jī)是自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng) [8]的重要組成部分，它是整個(gè)系統(tǒng)的執(zhí)行部件，存貨時(shí)將貨物從出入貨臺(tái)準(zhǔn)確的存放到貨位里，取貨時(shí)將貨物從貨位中取回到出入貨臺(tái)。無(wú)論何種類(lèi)型的碼垛機(jī)，一般都由水 平行走機(jī)構(gòu)、起升機(jī)構(gòu)、載貨臺(tái)及貨叉機(jī)構(gòu)、機(jī)架和電氣設(shè)備等基本部分組成。它是在所謂高層、高速、高密度儲(chǔ)藏的概念下的產(chǎn)物。盡管各廠家各有獨(dú)創(chuàng)，結(jié)構(gòu)形式有些差異，但可以說(shuō)大同小異，所有的碼垛機(jī)都不外乎由機(jī)架、載貨臺(tái)、伸縮貨叉、軌道和控制系統(tǒng)等部分組成。 碼垛機(jī)的發(fā)展 初期的立體倉(cāng)庫(kù)使用的碼垛機(jī)以橋式起重機(jī)為基礎(chǔ)，這種碼垛機(jī)是從起重機(jī)的大梁上懸掛一個(gè)門(mén)架，利用門(mén)架的上下和旋轉(zhuǎn)來(lái)搬運(yùn)貨物。 1960 年左右在美國(guó)出現(xiàn)了巷道式碼垛機(jī)，隨后巷道式碼垛機(jī)逐漸替代了受重量和跨度限制的橋式碼垛機(jī)。 1967 年日本安裝了高 度 10~15 米的高層碼垛機(jī)， 1969 年出現(xiàn)了聯(lián)機(jī)全自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù) [6]，我國(guó)是在上世紀(jì) 70 年代初期開(kāi)始研究采用巷道式碼垛機(jī)的立體倉(cāng)庫(kù)。目前的碼垛機(jī)技術(shù)取得了重大的發(fā)展，控制技術(shù)、定位精度、運(yùn)行速度都得到了很大程度的提高。巷道式碼垛機(jī)的起升速度已經(jīng)可以達(dá)到 90m/min，運(yùn)行速度達(dá)到240m/min，在有的立體倉(cāng)庫(kù)中采用上、下兩層分別用巷道碼垛機(jī) [9]進(jìn)行搬運(yùn)作業(yè)的方法提高出入庫(kù)能力。 碼垛機(jī)技術(shù)的研究現(xiàn)狀 按現(xiàn)行機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，有軌巷道式碼垛機(jī)分類(lèi)方式很多，如按支承方式、用途、控制方式、結(jié)構(gòu)、運(yùn)行軌跡 等分類(lèi)。無(wú)論何種類(lèi)型的碼垛機(jī)一般都由水平行走機(jī)構(gòu)、起升機(jī)構(gòu)、載貨臺(tái)及貨叉機(jī)構(gòu)、機(jī)架和電氣設(shè)備等基本部分組成。 體現(xiàn)碼垛機(jī)動(dòng)態(tài)性能優(yōu)劣的指標(biāo)主要有：運(yùn)行速度、提升速度、貨叉速度、平穩(wěn)性、認(rèn)址精度等。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的技術(shù)水平和倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)械設(shè)備的動(dòng)態(tài)性能也在不斷提高。例如，碼垛機(jī)的運(yùn)行驅(qū)動(dòng)己由 20 世紀(jì) 70北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 年代的子母電動(dòng)機(jī)改為變頻調(diào)速，速度由 5~50m/min 提升至 4~160m/min，國(guó)外小載重量的碼垛機(jī)最高可達(dá) 300m/min；提升驅(qū)動(dòng)己由 20 世紀(jì) 70 年代的雙速電動(dòng)機(jī)改進(jìn)為變頻調(diào)速，速度由 4~16m/min 提升至 0~25m/min；貨叉運(yùn)行也由單速電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)改進(jìn)為變頻調(diào)速，速度由 8m/min 提升至 4~35m/min；在碼垛機(jī)自動(dòng)控制方面還采用閉環(huán)控制變頻調(diào)速系統(tǒng) [5]、 Profibus 總線控制等先進(jìn)技術(shù)。盡管如此，目前國(guó)產(chǎn)碼垛機(jī)的運(yùn)行速度最高仍保持在 160m/min；提升速度在 0~80m/min；貨叉速度一直保持在 0~30m/min；認(rèn)址采用光電探測(cè)，精度不足，認(rèn)址差錯(cuò)率高。 自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的概述 在現(xiàn)代物流系統(tǒng)中，自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)是一個(gè)重要的組成部分，它是一種新型的倉(cāng)儲(chǔ)技術(shù)。自動(dòng)化立體 倉(cāng)庫(kù) [4]又稱為自動(dòng)存儲(chǔ) /檢索系統(tǒng)（ Automated Storage amp。Retrieval System， AS/RS）。它是物料搬運(yùn)和倉(cāng)儲(chǔ)科學(xué)中的一門(mén)綜合科學(xué)技術(shù)工程。它以高層貨架為主要標(biāo)志，配以成套的先進(jìn)搬運(yùn)設(shè)備，以先進(jìn)的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)為主要手段，由此組成高頻率、大容量的科學(xué)存儲(chǔ)，以適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)、物資交流和倉(cāng)儲(chǔ)的需求。 自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的組成 立體倉(cāng)庫(kù)是指：采用高層貨架儲(chǔ)存貨物，用起重、裝卸、運(yùn)輸機(jī)械設(shè)備進(jìn)行貨物出庫(kù)和入庫(kù)作業(yè)的倉(cāng)庫(kù)。這類(lèi)倉(cāng)庫(kù)主要通過(guò)高層貨架充分利用空間進(jìn)行存取貨物，所 以被成為立體倉(cāng)庫(kù)。目前，立體倉(cāng)庫(kù)最大高度能達(dá)到 40 多米，最大庫(kù)存數(shù)可達(dá)數(shù)萬(wàn)個(gè)貨物單位，可以實(shí)現(xiàn)按計(jì)劃入庫(kù)和出庫(kù)的全自動(dòng)化控制，以及無(wú)人操作的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化管理。 其主要的組成部分有高層貨架、倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)械設(shè)備、控制及管理設(shè)施。 （ 1）貨架 倉(cāng)儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展由平面轉(zhuǎn)向高層立體化以后，高層貨架為倉(cāng)庫(kù)的主體和標(biāo)志，貨架越高，存儲(chǔ)量越大。貨架在物流及倉(cāng)儲(chǔ)中占有非常重要的地位，目前的貨架具有多種功能，以滿足機(jī)械化和自動(dòng)化的要求。主要的貨架類(lèi)型有單元式貨架、貫通式貨架與旋轉(zhuǎn)式貨架。為了提高貨物裝卸、存取效率，自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)一 般使用貨箱或托盤(pán)盛放貨物。貨箱和托盤(pán)的基本功能是盛放小件物料，同時(shí)還應(yīng)便北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 于運(yùn)輸車(chē)和碼垛機(jī)的插取和存放。 （ 2）倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)械設(shè)備 自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的主要搬運(yùn)設(shè)備是巷道式碼垛機(jī) [17]，其主要用途是在高層貨架的巷道內(nèi)來(lái)回穿梭運(yùn)行，將位于巷道口的貨物存放入貨格中，或者將貨物取出運(yùn)送到巷道口。輸送系統(tǒng)必須是具有高度的可靠性，在立體倉(cāng)庫(kù)中一般只有一套輸送系統(tǒng)，所以應(yīng)保證輸送系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)上的設(shè)備可靠、耐用、維修方便，并且還應(yīng)該對(duì)輸送系統(tǒng)設(shè)置手動(dòng)控制做后備。自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)中的貨物輸送裝置主要有傳送帶、各種流動(dòng)小車(chē)及 AGV 等 ，短距離的傳送還可以采用機(jī)器人。 （ 3）控制及管理設(shè)施 控制管理系統(tǒng) [5]采用分布式控制，即由管理計(jì)算機(jī)、中央控制計(jì)算機(jī)和直接控制碼垛機(jī)、入 /出庫(kù)輸送機(jī)等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的控制器組成控制系統(tǒng)。管理計(jì)算機(jī)是立體倉(cāng)庫(kù)的管理中心，承擔(dān)著入 /出庫(kù)管理、盤(pán)庫(kù)管理、查詢、打印及顯示、經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)的計(jì)算分析等功能，包括在線管理和離線管理；中央控制計(jì)算機(jī)是立體倉(cāng)庫(kù)的控制中心，他溝通并協(xié)調(diào)管理計(jì)算機(jī)、碼垛機(jī)、入 /出輸送機(jī)等設(shè)備之間的聯(lián)系，控制和監(jiān)視著整個(gè)立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)的運(yùn)行。 自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的優(yōu)點(diǎn) 事實(shí)證明采用自動(dòng)化 立體倉(cāng)庫(kù)能夠產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： （ 1） 層貨架：立體倉(cāng)庫(kù)由于使用了高層貨架存儲(chǔ)貨物，存儲(chǔ)區(qū)可以大幅度的向空間發(fā)展，充分利用了倉(cāng)庫(kù)的空間，提高了空間利用率。 （ 2） 自動(dòng)存?。鹤詣?dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)使用機(jī)械和自動(dòng)化設(shè)備，運(yùn)行和處理速度快，提高了作業(yè)效率。 （ 3） 計(jì)算機(jī)控制與管理：計(jì)算機(jī)能夠準(zhǔn)確無(wú)誤的對(duì)倉(cāng)庫(kù)的各種信息進(jìn)行存儲(chǔ)和管理，不僅降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，還減少了貨單處理和信息處理過(guò)程中的差錯(cuò)，從而提高了倉(cāng)庫(kù)的管理水平。 （ 4） 節(jié)約成本：作業(yè)效率的提高勢(shì)必會(huì)降低貨物儲(chǔ)存的成 本費(fèi)用，由此也提高了企業(yè)的現(xiàn)代化物流意識(shí)。 北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的發(fā)展 高層貨架倉(cāng)庫(kù)的出現(xiàn)和發(fā)展是第二次世界大戰(zhàn)以后生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展的結(jié)果。在生產(chǎn)發(fā)張的實(shí)際需要和科技水平發(fā)展的現(xiàn)實(shí)可能下，五十年代初開(kāi)始出現(xiàn)了自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)。 1950 年美國(guó)首先產(chǎn)生手動(dòng)控制的橋式碼垛機(jī)起重機(jī)，與此同時(shí)提出了高層貨架的概念，被認(rèn)為是自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)的雛形。 1960 年以后巷道式碼垛機(jī)逐漸代替了橋式碼垛機(jī)，此后碼垛機(jī)的使用范圍和性能有了很大的發(fā)展，尤其是在日本，自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)發(fā)展迅速，目前日本的自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)技術(shù)和自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)的擁有量都位居世 界前列。 自動(dòng)化技術(shù)在倉(cāng)儲(chǔ)領(lǐng)域中的發(fā)展分為五個(gè)階段：人工倉(cāng)儲(chǔ)階段、自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)階段、集成化倉(cāng)儲(chǔ)階段和智能化階段。其中智能自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)在九十年代后期以及二十一世紀(jì)的若干年內(nèi)，是倉(cāng)儲(chǔ)自動(dòng)化技術(shù)的主要發(fā)展方向。 我國(guó)對(duì)自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)及其物料搬運(yùn)設(shè)備的研制并不晚， 1963 年研制成第一臺(tái)橋式碼垛起重機(jī) (機(jī)械部北京起重運(yùn)輸機(jī)械研究所 )， 1973 年開(kāi)始研制我國(guó)第一座由計(jì)算機(jī)控制的自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù) (高巧米，機(jī)械部起重所負(fù)責(zé) )，該庫(kù) 1980 年投入運(yùn)行。 研究的主要內(nèi)容 課題的研究目標(biāo)是設(shè)計(jì)安全可靠，具有經(jīng)濟(jì)性能和操作性能良 好的碼垛機(jī)控制系統(tǒng)。 主要內(nèi)容如下： (1) 介紹自動(dòng)化碼垛機(jī)和立體倉(cāng)庫(kù)的一般概念和基本組成，以及國(guó)內(nèi)外碼垛機(jī)和立體倉(cāng)庫(kù)的發(fā)展現(xiàn)狀，簡(jiǎn)單介紹了碼垛機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展方向。 (2) 對(duì)碼垛機(jī)在水平方向和垂直方向運(yùn)行進(jìn)行速度控制，根據(jù)運(yùn)行的目的地址和當(dāng)前地址之間的比較，選擇合適的變頻器，對(duì)電機(jī)的運(yùn)行速度進(jìn)行控制。并在應(yīng)用新的定位方式的基礎(chǔ)上，對(duì)變頻調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行位置速度雙閉環(huán)控制，并解決新方案中的硬件設(shè)置問(wèn)題。由 PLC 輸出高速脈沖和貨叉方向改變信號(hào)控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)左伸和右伸，以及貨叉的伸縮速度。 (3) 設(shè)計(jì)了碼垛機(jī) 運(yùn)行系統(tǒng)的控制程序，包括碼垛機(jī)各種工作方式下的控制程序。 北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 2 碼垛機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 控制技術(shù)要求和系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) （ 1）碼垛機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)由水平運(yùn)行的行走機(jī)構(gòu)，垂直運(yùn)行的起升機(jī)構(gòu)及取送貨的伸叉機(jī)構(gòu)三部分組成。水平部分運(yùn)動(dòng)電機(jī)和垂直部分運(yùn)動(dòng)電機(jī)分別采用 220W 的三相交流異步電動(dòng)機(jī)和 200W 的單相交流異步電動(dòng)機(jī)，由西門(mén)子 S7200PLC[3]通過(guò)變頻器進(jìn)行控制。伸叉機(jī)構(gòu)電機(jī)采用兩相混合式步進(jìn)電機(jī)，由西門(mén)子 S7200 通過(guò)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行控制。由碼垛機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)特點(diǎn)及工作要求可知，能否保證碼垛機(jī)的穩(wěn)定工作 ，關(guān)鍵在碼垛機(jī)的三維位置移動(dòng)定位的精確性。 主要技術(shù)指標(biāo)和和主要設(shè)計(jì)參數(shù) 碼垛機(jī)運(yùn)行的速度范圍： 水平方向： 2m/min~360m/min； 垂直方向： 2m/min~80/min； 貨叉： 2m/min~60/min （ 2）碼垛機(jī)的控制方式有自動(dòng)和手動(dòng)控制。 ① 手動(dòng)方式通過(guò)碼垛機(jī)的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)及按鈕控制碼垛機(jī)水平和提升運(yùn)動(dòng)及貨叉伸縮。同時(shí)運(yùn)動(dòng)速度也可以手動(dòng)選擇。手動(dòng)操作時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)給予相應(yīng)的警示信號(hào)。同時(shí)系統(tǒng)將解除大部分的保護(hù)控制。手動(dòng)操作主要用于安裝、調(diào)試和排除故障。 ② 單機(jī)自動(dòng)用人機(jī)界面對(duì)碼垛機(jī)進(jìn)行全自動(dòng)的 控