【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ，兩點(diǎn)直線運(yùn)動(dòng)，定位十分準(zhǔn)確。自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)碼垛機(jī)是現(xiàn)代工業(yè)社會(huì)發(fā)展的高科技產(chǎn)物，可全天候作業(yè)，配備機(jī)械手可替代不少工人的工作量，由此每年能節(jié)省幾十萬(wàn)的人力資源成本，達(dá)到減員增效的目的。生產(chǎn)上能迅速提高公司的生產(chǎn)效率和產(chǎn)量，同時(shí)還能減少人工搬運(yùn)造成的出錯(cuò)。對(duì)提高生產(chǎn)率、降低成本有著重要意義。 機(jī)械手碼垛機(jī)是目前占地最 小、效率最高、適應(yīng)能力最強(qiáng)的碼垛機(jī)。碼垛機(jī)械手適應(yīng)于化工、飲料、食品、啤酒、塑料、空調(diào)行業(yè)等生產(chǎn)企業(yè)，對(duì)各種紙箱、袋裝、罐裝、啤酒箱、瓶裝等各種形狀的包裝成品都適應(yīng)。 目前實(shí)踐教學(xué)作為教學(xué)過(guò)程中的一個(gè)環(huán)節(jié)，是工科院校培養(yǎng)跨世紀(jì)創(chuàng)造性人才必不可少的。為配合卓越工程師試點(diǎn)工作中的課程改革，結(jié)合教學(xué)研究任務(wù)，本設(shè)計(jì)針對(duì)學(xué)校實(shí)驗(yàn)室的柔性制造系統(tǒng)中的立體倉(cāng)庫(kù)環(huán)節(jié)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)前期準(zhǔn)備工作。以 PLC 為控制核心設(shè)計(jì)碼垛單元的 PLC 控制系統(tǒng)，并應(yīng)用組態(tài)軟件制作監(jiān)控仿真界面。 碼垛機(jī)的概述 碼垛機(jī)在國(guó)外的研究現(xiàn) 狀 碼垛機(jī)是隨著大型物流配送中心和自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的發(fā)展起來(lái)的，物流這一概念是在 20 世紀(jì) 50 年代首先在美國(guó)形成的，立體倉(cāng)庫(kù)的產(chǎn)生和發(fā)展是現(xiàn)代物流體系發(fā)展的要求和信息技術(shù)進(jìn)步的結(jié)果。 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（立柱），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)，這種堆垛機(jī)是在地面的導(dǎo)軌上行走，利用貨架上部的導(dǎo)軌防止傾倒，或者是在上部導(dǎo)軌上行走，利用地面導(dǎo)軌防止傾倒。在立體倉(cāng)庫(kù)碼垛機(jī)的研發(fā)和使用方面，日本始終走在前列， 1967 年安裝了 10～ 15 米的高層碼垛機(jī)， 1969 年出現(xiàn)的聯(lián)機(jī)全自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)，特別是 1973 年建成了一座儲(chǔ)藏生鮮食物的冷藏庫(kù)，這是世哈爾濱工程大學(xué) 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 界上第一座 40℃ 的極低溫倉(cāng)庫(kù)，解決條件下碼垛機(jī)的可靠性和技術(shù)方面的問(wèn)題，取得了引人矚目的成就。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)。 據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，美國(guó)擁有各種類(lèi)型的自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù) 20210 多座，日本有 38000多座，德國(guó)有 10000 多座，英國(guó)有 4000 多座，前蘇聯(lián)有 1500 多座。 碼垛機(jī)在國(guó)內(nèi)的研究現(xiàn)狀 我國(guó)第一臺(tái)橋式堆垛起重機(jī)于 1963 年由北京起重運(yùn)輸機(jī) 械研究所研制，在 20 世紀(jì) 70 年代初期開(kāi)始，我國(guó)石油化工企業(yè)先后從日本、西德和意大利等國(guó)家引進(jìn)了幾十臺(tái)碼垛機(jī)。其中除了從西德繆勒斯（ MOLLERS）公司和意大利 OCME 公司引進(jìn)幾臺(tái)外，其余大部分碼垛機(jī)均是從日本 OKURA 公司和不二公司進(jìn)口的。到 80 年代初期，我國(guó)一些企業(yè)和科研單位，在消化、吸收引進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，相繼設(shè)計(jì)、研制出幾種不同類(lèi)型的碼垛機(jī)，并用于聚乙烯、聚丙烯、化肥等粉粒產(chǎn)品包裝碼垛生產(chǎn)線上，為碼垛機(jī)的國(guó)產(chǎn)化開(kāi)創(chuàng)了良好的開(kāi)端。當(dāng)時(shí)主要生產(chǎn)廠家有宜昌地區(qū)機(jī)械廠、常州化工機(jī)械廠、哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)器人研究所 和沈陽(yáng)運(yùn)輸機(jī)械廠等單位。從 80 年代初期開(kāi)始，我國(guó)一些科研生產(chǎn)單位即著手設(shè)計(jì)研制輥道式碼垛機(jī)。當(dāng)時(shí)主要以仿型為主，即按國(guó)外同類(lèi)型碼垛機(jī)的型式，并結(jié)合國(guó)內(nèi)的制造水平進(jìn)行設(shè)計(jì)研究的，為國(guó)產(chǎn)碼垛機(jī)奠定了雛形。到 80 年代中期，我國(guó)一些科研、設(shè)計(jì)和生產(chǎn)單位，開(kāi)始設(shè)計(jì)研制氣墊式碼垛機(jī)。這種機(jī)型仍以仿型為主。該機(jī)型具有結(jié)構(gòu)較緊湊、自動(dòng)化水平高，運(yùn)行動(dòng)作靈活、成垛性能好、外形比較美觀等特點(diǎn)。但這種機(jī)型與國(guó)外同類(lèi)先進(jìn)水平相比，仍有一定的差距。 80 年代后期，我國(guó)一些科研單位設(shè)計(jì)研制出一種機(jī)器人全自動(dòng)碼垛機(jī)。該機(jī)是在輥道式碼垛機(jī)的 基礎(chǔ)上，通過(guò)高架機(jī)械手進(jìn)行碼垛作業(yè)的一種機(jī)型。其處理能力為 600~800 袋 /時(shí)。 哈工大機(jī)械人研究所于 1988 年研制的包裝碼垛生產(chǎn)線，從 1992 年 6 月安裝在大慶石化總公司投產(chǎn)運(yùn)行后，經(jīng)過(guò)二年半的生產(chǎn)使用，證明運(yùn)行情況良好，深得用戶好評(píng)。該所在此基礎(chǔ)上，又以國(guó)外最新產(chǎn)品性能為目標(biāo)，開(kāi)發(fā)生產(chǎn)了一套第二代自動(dòng)包裝碼垛生產(chǎn)線，并且于 94 年 10 月安裝在齊魯石化總公司投產(chǎn)運(yùn)行；還計(jì)劃再上二套碼垛生產(chǎn)線。同年 11 月又在天津聯(lián)合化學(xué)有限公司安裝了二套自動(dòng)化包裝碼垛生產(chǎn)線。此后，自動(dòng)化物流的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用得到了很大發(fā)展。據(jù)不完全 統(tǒng)計(jì)，截止到 2021年底，全國(guó)自動(dòng)化立體庫(kù)的保有量已超過(guò) 500 座。 2021 年建設(shè)的自動(dòng)化立體庫(kù)在 80座以上，主要集中在機(jī)械制造、汽車(chē)、煙草、食品加工、服裝生產(chǎn)、醫(yī)藥生產(chǎn)及流通等行業(yè)，與 2021 年相比，整個(gè)市場(chǎng)有了很大發(fā)展。 哈爾濱工程大學(xué) 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 碼垛機(jī)的發(fā)展趨勢(shì) 縱觀世界各國(guó)碼垛機(jī)的發(fā)展的現(xiàn)狀，對(duì)今后的動(dòng)向，可歸納如下： (1) 重視 “三化 ”，逐步采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。所謂 “三化 ”，是指碼垛機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化。貫徹 “三化 ”可以縮短設(shè)計(jì)周期，保證產(chǎn)品制造質(zhì)量，便于管理和提高經(jīng)濟(jì)效益。世界上許多國(guó)家，不僅重視產(chǎn)品的 “三化 ”工作，而且非常注意采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（ ISO）。有的國(guó)家甚至廢除本國(guó)標(biāo)準(zhǔn)而直接采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，其目的是為了促進(jìn)商品的國(guó)際交流。 (2) 實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的機(jī)電一體化。機(jī)械產(chǎn)品需要更新?lián)Q代。在當(dāng)今計(jì)算機(jī)技術(shù)、自控技術(shù)和數(shù)顯技術(shù)大發(fā)展的年代里，更新?lián)Q代的重要標(biāo)志是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的機(jī)電一體化。在碼垛機(jī)上應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)，可以提高作業(yè)性能，增加安全性，以至實(shí)現(xiàn)無(wú)人自動(dòng)操作。 (3) 人機(jī)工程學(xué)的應(yīng)用。碼垛機(jī)一般應(yīng)用在沉重、忙碌、環(huán)境比較差的場(chǎng)合。為了減少人員的作業(yè)強(qiáng)度，保證持久旺盛的體力和注意力，應(yīng)該根據(jù)人機(jī)工程學(xué)的理論，設(shè)計(jì)導(dǎo)動(dòng)裝置和 人員輔助裝置，改善振動(dòng)與噪聲的影響，以使最少、最合理的投資，獲得最佳的使用效果，使設(shè)備發(fā)揮最大的效率。 課題的主要研究?jī)?nèi)容 本課題研究的主要內(nèi)容是教學(xué)用倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)械手碼垛機(jī)的自動(dòng)控制及組態(tài)軟件的監(jiān)控仿真，主要包括以下幾個(gè)方面： (1) 深入研究實(shí)際工作過(guò)程中碼垛機(jī)的工作情況，理解其工作原理； (2) 根據(jù)參數(shù)選擇電機(jī)，確定控制方案。進(jìn)行控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)； (3) 根據(jù)總體方案的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)電器控制的原理框圖； (4) 進(jìn)行 PLC 的選型，進(jìn)行硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)并對(duì) I/O 分配； (5) 針對(duì)每一部分的硬件設(shè)計(jì)， 進(jìn)行軟件部分設(shè)計(jì)， PLC 控制程序的編寫(xiě)及調(diào)試； (6) 應(yīng)用組態(tài)軟件制做監(jiān)控仿真操作界面。 哈爾濱工程大學(xué) 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 第 2章 碼垛機(jī)的總體方案設(shè)計(jì) 碼垛機(jī)的總體框圖 上位機(jī)(PC)輸入SIM ATI CS7 200 CNCP U2 24XP2142AD230XB8輸出操作面板行程開(kāi)關(guān)倉(cāng)格工件檢測(cè)開(kāi)關(guān)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器電磁閥輔助器件 圖 總體框圖 圖 為采用 西門(mén)子 S7200 PLC 作為主控制器的 碼垛機(jī) 總體框圖。一臺(tái) PC 作為上位監(jiān)控機(jī)通過(guò) RS232/485 通信 端 口與 PLC 相連，可以對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行全面的監(jiān)控管理。 本設(shè)計(jì)只針對(duì) PLC 的控制設(shè)計(jì)，其輸入都有啟動(dòng)按鈕、停止按鈕、單機(jī)聯(lián)機(jī)切換開(kāi)關(guān)、急停等操作面板上的操作開(kāi)關(guān) ，還有碼垛機(jī)的 行程 限位開(kāi)關(guān)和立體倉(cāng)庫(kù)上 12個(gè)倉(cāng)格 有無(wú)貨物的 檢測(cè)開(kāi)關(guān)。 其輸出包括 4 個(gè)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的脈沖和方向輸出，以及碼垛機(jī)上氣動(dòng)機(jī)械手夾取松開(kāi)的電磁閥和一些輔助的設(shè)備 （ 例如啟動(dòng)停止的指示燈 ） 。 4 個(gè) 步進(jìn)電機(jī) 驅(qū)動(dòng)器分哈爾濱工程大學(xué) 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 別驅(qū)動(dòng) 4 個(gè)步進(jìn)電機(jī)，這 4 個(gè)步進(jìn)電機(jī)分別用于 控制 碼垛機(jī)的 X 軸、 Y 軸、 Z 軸的移動(dòng)和 1 個(gè)機(jī)械手的轉(zhuǎn)動(dòng) 。 碼垛機(jī)的結(jié)構(gòu)組成 本課題是針對(duì)學(xué)校實(shí)驗(yàn)室的柔性制造系統(tǒng)中的立體倉(cāng)庫(kù)環(huán)節(jié)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)前期準(zhǔn)備工作而設(shè)計(jì)的。實(shí)驗(yàn)裝置由機(jī)械部分、電氣部分和操作臺(tái)組成 ， 模擬了碼垛機(jī)在 一個(gè)有 12 倉(cāng)位 的立體倉(cāng)庫(kù) 的工作情況 。 碼垛機(jī)是由三個(gè)直線電控工作臺(tái)以及一個(gè)旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)外加一個(gè)氣動(dòng)手爪組成。然后整體放置在桌面上，用螺釘固定在桌面鋁合金槽內(nèi)的螺母中。 碼垛機(jī)的構(gòu)成表 。 其中 I 軸和 II 軸除行程不一致外，本身結(jié)構(gòu)形式完全相同，均采用了光軸導(dǎo)軌支撐，滾珠絲杠傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是承載能力高，安裝方便。 III 軸是垂直的升降軸，因?yàn)橄鄬?duì)承載低，故采用光軸支撐，滾珠絲杠傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)。三個(gè)軸互成直角組合搭建而成。也就是典型的直角坐標(biāo)機(jī)器人。工業(yè)上經(jīng)常用到這種結(jié)構(gòu)。 IV軸為旋轉(zhuǎn)軸，通過(guò)支架與 III 軸活動(dòng)平臺(tái)連接。結(jié)構(gòu)為蝸輪蝸桿形式。所有直線工作臺(tái)在此系統(tǒng)中都采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)聯(lián)軸器與絲杠端連接。 表 碼垛機(jī)器人構(gòu)成介紹 軸 構(gòu)成 動(dòng)作范圍 I 步進(jìn)電機(jī) 280mm 聯(lián)軸器 滾珠絲杠 光軸導(dǎo)軌 II 步進(jìn)電機(jī) 300mm 聯(lián)軸器 滾珠絲杠 光軸導(dǎo)軌 III 步進(jìn)電機(jī) 350mm 聯(lián)軸器 滾珠絲杠 光軸導(dǎo)軌 IV 步進(jìn)電機(jī) 177。100176。 蝸輪蝸桿 哈爾濱工程大學(xué) 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 碼垛機(jī)的控制方案 碼垛機(jī)的控制功能要求 碼垛機(jī)是立體倉(cāng)庫(kù)貨物存取任務(wù)的最終執(zhí)行者，其主要?jiǎng)幼靼?： (1) 碼垛機(jī)沿貨架（ I 軸方向）的左右運(yùn)動(dòng)； (2) 碼垛機(jī)接近和遠(yuǎn)離貨架（ II 軸方向）的前后運(yùn)動(dòng)； (3) 碼垛機(jī)沿立柱（ III 軸方向）的上下升降運(yùn)動(dòng)； (4) 安裝在碼垛機(jī)上機(jī)械手的轉(zhuǎn)動(dòng)（ IV 軸）； (5) 安裝在碼垛機(jī)上機(jī)械手的加緊和放松。 因此，碼垛機(jī)單元的自動(dòng)控制主要應(yīng)包含以下幾方面的內(nèi)容： (1) 手動(dòng)控制功能：僅能通過(guò)控制面板的按鈕進(jìn)行啟動(dòng)、停止、急停等控制操作； (2) 自動(dòng)控制功能：當(dāng)手動(dòng)按下啟動(dòng)按鈕時(shí)，要求碼垛機(jī)應(yīng)能完成復(fù)位動(dòng)作以及貨物的自動(dòng)入庫(kù)任務(wù)。碼垛機(jī)運(yùn)動(dòng)的情況下，碼垛機(jī)要運(yùn)動(dòng) 到碼垛位和抓取位，其中的坐標(biāo)點(diǎn)必須有一個(gè)參考系，并且，在系統(tǒng)斷電的時(shí)候，為防止系統(tǒng)丟掉原點(diǎn)信息，以及當(dāng)系統(tǒng)以外停機(jī)或發(fā)生故障的時(shí)候需要系統(tǒng)具有原點(diǎn)復(fù)位功能。 (3) 安全保護(hù)功能：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各關(guān)鍵器件的使用情況及系統(tǒng)的運(yùn)行情況，出現(xiàn)故障時(shí)及時(shí)報(bào)警。 碼垛機(jī)的控制方案確定 在當(dāng)今的工業(yè)控制領(lǐng)域，有相當(dāng)多的控制手段和設(shè)備，比如：繼電器控制、 PC控制、單片機(jī)控制、集散控制系統(tǒng)（ DCS）以及可編程控制器（ PLC）控制等等。 目前，比較有代表性的碼垛機(jī)控制方式主要有： (1) 基于 PLC 的控制系統(tǒng) 基于 PLC 的控制系統(tǒng)，其主要構(gòu)成是以 PLC 控制器為核心，運(yùn)用其強(qiáng)大的 I/O功能，完成其與 HMI（人機(jī)接口）的通信，其主要優(yōu)點(diǎn)是編程比較簡(jiǎn)單，對(duì)使用者的要求不高，且其抗干擾能力比較強(qiáng)大，運(yùn)行非常穩(wěn)定，主要缺點(diǎn)是不能實(shí)現(xiàn)通用化，其靈活程度不高。 (2) 基于 PC 控制系統(tǒng) 基于 PC 的控制系統(tǒng)是主要由計(jì)算機(jī)（一般是工控機(jī)）完成主要的算法和碼垛機(jī)器人運(yùn)動(dòng)路徑規(guī)劃以及結(jié)合運(yùn)動(dòng)控制器來(lái)控制電機(jī)運(yùn)動(dòng)，由于基于 PC 機(jī)，故可以可使用高級(jí)語(yǔ)言編程，其靈活性比較高，可完成比較復(fù)雜的控制功能，其缺點(diǎn)是開(kāi)發(fā)周期比較長(zhǎng)，且對(duì)開(kāi)發(fā)者要求比較高。 哈爾濱工程大學(xué) 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 綜上所述， PLC 作為一種專(zhuān)門(mén)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，具有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。 本設(shè)計(jì)針對(duì)學(xué)校實(shí)驗(yàn)室的柔性制造系統(tǒng)中的立體倉(cāng)庫(kù)環(huán)節(jié)進(jìn)行設(shè)計(jì)的，規(guī)模相對(duì)于工業(yè)中要小，所以選擇第一種方案：基于 PLC 的控制系統(tǒng)。 碼垛機(jī)的定位方案確定 碼垛機(jī)的定位控制方法很多，現(xiàn)就幾種典型方法介紹如下： (1) 常規(guī)的限位開(kāi)關(guān)定位方法 碼垛機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，要先確定目前的位置，然后才能根據(jù)目標(biāo)信號(hào)決定控制狀態(tài)。例如：碼垛機(jī)到某一層需要停下來(lái)時(shí)，首先在接近這一層時(shí)，要先從高速狀態(tài)減速，到達(dá)平層位置時(shí)，再停車(chē) 準(zhǔn)備存取貨物。因此，我們通常在每一層井道上安裝三個(gè)限位開(kāi)關(guān)，即上、下平層限位開(kāi)關(guān)和平層限位開(kāi)關(guān)。 如圖 所示，當(dāng)碼垛機(jī)在上升時(shí)，首先碰到下平層限位開(kāi)關(guān)，此信號(hào)送到 PLC輸入端， PLC 向變頻器發(fā)出減速信號(hào)，變頻器按照預(yù)先設(shè)定的減速曲線，控制碼垛機(jī)開(kāi)始減速，當(dāng)停下時(shí)，進(jìn)入貨物存取狀態(tài)。 圖 平層開(kāi)關(guān)示意圖 (2) 認(rèn)址片的定位方法 采用認(rèn)址片的定位方法時(shí)，準(zhǔn)確地認(rèn)址定位是正確存取貨物的關(guān)鍵。 認(rèn)址片結(jié)構(gòu)如圖 所示，認(rèn)址方法如下：在巷道地基上相對(duì)于每列貨格安裝固定的認(rèn)址片（擋板），在碼垛機(jī)底部安 裝 4 個(gè)光電開(kāi)關(guān)（ GDl 和 GD2）與（ GD3 和GD4）隨碼垛機(jī)一起前后運(yùn)動(dòng)，每經(jīng)過(guò)列貨格，光電開(kāi)關(guān)通過(guò)認(rèn)址檔板發(fā)出脈沖信號(hào)到 PLC 從而達(dá)到列認(rèn)址目的。同樣，在碼垛機(jī)立柱上相對(duì)于每層安裝認(rèn)址片，在其升降臺(tái)安裝光電開(kāi)關(guān)（ GD5 和 GD6）隨升降臺(tái)一起上下運(yùn)動(dòng)，達(dá)到層認(rèn)址的目的。光電開(kāi)關(guān)的脈沖輸入信號(hào)作為 PLC 內(nèi)部認(rèn)址計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)信號(hào)，計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值作哈爾濱工程大學(xué) 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 為速度控制的依據(jù)。當(dāng)碼垛機(jī)到達(dá)目標(biāo)貨格即計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值計(jì)到零時(shí)，發(fā)出停車(chē)信號(hào)使其停止運(yùn)行。 圖 認(rèn)址片結(jié)構(gòu) 升降臺(tái)上的光電開(kāi)關(guān)又用 PLC 內(nèi)部的計(jì)數(shù)器接收光電脈 沖，升降臺(tái)每經(jīng)過(guò)一層，計(jì)數(shù)器減 1 計(jì)數(shù)，從而達(dá)到層方向認(rèn)址的目的。碼垛機(jī)對(duì)其定位精度要求是比較高的，一般誤差不超過(guò) 2mm。否則，由于誤差的積累，在貨叉存取貨物時(shí)易碰到貨架或發(fā)生其他事故。但當(dāng)發(fā)出停車(chē)信號(hào)后，碼垛機(jī)由于慣性還會(huì)滑行一點(diǎn)，這樣，光靠計(jì)數(shù)認(rèn)址很難達(dá)到精確定位的目的。為此我們把認(rèn)址片結(jié)構(gòu)做成如圖 所示的形式。用1 號(hào)光電開(kāi)關(guān)作為認(rèn)址計(jì)數(shù)開(kāi)關(guān)，計(jì)數(shù)到零時(shí)發(fā)出停車(chē)信號(hào)，然后再利用 1 號(hào)和 2 號(hào)開(kāi)關(guān)作精確定位。如果 1 號(hào)與 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)明己超過(guò)，點(diǎn)動(dòng)碼垛機(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)碼垛機(jī)前進(jìn)，再檢測(cè)比較。這樣達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的。 (3) 采用 PLC 脈沖 串 輸出 與步進(jìn)驅(qū)動(dòng)結(jié)合的定位 方法 圖 PLC 脈沖串輸出與步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器結(jié)合 PLC 脈沖串輸出與步進(jìn)驅(qū)動(dòng)結(jié)合使用的控制系統(tǒng)，具有可靠性高、可實(shí)現(xiàn)精確定位等優(yōu)點(diǎn)，適合于小功率驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。 哈爾濱工程大學(xué) 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 西門(mén)子 PLC 提供有開(kāi)環(huán)運(yùn)動(dòng)控制的三種方式：脈寬調(diào)制（ PWM） ——內(nèi)置于 PLC里，用于速度、位置或占空比控制；脈沖串輸出（ PTO） ——內(nèi)置于 PLC 里，用于速度和位置控制； EM253 位控模塊 ——用于速度和位置控 制的附加模塊。 內(nèi)置于西門(mén)子 PLC的 PTO和 EM253位控模塊都使用一個(gè)脈沖串輸出用于步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的速度和位置控制 ，如圖 。 西門(mén)子 PLC 對(duì) 步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向 控制 有四種方式 ， 分別如圖 所示。 圖 PLC 的輸出極性和方向控制方式 由以上的介紹，我們可以看出，安裝限位開(kāi)關(guān)或認(rèn)址片的定位方法，不僅廢工廢料，而且每個(gè)開(kāi)關(guān)或認(rèn)址片的實(shí)際安裝距離，均不可避免地存在一定量的誤差，使得系統(tǒng)的安裝調(diào)試變得復(fù)雜，而且定位質(zhì)量難以保證。一旦系統(tǒng)要求改造，又要重新進(jìn)行安裝工作。而采用 PLC 脈沖 串 輸出與步 進(jìn)驅(qū)動(dòng)器結(jié)合的定位方法，通過(guò) PLC 其發(fā)出的脈沖數(shù)可以很容易地確定碼垛機(jī)的當(dāng)前位置，這種碼垛機(jī)的位移定位方法具有定位精度高、適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，因此，采用此方案對(duì)碼垛機(jī)進(jìn)行定位。 本章小結(jié) 本章針對(duì)立體倉(cāng)庫(kù)中碼垛機(jī)的控制系統(tǒng)進(jìn)行了方案設(shè)計(jì)。系統(tǒng)主控制器選擇了在工業(yè)環(huán)境中廣受歡迎的可編程控制器（ PLC）。最后，在綜合比較了多種碼垛機(jī)的定位方法后，并結(jié)合本設(shè)計(jì)的實(shí)際要求，選擇了定位精度更高，控制方法更加靈活的定位方案 ——通過(guò) PLC 其發(fā)出的脈沖數(shù)和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器結(jié)合定位 的方法 。 哈爾濱工程大學(xué) 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 第 3章 碼垛機(jī)的硬件 設(shè)計(jì)選型及 介紹 本章將詳細(xì)分析系統(tǒng)中各個(gè)組成硬件的原理與特點(diǎn)，并根據(jù)貨物存儲(chǔ)系統(tǒng)的實(shí)際工作環(huán)境，選擇適合本系統(tǒng)的設(shè)備型號(hào)以及參數(shù)，完成碼垛機(jī)單元的硬件設(shè)計(jì)。 電動(dòng)機(jī)的計(jì)算選取 碼垛機(jī)的已知參數(shù) 作為整個(gè)堆垛機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)速度驅(qū)動(dòng)者，電動(dòng)機(jī)的合適選取十分重要。針對(duì)該立體倉(cāng)庫(kù)的實(shí)際工作情況，設(shè)計(jì)的堆垛機(jī)系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)滿足以下參數(shù)要求： 工作臺(tái)的質(zhì)量： 401?m kg； 工件質(zhì)量： 402 ?m kg； 最高速度： ?v m/s； 加速時(shí)間： ?t s； 減速時(shí)間： ?t s； 絲桿導(dǎo)程： 5?P mm； 阻力： 20?f N； 摩擦系數(shù)： ~?? ； 根據(jù) 已知參數(shù) 對(duì)電動(dòng)機(jī)的選型計(jì)算 先求加速度： ??? tva m/s 垂直方向軸向力計(jì)算： 上升加速時(shí) fammgmmF a ????? )()( 21211 1 )()( ???????? N 上升勻速時(shí) fgmmF a ??? )( 212 )( ????? N 上升減速時(shí) fammgmmF a ????? )()( 21213 1 )()( ???????? N 下降加速時(shí) fammgmmF a ????? )()( 21214 7 )()( ???????? N 下降勻速時(shí) fgmmFa ??? )( 215 哈爾濱工程大學(xué) 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 7 )( ????? N 下降減速時(shí) fammgmmF a ????? )()( 21216 7 )()( ???????? N 水平運(yùn)動(dòng)時(shí) fammgmmF a ????? )()( 21217 ? )()( ????????? N