【正文】 2）水平行走系統(tǒng)和垂直提升裝置目前均為開(kāi)環(huán)控制模式，可以增加編碼器組 成位置閉環(huán)控制模式，以實(shí)現(xiàn)更可靠的定位。分析了工作流程圖，用 S7200 的編程軟件完成了控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)，并給出了堆垛機(jī)的主程序和初始化程序。由于篇幅有限，本文僅給出初始化程序和主 程序。 序號(hào) 數(shù)字量輸出功能 PLC 地址 備注 1 伺服啟動(dòng) SON 2 向前 ST1 3 向后 ST2 4 伺服低速 SP1 5 伺服高速 SP2 6 伺服復(fù)位 RES 7 伺服閘 KA1 8 升降高速 9 升降低速 10 向上 11 向下 12 貨叉高速 13 貨叉低速 14 向左 15 向右 16 升降閘 KA2 17 貨叉閘 KA3 4 控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 21 下圖是堆垛機(jī)工作流程； 出庫(kù) 入庫(kù) 無(wú)貨 有貨 無(wú)貨 有貨 有貨 無(wú)貨 有貨 無(wú)貨 圖 44 堆垛機(jī)工作 流程圖 初始化 判斷出入庫(kù) 報(bào)警 虛實(shí)檢測(cè) 目標(biāo)取貨 接收指令 目 標(biāo)取貨 層位準(zhǔn)停 列位準(zhǔn)停 虛實(shí)檢測(cè) 報(bào)警 空載出庫(kù) 列位準(zhǔn)停 貨叉回中位 原點(diǎn)準(zhǔn)停 水平回原點(diǎn) 貨叉微抬 貨叉微降 貨叉回中位 豎回原點(diǎn) 伸叉 高位貨叉 虛實(shí)檢測(cè) 貨叉微升 低位伸叉 報(bào)警 原點(diǎn)等待 層位準(zhǔn)停 報(bào)警 存貨結(jié)束 低位縮叉 在庫(kù)等待 虛實(shí)檢測(cè) 原點(diǎn)等待 低位縮叉 貨叉微降 高位伸叉 取貨結(jié)束 XXXX 大學(xué)本科畢業(yè)論文 22 軟件編程及實(shí)現(xiàn) 本項(xiàng)目選用 S7 200 PLC 作為控制核心，并采用 STEP7 Micro/win SP6 軟件編程。結(jié)合控制要求選定本系統(tǒng)的主要配置資源如下表 41； 表 41 堆垛機(jī)控制系統(tǒng)主要設(shè)備配置表 序號(hào) 名 稱 型號(hào) 數(shù)量 1 上位管理機(jī) Hp pavilion p61210cx 1 臺(tái) 2 斷相保護(hù)器 正泰 DZ4769 1 個(gè) 3 電氣控制柜 定制 1 個(gè) 4 行程開(kāi)關(guān) CNTD TZ8108 7 個(gè) 5 接近開(kāi)關(guān) YJDJI 1 個(gè) 6 U 型光電傳感器 E3SGS 15N 5 個(gè) 7 I/O 擴(kuò)展模塊 EM221 和 EM223 各 1 個(gè) 8 PLC S7200 1 個(gè) 9 三相異步電動(dòng)機(jī) 定做電機(jī) 和 各 1 臺(tái) 10 變頻器 MM440 和 各 1 個(gè) 11 伺服驅(qū)動(dòng)器 MRJ3200A 1 個(gè) 12 伺服電機(jī) HFSP152 1 臺(tái) 13 以太網(wǎng)串口轉(zhuǎn)換器 MOXA NPORTW2150 2 個(gè) 14 觸摸屏 昆侖通態(tài) 、 TPC1063H 1 個(gè) I/O 口分配方案 在明確了控制系統(tǒng)功能和控制方案之后，就需要根據(jù)實(shí)際需求對(duì) PLC 的 I/O 口進(jìn)行分配，為軟件編程的打好基礎(chǔ)。 3 控制方案設(shè)計(jì) 17 （ 3）對(duì)堆垛機(jī)的認(rèn)址技術(shù)和位置控制方案進(jìn)行了分析，最終確定采用 U 型傳感器 +認(rèn)址片的相對(duì)認(rèn)址控制方案，并對(duì)水平行走、垂直提升和貨叉伸縮的位置控制方案進(jìn)行了設(shè)計(jì)。 圖 35 垂直提升的傳感器分布圖 現(xiàn)以取貨為例，對(duì)垂直提升部分定位原理進(jìn)行說(shuō)明；當(dāng)堆垛機(jī)接收到上位機(jī)或觸摸屏的取貨指令后，如果目標(biāo)貨位高于源貨位，并且差值大于 1，那么載貨臺(tái)就會(huì)先加速至 10m/min 的速度進(jìn)行提升， B 傳感器 每經(jīng)過(guò) 1 個(gè)認(rèn)址片時(shí)， plc 計(jì)數(shù)器進(jìn)行加 1 操作，當(dāng)差值變?yōu)? 1 時(shí)，載貨臺(tái)提升速度將降為 4m/min 的速度提升，在 B 傳感器再次檢測(cè)到認(rèn)址片時(shí)，載貨臺(tái)則會(huì)按照設(shè)定好的時(shí)間進(jìn)行減速，在 B、 C 認(rèn)址片同時(shí)檢測(cè)到認(rèn)址片時(shí)，電機(jī)抱閘停車。認(rèn)址片用 85mm 長(zhǎng)的鐵片制作而成，并且安裝在地面上。在實(shí)際運(yùn)用中堆垛機(jī)的認(rèn)址方式主要有絕對(duì)認(rèn)址方式和相對(duì)認(rèn)址方式。 貨位編碼 本文涉及的立體庫(kù)擁有 2 排， 13 列， 4 層。 變頻器的選擇主要依據(jù)電機(jī)的型號(hào)，電機(jī)的額定電流，同時(shí)需要參考 電機(jī)的額定功率并綜合考慮負(fù)載恒功率特性等因素。 對(duì)于機(jī)械系統(tǒng)而言，為獲得速度等運(yùn)動(dòng)輸出，其基本輸入量應(yīng)當(dāng)是控制力 )(tf ，即通過(guò)將速度傳感器的檢測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換成“控制力”，系統(tǒng)中的其它各種輸入方式最終都是通過(guò)“力”來(lái)表現(xiàn)，所謂運(yùn)動(dòng)控制，都是對(duì)“力”的控制。 按照被控制量性質(zhì)不同可分為 位置控制、速度或加速度控制、力或力矩控制、速度或位置的同步控制等伺服系統(tǒng)等。其應(yīng)用范圍非常廣泛，不僅能夠完成轉(zhuǎn)動(dòng)控制、直線運(yùn)動(dòng)控制， 簡(jiǎn)單的的曲線運(yùn)動(dòng)控制 而且能夠依靠多套伺服的配合 加上電氣元件 ，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的空間曲線運(yùn)動(dòng)的控制。 4）擁有獨(dú)立的 30kW 的高速計(jì)數(shù)器 6 個(gè)，獨(dú)立的 20kW 高速脈沖輸出 2 路。 S7200 系列 PLC 價(jià)格低廉，結(jié)構(gòu)小巧，可靠性高，運(yùn)行速度快，編程指令集豐富，具有強(qiáng)大的多中集成功能和實(shí)時(shí)性，性價(jià)比高并能滿足我們控制的要求，所以選擇其作為控制核心，并選擇 CPU226 作為主機(jī)控制單元 [15]。 （ 4）保護(hù)功能 為了保證人身、貨物及設(shè)備的安全，堆垛機(jī)需配備有完善的硬件及軟件的安全保護(hù)裝置，并在電氣控制上采取一系列聯(lián)鎖和保護(hù)措施。 （ 4）計(jì)算機(jī)控制方式 堆垛機(jī)正常運(yùn)行時(shí)主要采用聯(lián)機(jī)自動(dòng)方式，堆垛機(jī)通過(guò)光調(diào)制解調(diào)器接收來(lái)自控制計(jì)算機(jī)的操作指令，完成相應(yīng)的入出庫(kù)作業(yè)，并向控制計(jì)算機(jī)反饋?zhàn)鳂I(yè)狀態(tài)信息及故障信息。在此方式下，操作人員可以直接在操作面板上設(shè)定作業(yè)內(nèi)容和地址，控制堆垛機(jī)單步在巷道中實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位并進(jìn)行貨物的存取等操作。 （ 1）手動(dòng)控制方式 手動(dòng)方式一般用于兩個(gè)時(shí)候。確定了堆垛機(jī)的整體結(jié)構(gòu)形勢(shì)為單位立柱巷道堆垛機(jī)，并對(duì)水平行走結(jié)構(gòu)、貨叉、載貨臺(tái)、提升機(jī)構(gòu)、安全防護(hù)進(jìn)行了分析。 4) 載貨臺(tái)超載保護(hù) 堆垛機(jī)為了防止超載，本文添加了機(jī)械式超載限制器。所以在對(duì)堆垛機(jī)的控制過(guò)程中加入了聯(lián)鎖保護(hù)，堆垛機(jī)在水平行走過(guò)程中，載貨臺(tái)的垂直提升運(yùn)動(dòng)和貨叉的伸縮運(yùn)動(dòng)是被鎖定的，只有當(dāng)水平定位完成后，載貨臺(tái)才能垂直運(yùn)動(dòng)，貨叉在垂直方向定位完成后才執(zhí)行伸縮操作。 提升機(jī)構(gòu) 提升機(jī)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)載貨臺(tái)垂直提升的動(dòng)力及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，堆垛機(jī)常用的三種提升方式有：鏈條提升、鋼絲繩卷筒提升以及鋼絲繩曳引輪提升方式三種 [12]。 載貨臺(tái) 載貨臺(tái)是貨物的承載單元，其主要由導(dǎo)向輪、導(dǎo)輪架、載貨臺(tái)體、導(dǎo)向座、及滑輪組等組成，其上安裝有貨叉裝置、斷繩保護(hù)裝置、升降認(rèn)址裝置、貨物位置異常檢測(cè)裝置等。本文選用齒輪齒條傳動(dòng)方式，其主要由上叉、中叉、下叉、齒輪齒條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、導(dǎo)向輪和貨叉電機(jī)等組成。 本機(jī)構(gòu)的下橫梁運(yùn)用 10mm 后的鋼板經(jīng)過(guò)加工焊接而成，主動(dòng)輪和從動(dòng)輪兩端的軸承安裝孔，在加工的過(guò)程 中應(yīng)用加工中心旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)經(jīng)過(guò)一次裝夾，鏜削而成，有效的保證了主動(dòng)輪和從動(dòng)輪軸線的平行性，對(duì)堆垛機(jī)的水平行走的平穩(wěn)性起到了很好的作用。 堆垛機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)大致如圖 21。良好的堆垛機(jī)應(yīng)該滿足以下幾點(diǎn)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)； (1)擁有多個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的控制，即水平方向的來(lái)回行走，實(shí)現(xiàn)堆垛機(jī)的列定位；載貨臺(tái)的上下運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)堆垛機(jī)的層定位；貨叉的雙向伸縮運(yùn)動(dòng)，實(shí) 現(xiàn)貨物的存取。據(jù)可靠調(diào)研，我國(guó)很多行業(yè)都用到自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)，主要應(yīng)用于機(jī)械制造、礦業(yè)、船舶、航空航天、食品加工、煙草等行業(yè)。在這種情況下，能代表現(xiàn)代企業(yè)先進(jìn)水平的自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)也就應(yīng)運(yùn)而生。隨著物流倉(cāng)儲(chǔ)技術(shù)的快速發(fā)展，物流倉(cāng)儲(chǔ)的高效率性對(duì)堆垛機(jī)的存取速度提出了更高的要求，研制運(yùn)行平穩(wěn)可靠、認(rèn)址準(zhǔn)確、起動(dòng)制動(dòng)靈敏、運(yùn)行振動(dòng)小、噪音小等綜合性能高的運(yùn)行速度達(dá)到 160～ 200m/min 以上的高速堆垛機(jī)成為今后的主要發(fā)展方向 [6]。堆垛機(jī)是立體倉(cāng)庫(kù)的重要部分，技術(shù)是伴隨著自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)技術(shù)慢慢發(fā)展起來(lái)的。這種堆垛機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置安裝在底盤(pán)的兩側(cè)，有利于平時(shí)的保養(yǎng)、維修和拆運(yùn)。 在 19 世紀(jì)初堆垛機(jī)的雛形出現(xiàn)在美國(guó)。立體倉(cāng)虧最重要的部分是軌道堆垛機(jī)，軌道堆垛機(jī)因?yàn)樽饔脧V泛而得到推廣使用。不過(guò)因?yàn)槠滠壍罏橹本€，該類型的堆垛機(jī)可以在高速情況下運(yùn)行，能夠?qū)崿F(xiàn)立體庫(kù)的高頻率作業(yè)，在物流行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。這種結(jié)構(gòu)使用材料相對(duì)較少，這樣就減輕了整機(jī)的重量，同時(shí)降低了產(chǎn)品投入成本。 1）按 結(jié)構(gòu)形式，堆垛機(jī)可分為雙立柱有軌巷道堆垛機(jī)和單立柱有軌巷道堆垛機(jī) 。 堆垛機(jī)的簡(jiǎn)介 起重和搬運(yùn)是堆垛機(jī)在立體倉(cāng)庫(kù)中最常見(jiàn)的兩個(gè)作用，在系統(tǒng)的控制下堆垛機(jī)能夠在自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的巷道中往返運(yùn)行并存取貨物。其優(yōu)越性主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： 1) 實(shí)現(xiàn)密集存儲(chǔ)、提高空間利用率：立體倉(cāng)庫(kù)通常采用 7— 25 米高的巷道式高架貨架存儲(chǔ)，巷道堆垛機(jī)進(jìn)行存取貨物的操作空間只需一個(gè)貨位的寬度即可，空間利用率能達(dá)到常規(guī) 倉(cāng)庫(kù)的 5— 10 倍； 2 ) 實(shí) 現(xiàn) 倉(cāng) 儲(chǔ) 物 流 的 全 自 動(dòng) 化 ： 立 體 倉(cāng) 庫(kù) 的 貨 物 存 取 采 用 全 自 動(dòng) 巷 道 堆 垛 機(jī) ， 出 入 庫(kù) 系 統(tǒng) 采 用 各 種 輸 送 設(shè) 備 ， 這 些 設(shè) 備 通 過(guò) 統(tǒng) 一 的 控 制 系 統(tǒng) 調(diào) 度 、 監(jiān) 控 、 管 理 ， 實(shí) 現(xiàn) 整 個(gè) 倉(cāng) 儲(chǔ) 系 統(tǒng) 的 全 無(wú) 人 自 動(dòng) 化 運(yùn) 行 。 自動(dòng)化發(fā)展最快的當(dāng)屬我們的鄰國(guó)日本，在 1965 開(kāi)始有了第一座自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)后，平均每年以 300 座的速度大規(guī)模興建。目前我國(guó)的自動(dòng)化立體庫(kù)技術(shù)已經(jīng)基本成熟，并進(jìn)入大量應(yīng)用階段。大概開(kāi)始于 1998 年，一家國(guó)內(nèi)公司發(fā)明了以傳感器激光測(cè)距為主要技術(shù)的立體倉(cāng)庫(kù)。它始于 1973 年，在接下來(lái)的 10 多年間，我國(guó)完成了系統(tǒng)的研制與應(yīng)用，但由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展的限制，應(yīng)用非常有限。 sensor 1 緒論 目錄 摘要 Abstract 目錄 .............................................................................................................................................. 7 課題研究的背景 .............................................................................................................. 1 自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的簡(jiǎn)介 ............................................................................................... 1 自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r ........................................................................... 1 自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的優(yōu)越性 ........................................................................................... 2 堆垛機(jī)的簡(jiǎn)介 .................................................................................................................. 3 堆垛機(jī)的發(fā)展 ...............