【正文】 趙則祥主編 公差配合與質(zhì)量控制[M] 開封 河南大學(xué)出版社 1999年8月10. 王宵 段智敏 自動(dòng)化立體倉庫的設(shè)計(jì)[J] 沈陽工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào) 2004年6月 第23卷8.最后，再次感謝在本次設(shè)計(jì)過程中幫助我的老師和同學(xué)，感謝你們！這次畢業(yè)設(shè)計(jì)最要感謝的是我們的指導(dǎo)老師，每次遇到我和組員都解決不了的問題時(shí)，是老師來給我耐心的講解，引導(dǎo)我走上正確的道路，沒有老師的指導(dǎo)，我是不會(huì)完成本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)的，所以非常感謝李老師。可以說是大學(xué)這個(gè)熔爐將我的心理和身體都塑造成熟到能夠去面對(duì)以后所有困難。這將成為我一生的財(cái)富。另外我也更加懂得了團(tuán)隊(duì)的涵義，在這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我經(jīng)常會(huì)遇到一些自己解決不了的問題，這時(shí)候我們小組的同學(xué)就會(huì)幫我分析這個(gè)問題，直到完全的解決它，解決不了的再去問老師，于是我明白了團(tuán)隊(duì)就是要合作。這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，不僅讓我發(fā)現(xiàn)了自己的長處，最重要的是發(fā)現(xiàn)了自己缺點(diǎn)，比如說：畫圖時(shí)要用的CAD軟件，以前雖然學(xué)過，但也是皮毛，過后也沒去深入的學(xué)習(xí)，所以畫圖時(shí)就捉襟見肘，感到自己懂的實(shí)在是太少，恨不得把圖立刻吃下去；過這次設(shè)計(jì)后自己的電腦畫圖水平有了很大的長進(jìn)，一般的圖已經(jīng)難不倒我了，看到圖也知道怎么去畫才能最優(yōu)，效果最好，這都是我的進(jìn)步，我的收獲。我做的畢業(yè)設(shè)計(jì)是：“自動(dòng)化立體倉庫的出料系統(tǒng)及總體設(shè)計(jì)” ，經(jīng)過了3個(gè)月的努力，查閱各種資料，翻閱各種報(bào)紙雜志，遇到問題就請(qǐng)教老師、同學(xué)，最終我也順利的完成了此次的設(shè)計(jì)任務(wù)，基本達(dá)到了指導(dǎo)老師的要求，確定了自動(dòng)化立體倉庫的貨架結(jié)構(gòu)，材料的選用，經(jīng)濟(jì)性計(jì)算；和出料系統(tǒng)的輸送方式，零部件的選用，及安裝、配合方式等。特別適用于庫存品種繁多，且貨物出入庫無次序無規(guī)律的倉庫。 出入庫方便 這樣可方便、迅速的進(jìn)行貨物的出入庫作業(yè)，提高工作效率。 由于物資分格存放，每件貨物分別存放，互不堆壓，可減少損失，提高貨物的完好性，并且降低管理成本，減少了非生產(chǎn)性壞品。因?yàn)閭}庫向高層發(fā)展，同時(shí)堆垛機(jī)的作業(yè)通道寬度減小，因此大大提高了倉庫面積的利用率和空間利用率。 隨著社會(huì)的發(fā)展，城市土地面積緊張。然后，電機(jī)啟動(dòng)，帶動(dòng)鏈條傳送物品，如果是往下走則電磁離合器不動(dòng)，如果是往另一個(gè)方向走則電磁離合器彈出，阻擋物品往下走，同時(shí)另一個(gè)電機(jī)啟動(dòng)，帶動(dòng)鏈條通過鏈條上的撥叉?zhèn)鬏斘锲返搅硪粭l通道。 出料系統(tǒng)的傳送裝置，用的是皮帶傳動(dòng)，皮帶下面有支撐鋼板，這樣可防止物品過重對(duì)于皮帶的拉伸力過大，而損壞過快，其中動(dòng)力源在鋼板后面，防止鏈輪鏈條過于暴露，而帶來的安全隱患。物流系統(tǒng)中各機(jī)械的零部件到了使用年限應(yīng)及時(shí)更換。因這些零部件多屬易耗品，有一定的備品以供更換之用，通過更換易耗品之后，真?zhèn)€產(chǎn)品仍能繼續(xù)使用。所謂產(chǎn)品壽命，就是經(jīng)過多年使用，達(dá)到規(guī)定的使用年限時(shí)，功能下降，維修費(fèi)用增加，產(chǎn)品應(yīng)該更新了。如果使用年限為30年時(shí)，^6次，這就是大作業(yè)時(shí)間率。若使用年限為15年，則15年的開機(jī)次數(shù)為36萬次，^6次，這就是小作業(yè)時(shí)間率。設(shè)備的使用頻率對(duì)使用年限也有一定的影響，基本年限x使用頻率才是實(shí)際使用年限。此外，物流系統(tǒng)的性能、功能和質(zhì)量與價(jià)格有關(guān)。按操作規(guī)程正確使用物流系統(tǒng)，能夠長期保持其良好的性能和功能。堆垛機(jī)是有框架、機(jī)械和電氣控制三大部分組成的。下表所示為各種機(jī)械的使用年限；設(shè)備使用年限是減價(jià)折舊的基礎(chǔ)，根據(jù)保養(yǎng)維修程度，實(shí)際使用年限是完全不一樣的。綜合考慮選取z=15設(shè)計(jì)功率Pd: Pd=Ka*P其中 Ka工況系數(shù) P傳遞功率查表得 Ka= P=故Pd=Ka*P= KW特定條件下單排鏈條傳遞的功率Po： Po= 其中 Kz小鏈輪齒數(shù)系數(shù) 查表得Kz= Kp排數(shù)系數(shù) 查表得Kz=所以 Po= = KW鏈條節(jié)距：根據(jù)Po和n1選取查圖得 P=為使傳動(dòng)平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)緊湊，選用小節(jié)距單排鏈；驗(yàn)算小鏈輪軸孔直徑： Dk≤Dkmax其中 Dkmax鏈輪軸空最大許用直徑查表得 Dkmax=15 Dk=10 故符合要求。在我的出料系統(tǒng)中，輸送機(jī)是滾筒輸送機(jī)，因?yàn)槲以O(shè)計(jì)的自動(dòng)化立體倉庫傳送的距離不大，屬于輕物品短距離的輸送，故選用了這輸送方式。一是在貨架的設(shè)計(jì)中每排貨架的兩端和中部都設(shè)計(jì)了加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，在貨架的背部設(shè)計(jì)了加強(qiáng)筋；二是在貨架的頂部采用了水平連接梁，將貨架連成一體，形成一個(gè)比較合理且抗震性能良好的空間框架結(jié)構(gòu)，使用壽命在25年以上。貨架結(jié)構(gòu)采用科學(xué)方法有限元優(yōu)化設(shè)計(jì)，選材和結(jié)構(gòu)更加合理，使用壽命在25年以上。產(chǎn)品精度高，型材截面結(jié)構(gòu)合理，外型美觀。在高層貨架總體設(shè)計(jì)中，采用單貨位橫梁式組合貨架。立柱制造全部采用連續(xù)焊接結(jié)構(gòu)，焊縫高度為56毫米，嚴(yán)格按照工藝要求進(jìn)行焊接。一旦發(fā)生應(yīng)力變形，應(yīng)采取措施消除。、模具、胎具化。 3）由于立體貨架全部采用鋼結(jié)構(gòu)，精度必須要得到保證，因此下料不能用氣割，只能用機(jī)械設(shè)備下料，來保證在冷狀態(tài)下料無變形。 2） 原材料。單個(gè)貨物的最大重量為10公斤，（因?yàn)槲覀兯O(shè)計(jì)的自動(dòng)化立體倉庫是模擬現(xiàn)實(shí)的，所以貨物的重量不可能太大。存貨方式采用一個(gè)個(gè)貨格組成高層貨架。堆垛機(jī)接受指令成功后，會(huì)根據(jù)指令要求運(yùn)行到相應(yīng)的貨位，完成一次作業(yè)?！　《讯鈾C(jī)的自動(dòng)控制流程如圖2所示。整個(gè)過程的實(shí)現(xiàn)是通過建立一個(gè)二維坐標(biāo)系，包含水平運(yùn)行（X）、垂直升降（Y），從而確定立體倉庫某個(gè)貨位的位置，在PLC程序中建立貨位坐標(biāo)數(shù)據(jù)，來實(shí)現(xiàn)對(duì)貨物的出庫、入庫、倒庫的操作。　　　　堆垛機(jī)水平運(yùn)行、垂直升降的定位，根據(jù)激光測(cè)距儀或條碼測(cè)距儀反饋的數(shù)據(jù)，PLC通過程序運(yùn)算和處理，確定輸出模塊的信號(hào)輸出，控制變頻器，從而使堆垛機(jī)以合適的速度運(yùn)行到目標(biāo)位置，當(dāng)距離目標(biāo)位置達(dá)到一定距離時(shí)，PLC切斷變頻器的速度信號(hào)，電機(jī)抱閘關(guān)閉，然后再切斷變頻器使能信號(hào)，堆垛機(jī)零速停車。PLC采用集中控制方式，堆垛機(jī)各個(gè)機(jī)構(gòu)的控制信號(hào)、行程限位開關(guān)、光電開關(guān)，以及測(cè)距儀數(shù)據(jù)等，輸入到PLC中，PLC通過程序運(yùn)算和處理，從而控制變頻器實(shí)現(xiàn)對(duì)堆垛機(jī)的控制。用FX2N軟件對(duì)此流程進(jìn)程編程。貨物經(jīng)過條碼掃描傳感器(選擇輥道2時(shí)經(jīng)過金屬/非金屬識(shí)別傳感器和顏色識(shí)別器)時(shí)，將條碼值(或金屬/非金屬識(shí)別信號(hào)，顏色識(shí)別信號(hào))讀入PLC，通過DP網(wǎng)絡(luò)分別送到機(jī)械手控制﹑堆垛機(jī)控制PLC中，機(jī)械手和堆垛機(jī)根據(jù)條碼信號(hào)(或金屬/非金屬識(shí)別信號(hào)，顏色識(shí)別信號(hào))運(yùn)行，完成貨物的入庫識(shí)別(或金屬/非金屬識(shí)別信號(hào)，顏色識(shí)別信號(hào))定位操作。當(dāng)有物體通過時(shí)，利用光的反射性質(zhì)產(chǎn)生信號(hào)通過控制柜送到PLC的輸入模塊，通過上位機(jī)編程來控制貨物的運(yùn)行。它不但性能優(yōu)越,而且非常容易安裝,設(shè)定/調(diào)整, 操作和維護(hù)。具體軟件編程見以下部分。716 PLC與輥道的接線圖我采用三菱公司生產(chǎn)的FX2N型PLC，在這項(xiàng)設(shè)計(jì)中采用一個(gè)ID212直流輸入單元模塊，一個(gè)OD212晶體管輸出單元模塊和兩個(gè)I/O模擬量輸出模塊。715 系統(tǒng)連線圖 PLC控制系統(tǒng)除了用面板控制外，也可以采用用PLC直接編程進(jìn)行對(duì)輥道啟停、正反轉(zhuǎn)、及皮帶轉(zhuǎn)速的控制。（1） 變頻器的控制方式及參數(shù)設(shè)定變頻器MICROMASTER420 是用于控制三相交流電動(dòng)機(jī)速度的變頻器，具有很高的運(yùn)行可靠性和功能的多樣性，其脈沖寬度調(diào)制的開關(guān)頻率是可選的，因而降低了電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的噪聲，全面而完善的保護(hù)功能為變頻器和電動(dòng)機(jī)提供了良好的保護(hù)護(hù)特性。在此設(shè)計(jì)中，采用VB編寫一段程序以實(shí)現(xiàn)條碼信息與PC相連接。皮帶設(shè)計(jì)為既可正轉(zhuǎn)也可逆轉(zhuǎn)，速度也分為高速及低速兩檔，在輥道中間我們還接入了各種傳感器作為自動(dòng)識(shí)別信息元件，如條碼讀入器、鐵/非鐵識(shí)別傳感器、顏色識(shí)別傳感器等。每條輥道的前后皆裝有光電傳感器，其作用是確認(rèn)控制對(duì)象(以小實(shí)心物塊代替)的所在位置。整個(gè)系統(tǒng)的主要設(shè)備有:全自動(dòng)堆垛機(jī)、四自由度機(jī)械手、立體倉庫、輥道輸送機(jī)。 PLC對(duì)輥道和堆垛機(jī)的控制物流控制系統(tǒng)集現(xiàn)代物流技術(shù)、倉儲(chǔ)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)于一體，是CIMS中的重要環(huán)節(jié)，在國外已經(jīng)得到較廣泛的應(yīng)用，該技術(shù)也正在逐漸地應(yīng)用于我國許多行業(yè)中。在“返回原位”狀態(tài)下，“夾緊”與“下降”動(dòng)作應(yīng)被停止，上限位未動(dòng)作時(shí)，應(yīng)進(jìn)行“上升”；上限位動(dòng)作時(shí)，“右行”動(dòng)作應(yīng)停止，并左行至左限圖714 返回原位梯形圖本文介紹了三菱公司生產(chǎn)的FX2N位置控制單元模塊在機(jī)械手步進(jìn)控制中的設(shè)計(jì)應(yīng)用。故手動(dòng)操作時(shí)梯形圖如圖713所示?！笆謩?dòng)操作時(shí)”按下放松按鈕時(shí)，機(jī)械手卡抓松開，當(dāng)松開放松按鈕時(shí)，機(jī)械手卡爪在液壓缸作用下自動(dòng)加緊并保持；按下上升按鈕，上升輸出Y435保持接通；按下下降按鈕，Y436保持接通；在上限位按下慢進(jìn)按鈕，慢進(jìn)輸出Y430接通，至行程開關(guān)SQ7閉合，小車停止；快進(jìn)、快退、慢退情況同慢進(jìn)。圖7—12 狀態(tài)器轉(zhuǎn)換禁止梯形圖通過對(duì)711和712的分析可得出：在執(zhí)行“手動(dòng)操作”和“返回原位”程序時(shí)，M575一直不能被接通，而M574長期被接通，（按下啟動(dòng)按鈕時(shí)除外）；執(zhí)行“步進(jìn)”程序時(shí)沒按一次啟動(dòng)按鈕，M574斷開一次，M575接通一次，狀態(tài)器轉(zhuǎn)換一次；在執(zhí)行“單周期操作”程序時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕，M574斷開，M575接通，狀態(tài)器的轉(zhuǎn)換可一步一步向下轉(zhuǎn)換，直至按下停止按鈕時(shí)，M574自鎖，狀態(tài)器的轉(zhuǎn)換被禁止，操作停止在現(xiàn)行工序（再次按下啟動(dòng)按鈕時(shí)從現(xiàn)行工序開始工作）；在執(zhí)行“連續(xù)程序”時(shí)，M575一直接通到按下停止按鈕，此時(shí)M574一直不能接通。PLC在啟動(dòng)時(shí)，用初始化脈沖M71和M574自保持，以此禁止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)換，直到按下啟動(dòng)按鈕。在“手動(dòng)”工作方式時(shí)禁止進(jìn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換。在“步進(jìn)”工作方式時(shí)，M574應(yīng)始終工作，此時(shí)，禁止任何狀態(tài)轉(zhuǎn)換。在“單周期”工作期間，按下停止按鈕時(shí)，M574應(yīng)被激勵(lì)并自保持，操作停止在現(xiàn)行工步。圖7—11狀態(tài)器轉(zhuǎn)換啟動(dòng)梯形圖3）. 狀態(tài)器轉(zhuǎn)換禁止梯形圖。另一面采用M100檢查機(jī)器是否處于原位。若機(jī)械手工作在自動(dòng)工作方式下，當(dāng)初始狀態(tài)器S600被置位后按下啟動(dòng)按鈕，輔助繼電器M575工作，狀態(tài)器的狀態(tài)可以一步一步的向下傳遞，即可進(jìn)行轉(zhuǎn)換。故初始化梯形圖如圖79所示，（如果狀態(tài)器要在供電時(shí)從斷電前條件開始繼續(xù)工作，則不需要M71）。當(dāng)方式選擇開關(guān)置于“返回原位”（X514接通）時(shí)，按下復(fù)位按鈕（X507）時(shí)被置位，在“手動(dòng)操作”（X510）接通時(shí)，S600復(fù)位。1）. 狀態(tài)器的初始化。使用兩個(gè)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)分別控制堆垛機(jī)的升降和行走，而貨叉控制使用直流電動(dòng)機(jī)為執(zhí)行元件。本程序已經(jīng)投入使用，一切工作常。78是完成用機(jī)械手把貨物從輥道上運(yùn)到堆垛機(jī)貨臺(tái)上的一個(gè)流程。(9) 再次對(duì)機(jī)械手的升降進(jìn)行原點(diǎn)搜索。(7) 機(jī)械手下降，一直到下降到FX2N模塊positioning action 1中設(shè)置的輸出脈沖個(gè)數(shù)時(shí)停止。(5) 機(jī)械手的升降進(jìn)行原點(diǎn)搜索。(3) 機(jī)械手下降，一直到下降到FX2N模塊positioning action 0中設(shè)置的輸出脈沖個(gè)數(shù)時(shí)停止。4 機(jī)械手流程圖及FX2N模塊的數(shù)據(jù)區(qū)設(shè)置 啟動(dòng)后機(jī)械手的流程(1) 首先進(jìn)行機(jī)械手的伸縮、升降、轉(zhuǎn)盤和抓手的重啟動(dòng)和原點(diǎn)搜索。FX2N插入C200HPC的底板槽中，通過一條40芯插頭與外部I/O連接。位控單元根據(jù)PC發(fā)出的控制指令和接收到的77FX2N的結(jié)構(gòu)框圖外部輸入信號(hào)，由自身的CPU執(zhí)行具體的定位算法，并依執(zhí)行的結(jié)果控制脈沖發(fā)生器輸出脈沖數(shù)及頻率。一方面它通過總路線及接口電路與C200HPC相連，與主CPU頻繁交換信息。位控單元有自己的微處理器和存儲(chǔ)器，還有脈沖發(fā)生器和I/O接口。l 多點(diǎn)定位:可一次定位20點(diǎn)，以15種速度變化。l 間隙補(bǔ)償:0~9999個(gè)脈沖。也可進(jìn)行原點(diǎn)補(bǔ)償0~9999個(gè)脈沖。l 脈沖速率得變化:控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)階梯式自動(dòng)加減速,加速度為每毫秒1~999每秒脈沖。l 輸出控制脈沖:8388607~+8388606。它可以為步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器或伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器輸出脈沖，以控制運(yùn)動(dòng)部件的位置和速度。75 CP的脈沖寬度以及高低電平方式76方向信號(hào)DIRc) 脫機(jī)電平信號(hào)FREE當(dāng)驅(qū)動(dòng)器上電以后，步進(jìn)電機(jī)處于鎖定狀態(tài)(未施加CP脈沖時(shí))或運(yùn)行狀態(tài)(施加CP脈沖時(shí))，可以用FREE信號(hào),手動(dòng)調(diào)整電機(jī)而不關(guān)閉驅(qū)動(dòng)器。為低電平時(shí)，電機(jī)反轉(zhuǎn)。b) 方向信號(hào)DIR方向電平信號(hào)DIR用于控制步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。a) 步進(jìn)脈沖信號(hào)CP步進(jìn)脈沖信號(hào)CP用于控制步進(jìn)電機(jī)的位置和速度，也就是說,驅(qū)動(dòng)器每接受一個(gè)CP脈沖就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一個(gè)步距角，改變CP脈沖的頻率,能改變步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，控制CP脈沖的個(gè)數(shù)，則可以使步進(jìn)電機(jī)精確定位。OPTO端為3路信號(hào)的公共正端(3路光耦的正端輸入)，3路輸入信號(hào)在驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部接成共陽方式，所以O(shè)PTO端須接外部系統(tǒng)的VCC，如果VCC是+5V則可以直接接入。74 機(jī)械手工作的電路原理圖(1) 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器本驅(qū)動(dòng)器的輸入信號(hào)共有3路，分別是:步進(jìn)脈沖信號(hào)CP、方向電平信號(hào)DIR、脫機(jī)信號(hào)FREE。其步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸入脈沖和電平信號(hào)是由PLC上的FX2N模塊來提供