【正文】 　　最后感謝機(jī)電學(xué)院和我的母?！兾骺萍即髮W(xué)四年來對我的大力栽培。然后還要感謝大學(xué)四年來所有的老師，為我們打下物流工程專業(yè)知識的基礎(chǔ)；同時還要感謝所有的同學(xué)們，正是因?yàn)橛辛四銈兊闹С趾凸膭?。其次要感謝威仁倉儲的劉勇總監(jiān)，畢業(yè)實(shí)習(xí)階段多次威仁倉儲實(shí)地考察，收集資料，劉總每次都熱情款待。我的設(shè)計較為復(fù)雜煩瑣，但是楊老師仍然細(xì)心地糾正說明書中的錯誤?！　≡谶@里首先要感謝我的導(dǎo)師楊瑋老師。盡管如此，本系統(tǒng)仍然存在許多需要改進(jìn)的地方，如本系統(tǒng)為提高自動化立體系統(tǒng)的工作效率，可以改進(jìn)堆垛機(jī)自動完成貨位的選擇問題，可以進(jìn)一步設(shè)計上位機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計，增強(qiáng)系統(tǒng)的功能和畫面的友好性。 （c）利用編程軟件STEP7 Micro/Win32進(jìn)行PLC程序設(shè)計，采用子程序的設(shè)計方法，程序結(jié)構(gòu)清晰且便于調(diào)試。本文主要完成了以下內(nèi)容：（a）根據(jù)系統(tǒng)的控制需求，確認(rèn)系統(tǒng)的總體設(shè)計方案。圖410編譯工具圖411 編譯結(jié)果5 總結(jié) 我國對于自動化立體倉庫的需求越來越大，對其功能和性能的要求越來越高。子程序STL語句如下見附錄IV。 考慮載貨臺在轉(zhuǎn)接貨物時為了防止與貨物發(fā)生碰撞，取貨時Y軸實(shí)際行走的距離應(yīng)該比實(shí)際坐標(biāo)偏差小，放貨時Y軸實(shí)際行走的距離應(yīng)該比實(shí)際坐標(biāo)偏差大。入庫和出庫過程是同一個過程的不同表現(xiàn)形式。 出庫操作動作順序包括：X軸電動機(jī)右行Y軸電動機(jī)上升Z軸電動機(jī)前伸Y軸電動機(jī)上升Z軸電動機(jī)回縮X軸電動機(jī)左行Y軸電動機(jī)下降軸電動機(jī)前伸Y軸電動機(jī)下降Z軸電動機(jī)回縮復(fù)位。入庫操作是指將載貨臺上的貨物送入到指定的倉位中去，出庫操作是指將指定倉位中的貨物送入到載貨臺上。子程序STL語句見附錄III。圖48 入庫倉位x軸坐標(biāo)及x軸方向庫位間距（4）位置控制子程序 在倉庫的控制系統(tǒng)中，由于起重機(jī)運(yùn)行于各個倉位之間，而每個倉位的坐標(biāo)是一個定位，故要求其位置控制最好在一個絕對系統(tǒng)下工作，這樣，通過輸入不同的倉位坐標(biāo)值，系統(tǒng)能自動完成起重機(jī)的上下以及左右行進(jìn)工作。在程序中，X軸坐標(biāo)值分別存放在數(shù)據(jù)寄存區(qū)VD61VD6VD62VD628中，Y軸的坐標(biāo)值分別存放在數(shù)據(jù)寄存區(qū)VD600、VD60VD60VD612中。圖47 加減速時間設(shè)置（3）坐標(biāo)定位子程序0號倉位即入庫倉位的坐標(biāo)是(300，200)mm，倉庫的上下層及左右層之間的間隔是1000mm，各倉位坐標(biāo)是基本參數(shù)，其中x軸方向上的入庫坐標(biāo)（原點(diǎn)坐標(biāo)）及庫位間距分別為300、1000，設(shè)置如圖48。設(shè)定的電機(jī)速度為4150m/min，經(jīng)計算約等于每秒641067個脈沖，見圖46。在程序中，X軸坐標(biāo)值分別存放在數(shù)據(jù)寄存區(qū)VD61VD6VD62VD628中，Y軸的坐標(biāo)值分別存放在數(shù)據(jù)寄存區(qū)VD600、VD60VD60VD612中。子程序的入口參數(shù)為指定的倉位號。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行過程中達(dá)到某個軸的限位時，立即停止當(dāng)前軸的動作。在程序設(shè)計中常利用傳感器實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的定位以及限位保護(hù)。圖45 傳送指令（2）傳感器檢測子程序 傳感器一般是用于定位及限位作用的。類似的指令還有MOV_B等。子程序是用于判斷哪個按鍵被按下。其中數(shù)碼顯示采用BCD編碼方式。見圖44。界面截圖見圖43。將各元器件與PLC的I/O點(diǎn)連接，以實(shí)現(xiàn)PLC對各功能的控制，I/O分配表見表42。將按鈕、各軸的安全限位、檢測結(jié)果、輸入值設(shè)定為輸入值，統(tǒng)計得共16個輸入點(diǎn)。 自動控制的主要內(nèi)容為貨物的存、取及安全保護(hù)，具體控制分析見表41：表41 控制動作分析表主要內(nèi)容控制分解行走水平行走垂直升降左右伸縮定位水平方向定位垂直方向定位伸縮方向控制安全保護(hù)各軌道的兩端限定堆垛機(jī)運(yùn)行極限（6個限位開關(guān)）貨架占有及貨叉位置監(jiān)測裝置（光電傳感器） 系統(tǒng)工作流程根據(jù)控制系統(tǒng)運(yùn)動要求，分解整理后得到堆垛機(jī)工作流程圖，入庫流程見圖41，出庫流程見圖42。 堆垛機(jī)控制系統(tǒng)主要工作方式為自動和手動，其中自動控制只需人工輸入要存、取貨物的貨格位置，堆垛機(jī)將自動完成存、取貨物的動作。因此四個巷道各有由一個下位機(jī)控制，整個立體庫由一個上位機(jī)進(jìn)行管理監(jiān)控。 （c）執(zhí)行出庫指令：選擇欲出庫的倉位號，按動倉位號對應(yīng)按鈕，控制面板上的數(shù)碼管顯示倉位號；按動按鈕，當(dāng)載貨臺上有貨物時，起重機(jī)不執(zhí)行任何操作；若被選擇倉位內(nèi)無貨物時，則該出庫操作不被執(zhí)行；當(dāng)按下按鈕，載貨臺上無貨物，且該倉位內(nèi)有貨物時，起重機(jī)自動將貨物從指定的倉位轉(zhuǎn)移到載貨臺上。 系統(tǒng)控制要求（a）當(dāng)選擇開關(guān)置于自動位置時，系統(tǒng)復(fù)位到初始位置，各個軸回到原點(diǎn)。在大中型的PLC系統(tǒng)中，常采用結(jié)構(gòu)化文本來描述控制系統(tǒng)中各個變量的關(guān)系。 （e）結(jié)構(gòu)化文本語言是用結(jié)構(gòu)化的描述文本來描述程序的一種編程語言。這種編程語言使程序結(jié)構(gòu)清晰，易于閱讀及維護(hù)，大大減輕編程的工作量，縮短編程和調(diào)試時間。每一步代表一個控制功能任務(wù)，用方框表示。 （d）順序功能流程圖語言是為了滿足順序邏輯控制而設(shè)計的編程語言。采用功能模塊圖的形式來表示模塊所具有的功能，不同的功能模塊有不同的功能。其特點(diǎn)與梯形圖語言基本一致。圖3就是與圖2PLC梯形圖對應(yīng)的指令表。在無計算機(jī)的情況下，適合采用PLC手持編程器對用戶程序進(jìn)行編制?！√菪螆D編程語言與原有的繼電器控制的不同點(diǎn)是，梯形圖中的能流不是實(shí)際意義的電流，內(nèi)部的繼電器也不是實(shí)際存在的繼電器，應(yīng)用時，需要與原有繼電器控制的概念區(qū)別對待。由于電氣設(shè)計人員對繼電器控制較為熟悉，因此，梯形圖編程語言得到了廣泛的歡迎和應(yīng)用。 （a）梯形圖語言是PLC程序設(shè)計中最常用的編程語言。根據(jù)國際電工委員會制定的工業(yè)控制編程語言標(biāo)準(zhǔn)（IEC11313），PLC有五種標(biāo)準(zhǔn)編程語言：梯形圖語言（LD）、指令表語言（IL）、功能模塊語言（FBD）、順序功能流程圖語言（SFC）、結(jié)構(gòu)文化本語言（ST）。（2）編程語言 PLC的用戶程序，是設(shè)計人員根據(jù)控制系統(tǒng)的工藝控制要求，通過PLC編程語言的編制規(guī)范，按照實(shí)際需要使用的功能來設(shè)計的。 離線方式：有編程軟件的計算機(jī)與PLC連接，此時能完成大部分基本功能。軟件功能的實(shí)現(xiàn)可以在聯(lián)機(jī)工作方式（在線方式）下進(jìn)行，部分功能的實(shí)現(xiàn)也可以在離線工作方式下進(jìn)行。 程序編輯過程中的語法檢查功能可以提前避免些語法和數(shù)據(jù)類型方面的錯誤。同時還有一些工具性的功能，例如用戶程序的文檔管理和加密等。Step7 Micro版本適用于西門子S7200的編程軟件。 由于PLC帶有串行通信接口，只需用RS485總線分別連接到計算機(jī)即可，可見系統(tǒng)的構(gòu)建十分簡單當(dāng)需要增加新設(shè)備時，只需要將新設(shè)備也連接到計算機(jī)，系統(tǒng)的擴(kuò)展也較容易。立體倉庫的工作環(huán)境較惡劣，熱、電、磁等干擾信號較多，要求通信網(wǎng)絡(luò)的抗干擾能力較強(qiáng)，才能保證數(shù)據(jù)的正確接收。立體倉庫控制系統(tǒng)要求監(jiān)控系統(tǒng)和4臺堆垛機(jī)控制系統(tǒng)連接，要求物理層的協(xié)議必須支持一點(diǎn)對多點(diǎn)的通信。主要基于以下兩點(diǎn)考慮：（a）RS232C接口標(biāo)準(zhǔn)只能用于點(diǎn)對點(diǎn)的通信，而RS485能實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)對多點(diǎn)的通信。 串行通信中最常用的物理層協(xié)議為RS232C和RS485。作業(yè)完了之后，向地面發(fā)出“作業(yè)結(jié)束”信息。堆垛機(jī)控制盤在收到作業(yè)信息之后向地面控制盤發(fā)出響應(yīng)信息。一個指令執(zhí)行完了之后，必須從堆垛機(jī)向地面發(fā)送響應(yīng)信號，即確認(rèn)信號，之后才能執(zhí)行下一個指令。水平、垂直以及伸縮方向兩端各一個限位開關(guān)。在堆垛機(jī)垂直軌道上頂端安裝長距離光電傳感器可以監(jiān)視貨物突出，一旦有突出，向上位機(jī)報警，控制系統(tǒng)發(fā)出信號致堆垛機(jī)停止運(yùn)行。（2）貨物突出貨架檢測 貨物存放在貨架上，可能由于異常的情況導(dǎo)致貨物突出貨架的情況。入庫操作時，當(dāng)堆垛機(jī)到達(dá)目標(biāo)位置時，先檢測貨位是否有貨物，若沒有貨物，則進(jìn)行伸叉作業(yè)，否則發(fā)出信號使堆垛機(jī)動作停止；出庫時，若檢測出相應(yīng)貨位無貨物，則發(fā)出信號致堆垛機(jī)動作停止。 安全系統(tǒng)（1）貨架占有情況檢測 自動化倉庫需要知道貨物是否存放在貨架，或者貨物在貨架的位置信息。（d）模擬電位器：CPU226有兩個模擬電位器，用來改變特殊寄存器中的數(shù)值，以改變程序運(yùn)行的參數(shù)，如定時器、計數(shù)器的預(yù)設(shè)值，過程量的控制參數(shù)。（b）高速脈沖輸出：具有2路高速脈沖輸出端，輸出脈沖頻率可達(dá)20KHZ，用于控制步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)，實(shí)現(xiàn)定位任務(wù)。 CPU型號的選擇 根據(jù)控制點(diǎn)數(shù)來計算，可以選用CPU226這個型號的CPU，CPU226有24IN/16OUT，最大可以擴(kuò)展為248點(diǎn)數(shù)字量或35點(diǎn)模擬量。（c）CPU 224在CPU 222的基礎(chǔ)上使主機(jī)的I/O點(diǎn)數(shù)增為24點(diǎn)，最大可擴(kuò)展為168點(diǎn)數(shù)字量或者35點(diǎn)模擬量的輸入和輸出；存儲量也進(jìn)一步增加，還增加了一些數(shù)字指令和高數(shù)計數(shù)器的數(shù)量，具有較強(qiáng)的控制能力。非常適合小點(diǎn)數(shù)的控制系統(tǒng)。（a）CPU 221具有6IN/4OUT，共計10個點(diǎn)的I/O，無擴(kuò)展能力，有6KB程序和數(shù)據(jù)存儲空間。CPU負(fù)責(zé)執(zhí)行程序，以便對工業(yè)自動化控制任務(wù)或過程進(jìn)行控制。STEP 7Micro/WIN32 編程軟件可以對所有的CPU 221/222/224/224XP/226功能進(jìn)行編程。選用電池模塊能延長存貯時間到200天（10年壽命）。用于長時間數(shù)據(jù)后備。CPU 221具有6個輸入點(diǎn)和4個輸出點(diǎn)，CPU 222具有8個輸入點(diǎn)和6個輸出點(diǎn)，CPU 224具有14個輸入點(diǎn)和10個輸出點(diǎn)，CPU 224XP具有14個輸入點(diǎn)和10個輸出點(diǎn)，CPU 226具有24個輸入點(diǎn)和16個輸出點(diǎn)?？捎米髫?fù)載電源。因此S7200系列具有極高的性能/價格比。S7200 是一種小型的可編程序控制器，適用于各行各業(yè)，各種場合中的檢測、監(jiān)測及控制的自動化。圖33 激光測距傳感器 PLC選擇及配置 根據(jù)實(shí)際的控制點(diǎn)數(shù)和系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)的控制要求，在本設(shè)計中選用西門子的S7200系列的PLC作為控制中心。激光測距的原理是通過發(fā)射出的激光光線長度來測定距離，其光線就好比一把光尺，如果物體遮擋激光光線，讓它脫離原標(biāo)準(zhǔn)原點(diǎn)的測定位置，將影響實(shí)際要求的測定距離，從而使道堆垛機(jī)走位偏離所設(shè)定的位置，產(chǎn)生貨叉取、存儲錯位或起始點(diǎn)撞擊巷道堆垛機(jī)端部緩沖制動器的情況。激光測距傳感器安裝在堆垛機(jī)上，目標(biāo)放射板安裝在巷道末端。以上是四種常見的認(rèn)址檢測方式，四種方式各有優(yōu)劣，表35是他們之間的比較對照：表35 認(rèn)址方式對比認(rèn)址器光電開關(guān)旋轉(zhuǎn)編碼器激光測距傳感器認(rèn)址方式相對認(rèn)址絕對認(rèn)址絕對認(rèn)址絕對認(rèn)址可靠性較低高較高最高認(rèn)址精度格格mmmm系統(tǒng)成本低高高較高數(shù)據(jù)接口無無多種多種定位方式反射式反射式接觸式反射式使用壽命短短較長長 認(rèn)址方式確認(rèn)： 激光測距傳感器的精度最高，雖然成本較高，但使用壽命長，因此水平、垂直方向均采用激光測距傳感器，如圖33。（4） 激光測距定位 近年來應(yīng)用于堆垛機(jī)準(zhǔn)確定位的新技術(shù)，用激光測距儀通過測量堆垛機(jī)到基準(zhǔn)點(diǎn)的距離和事先存儲的位置數(shù)據(jù)比較來確定堆垛機(jī)的當(dāng)前位置。從動輪與軌道旋轉(zhuǎn)計數(shù)測定方式。每經(jīng)過一個貨位，就對地址編碼進(jìn)行加1或減1，一直移動到和預(yù)定位置號一致時停止運(yùn)行。 主要的認(rèn)址檢測方式有以下幾種：（1） 絕對認(rèn)址 將每一個貨位賦予唯一的開關(guān)狀態(tài)，給每個貨位制作一個專用的認(rèn)址片，堆垛機(jī)上相應(yīng)安裝一個識別器，通常是二進(jìn)制編碼板和一組光電開關(guān)的組合，通過讀取認(rèn)址片的代碼來判斷堆垛機(jī)的當(dāng)前位置。這樣每個貨位就有了獨(dú)立的三維坐標(biāo)地址，堆垛機(jī)自動檢測目前的坐標(biāo)地址，使其能到達(dá)目標(biāo)位置。自動倉庫的認(rèn)址檢測系統(tǒng)有兩項(xiàng)任務(wù)：一是實(shí)現(xiàn)自動尋址，使堆垛機(jī)自動找到被指定到達(dá)的位置；二是自動準(zhǔn)確停準(zhǔn)，即堆垛機(jī)停準(zhǔn)位置不超出規(guī)定的精度。圖32 PLC變頻調(diào)速閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 認(rèn)址器的選擇 要完成對堆垛機(jī)自動控制系統(tǒng)的設(shè)計，首先要保證堆垛機(jī)能夠準(zhǔn)確到達(dá)目標(biāo)位置，所以在設(shè)計堆垛機(jī)自動控制系統(tǒng)時，關(guān)鍵在于準(zhǔn)確可靠的認(rèn)址和定位保證堆垛機(jī)準(zhǔn)確無誤的定位在目標(biāo)貨位。系統(tǒng)如圖32所示，為速度給定量，為PLC輸出的控制量，u為變頻器輸出電壓，n為被控量，控制算法為PID。表34 變頻器參數(shù)輸入電壓3相380VAC，50Hz輸入電流2. 8A輸出功率0 75KW輸出電壓3相(0380) VAC可調(diào)輸出頻率(0650) Hz可調(diào)輸出電流2. 1A輸出控制輸出電壓、頻率可調(diào)控制作用V/F，矢量一轉(zhuǎn)矩、光電編碼器反饋的速度控制等數(shù)字量輸入6路帶隔離的數(shù)字量輸入數(shù)字量輸出8路繼電器輸出模擬量輸入2路(010)V模擬量輸入模擬量輸出2路(020) mA模擬量輸出通訊接口RS485通訊、USS協(xié)議操作功能AOP盤、BOP控制盤、電位器與外接端子操作PID算法變頻器主電路三相異步電動機(jī)認(rèn)