【正文】 輸出， 10 輸出晶體管的動(dòng)作狀態(tài)可分為入光時(shí) ON 和遮光時(shí) ON 兩種。反射式傳感器的時(shí)間圖和輸出電路如 圖 9 所示。其結(jié)構(gòu)示意圖 如圖 8 所示。 （ 3） 反射式傳感器 反射式傳感器采用能抗周圍外來光干擾的變調(diào)光式。同時(shí)，它還在主電路中進(jìn)行專門設(shè)計(jì)，一防止用戶的誤操作（短路以及反接線）對(duì)編碼器電路造成損害。 該系統(tǒng)選用歐姆龍公司生產(chǎn)的 E6B2 系列旋轉(zhuǎn)編碼器，型號(hào)為 E6B2CWZ1X。旋轉(zhuǎn)編碼器能夠輸出脈沖信號(hào)，配合 PLC 的高速計(jì)數(shù)器使用，用于測(cè)量、處理 轉(zhuǎn)動(dòng)或位移信號(hào)等。 圖 7 微動(dòng)開關(guān)的工作原理示意圖 （ 2） 旋轉(zhuǎn)編碼器 旋轉(zhuǎn)編碼器是一種集光、機(jī)、電為一體的傳感器。 傳感器的工作原理、應(yīng)用與選擇 （ 1） 微動(dòng)開關(guān) 該系統(tǒng)中共用了 24 個(gè)微動(dòng)開關(guān)，其中 20 個(gè)用于倉位的檢測(cè)，倉位上有貨物時(shí)，相應(yīng)的開關(guān)動(dòng)作并將信號(hào)送入 PLC。 PLC 經(jīng)過這 5 個(gè)階段的工作過程，成為 一個(gè)掃描周期。 8 3) PLC 的中央處理器對(duì)各個(gè)輸入端進(jìn)行掃描，將輸入端的狀態(tài)送到輸入狀態(tài)寄存器中，這就是輸入采樣階段。 2） PLC 檢查是否有與編程器、計(jì)算機(jī)等的通信請(qǐng)求，若有則進(jìn)行相應(yīng)的處理，如接收由編程器送來的程序、命令和各種數(shù)據(jù)，并把要顯示的狀態(tài)、數(shù)據(jù)、出錯(cuò)信息等發(fā)送給編程器進(jìn)行顯示。自診斷內(nèi)容為 I/O部分、存儲(chǔ)器、 CPU 等，發(fā)現(xiàn)異常停機(jī)則顯示出錯(cuò)。其工作框圖 如圖 6 所示。這種工作方式是在系統(tǒng)軟件的控制下順次掃描各輸入點(diǎn)的狀態(tài)，按用戶程序進(jìn)行運(yùn)算處理，然后順序向輸出點(diǎn)發(fā)出 相應(yīng)的控制信號(hào)。計(jì)算機(jī)一般采用等待命令的工作方式，如常見的鍵盤掃描方式或 I/O 掃描方式，有鍵被按下或 I/O 動(dòng)作時(shí)則轉(zhuǎn)入相應(yīng)的子程序，無鍵被按下時(shí)則繼續(xù)掃描；而 PLC 采用循環(huán)掃描工作方式，在 PLC 中，用戶程序按先后順序存放，如圖 5 所示。 7 圖 4 PLC 的結(jié)構(gòu)示意圖 PLC 的工作原理 PLC 是以微處理器為核心的數(shù)字式電子自動(dòng)控制裝置，是一種專用計(jì)算 機(jī)。 PLC 的工作原理與選擇 PLC 的基本組成 PLC 主要由 CPU（ Central Processing Unit）、存儲(chǔ)器（ RAM和 ROM）和專門設(shè)計(jì)的輸入 /輸出接口電路等組成。 并聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源的選擇 在該系統(tǒng)中， PLC 和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器都需要直流 24V 電源供電，故選用 了 DM15024 型并聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源。在此期間， L 中的漏放電流 I 是鋸齒波電流的現(xiàn)線性下降部分。在此期間流過 L 的電流 I 為近似線性增加的 鋸齒波電流，并以磁能的形式儲(chǔ)存在 L 中。除此之外，并聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源還有較為復(fù)雜的驅(qū)動(dòng)電路、調(diào)節(jié)電路、保護(hù)電路、基準(zhǔn)電路以及構(gòu)成閉環(huán)回路的取樣電路、放大電路和耦合電路等，用來對(duì)輸出電壓的大小及特性進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)。 （ 2） 采用 松下 FP∑型 PLC 作為控制中心 最高輸出頻率： 4Mpps 啟動(dòng)速度： （ 3） DM15024 型并聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源 輸出功率大、體積小、重量輕 、可靠性高，能適應(yīng)較寬范圍的的輸入電壓變動(dòng)，具有完備的過電壓 保護(hù)功能；內(nèi)置輸入 EMI 濾波器，具有高抗干擾能力。 8）集裝箱裝箱作業(yè)單元 該單元模塊主要由框架式底板及支架、可編程序控制器單元、鏈?zhǔn)絺魉蜋C(jī)單元、裝箱單元、集裝箱單元、貨物檢測(cè)單元組成。 7）貨物流向控制作業(yè)單元 該單元模塊由框架式底盤及支架、可編程序控制器單元、鏈?zhǔn)絺魉蜋C(jī)單元、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)單元、舉升機(jī)構(gòu)單元、監(jiān)控單元等組成。 5 6）打碼作業(yè)單元 該單元模塊由框架式底板及支架、操作面板、可編程序控制器單元、帶式傳送機(jī)單元、打碼機(jī)等組成。 5）視覺檢測(cè)作業(yè)單元 該單元模塊主要由框架式底板及支架、操作面板、可編程序控制器單元、帶式傳送機(jī)單元、 CCD 攝像頭單元、彩色圖像處理器單元、編程器單元、專用環(huán)形 LED 光源單元、監(jiān)視器單元等組成。巷道起重機(jī)由運(yùn)行機(jī)構(gòu)、起升機(jī)構(gòu)、貨物托盤機(jī)構(gòu)組成。 4）自動(dòng)化倉儲(chǔ)作業(yè)單元 該單元模塊主要由框架式底板及支架、可編程序控制器單元、兩組單元貨格式倉庫組成。 2）貨物自動(dòng)識(shí)別緩沖作業(yè)單元 該單元模塊主要由框架式底板及支架、操作面板、可編程序控制器、帶式供料機(jī)、斗式緩沖庫、氣動(dòng)裝料、移貨系統(tǒng)、貨物檢測(cè)傳感器等組成，可識(shí)別物體的屬性，將不同屬性的貨物進(jìn)行分類存儲(chǔ)。機(jī)械部分主要由滾珠絲杠、滑桿、普通絲桿等機(jī)械部件組成，采用了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)作為拖動(dòng)元件；電氣控制部分由松下電工生產(chǎn)的 F∑型 PLC、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、開關(guān)式穩(wěn)壓電源、位置傳感器等元器件組成。 TVT3000E設(shè)備由 8個(gè)作業(yè)單元模塊組成，分別是機(jī)械手裝配搬運(yùn)作業(yè)單 元、貨物自動(dòng)識(shí)別緩沖作業(yè)單元、碼盤堆垛作業(yè)單元、自動(dòng)化倉庫作業(yè)單元、視覺檢測(cè)作業(yè)單元、打碼作業(yè)單元、貨物流向控制作業(yè)單元、集裝箱裝箱作業(yè)單元。 圖 2 自動(dòng)立體倉庫系統(tǒng)的工 程流程圖 3 自動(dòng)化立體倉庫 PLC 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng) 硬件配置及控制原理 方案設(shè)計(jì)要求 （ 1） T3000E 設(shè)備 TVT3000E 設(shè)備是一套開放式設(shè)備，用戶可根據(jù)自己的需要選擇設(shè)備組成單1 號(hào)載貨臺(tái) 巷道起重機(jī) 1 號(hào)儲(chǔ)備庫 2 號(hào)儲(chǔ)備庫 巷道起重機(jī) 2 號(hào)載貨臺(tái) 4 元的數(shù)量和類型，她最多可由 8 個(gè)單元組成，最少時(shí) 1 個(gè)單元即可自成獨(dú)立的控制系統(tǒng)。 系統(tǒng)的工作原理 由碼盤堆垛系統(tǒng)單元的托盤傳送機(jī)構(gòu)輸出的載貨托盤進(jìn)入自動(dòng)化立體倉庫系統(tǒng)單元的 1 號(hào)載貨臺(tái)， 使 巷道起重機(jī)動(dòng)作，再通過存取貨物機(jī)構(gòu)使貨物準(zhǔn)確進(jìn)入預(yù)定的立體倉庫儲(chǔ)備庫，且可由巷道起重機(jī)的存取貨物機(jī)構(gòu)把貨物從立體倉庫中取出并放入 2 號(hào)載貨臺(tái)，使貨物被提取，然后進(jìn)入下一個(gè)系統(tǒng)單元。 （ 4） 2 號(hào)載貨臺(tái) 2 號(hào)載貨臺(tái)的結(jié)構(gòu)與 1 號(hào)載貨臺(tái)相同，其作用主要是通過巷道起重機(jī)把立體倉庫儲(chǔ)備庫中的貨物傳送給下一系統(tǒng)單 元。 （ 2） 2 號(hào)儲(chǔ)備庫 2 號(hào)儲(chǔ)備庫作為主體倉庫，設(shè)有 12 個(gè)庫位。 它由以下部分組成： 圖 1 自動(dòng)化立體倉庫系統(tǒng)的實(shí)物圖 （ 1） 1 號(hào)載貨臺(tái) 1 號(hào)載貨臺(tái)由電動(dòng)機(jī)、托盤底座、鏈輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、滾子 3 鏈、傳感器組成。貨物的送入（取出）是按照貨物的類別，并將貨物自動(dòng)送入（取出）。 4） 節(jié)能 /庫內(nèi)作業(yè)幾乎全部靠電力驅(qū)動(dòng)，節(jié)省油量，而庫內(nèi)分揀作業(yè)等不需要大量照明設(shè)施因此節(jié)省了大量電能。同時(shí)，它的運(yùn)行和處理速度快，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。 自動(dòng)化立體倉庫之所以受到青睞，是因?yàn)樗哂幸韵聨讉€(gè)優(yōu)點(diǎn)： 1） 占地面積小 /由于使用高層貨架存儲(chǔ)貨物，存儲(chǔ)區(qū)可 以大幅度地向高空發(fā)展，因此節(jié)省了庫存占地面積，提高了空間利用率。它綜合了物流分析、數(shù)據(jù)處理、貨架存儲(chǔ)機(jī)以及其他輸送設(shè)備的設(shè)、先進(jìn)的電力拖動(dòng)技術(shù)、高度自動(dòng)化水平的 計(jì)算機(jī)控制管理技等。 作為現(xiàn)代物流系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分，自動(dòng)化立體倉庫是企業(yè)現(xiàn)代化的重要手段之一。 自動(dòng)化立體倉庫又稱自動(dòng)存儲(chǔ) /自動(dòng)檢索系統(tǒng)（ Automated storage/Retrieval System,簡(jiǎn)稱為AS/RS），是一種新型的倉庫技術(shù)，并且是物料搬運(yùn)和倉儲(chǔ)的一門綜合科學(xué)技術(shù)。 本論文主要 設(shè)計(jì) 自動(dòng)化立體倉庫的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和PLC 編程控制原理。 1 基于 PLC 控制的自動(dòng)化立體倉庫運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 摘要 ： 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人力資源成本上升。近幾年，我國(guó)自動(dòng)化立體倉庫發(fā)展日益迅速。 關(guān)鍵詞 ： 立體倉庫 PLC 電動(dòng)機(jī) 傳感器 1 自動(dòng)化立體倉庫的概述 自動(dòng)化立體倉庫的定義及特點(diǎn) 自動(dòng)化立體倉庫的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)定義為 自動(dòng)化立體倉庫是用高層貨架配以貨箱或托盤來存貨物，以巷道式堆垛起重機(jī)存取貨物及其他機(jī)械進(jìn)行作業(yè)，并有電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行管理和控制，不需人工搬運(yùn)而實(shí)現(xiàn)收發(fā)作業(yè)的倉庫。它高層立體貨架為主要標(biāo)志，以成套的搬運(yùn)設(shè)備為基礎(chǔ)，以現(xiàn)進(jìn)的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)為主要手段，組成高效率的物流、大容量的存儲(chǔ)，以適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)、物資交流和倉儲(chǔ)的需要。自動(dòng)化立體倉庫系統(tǒng)由多層貨架、運(yùn)輸系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和通信系統(tǒng)組成，是集信息自動(dòng)化 技術(shù)、自動(dòng)導(dǎo)引小車技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)和自動(dòng)倉庫技術(shù)于一體的集成化系統(tǒng)。自動(dòng)化立體倉庫具有普通倉庫無可比擬的優(yōu)越性， 首先，它 充 分利用空間，減少占地面積；其次，他通過計(jì)算機(jī)控制技術(shù)有效的利用倉儲(chǔ)能力，提高了倉庫管理水平，減少了貨損，優(yōu)化了庫存，縮短了儲(chǔ)備資金周轉(zhuǎn)期，能適應(yīng)現(xiàn)代企業(yè)柔性化生產(chǎn)。 2 2） 工作效率大幅度提高 /由于采用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，能夠準(zhǔn)確無誤地對(duì)信息進(jìn)行存儲(chǔ)和處理，減少貨物與信息在處理過程中的差錯(cuò)。 3） 功能強(qiáng) /存放品種多、數(shù)量大，存取快捷方便，同時(shí)倉庫已進(jìn)行監(jiān)控，便于自動(dòng)調(diào)節(jié)溫度，有利于防火、防盜、防腐等，并能改善勞動(dòng)環(huán)境。 系統(tǒng)的基本構(gòu)成 自動(dòng)化立體倉庫 PLC 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱為自動(dòng)化立體倉庫系統(tǒng)）主要由載貨臺(tái)、儲(chǔ)備庫和巷道起重機(jī)等組成，用于貨物的送入和取出。 2 自動(dòng)化立體倉庫的結(jié)構(gòu)及工作原理 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)自動(dòng)化立體倉庫的結(jié)構(gòu) 自動(dòng)化立體倉庫 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 自動(dòng)化立體倉庫的結(jié)構(gòu)示意圖如 1 所示。 1 號(hào)載貨臺(tái)主要是實(shí)現(xiàn)貨物的銜接和換向。 （ 3） 巷道起重機(jī) 巷道起重機(jī)由絲杠驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)、絲杠、直流電動(dòng)機(jī)、存取貨物機(jī)構(gòu)、滑桿、傳感器等組成，主要是實(shí)現(xiàn)貨物在倉庫內(nèi)的存取。 （ 5） 1 號(hào)儲(chǔ)備庫 1 號(hào)儲(chǔ)備庫由 8 個(gè)庫位 ， 主要實(shí)現(xiàn)貨物的存儲(chǔ)。自動(dòng)化立體倉庫系統(tǒng)的工作流程圖如 圖 2 所示。 TVT3000E 設(shè)備的每個(gè)單元都采用 PLC 控制，在由多個(gè)單元組成的TVT3000E 系統(tǒng) 中，綜合應(yīng)用了 PLC 運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)，可完成貨物的裝箱、搬運(yùn)、傳輸、倉儲(chǔ)、管理、發(fā)運(yùn)等。 TVT3000E 系統(tǒng)的自動(dòng)化立體倉庫主要由底盤、 2 個(gè)載物臺(tái)、雙側(cè) 20 個(gè)倉位的庫體、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)及電氣控制機(jī)構(gòu)等 5 部分組成。 TVT3000E 各單元的基本結(jié)構(gòu)和功能如下： 1）機(jī)械手搬運(yùn)作業(yè)單元 該單元模塊主要由框架式底板及支架、操作面板、可編程序控制器、井式供料機(jī)、傳送帶、轉(zhuǎn)盤輸送機(jī)、氣動(dòng)機(jī)械裝配機(jī)、交流伺服控制四軸聯(lián)動(dòng)機(jī)械手搬運(yùn)機(jī)等組成，可實(shí)現(xiàn)貨物的搬運(yùn)及裝配。 3）碼盤堆垛作業(yè)單元 該單元模塊主要由框架式底板及支架、可編程序控制器單元、帶式傳送機(jī)、鏈?zhǔn)絺魉蜋C(jī)、三相 交流永磁同步機(jī)、變頻調(diào)速系統(tǒng)、堆垛機(jī)、托盤供給器等組成，可完成貨物的碼盤與堆垛。單元或格式倉庫主要由高層貨架、具體位置控制閉環(huán)系統(tǒng)的巷道起重機(jī)、接送貨物的載貨臺(tái)組成。該單元可完成貨物的存儲(chǔ)?？蓪?duì)貨物的加工、裝配、質(zhì)量進(jìn)行檢定和控制?？赡M物料的打碼過程?？赏瓿韶浳锏牧飨蚩刂啤？蓪⒇浳镒詣?dòng)裝 入集裝箱。 （ 4） E6B2CWZ1X 型號(hào)旋轉(zhuǎn)編碼器 電源電壓范圍： 5﹣ 24V 分辨率比較高，可以保證較精確的測(cè)量 （ 5） 反射式傳感器 電源電壓范圍： 524V 系統(tǒng)的硬件配置 并聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源的工作原理與 選擇 并聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源的工作原理 并聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源是由開關(guān)晶體管 VT和二極管 VD 及儲(chǔ)能電感 L、濾波電容 C 組成的。并聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源的工作原理如 圖 3 所示 6 圖 3 并聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源的工作原理 工作原理：當(dāng)開關(guān)晶體管 VT 處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，輸入電壓 U 加到儲(chǔ)能電感 L的兩端，二極管 VD 因被反向偏置而截止。當(dāng)開關(guān)晶體管 VT 截止時(shí)，儲(chǔ)能電感 L 的兩端的電壓極性相反，此時(shí)二極管 VD 導(dǎo)通，儲(chǔ)存在 L 中的能量通過二極管 VD 輸送給負(fù)載電阻 R 和濾波電容 C。同理，當(dāng)開關(guān)晶體管 VT 處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，在儲(chǔ)能電感 L 中增加的電流數(shù)值應(yīng)該等于開關(guān)晶體管 VT 截止期間在儲(chǔ)能電感 L 中減少的電流值，只有這樣才能達(dá)到平衡，為負(fù)載電阻 R 提供一個(gè)穩(wěn)定的輸出電壓。 DM150 系列開關(guān)電源輸出功率大、體積小、重量輕、可靠性高，具有高抗干擾能力；采用端子方式連接，全金屬外殼，有臥式和立式兩種安裝方式。其結(jié)構(gòu)示意圖 如圖 4 所示。 PLC 雖具有計(jì)算機(jī)的許多特點(diǎn)，但它的工作方式卻與計(jì)算機(jī)有很大的不同。 圖 5 用戶程序的存放順序 CPU 從第一條指令開始執(zhí)行程序，直至遇到結(jié)束符后返回第一條程序，并周而復(fù)始地不斷循環(huán)。整個(gè)工作過程可分為 5 個(gè)階段：自診斷，與編程器、計(jì)算機(jī)等的通信，輸入采樣，執(zhí)行用戶程序，輸出刷新。 圖 6 PLC 工作過程框圖 1） 每次掃描用戶程序之前，都先執(zhí)行用戶自診斷程序。若自診斷正常，繼續(xù)向下掃描。如果有與計(jì)算機(jī)等的通信請(qǐng)求，也 在這段時(shí)間內(nèi)完成數(shù)據(jù)的接受和發(fā)送任務(wù)。 4)中央處理器 CPU 將指令逐條調(diào)出并執(zhí)行，以對(duì)輸入和原輸出狀態(tài)（這些狀態(tài)統(tǒng)稱為數(shù)據(jù)）進(jìn)行處理，即按程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行邏輯、算數(shù)運(yùn)算，再將正確的結(jié)果送到輸出狀態(tài)寄存器中，這就是執(zhí)行用戶程序階段 5)當(dāng)所有的指令執(zhí)行完畢時(shí)，集中把輸出狀態(tài)寄存器的狀態(tài)通過輸出部件轉(zhuǎn)換成被控設(shè)備所能接收的電壓信號(hào)和電流信號(hào)，以控制設(shè)備，這就是輸出刷新狀態(tài)。完成一個(gè)掃描周期后，PLC 又重新執(zhí)行上述過程，周而復(fù)始地掃描。工作原理圖如 圖 7 所示。作為數(shù)字檢測(cè)裝置，它具有精度高、相應(yīng)快、抗干擾能力強(qiáng)、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。旋轉(zhuǎn)編碼器主要有四個(gè)基本部分組成：光源、轉(zhuǎn)盤、遮光板以及光敏