【正文】 行平穩(wěn)，定位準(zhǔn)確，安全可靠達(dá)到設(shè)計要求。通過理論推導(dǎo)、實驗研究，表明本文所研究的自動化立體倉庫技術(shù)具有一定的先進(jìn)性，實現(xiàn)方法切實可行，具有一定的實用價值和應(yīng)用前景。然而緊隨其后的一周內(nèi)，消費(fèi)者紛紛抱怨電商的糟糕的配貨、出貨速度。經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展、科學(xué)的飛躍進(jìn)步和已經(jīng)到來的信息革命，使世界經(jīng)濟(jì)開始全球化和市場化，我們進(jìn)入了一個前所未有的嶄新時代。物流配送最核心的系統(tǒng)設(shè)備就是自動化立體倉庫。隨著立體倉庫的出現(xiàn)，在其中起到重要作用的巷道式堆垛機(jī)（常常稱作堆垛機(jī)）獲得到了迅猛發(fā)展。 堆垛機(jī)的分類1. 按有無人搭乘分類（1）人、貨升降式堆垛機(jī)。（2）貨升降式堆垛機(jī)。所謂懸垂式即是堆垛機(jī)懸掛在上導(dǎo)軌上。即是堆垛機(jī)在地面導(dǎo)軌上行走。它是通過臺車移動來實現(xiàn)貨物的移載作業(yè)的堆垛機(jī)。它是利用輸送機(jī)來實現(xiàn)貨物的移載作業(yè)的堆垛機(jī)。它是操作者在操作室或操作臺上，實行手動操作以控制行走、升降和叉伸等運(yùn)動的堆垛機(jī)。它是在手動式堆垛機(jī)的基礎(chǔ)上增加自動控制實現(xiàn)對行走、升降和貨叉運(yùn)動的控制。它是在自動堆垛機(jī)的基體上安裝有設(shè)定器，操作者只要利用計算機(jī)進(jìn)行出／入庫設(shè)定，便可實現(xiàn)貨物自動存取。它是使用遠(yuǎn)程控制便可實現(xiàn)自動運(yùn)轉(zhuǎn)的堆垛機(jī)。它是操作者直接進(jìn)行手工操作以實現(xiàn)對貨架中的貨物的存取作業(yè)。它是通過貨叉移動來實現(xiàn)存取貨物的堆垛機(jī)。5. 按軌道配置分類（1）直線導(dǎo)軌式堆垛機(jī)。（2）曲線導(dǎo)軌式堆垛機(jī)。（3）在移動臺車導(dǎo)軌上行走的堆垛機(jī)。這樣可以節(jié)約堆垛機(jī)數(shù)量，減少投資。（2）雙柱式堆垛機(jī)。 所示，主要由存、取貨物機(jī)構(gòu)、升降機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)以及安全保護(hù)裝置等組成。目前最常用的是三級直線差動式伸縮貨叉。提升機(jī)構(gòu)的主要功能是實現(xiàn)堆垛機(jī)存取貨機(jī)構(gòu)的垂直運(yùn)動，目前有部分堆垛機(jī)的提升機(jī)構(gòu)是靠起重鏈柔性件來進(jìn)行牽引。載貨臺和升降鏈條連接在一起，升降鏈條與載貨臺、上下橫梁的鏈輪及升降鏈輪組成封閉式結(jié)構(gòu)。本文設(shè)計的堆垛機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)由電機(jī)變速箱、行走輪、導(dǎo)向輪等組成。 所示。在結(jié)構(gòu)上也存在較大的劣勢：國外產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，且更加靈巧，本人國產(chǎn)品相對來說笨重，不夠小巧。主要工作包括：分析對比各類立體倉庫的控制技術(shù)，確定實現(xiàn)方案；進(jìn)行堆垛機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)分析；進(jìn)行堆垛機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計；用組態(tài)軟件設(shè)計人機(jī)界面，對貨物存取過程進(jìn)行仿真控制。 堆垛機(jī)的主要運(yùn)動自動化立體倉庫堆垛機(jī)的主要運(yùn)動：堆垛機(jī)主體沿巷道前后方向運(yùn)行；位于主柱上的升降臺沿上下方向的運(yùn)行；升降臺上的貨叉能左右伸縮以存取巷道上的貨架上的貨箱。本次采用PLC控制。它到達(dá)與否的判定，在操作時必須自動進(jìn)行。巷道左右2排貨架依次設(shè)定為1排、2排；堆垛機(jī)水平運(yùn)行方向設(shè)定為入庫口、1列～3列和出庫口；垂直升降方向設(shè)定為1層～4層，最底層取作1層。堆垛機(jī)可以自動檢測它當(dāng)前所處位置的坐標(biāo)，使其能走到指定貨位。這2個坐標(biāo)的檢測也是一般情況下遇到的認(rèn)址問題。當(dāng)光電開關(guān)的狀態(tài)變化時，自動控制系統(tǒng)怎樣正確識別堆垛機(jī)所在位置的編碼是自動認(rèn)址的主要問題。絕對認(rèn)址采用得到的用N個光電開關(guān)的通、斷狀態(tài)組合來獲取Y或Z的坐標(biāo)。采用絕對認(rèn)址方式時，堆垛機(jī)控制系統(tǒng)的PLC 編程較為簡單，并且認(rèn)址相對可靠，但是它每個位置的認(rèn)址片都不相同，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加上貨位越多，所需的認(rèn)址光電開關(guān)也會越多。當(dāng)堆垛機(jī)行走或升降時，每產(chǎn)生一個脈沖，就對列數(shù)或?qū)訑?shù)加1或減1作為當(dāng)前地址。因為這種方式不管有多少貨位，均只需2個行走光電開關(guān)和3～4個升降光電開關(guān)，大大減少了光電開關(guān)的數(shù)目可得到廣泛應(yīng)用。當(dāng)堆垛機(jī)運(yùn)行停準(zhǔn)的時候，前向光電和后向光電都會響應(yīng)，即它們都為高電平。（2）縱向認(rèn)址系統(tǒng)在堆垛機(jī)垂直立柱上，對應(yīng)貨架的每一層的均要安裝一個認(rèn)址片，在堆垛機(jī)的貨臺下面要安裝上、中、下三個光電開關(guān)。為保證貨叉完成作業(yè)，堆垛機(jī)在垂直方向上必須要有檢測裝置準(zhǔn)確檢測貨叉是否準(zhǔn)確停在高位或低位。存貨開始或取貨結(jié)束時，升降臺貨叉停在高位置，上面兩個光電開關(guān)將在堆垛機(jī)升降過程中起作用；取貨開始或存貨結(jié)束時，貨叉停在低位置，此時下面兩個光電開關(guān)將在堆垛機(jī)升降過程中起作用。堆垛機(jī)水平運(yùn)行、載貨臺升降采用變頻器控制速度；而貨叉的伸縮運(yùn)行距離較短采用固定速度。傳感器回饋堆垛機(jī)的運(yùn)行速度，通過調(diào)整變頻器的頻率控制堆垛機(jī)的速度。 變頻調(diào)速的工作原理 變頻調(diào)速技術(shù)常用于堆垛機(jī)的速度控制。在堆垛機(jī)存取貨物的過程中,行走和貨叉伸縮運(yùn)動是按照先后順序動作的,行走電動機(jī)和貨叉電動機(jī)如果使用同一臺變頻器并聯(lián)運(yùn)行可以減少使用成本,電動機(jī)功率按照大慣性負(fù)載啟動的情況考慮。從上式可以看出，在極對數(shù)和轉(zhuǎn)差率不變的情況下，轉(zhuǎn)速與電源的頻率成正比，通過改變電動機(jī)的頻率可以改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，達(dá)到控制堆垛機(jī)速度的目的。在距離目標(biāo)位置較遠(yuǎn)時，為提高工作效率采用高速運(yùn)行；在距離較近時，降低速度達(dá)到完全運(yùn)行準(zhǔn)確認(rèn)址的目的。 （ ） （ ） 半閉環(huán)控制當(dāng)堆垛機(jī)朝著某一目標(biāo)位置行進(jìn)時,按照事先編好的PLC程序中堆垛機(jī)速度的控制策略，再根據(jù)目標(biāo)位置與光電傳感器反饋回來的堆垛機(jī)的實際位置之間的差值即相差的列數(shù)或?qū)訑?shù),選用變頻器不同的頻率實現(xiàn)堆垛機(jī)運(yùn)行時的速度控制。為了能較好地滿足自動化倉庫中堆垛機(jī)高速運(yùn)行、平穩(wěn)換速、低速停準(zhǔn)地調(diào)速控制要求，本文采用半閉環(huán)控制方式,。隨著大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路技術(shù)和數(shù)字通信技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，PLC技術(shù)不斷進(jìn)步，在工業(yè)生產(chǎn)中獲得了極其廣泛的應(yīng)用。能夠單機(jī)動作，也可以輸入/輸出擴(kuò)展。 變頻器簡介 變頻器的工作原理是通過改變交流電頻率方式實現(xiàn)交流電的控制。變頻器作為功率的變換部件，可提供可控的高性能變壓變頻的交流電源。為此，必須正確設(shè)計控制電路，合理的選擇電器元件。在設(shè)計控制系統(tǒng)之前，首先要清楚控制系統(tǒng)的工作要求，對要使用的機(jī)械設(shè)備的工作性能，結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和實際工作情況有充分的了解。2) 在滿足生產(chǎn)要求的前提下，力求使控制線路簡潔明了和節(jié)約電器元件。3) 保證控制線路工作的可靠性。4) 控制線路工作的安全性。在控制系統(tǒng)中，常用的保護(hù)環(huán)節(jié)有短路、過流、過載、過壓、失壓、弱磁、超速、極限等。5) 操作和維修方便。 （2）2個指示燈:1個用于通電指示，1個用作警示燈。擴(kuò)展模塊選擇6ES7 EM223 8入/8出 24VDC，開關(guān)量型。因為在堆垛機(jī)存取貨物的過程中,運(yùn)行系統(tǒng)和貨叉系統(tǒng)是按照先后順序動作的,為減少開支,運(yùn)行電動機(jī)和貨叉電動機(jī)使用同一臺變頻器并聯(lián)運(yùn)行,運(yùn)行電動機(jī)按照大慣性負(fù)載啟動的情況考慮。 （5）根據(jù)控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)要求，采用的三相異步電動機(jī)，額定功率300W，額定電壓380， 額定頻率50Hz， 轉(zhuǎn)速，數(shù)量3個。 （7）根據(jù)堆垛機(jī)的速度和位置控制要求，需要安裝8個光電傳感器和7個限位開關(guān)。 （9）保護(hù)用PLC 邏輯輸出控制繼電器,再通過繼電器控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的弱電電路:。為了保障整個倉庫自動化運(yùn)行,該堆垛機(jī)自動控制系統(tǒng)多處采用了傳感技術(shù):(1) 貨物進(jìn)入倉庫時，采用普通光電傳感器檢測有無物體,有貨物發(fā)出堆垛機(jī)啟動信號。(3) 使用光電傳感器監(jiān)視堆垛機(jī)貨臺上貨情況。堆垛機(jī)控制系統(tǒng)電路設(shè)計包括主電路、控制電路、行走叉伸變頻器和升降變頻器的接線電路的設(shè)計。 2)根據(jù)各部分的要求，設(shè)計出原理框圖中各個部分的具體電路。 3)繪制總原理圖。 4)正確選用原理線路中每一個電器元件，并制訂元器件目錄清單。但對于比較復(fù)雜的自動控制線路，例如專用的數(shù)控生產(chǎn)機(jī)械或者采用微機(jī)或電子控制的專用檢測與控制系統(tǒng)，要求有程序預(yù)選、刀具調(diào)整與補(bǔ)償和一定的加工精度、生產(chǎn)效率、自動顯示、各種保護(hù)、故障診斷、報警、打印記錄等，就必須按述過程一步一步進(jìn)行設(shè)計。 電氣原理圖的設(shè)計方法分析設(shè)計法 所謂分析設(shè)計法是根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求去選擇適當(dāng)?shù)幕究刂骗h(huán)節(jié)（單元電路）或經(jīng)過考驗的成熟電路，按各部分的聯(lián)鎖條件組合起來并加以補(bǔ)充和修改，綜合成滿足控制要求的完整線路。設(shè)計過程中，要隨時增減元器件和改變觸點(diǎn)的組合方式，以滿足拖動系統(tǒng)的工作條件和控制要求，經(jīng)過反復(fù)修改得到理想的控制線路。 分析設(shè)計法的特點(diǎn)是無固定的設(shè)計程序，設(shè)計方法簡單，容易為初學(xué)者所掌握，對于具有一定工作經(jīng)驗的電氣人員來說，也能較快地完成設(shè)計任務(wù)，因此在電氣設(shè)計中被普遍采用。經(jīng)驗設(shè)計法的基本步驟： 主電路設(shè)計。 控制電路設(shè)計。 輔助電路設(shè)計。 反復(fù)審核電路是否滿足設(shè)計原則。 邏輯設(shè)計法 邏輯設(shè)計法是利用邏輯代數(shù)這一數(shù)學(xué)工具來進(jìn)行電路設(shè)計，即根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的拖動要求及工藝要求，將執(zhí)行元件需要的工作信號以及主令電器的接通與斷開狀態(tài)看成邏輯變量，并根據(jù)控制要求將它們之間的關(guān)系用邏輯函數(shù)關(guān)系式來表達(dá)，然后再運(yùn)用邏輯函數(shù)基本公式和運(yùn)算規(guī)律進(jìn)行簡化，使之成為需要的與或關(guān)系式，根據(jù)最簡式畫出相應(yīng)的電路結(jié)構(gòu)圖，最后再作進(jìn)一步的檢查和完善，即能獲得需要的控制線路。邏輯設(shè)計方法的一般步驟： 充分研究加工工藝過程，做出工作循環(huán)圖或工作示意圖。 根據(jù)狀態(tài)表，確定中間記憶元件的開關(guān)邊界線，設(shè)計中間記憶元件。 根據(jù)邏輯函數(shù)式建立電路結(jié)構(gòu)圖。完成以上六部，則一張完整的繼電器控制原理圖設(shè)計完畢。 主電路設(shè)計，主電路包括帶有聲光報警裝置的三相三線制電源，PLC及其擴(kuò)展模塊的電源接線端，升降變頻器和行走叉伸變頻器的電源接線端，升降、行走、叉伸電機(jī)抱閘裝置的線圈和接通行走電機(jī)和叉伸電機(jī)的中間繼電器線圈。 4 控制系統(tǒng)軟件部分設(shè)計基于S7 200 PLC 的堆垛機(jī)自動控制系統(tǒng)是在Step7MicroWIN SMART軟件下開發(fā)的,主要有主程序、自動運(yùn)行程序、手動運(yùn)行程序。堆垛機(jī)控制系統(tǒng)的工作過程包括四個部分：(1) 接收入庫或出庫指令和存取貨物的目標(biāo)地址,堆垛機(jī)行走電動機(jī)、升降電動機(jī)順次起動。(2) 貨叉電動機(jī)起動時機(jī)由入庫和出庫指令決定貨叉伸出,執(zhí)行存、取操作后,貨叉縮回。(4) 堆垛機(jī)工作時,工作人員確定工作方式：手動或自動。自動控制時,作業(yè)任務(wù)信息由上位機(jī)提供。 I/O分配為正確的進(jìn)行硬件連接，方便修改系統(tǒng)的輸入/輸出點(diǎn)狀態(tài)，在編寫程序前，需對系統(tǒng)的輸入/輸出點(diǎn)進(jìn)行規(guī)劃分配。輸入、。網(wǎng)絡(luò)1中VW100,VW101,VW102分別放置輸入的列數(shù)、層數(shù)和排數(shù)。網(wǎng)絡(luò)4對程序中置1的中間繼電器進(jìn)行復(fù)位，并結(jié)束程序。 PLC子程序設(shè)計、入庫的主要運(yùn)動堆垛機(jī)無論手動還是自動運(yùn)動，都包含出、入庫兩種情況，入庫運(yùn)行程序主要完成從進(jìn)貨點(diǎn)啟動到入貨臺停止的過程。出、入庫的工作過程包含三個運(yùn)動。如果目標(biāo)列小于當(dāng)前列,則PLC程序中相應(yīng)計數(shù)器減數(shù)計算，堆垛機(jī)做后退運(yùn)動 ；反之,如果目標(biāo)列大于當(dāng)前列,則PLC程序中相應(yīng)計數(shù)器計數(shù)器加數(shù)計算，堆垛機(jī)做前進(jìn)運(yùn)動,直到目標(biāo)列等于當(dāng)前列,堆垛機(jī)不再做水平行走運(yùn)動。如果當(dāng)源列小于當(dāng)前列,則PLC程序中相應(yīng)計數(shù)器計數(shù)器加數(shù)計算，堆垛機(jī)向后運(yùn)動；反之,如果源列大于當(dāng)前列,則PLC程序中相應(yīng)計數(shù)器計數(shù)器減數(shù)計算，堆垛機(jī)向前運(yùn)動,直到當(dāng)前列等源列,堆垛機(jī)不再做水平運(yùn)動。如果目標(biāo)層小于當(dāng)前層,PLC程序中相應(yīng)計數(shù)器減數(shù)計算，堆垛機(jī)做下降運(yùn)動；反之,如果目標(biāo)層大于當(dāng)前層,則PLC程序中相應(yīng)計數(shù)器計數(shù)器加數(shù)計算，堆垛機(jī)做上升運(yùn)動,直到目標(biāo)層等于當(dāng)前層,堆垛機(jī)不再進(jìn)行垂直升降運(yùn)動。如果源層小于當(dāng)前層,則PLC程序中相應(yīng)計數(shù)器減數(shù)計算，堆垛機(jī)做下降運(yùn)動；反之,如果源層大于當(dāng)前層,則PLC程序中相應(yīng)計數(shù)器計數(shù)器加數(shù)計算，堆垛機(jī)做上升運(yùn)動,直到當(dāng)前層等于源層,堆垛機(jī)不再驚醒垂直升降運(yùn)動。根據(jù)存貨或是取貨要求，貨叉微降火微升。 、取貨程序流程圖在手動工作方式下，按下手動控制按鈕，處于手動工作狀態(tài)的貨臺將執(zhí)行按鈕控制的動作，直到運(yùn)動終點(diǎn)或按鈕抬起。 運(yùn)行過程如下：轉(zhuǎn)動旋鈕LS1,堆垛機(jī)轉(zhuǎn)為手向按鈕，堆垛機(jī)水平列向行走。按下“升降”按鈕 ，升降變頻器切換到準(zhǔn)備啟動升降電機(jī)，再按下正向或反向按鈕，堆垛機(jī)垂直層向運(yùn)動。按下“左右”按鈕，堆垛機(jī)叉伸點(diǎn)擊啟動，按下正向或反向按鈕，堆垛機(jī)載貨臺隨叉伸裝置左右移動，將貨物運(yùn)送到指定庫位。 自動運(yùn)行方式下有入庫和出庫2個選擇。進(jìn)行入庫操作時，堆垛機(jī)貨臺向右伸出，并叉伸抱閘起動。然后，堆垛機(jī)進(jìn)行貨物入庫操作。到達(dá)目標(biāo)位置后，有VW102存儲的數(shù)值確定左伸還是右伸。進(jìn)行出庫操作時，堆垛機(jī)先到達(dá)目標(biāo)位置，完成取貨操作，然后到達(dá)出庫位置，送出貨物，最后返回初試位置，出庫操作完成。但是由于PLC程序是逐行掃描的，所以僅僅能夠判斷小車是處于前進(jìn)過程還是返回過程是不夠的，因為在返回過程中，還有貨叉從貨架上縮回、升降臺下降到初始位置等過程，如果無法有效區(qū)別，必然要發(fā)生事故。因此在編寫PLC程序的時候，、分別作為小車沿列向運(yùn)行標(biāo)志、升降臺層向運(yùn)行標(biāo)志、貨叉到位標(biāo)志。 堆垛機(jī)PLC程序PLC程序見附錄A堆垛機(jī)PLC程序。組態(tài)軟件是能為用戶提供快速構(gòu)建工業(yè)自動控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的、通訊層次的軟件。該軟件集成了亞控科技公司自主研發(fā)的工業(yè)生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)庫（King Historian）的支持，可以為企業(yè)提供一個對整個生產(chǎn)過程進(jìn)行數(shù)據(jù)收集、分析及處理的智能系統(tǒng)，使企業(yè)能夠及時的獲取有效信息，迅速的做出反應(yīng)，以獲得最優(yōu)結(jié)果。 創(chuàng)建工程路徑打開組態(tài)王工程管理器（ProJmananger），單擊選項“文件/新建工程”，彈出對話框：“新建工程向?qū)б弧?。彈出對話框：“新建工程向?qū)е?。單擊“下一步”繼續(xù)，在彈出的工程名稱中輸入“堆垛機(jī)運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)”，該工程名稱同時將被當(dāng)作當(dāng)前工程的路徑名稱，描述對話框略。 新建工程 創(chuàng)建組態(tài)畫面，可以根據(jù)實際情況建立若干個工程畫面。第一步：定義新畫面進(jìn)入新建工程“堆垛機(jī)運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)”，進(jìn)入工程瀏覽器左側(cè)大綱項“文件/畫面”，雙擊“新建”圖標(biāo)，輸入畫面名稱：“立體倉庫監(jiān)控畫面”，背景色選取天藍(lán)色。 堆垛機(jī)監(jiān)控畫面 定義I/O設(shè)備組態(tài)王把那些需要與監(jiān)控系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)的程序或設(shè)備都作為