【正文】 業(yè)管理自動化水平逐步提高。 3 立體倉庫中智能技術(shù)將會取得應(yīng)用 。 長春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 5 本課題研究的目的和意義 它以高層立體貨架為主要標(biāo)志，使用成套先進(jìn)的搬運(yùn)設(shè)備，以先進(jìn)的計算機(jī)控制技術(shù)為主要手段，實(shí)現(xiàn)搬運(yùn)、存取的機(jī)械化和自動儲存管理，并可與上級計算機(jī)聯(lián)網(wǎng)組成內(nèi)部局域網(wǎng)，從而實(shí)現(xiàn)管理、監(jiān)控、執(zhí)行的功能 。從原來的固定貨位、人工搬運(yùn)和碼放、人工管理、以儲存為主的傳統(tǒng)倉儲作業(yè)，轉(zhuǎn)變?yōu)樽杂蛇x擇貨位、可按需要實(shí)現(xiàn)先進(jìn)先出的 機(jī)械化與自動化倉儲作業(yè)，同時可以對貨物進(jìn)行必要的揀選、組配，并根據(jù)整個企業(yè)生產(chǎn)的需要，有計劃的將庫存物按指定的數(shù)量和時間要求送到恰當(dāng)?shù)攸c(diǎn)，滿足均衡生產(chǎn)的需要，可以說自動化立體倉庫的出現(xiàn)使 “ 靜態(tài)倉庫 ” 變成了 “ 動態(tài)倉庫 ” 。和普通倉庫相比，自動化立體倉庫具有顯著的優(yōu)越性。 其次，增加了分揀、轉(zhuǎn)運(yùn)、配送、包裝、流通加工、信息處理等設(shè)施，能夠全面為生產(chǎn)和商業(yè)流通服務(wù)，從而 提高倉庫管理水平，減少貨損，優(yōu)化、降低庫存，縮短周轉(zhuǎn)期，節(jié)約資金。 AS/RS 的計算機(jī)管理與控制也可以減少貨物和信息處理過程中的差錯。堆垛機(jī)是立體倉庫的關(guān)鍵部件， 責(zé)全部貨物的入庫承運(yùn)作業(yè)， 實(shí)現(xiàn)三個自由度的運(yùn)動。 在入庫作業(yè) 時，當(dāng)檢測傳感器檢測到零位平臺上有貨物，那么起動機(jī)械手，將零位平臺上的貨物放到指定的庫位上。 機(jī)械手在執(zhí)行每次的去放任務(wù)，都會自動回到零位，等待下一條指令。為了系統(tǒng)的安全在每個限位都裝有超限位保護(hù)開關(guān)，每個庫位都有檢測裝置 ， 判斷庫位是否已有貨物，禁止雙重入庫和空的取操作。當(dāng)堆垛機(jī)平臺移動到貨架的指定位置時，直流電機(jī)驅(qū)動貨臺向前伸出可將貨物取出或者送入，當(dāng)取到貨物貨已送入，則貨臺向后縮回。 6 當(dāng)按完庫位號后，沒按入或沒取前，可以按手動取消該操作。 1 處理器單元一般由控制器、 運(yùn)算器 和 寄存器 組成。 CPU是 PLC 的核心，它不斷采集輸入信號，執(zhí)行 用戶程序 ，刷新系統(tǒng)輸出。系統(tǒng) 存儲器 用于存放 PLC的系統(tǒng)程序，用戶存儲器用于存放 PLC 的用戶程序。 PLC 的輸入輸出接口電路一般采用光耦合隔離技術(shù)，可以有效地保護(hù)內(nèi)部電路。 采用 PLC 控制立體倉庫的優(yōu)點(diǎn) PLC 的應(yīng)用非常廣泛，例如電梯控制、防盜系統(tǒng)的控制、交通信號的控制、樓宇供水自動控 制、噴水池自動控制、消防系統(tǒng)自動控、供電系統(tǒng)自動控制及各種生產(chǎn)流水線的自動控制等。其控制系統(tǒng)簡單，更改容易，施工周期短；系統(tǒng)維護(hù)容易。 PLC 的應(yīng)用大大提高了控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、適用性、并且降低了系統(tǒng)成本。 自動化立體倉庫，少不了自動化倉庫管理系統(tǒng)，只有使用強(qiáng)大的倉庫管理系統(tǒng)才能使得倉庫管理和業(yè)務(wù)流程上一個臺階，才能 將先進(jìn)的硬件設(shè)備發(fā)揮作用、產(chǎn)生效益，針對這一倉庫管理系統(tǒng)，我選擇了 PLC。 總的來看，基于 PLC 自動 化立體倉庫可以總結(jié)為如下幾點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：低成本、 范圍廣、高速、便捷、永遠(yuǎn)在線、結(jié)構(gòu)靈活、數(shù)字化等。構(gòu)成 PLC 控制系統(tǒng)的主要電氣硬件 有控制立體倉庫的 Z 軸的直流電動機(jī)，控制 XY 軸的步進(jìn)電動機(jī)以及供給系統(tǒng)能源的直流開關(guān)電源，還有各種傳感器，如系統(tǒng)中采用的反射式和 對射式傳感器以及微動開關(guān)（用來完成貨物的檢測以及限位保護(hù)）。工藝流程的特點(diǎn)和應(yīng)用要求是設(shè)計選型的主要依據(jù)。因此，工程設(shè)計選型和估算時，應(yīng)當(dāng)是要分析控制過程的特點(diǎn)、要求、范圍。 （ I/O）點(diǎn)數(shù)的估算 長春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 10 在我們設(shè)計時，我們先對 I/O 點(diǎn)數(shù)估算，并且考慮適當(dāng)?shù)挠嗔?，通常根?jù)統(tǒng)計的輸入輸出點(diǎn)數(shù)，再增加 10%～ 20%的可擴(kuò)展，以此來確定我們所需要的 PLC輸入輸出點(diǎn)數(shù)。 2．存儲器容量的估算 存儲器容量是指可編程序控制器本身能提供的硬件存儲單元大小，程序容量是存 儲器中用戶應(yīng)用項(xiàng)目使用的存儲單元的大小，因此程序容量小于存儲器容量。 存儲器內(nèi)存容量的估算，大體上都是按數(shù)字量 I/O 點(diǎn)數(shù)的 10～ 15 倍，加上模擬量 I/O 點(diǎn)數(shù)的 100 倍，以此數(shù)為內(nèi)存的總字?jǐn)?shù)（ 16 位為一個字），另外再按此數(shù)的 25%考慮余量。 根據(jù)本課題所設(shè)計的自動控制的需要，主要介紹以下幾種功能的選擇。 (2)診斷功能 PLC 的診斷 功能包括硬件和軟件的診斷。 通過 過軟件對 PLC 內(nèi)部的性能和功能進(jìn)行的診斷是內(nèi)診斷，通過軟件對 PLC的 CPU 與外部輸入輸出等部件信息交換功能 進(jìn)行的診斷就是外診斷。 (3)編程功能 離線編程方式： PLC 和編程器共用一個 CPU，編程器在編程模式時， CPU 只為編程器提供服務(wù)，不對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行控制。離線編程方式可降低系統(tǒng)成本，但使用和調(diào)試不方便。 在線編程方式： CPU 和編程器有各自的 CPU，主機(jī) CPU 負(fù)責(zé)現(xiàn)場控制，并在一個掃描周期內(nèi)與編程器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，編程器把在線 編制的程序或數(shù)據(jù)發(fā)送到主機(jī)，下一掃描周期，主機(jī)就根據(jù)新收到的程序運(yùn)行。 長春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 11 五種標(biāo)準(zhǔn)化編程語言：順序功能圖（ SFC）、梯形圖（ LD）、功能模塊圖（ FBD）三種圖形化語言和語句表（ IL）、結(jié)構(gòu)文本（ ST）兩種文本語言。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡單控制到更復(fù)雜的自動化控制?？蛇B接 7 個擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至 248 路數(shù)字量 I/O點(diǎn) 35 路模擬量 I/O 點(diǎn)。 6 個獨(dú)立的 30kHz 高速計數(shù)器， 2 路獨(dú)立的 20kHz 高速脈沖輸出，具有 PID控制器。 I/O端子排可以很容易地整體拆卸?？赏耆m應(yīng)于一些復(fù)雜的中小型控制系統(tǒng)。 步進(jìn)電動機(jī) 步進(jìn)電機(jī)是一種由電脈沖控制的特殊同步電動機(jī)，它的作用是將脈沖電信號變換為相應(yīng)的角位移或者線位移。它可以實(shí)現(xiàn)信號變換，是自動控制系統(tǒng)和數(shù)字控制系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用的執(zhí)行元件。 (1)步進(jìn)電機(jī)的工作原理 步進(jìn)電機(jī)是數(shù)字控制系統(tǒng)中的執(zhí)行電動機(jī)。當(dāng)電脈沖按某一相序加到電動機(jī)時，轉(zhuǎn)子沿某一方向轉(zhuǎn)動的步數(shù)等于電脈沖個數(shù)。 (1)步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn) 位移與輸入脈沖信號的信號數(shù)相對應(yīng)，步距誤差不長期積累，可以組成結(jié)構(gòu)簡單且具有一定精度的開環(huán)控制系統(tǒng)，也可以在需要更高精度時組成閉環(huán)控制系統(tǒng)速度可以在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)平滑調(diào)節(jié)。具有自鎖的能力。所以步進(jìn)電機(jī)具有帶電自 鎖能力 。范圍內(nèi)進(jìn)行選擇。電動機(jī)本身沒有電刷、轉(zhuǎn)子上沒有繞組，也不需要位置傳感器，可靠性高。 指令 圖 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動控制器的構(gòu)成 (3)步進(jìn)電動機(jī)的選擇 在選擇步進(jìn)電 動機(jī)時，首先要考慮的是步進(jìn)電動機(jī)的類型，其次才是具體的品種。八拍混合式步進(jìn)電動機(jī)的主要特點(diǎn)是體積小，具有較高的起動和運(yùn)行頻率，有定位轉(zhuǎn)矩等優(yōu)點(diǎn)?？刂葡到y(tǒng)每發(fā)出一個脈沖信號，通過驅(qū)動器就使得步進(jìn)電動機(jī)旋轉(zhuǎn)一個步距角，也就是說，它把控 制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號轉(zhuǎn)化為步進(jìn)電動機(jī)的角位移。 所有型號驅(qū)動器的輸入信號都相同，它們是步進(jìn)脈沖信號 CP、方向電平信號 DIR、脫機(jī)信號 FREE（此端為低電平有效時，電動機(jī)處于無轉(zhuǎn)矩狀態(tài)；此端為高電平或懸空不接時，此功能無效，電動機(jī)可以正常運(yùn)行）。該立體倉庫中，由于提供的電平為 24V，而輸入部分的電平為 5V，所以需要外部另加 的限流電阻 R。 (3)步進(jìn)電動機(jī) 驅(qū)動器細(xì)分?jǐn)?shù)和電動機(jī)電流設(shè)定 SH 系列驅(qū)動器是靠驅(qū)動器上的撥位開關(guān)來設(shè)定細(xì)分?jǐn)?shù)的，只需根據(jù)面板上的提示進(jìn)行設(shè)定即可。細(xì)分后完全消除了電動機(jī)的低頻振蕩，而且提高了電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩和電動機(jī)的分辨率。 (4)步進(jìn)電動機(jī) 驅(qū)動器電源接口 對于超小型驅(qū)動器，采用一組 DC24~40V 供電。 傳感器 （ 1）反射式傳感器 工作原理：當(dāng)物體相對于傳感器移動時，反射回來的信號和原來的信號進(jìn)行對比，產(chǎn)生頻移，然后集成電路放大微弱的頻移信號。 長春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 14 變調(diào)光試傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu) 25 在該立體倉庫中采用反射式傳感器作為貨物檢測裝置，并采用能抗周圍外來光干擾的變調(diào)光式。 下面是反射式傳感器的輸出電路圖： 圖 反射式傳感器的輸出電路 （ 2）對射式傳感器 對射式傳感器的工作原理：對射式傳感器的輸出狀態(tài)一般是 NPN 輸出，輸出晶體管的動作狀態(tài)可以分為：入光時 ON 和遮光時 ON 兩種。當(dāng) 24V 電壓加到發(fā)光二級管 VL 時，它將光發(fā)射給光敏二級管 VD， VD 接收到光導(dǎo)通，于是晶體管導(dǎo)通，輸出為 ON。 長春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 15 圖 對射式傳感器的電路 在該立體倉庫控制系統(tǒng)中，采用 8 個對射式傳感器作限位控制。 微動開