【正文】 體倉(cāng)庫(kù)的主要搬運(yùn)設(shè)備是巷道式碼（堆）垛機(jī)，其主要用途是在高層貨架的巷道內(nèi)來(lái)回穿梭運(yùn)行，將位于巷道口的貨物存放入貨格中，或者將貨物取出運(yùn)送到巷道口。自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)中的貨物輸送裝置主要有傳送帶、各種流動(dòng)小車等，短距離的傳送還可以采用機(jī)器人。管理計(jì)算機(jī)是立體倉(cāng)庫(kù)的管理中心，承擔(dān)著入/出庫(kù)管理、盤庫(kù)管理、查詢、打印及顯示、經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)的計(jì)算分析等功能，包括在線管理和離線管理；中央控制計(jì)算機(jī)是立體倉(cāng)庫(kù)的控制中心，它溝通并協(xié)調(diào)管理計(jì)算機(jī)、碼垛機(jī)、入/出輸送機(jī)等設(shè)備之間的聯(lián)系，控制和監(jiān)視著整個(gè)立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)的運(yùn)行。（2） 自動(dòng)存?。鹤詣?dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)使用機(jī)械和自動(dòng)化設(shè)備，運(yùn)行和處理速度快，提高了作業(yè)效率。（4） 節(jié)約成本：作業(yè)效率的提高勢(shì)必會(huì)降低貨物儲(chǔ)存的成本費(fèi)用，由此也提高了企業(yè)的現(xiàn)代化物流意識(shí)。在生產(chǎn)發(fā)展的實(shí)際需要和科技水平發(fā)展的現(xiàn)實(shí)可能下，五十年代初開始出現(xiàn)了自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)。1960年以后巷道式碼垛機(jī)逐漸代替了橋式碼垛機(jī)，此后碼垛機(jī)的使用范圍和性能有了很大的發(fā)展，尤其是在日本，自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)發(fā)展迅速，目前日本的自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)技術(shù)和自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)的擁有量都位居世界前列。其中智能自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)在九十年代后期以及二十一世紀(jì)的若干年內(nèi)，是倉(cāng)儲(chǔ)自動(dòng)化技術(shù)的主要發(fā)展方向。碼垛機(jī)是自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)的重要組成部分，它是整個(gè)系統(tǒng)的執(zhí)行部件，存貨時(shí)將貨物從出入貨臺(tái)準(zhǔn)確的存放到貨位里，取貨時(shí)將貨物從貨位中取回到出入貨臺(tái)。它是在所謂高層、高速、高密度儲(chǔ)藏的概念下的產(chǎn)物。初期的立體倉(cāng)庫(kù)使用的碼垛機(jī)以橋式起重機(jī)為基礎(chǔ)，這種碼垛機(jī)是從起重機(jī)的大梁上懸掛一個(gè)門架，利用門架的上下和旋轉(zhuǎn)來(lái)搬運(yùn)貨物。1967年日本安裝了高度10~15米的高層碼垛機(jī)，1969年出現(xiàn)了聯(lián)機(jī)全自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)，我國(guó)是在上世紀(jì)70年代初期開始研究采用巷道式碼垛機(jī)的立體倉(cāng)庫(kù)。巷道式碼垛機(jī)的起升速度已經(jīng)可以達(dá)到90m/min，運(yùn)行速度達(dá)到240m/min，在有的立體倉(cāng)庫(kù)中采用上、下兩層分別用巷道碼垛機(jī)進(jìn)行搬運(yùn)作業(yè)的方法提高出入庫(kù)能力。無(wú)論何種類型的碼垛機(jī)一般都由水平行走機(jī)構(gòu)、起升機(jī)構(gòu)、載貨臺(tái)及貨叉機(jī)構(gòu)、機(jī)架和電氣設(shè)備等基本部分組成。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的技術(shù)水平和倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)械設(shè)備的動(dòng)態(tài)性能也在不斷提高。盡管如此，目前國(guó)產(chǎn)碼垛機(jī)的運(yùn)行速度最高仍保持在160m/min；提升速度在0~80m/min；貨叉速度一直保持在0~30m/min；認(rèn)址采用光電探測(cè)，精度不足，認(rèn)址出錯(cuò)率高。表明了自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)和碼垛機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)展的必然性,改進(jìn)碼垛機(jī)精度和提高其應(yīng)用效率的必要性。水平部分運(yùn)動(dòng)電機(jī)和垂直部分運(yùn)動(dòng)電機(jī)分別采用220W的三相交流異步電動(dòng)機(jī)和200W的單相交流異步電動(dòng)機(jī)，由西門子S7200PLC通過(guò)變頻器進(jìn)行控制。由碼垛機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)特點(diǎn)及工作要求可知，能否保證碼垛機(jī)的穩(wěn)定工作，關(guān)鍵在碼垛機(jī)的三維位置移動(dòng)定位的精確性。① 手動(dòng)方式通過(guò)碼垛機(jī)的轉(zhuǎn)換開關(guān)及按鈕控制碼垛機(jī)水平和提升運(yùn)動(dòng)及貨叉伸縮。手動(dòng)操作時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)給予相應(yīng)的警示信號(hào)，同時(shí)系統(tǒng)將解除大部分的保護(hù)控制。② 單機(jī)自動(dòng)用人機(jī)界面對(duì)碼垛機(jī)進(jìn)行全自動(dòng)的控制，控制系統(tǒng)根據(jù)用戶輸入的參數(shù)進(jìn)行全自動(dòng)的取送貨動(dòng)作。人機(jī)界面應(yīng)具備實(shí)時(shí)顯示設(shè)備運(yùn)行工況，故障及歷史故障查詢等功能。 ① 作業(yè)命令處理：確定作業(yè)狀態(tài)時(shí)自動(dòng)還是手動(dòng)；確定作業(yè)指令是存貨入庫(kù)還是取貨出庫(kù)；確定作業(yè)地址包括列地址和層地址。到達(dá)預(yù)定位置后，碼垛機(jī)停車。④ 作業(yè)任務(wù)的順序邏輯控制：按照入庫(kù)、出庫(kù)的作業(yè)順序，確定各輸出點(diǎn)的得電狀態(tài)，完成作業(yè)順序的邏輯控制。⑥ PLC還有工作故障報(bào)警功能。監(jiān)控級(jí)對(duì)通訊、流程進(jìn)行控制，并進(jìn)行實(shí)時(shí)圖像顯示，直接控制級(jí)是由PLC(可編程序控制器)組成的控制系統(tǒng)對(duì)各設(shè)備進(jìn)行單機(jī)自動(dòng)操作。碼垛機(jī)采用西門子公司的S7200型PLC控制，與變頻器結(jié)合對(duì)碼垛機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速。要完成對(duì)碼垛機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，首先要保證碼垛機(jī)能夠準(zhǔn)確到達(dá)目標(biāo)位置，所以在設(shè)計(jì)碼垛機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)時(shí)，關(guān)鍵在于準(zhǔn)確可靠的認(rèn)址和定位保證碼垛機(jī)準(zhǔn)確無(wú)誤的定位在目標(biāo)貨位。，控制系統(tǒng)由PLC控制器、調(diào)速系統(tǒng)、編碼器、認(rèn)址片和認(rèn)址器組成，實(shí)現(xiàn)位置和速度的雙閉環(huán)控制。自動(dòng)倉(cāng)庫(kù)的認(rèn)址檢測(cè)系統(tǒng)有兩項(xiàng)任務(wù)：一是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)尋址，使碼垛機(jī)自動(dòng)找到被指定到達(dá)的位置；二是自動(dòng)準(zhǔn)確停準(zhǔn)，即碼垛機(jī)停準(zhǔn)位置不超出規(guī)定的精度。這樣每個(gè)貨位就有了獨(dú)立的三維坐標(biāo)地址，碼垛機(jī)自動(dòng)檢測(cè)目前的坐標(biāo)地址，使其能到達(dá)目標(biāo)位置。1）絕對(duì)認(rèn)址：絕對(duì)認(rèn)址是將每一個(gè)貨位賦予唯一的開關(guān)狀態(tài)，給每個(gè)貨位制作一個(gè)專用的認(rèn)址片，碼垛機(jī)上相應(yīng)安裝一個(gè)識(shí)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(guò)讀取認(rèn)址片的代碼來(lái)判斷碼垛機(jī)的當(dāng)前位置。每經(jīng)過(guò)一個(gè)貨位，就對(duì)地址編碼進(jìn)行加1或減1，一直移動(dòng)到和預(yù)定位置號(hào)一致時(shí)停止運(yùn)行。從動(dòng)輪與軌道旋轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)測(cè)定方式。（4）激光測(cè)距定位：激光測(cè)距定位是近年來(lái)應(yīng)用于碼垛機(jī)準(zhǔn)確定位的新技術(shù)，用激光測(cè)距儀通過(guò)測(cè)量碼垛機(jī)到基準(zhǔn)點(diǎn)的距離和事先存儲(chǔ)的位置數(shù)據(jù)比較來(lái)確定碼垛機(jī)的當(dāng)前位置。為完成對(duì)碼垛機(jī)的位置控制，必須能檢測(cè)出碼垛機(jī)的運(yùn)行位置，本文設(shè)計(jì)的碼垛機(jī)系統(tǒng)認(rèn)址方式有：（1）水平認(rèn)址系統(tǒng)水平方向采用激光測(cè)距傳感器，當(dāng)前數(shù)據(jù)為位移值，經(jīng)過(guò)PLC計(jì)算后的數(shù)據(jù)為當(dāng)前速度值。在立體倉(cāng)庫(kù)巷道通道中的激光測(cè)距范圍(激光發(fā)射器與反射板之間)內(nèi)不得有任何物體遮擋激光光線。因此，在巷道碼垛機(jī)工作時(shí)不允許有任何物體遮擋激光光線，對(duì)于激光光線通道應(yīng)采取隔離保護(hù)措施，保證激光測(cè)距的準(zhǔn)確性和自動(dòng)化系統(tǒng)的安全性。低位為取貨開始伸叉或放貨完畢收叉的位置，高位為放貨開始伸叉或取貨完畢收叉的位置。所以在碼垛機(jī)的升降臺(tái)上安裝三個(gè)光電開關(guān)，與升降臺(tái)一起上升下降，中間的一個(gè)共用，其他兩個(gè)分別為上位置和下位置。 碼垛機(jī)垂直方向認(rèn)址傳感器分布圖其認(rèn)址狀態(tài)如表21所示：表21 認(rèn)址狀態(tài)表 上升下降傳感器存貨高位取貨低位存貨高位 取貨低位A1……計(jì)數(shù)、減速、定位 ……定位、停止 A2計(jì)數(shù)、減速、定位定位、停止定位、停止計(jì)數(shù)、減速、定位A3 ……計(jì)數(shù)、減速、定位 ……常見的速度運(yùn)行曲線有三種，分別為三角形與梯形速度曲線、拋物線與直線形速度曲線、正弦形速度曲線。梯形速度曲線碼垛機(jī)以加速度啟動(dòng)加速，當(dāng)勻加速到最大運(yùn)行速度時(shí)，保持該速度運(yùn)行一段時(shí)間，再以勻減速運(yùn)行，直到零速停靠。S7200系列PLC是德國(guó)西門子公司生產(chǎn)的一種超小型PLC,超小型是指其功能具有大、中型PLC的水平，而價(jià)格卻和小型PLC的價(jià)格一樣。它結(jié)構(gòu)小巧，可靠性高，運(yùn)行速度快，繼承和發(fā)揮了它在大、中型PLC領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，又極豐富的指令集，具有強(qiáng)大的多種集成功能和實(shí)時(shí)特性，配有功能豐富的擴(kuò)展模塊，性能價(jià)格比非常高。S7200硬件系統(tǒng)的配置方式采用整體式加積木式，即主機(jī)中包含一定數(shù)量的I/O輸入輸出，同時(shí)還可以擴(kuò)展各種功能模塊。特包括CPU、存儲(chǔ)器、基本輸入輸出點(diǎn)和電源等,是PLC的主要部分。（2）擴(kuò)展單元：主機(jī)I/O數(shù)量不能滿足控制系統(tǒng)的要求時(shí)，用戶可以根據(jù)需要擴(kuò)展各種I/O模塊，所能連接的擴(kuò)展單元的數(shù)量和實(shí)際所能使用的I/O點(diǎn)數(shù)是多種因素共同決定的。（4）相關(guān)設(shè)備：相關(guān)設(shè)備是為了充分和方便的利用SIMATIC S7200系統(tǒng)的硬件和軟件資源而開發(fā)和使用的一些設(shè)備，主要有編程設(shè)備、人際操作界面和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等。SIMATIC S7200的CPU模塊包括一個(gè)中央處理單元、電源以及數(shù)字I/O點(diǎn)，這些都被集成在一個(gè)緊湊、獨(dú)立的設(shè)備中。輸入部分則輸出控制信號(hào)，控制工業(yè)過(guò)程中的設(shè)備。其特點(diǎn)如下：① 集成的24V電源：可直接連接到傳感器和變送器、執(zhí)行器，可用作負(fù)載電源。③ 通信口：CPU226具有2個(gè)RS485通信口，支持PPI、MPI協(xié)議，有自由口通信能力。⑤ 中斷輸入允許以極快的速度對(duì)過(guò)程信號(hào)的上升沿做出響應(yīng)。⑦ CPU226有6個(gè)30KHZ的高速計(jì)數(shù)器，用于捕捉比CPU掃描頻率更高的脈沖信號(hào)。所選模塊型號(hào)如表22所示。另外加入兩個(gè)EM235模擬量輸入/輸出模塊是為控制水平和垂直運(yùn)行的交流電機(jī)。（1） 變頻器的概念變頻器的工作原理是通過(guò)改變交流電頻率方式實(shí)現(xiàn)交流電的控制。整流部分為三相橋式不可控整流器，逆變部分為IGBT三相橋式逆變器，且輸出為PWM波形，中間直流環(huán)節(jié)為濾波、直流儲(chǔ)能和緩沖無(wú)功率。MM440變頻器各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)如下：輸入電壓：3相380VAC，50Hz。輸出功率：。輸出頻率：(0650)Hz可調(diào)。輸出控制：變頻器由微機(jī)處理器控制絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)的脈沖寬度調(diào)制頻率，實(shí)現(xiàn)輸出電壓、頻率可調(diào)。數(shù)字量輸入：6路帶隔離的數(shù)字量輸入。模擬量輸入：2路(0~10) 模擬量輸入。通訊接口：RS485通訊、USS協(xié)議。水平行走電機(jī)采用220W的三相交流異步電動(dòng)機(jī)，運(yùn)行速度要求為2m/min~360m/min，系統(tǒng)采用轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制方式。為速度給定量，為PLC輸出的控制量，為變頻器輸出電壓，為被控量，控制算法為PID。（2）運(yùn)用指令系統(tǒng)中的HDEF、HSC指令，進(jìn)行高速計(jì)數(shù)中斷程序設(shè)計(jì)，高速計(jì)數(shù)器設(shè)為HSC0和模式9，增計(jì)數(shù)，實(shí)時(shí)采集并存儲(chǔ)光電編碼器反饋的A、B兩相正交脈沖數(shù)。（4）采用模塊化程序結(jié)構(gòu)