【正文】 7致 謝 ..............................................................38參考文獻(xiàn) ...........................................................391 / 441. 緒論 本課題研究背景與現(xiàn)狀由于世界經(jīng)濟(jì)、現(xiàn)代科技的快速發(fā)展，物流產(chǎn)業(yè)成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的新興的一個(gè)服務(wù)部門(mén)。在我們國(guó)家，由于市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的不斷深入，單純依賴商流而賺取利潤(rùn)的機(jī)會(huì)將會(huì)變少。在 20 世紀(jì)六、七十年代，一些發(fā)達(dá)國(guó)家都開(kāi)始重視倉(cāng)儲(chǔ)管理。因?yàn)檫@類(lèi)倉(cāng)庫(kù)能充分的利用空間存儲(chǔ)貨物，所以將它稱(chēng)為立體倉(cāng)庫(kù)。自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)有很高的空間利用率、很強(qiáng)的入出庫(kù)能力、采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制管理而利于企業(yè)實(shí)施現(xiàn)代化管理等特點(diǎn)，已經(jīng)成為了企業(yè)物流和生產(chǎn)管理不可缺少的倉(cāng)儲(chǔ)技術(shù)。(2)采用高層貨架、立體儲(chǔ)存，能有效地利用空間，減少占地面積，降低土地購(gòu)置費(fèi)用。(4)貨位集中，便于控制與管理，特別是使用電子計(jì)算機(jī)，不但能夠?qū)崿F(xiàn)作業(yè)過(guò)程的自動(dòng)控制，而且能夠進(jìn)行信息處理。下面簡(jiǎn)單闡述PLC 的發(fā)展背景。根據(jù)這一設(shè)想，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司于 1969 年率先研制出第一臺(tái)可編程控制器(簡(jiǎn)稱(chēng) PLC)，并在通用汽車(chē)公司的自動(dòng)裝配線上試用獲得成功。當(dāng)前 PLC 已經(jīng)成為了電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛的核心控制裝置。 ”[2]因此，進(jìn)行立體倉(cāng)庫(kù)的 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，可以推動(dòng)機(jī)械手行業(yè)的發(fā)展，擴(kuò)大 PLC 在自動(dòng)控制領(lǐng)域的應(yīng)用，具有一定的經(jīng)濟(jì)和理論研究的價(jià)值。隨著柔性化的普及，自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的儲(chǔ)運(yùn)作業(yè)也將向柔性化發(fā)展。2. 立體倉(cāng)庫(kù)作業(yè)管理自動(dòng)化水平逐步提高。3. 立體倉(cāng)庫(kù)中智能技術(shù)將會(huì)取得應(yīng)用。 本課題設(shè)計(jì)內(nèi)容自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的主體由貨架、巷道式堆垛起重機(jī)、入(出)庫(kù)工作臺(tái)和自動(dòng)運(yùn)進(jìn)( 出) 及操作控制系統(tǒng)組成。該系統(tǒng)通過(guò)傳感器采集信號(hào)，PLC 控制程序，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)和直流電機(jī)較復(fù)雜的速度與位置控制規(guī)模。在出庫(kù)操作時(shí)，啟動(dòng)機(jī)械手，到達(dá)指定庫(kù)位，將指定庫(kù)位上的貨物取出放到零位平臺(tái)。 論文中機(jī)械手可以進(jìn)行三個(gè)維度的變化，就是可以進(jìn)行前進(jìn)、后退，上、下，左、右的變化。 可編程控制器（PLC）簡(jiǎn)介 可編程控制器（PLC）的基本結(jié)構(gòu)3 / 44可編程控制器的基本結(jié)構(gòu)由輸入/輸出模塊、中央處理單元、電源部件和編程器等組成。（1） 輸入/輸出模塊 在 PLC 中，CPU 是通過(guò)輸入/ 輸出模塊與外界連接的。（2） 中央處理單元 中央處理器單元包括微處理器、系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器和用戶程序存儲(chǔ)器。（3） 電源部件 電源部件是把交流電轉(zhuǎn)換成直流電源的裝置，它向PLC 提供所需的高質(zhì)量直流電源。（2） ．功能強(qiáng)大，性價(jià)比高。（4） ．配套齊全，使用方便。（6） ．系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試、維修工作量少，維修方便。當(dāng)堆垛機(jī)平臺(tái)移動(dòng)到貨架的指定位置時(shí)，直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)貨臺(tái)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(tái)向后縮回。當(dāng)按完庫(kù)位號(hào)后，沒(méi)按入或沒(méi)取前，可以按手動(dòng)取消該操作。按 PLC 編程功能可分為 4 大類(lèi)：開(kāi)關(guān)量順序控制、通信功能、模擬量控制、運(yùn)動(dòng)控制。其控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單，更改容易，施工周期短；系統(tǒng)維護(hù)容易。選擇 PLC 是因?yàn)樗姆€(wěn)定性比單純的使用單片機(jī)要穩(wěn)定的多，所能實(shí)現(xiàn)的功能也強(qiáng)大的多。5 / 443. 系統(tǒng)的硬件配置 立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)控制立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)的控制圖如下圖 所示。圖 立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)控制框圖 電氣原理圖的設(shè)計(jì)根據(jù)以上的控制要求，得到如下電氣原理圖：6 / 44圖 PLC 外部接線圖 立體倉(cāng)庫(kù)電氣硬件的介紹與選擇 可編程控制器（PLC）在 PLC 系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)確定控制方案，下一步工作就是 PLC 工程設(shè)計(jì)選型。所以，權(quán)衡利弊、合理地選擇機(jī)型才能達(dá)到經(jīng)濟(jì)實(shí)用的目的。然后根據(jù)控制要求，估算輸入輸出點(diǎn)數(shù)、所需存儲(chǔ)器容量、確定 PLC 的功能、外部設(shè)備特性等，選擇有較高性價(jià)比的 PLC、設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制系統(tǒng)。根據(jù)估算的方法故本課題的 I/O 點(diǎn)數(shù)為輸入 40 點(diǎn)，輸出 21 點(diǎn)。設(shè)計(jì)階段，為了設(shè)計(jì)選型時(shí)能對(duì)程序容量有一定估算，通常采用存儲(chǔ)器容量的估算來(lái)替代。因此本課題 PLC 內(nèi)存容量選擇應(yīng)能存儲(chǔ) 5000 條梯形圖，這樣才能在以后的改造過(guò)程中有足夠的空間。根據(jù)本課題所設(shè)計(jì)的自動(dòng)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(guò)軟件對(duì) PLC 內(nèi)部的性能和功能進(jìn)行的診斷是內(nèi)診斷，通過(guò)軟件對(duì) 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(gè) CPU，編程器在編程模式時(shí)，CPU只為編程器提供服務(wù)，不對(duì)現(xiàn)場(chǎng)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。8 / 44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(chǎng)控制，并在一個(gè)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。五種標(biāo)準(zhǔn)化編程語(yǔ)言：順序功能圖（SFC） 、梯形圖（LD） 、功能模塊圖（FBD ）三種圖形化語(yǔ)言和語(yǔ)句表（IL） 、結(jié)構(gòu)文本（ ST）兩種文本語(yǔ)言。 使 用 范 圍 可 覆蓋 從 替 代 繼 電 器 的 簡(jiǎn) 單 控 制 到 更 復(fù) 雜 的 自 動(dòng) 化 控 制 ?？蛇B接 7 個(gè)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(gè)獨(dú)立的 30kHz 高速計(jì)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。可完全適應(yīng)于一些復(fù)雜的中小型控制系統(tǒng)。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電機(jī)是一種由電脈沖控制的特殊同步電動(dòng)機(jī)，它的作用是將脈沖電信號(hào)變換為相應(yīng)的角位移或者線位移。它可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)變換，是自動(dòng)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(dòng)機(jī)。當(dāng)電脈沖按某一相序加到電動(dòng)機(jī)時(shí)，轉(zhuǎn)子沿某一方向轉(zhuǎn)動(dòng)的步數(shù)等于電脈沖個(gè)數(shù)。（2） 步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)a) 位移與輸入脈沖信號(hào)的信號(hào)數(shù)相對(duì)應(yīng)，步距誤差不長(zhǎng)期積累，可以組成結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且具有一定精度的開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)，也可以在需要更高精度時(shí)組成閉環(huán)控制系統(tǒng)。c) 易于起動(dòng)、停止、正反轉(zhuǎn)及變速，快速響應(yīng)性能好。當(dāng)控制脈沖停止輸入且讓最后一個(gè)脈沖控制的繞組繼續(xù)通電時(shí)，電機(jī)可以保持在固定的位置上，即停在最后一個(gè)控制脈沖所控制的角位移的終點(diǎn)位置上。e) 步距角選擇的范圍大，可以在幾十角分至 180176。在小步距情況下，通?？梢栽诔退傧赂咿D(zhuǎn)矩穩(wěn)定運(yùn)行，可以不經(jīng)減速器直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載。（3） 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的基本組成介紹步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是應(yīng)用較早的一種機(jī)電一體化的產(chǎn)品，電機(jī)的本體與驅(qū)動(dòng)器構(gòu)成一個(gè)不可分割的有機(jī)整體，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行性能很大程度上取決于所使用的驅(qū)動(dòng)控制器的類(lèi)型。在該立體倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)中，要求步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的電壓低、電流小、有定位轉(zhuǎn)矩和使用螺栓機(jī)構(gòu)的定位裝置，所以確定步進(jìn)電動(dòng)機(jī)采用二相八拍混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器（1） 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器輸入輸出信號(hào)介紹步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行需要有電子裝置進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，這種裝置就是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器。因此，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與脈沖信號(hào)的頻率成正比。它們?cè)隍?qū)動(dòng)10 / 44器內(nèi)部的接口電路都相同如圖 所示。圖 輸入輸出接口電路（2） 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器選擇我們這里采用 SH 系列的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，它主要由電源輸入部分、信號(hào)輸入部分、信號(hào)輸出部分組成。對(duì)于兩相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，細(xì)分后電動(dòng)機(jī)的步距角等于電動(dòng)機(jī)整步步距角除以細(xì)分?jǐn)?shù)。所以，采用細(xì)分驅(qū)動(dòng)器只要改變細(xì)分?jǐn)?shù)，就能改變步距角。因?yàn)?PLC 需要采用開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源供電，所以該立體倉(cāng)庫(kù)中應(yīng)該選用開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源。經(jīng)多普勒檢測(cè)、放大、限幅等措施，最后得到的是和物品移動(dòng)信號(hào)相關(guān)的直流信號(hào)輸出電平。采用變調(diào)光式，與直流光式相比，不易受外來(lái)光干擾的影響，其電源電壓為 DC5~24V 的大量程電壓輸入