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1、. . . . 基于PLC的堆垛机控制系统设计摘 要 在现代的物流仓储系统中，自动化立体仓库应用日益广泛。而堆垛机是立体仓库的关键组成部分，堆垛机性能的优劣对整个立体仓库的运行起到至关重要的作用，所以设计与开发自动化程度较高的堆垛机控制系统成为当前立体仓库的发展趋势，开展与此有关的研究具有重要的理论和应用价值。本文基于现代物流技术的应用和发展要求，介绍自动化立体仓库的应用及其功能和作用，结合现代科技的发展，着重研究自动化立体仓库堆垛机控制系统的控制技术。本文详细阐述了本控制系统的设计思想，以及整个系统的硬件实现和软件设计。论文依据立体仓库的有关设计参数，对堆垛机电气控制的硬件系统进行了设计，为
2、了提高堆垛机的性能，本文采用了转速、位置反馈的双闭环控制，以满足系统的调速要求。系统的水平认址采用激光测距传感器定位，垂直认址采用光电开关和认址片组合定位。变频调速系统由S7-200PLC及其扩展模块EM235通过变频器MM440控制交流电动机，采用光电编码器反馈转速信号，实现转速闭环控制。货叉伸叉系统由S7-200PLC通过步进电动机驱动器SH-20403控制二相混合式步进电动机。根据系统的控制要求进行了PLC、变频器、电机和电机驱动器的选型，并给出了系统的硬件接线图，然后利用西门子的编程软件step7设计了堆垛机控制程序。关键词 自动化立体仓库， 堆垛机， PLCStacker contr
3、ol system design based on PLCAbstractIn modern logistics warehousing systems, automated storage is increasingly widespread. And stackers are the key equipments, performance of the stacker plays an important role. This paper introduces application and performance of automated High-rise Warehouse basi
4、ng on application and development requirement of modern logistics techniques. And puts emphasis on the researching of control techniques in automated High-rise Warehouse stacker combining modern science and techniques. This paper elaborated on the design of the system of control, as well as the impl
5、ementation of the systems hardware and the design of the software.Based on the parameter related to the automated storage, this paper presented the hardware system of stacker electrical control. Speed of the stacker was the basic. In order to improve the performance of the stacker, the system adopts
6、 the speed, position, double feedback control. The horizontal recognize addresses of system using laser rangefinder sensor positioning, and vertical recognition using photoelectric switches and address piece combination addressing. Speed-adjusted system by S7-200PLC and its extension module EM235 th
7、rough transducer MM440 control ac motor. Goods fork system is by S7-200PLC binary system through stepping motor driver SH - 20403 control two-phase hybrid stepping motor. According to the requirements of the control system, this paper completed the selection of PLC，frequency converter, the motor and
8、 its controller. And presents the system hardware hookup. Then use the software of Siemens step7 designs the stacker control procedures.Key Words: Automated Storage and Retrieval System，Stacker，PLC目 录摘 要IAbstractII第1章 绪论11.1 本课题设计的背景和意义11.2本课题设计的研究现状概述11.3本课题设计完成的主要容3第2章 系统控制方案的确定42.1 自动化立体仓库的概述42.1
9、.1 自动化立体仓库的组成42.1.2 自动化立体仓库的优点52.1.3 自动化立体仓库的发展62.2 堆垛机概述62.2.1 堆垛机的发展72.2.2 堆垛机技术的研究现状7第3章 堆垛机控制系统的硬件设计93.1 控制技术要求和系统总体设计93.2 堆垛机位置控制103.2.1 定位控制113.2.2 认址检测方式123.2.3 认址方式确认133.2.4 堆垛机速度曲线分析153.3 PLC及资源配置153.3.1 S7-200系列PLC概述153.3.2 CPU型号选择163.3.3 PLC模块选型183.4 堆垛机变频调速系统设计193.4.1 变频器的选型193.4.2 水平方向变
10、频调速系统设计213.4.3 垂直方向变频调速系统设计233.5 堆垛机货叉控制系统设计253.6 安全检测传感器的应用273.7 元器件的选型273.8 通信方案的确定283.9 输入输出点分配293.10 本章小节31第4章 堆垛机控制程序设计324.1 堆垛机自检和复位/归位程序334.1.1 堆垛机自检程序334.1.2 堆垛机复位/归位程序344.2 自动方式下的堆垛机运行控制344.2.1 列向运行PLC程序实现354.2.2 行向运行PLC程序实现374.2.3 货叉伸缩控制PLC程序实现394.3 手动方式下的堆垛机运行控制424.4 本章小节44总结45参考文献46致 48
11、. . . 第1章 绪论1.1 本课题设计的背景和意义自动化立体仓库是物流中的重要组成部分，它是在不直接进行人工干预的情况下自动地存储和取出物流的系统。它是现代工业社会发展的高科技产物，对提高生产效率、降低成本有着重要意义1。近年来，随着企业生产与管理的不断提高，越来越多的企业认识到物流系统的改善与合理性对企业的发展非常重要。自动化立体仓库用于存储配件、半成品、产品、工具、夹具和模具等。在现代集成制造系统（CIMS Contemporary Integrated Manufacturing Systems）中，对原材料、设备及半成品的存储运输占产品整个生产周期的大部分时间，对自动化立体仓库相关
12、技术的研究，将会极提高CIMS系统的生产效率和自动化水平。巷道堆垛机是自动化立体仓库中的核心物流设备，是随着自动化立体仓库的出现而发展起来的专用起重机，它是仓库中使用最广泛的物料搬运设备，也是物流仓储系统的最重要设备，其用途是在自动化立体仓库的货架巷道间来回穿梭运行，将位于巷道口的货物存入货格，或者相反取出货格的货物运送到巷道口。巷道堆垛机是实现整个仓库系统“自动”功能的关键设备。对其控制系统的研究具有广泛的应用前景。1.2本课题设计的研究现状概述在现代物流系统中，自动化立体仓库是一个重要的组成部分，它是一种新型的仓储技术。自动化立体仓库又称为自动存储/检索系统（Automated Stora
13、ge &Retrieval System AS/RS）。它是物料搬运和仓储科学中的一门综合科学技术工程。它以高层货架为主要标志，配以成套的先进搬运设备，以先进的计算机控制技术为主要手段，由此组成高频率、大容量的科学存储，以适应现代化生产、物资交流和仓储的需求。在国，从60年代末70年代初已开始研究探索 立体仓库技术，直到改革开放以后，特别是近四五年，才有了突飞猛进的发展。但其多数均为手动或半自动操作，仓库账目还是人工管理；真正采用计算机管理与控制系统自动连接进行入/出库作业的很少。现在，自动化立体仓库技术已日趋成熟，并随着科学技术尤其是计算机技术的发展而不断向前发展。80年代中期起，我国先后在
14、，和等地出现多座利用微机控制巷道堆垛机的自动化仓库。但是，这些普通微机对环境和电源要求较高，不适合在工业现场和堆垛机上直接使用。可编程控制器PLC的引进和广泛使用，使国产自动立体仓库的性能日趋完善。PLC是带处理器的通用工业控制器，其可靠性大大高于普通微机装置，适合在恶劣的现场使用，可直接在堆垛机的电气柜与接触器由同一电网供电。采用PLC作为实时控制装置已成为当前各先进工业国家一致的发展方向。在国外，自动化立体仓库的计算机管理系统可以与工厂信息管理系统（例如ERP系统）以及生产线进行实时通信和数据交换，这样自动化立体仓库成为CIMS（计算机集成制造系统）及FMS（柔性制造系统）必不可少的关键环
15、节。结合不同类型的仓库管理软件、图像监控及调度软件、条码识别跟踪系统、搬运机器人、AGV小车、货物分拣系统、堆垛机认址系统、货位探测器等，可实现立体仓库的单机手动、单机自动、联机控制、联网控制等多种立体仓库运行模式，实现仓库货物的立体存放、自动存取、标准化管理，可大大降低储运费用，减轻劳动强度，提高仓库空间利用率。现代化的自动化立体仓库集起重运输机械、自动控制、计算机管理及遥感技术于一体，整个系统实行计算机分级管理，通常由管理级，监控级和操作级组成，各个部分的基本组成服电动机。在精度不是需要特别高的场合就可以使用步进电机，步进电机可以发挥其结构简单、可靠性高和成本低的特点。以自动化功能齐全的立体化仓库取代传统的普通房式仓库已经成为生产物流建设发展的潮流。将自动化仓库与加工过程相连，可构成柔性加工系统。而自动化仓库作为生产物流系统的一个枢纽和核心，是生产物流系统实现物流合理化的关键所在，在国民经济中有着举足轻重的地位。随着PLC技术的应用和发展，自动化立体仓库的实时性和可靠性会越来越高，其控制也会越来越完善。1.3本
