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1、 基于基于 PLCPLC 的立体仓库堆垛机控制系统设计的立体仓库堆垛机控制系统设计摘摘 要要：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。关键词：关键词： 自动化立体仓库
2、 堆垛机 PLCTOPICABSTRACT: In modern logistics warehousing systems, automated storage is increasingly widespread. Hay stackers are the key equipments, Performance of the stacker plays an important role. Design and Development of a higher degree of automation Stacker Control System become Warehouse trend
3、 of development, Therefore related research has important theory and application value. This paper introduces application and performance of automated High- rise Warehouse basing on application and development requirement of modern logistics techniques. And puts emphasis on the researching of contro
4、l 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 implementation of the systems hardware and the design of the software.Key Words: Automated Storage and Retrieval System Stacker
5、PLC目目 录录 1 1 绪论绪论 1 11.1 自动化立体仓库的概述1 11.2 堆垛机概述1 11.3 本设计主要研究内容2 21.4 堆垛机技术的研究现状3 32 2 系统总体设计系统总体设计 3 32.1 控制技术要求和系统总体设计3 32.2 位置定位4 42.3 堆垛机的控制方式7 73 3 硬件设计硬件设计 7 73.1 硬件设计控制原理分析7 73.2 硬件设计 PLC 选型及其资源配置8 83.3 元器件的选型9 94 4 软件设计软件设计 19194.1 控制系统 PLC 程序流程19194.2 PLC 的 I/O 资源配置20204.3 控制系统软件设计及其程序说明202
6、05 5 系统调试系统调试 25255.1 硬件部分的调试25255.2 软件部分的调试25256 6 总结总结 2626参考文献参考文献 2727附附 录录 2929致致 谢谢 313101 1 绪论绪论1.11.1 自动化立体仓库的概述自动化立体仓库的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 Storage &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
7、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。 1.21.2 堆垛机概述堆垛机概述堆垛机是自动化立体仓库系统的重要组成部分，它是整个系统的执行部件，存货时将货物从出入货台准确的存放到货位里，取货时将货物从货位中取回到出入货台。无论何种类型的堆垛机，一般都由水平行走机构、起升机构、载货台及货叉机构、机架和电气设备等基本部分组成。它是在所谓高层、高速、高密度储藏的概念下的产物。尽管各厂家各有独创，结构形式有些差异，但可以说大同小异，所有的堆垛机都不外乎由机架、载货台、伸缩货叉、轨道和控制系统等部分组成。1.2.11.2.1 堆垛机的发展堆垛机的发展初期的立体仓库使用的堆垛机
8、以桥式起重机为基础，这种堆垛机是从起重机的大梁上悬挂一个门架，利用门架的上下和旋转来搬运货物。1960 年左右在美国出现了巷道式堆垛机，随后巷道式堆垛机逐渐替代了受重量和跨度限制的桥式堆垛机。1967 年日本安装了高度 1015 米的高层堆垛机，1969 年出现了联机全自动化仓库，我国是在上世纪 70 年代初期开始研究采用巷道式堆垛机的立体仓库。目前的堆垛机技术取得了重大的发展，控制技术、定位精度、运行速度都得到了很大程度的提高。巷道式堆垛机的起升速度已经可以达到90m/min，运行速度达到 240m/min，在有的立体仓库中采用上、下两层分别用巷道堆垛机进行搬运作业的方法提高出入库能力。1.
9、2.21.2.2 堆垛机技术的研究现状堆垛机技术的研究现状按现行机械行业标准，有轨巷道式堆垛机分类方式很多，如按支承方式、用途、控制方式、结构、运行轨迹等分类。无论何种类型的堆垛机一般都由水平行走机构、起升机构、载货台及货叉机构、机架和电气设备等基本部分组成。1体现堆垛机动态性能优劣的指标主要有：运行速度、提升速度、货叉速度、平稳性、认址精度等。随着科学技术的不断进步，自动化立体仓库的技术水平和仓储机械设备的动态性能也在不断提高。例如，堆垛机的运行驱动己由 20 世纪 70 年代的子母电动机改为变频调速，速度由 5-50m/min 提升至 4-160m/min，国外小载重量的堆垛机最高可达 3
10、00m/min；提升驱动己由 20 世纪70 年代的双速电动机改进为变频调速，速度由 4-16m/min 提升至 0-25m/min；货叉运行也由单速电动机驱动改进为变频调速，速度由 8m/min 提升至435m/min；在堆垛机自动控制方面还采用闭环控制变频调速系统、Profibus总线控制等先进技术。尽管如此，目前国产堆垛机的运行速度最高仍保持在160m/min；提升速度在 0-80m/min；货叉速度一直保持在 0-30m/min；认址采用光电探测，精度不足，认址差错率高。1.31.3 本设计主要研究内容本设计主要研究内容由于堆垛机 PLC 控制程序对整个系统自动化程度和各项质量性能有着
11、很重要的影响，因此根据堆剁机的自动控制需考虑其运行特点，并采用不同的编程方法。 本论文分为硬件部分和软件部分，但是由于软件对整个控制的重要性将会主要对软件部分进行阐述。本论文分为硬件部分和软件部分，但是由于软件对整个控制的重要性将会主要对软件部分进行阐述。当今社会“仓储” 、 “物流”等概念已经逐渐为广大公众所了解，其相应的管理技术也在许多大、中型企业中付诸实施。计算机自控技术的飞速发展，为现代企业的物流管理提供了重要的技术支持。智能立体仓库就是自控技术在物流管理上的一个很好的应用。智能立体仓库不仅具有节省用地、减轻劳动强度、提高物流效率、降低储运损耗、减少流动资金积压等功能，而且在沟通物流信
12、息、衔接产需、保证生产均衡、合理利用资源、进行科学储备与生产经营决策等方面发挥着独特的作用，使人们真正享受到现代计算机技术应用于企业物流管理的益处。 智能立体仓库是融计算机网络数据库管理技术、自动控制技术、通讯技术、机电技术为一体的综合系统，科技含量高，具有一定的复杂性。堆垛机或称巷道车是智能立体仓库的主要存取设备，直接执行出、入库等任务的操作，因此其控制系统的灵活性、稳定性直接彰响着整个系统的运行状况。2PLC 即可编程逻辑控制器，是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术而发展起来的一种新型工业控制装置。它具有可靠性高、环境适应性强、灵活通用、使用方便、维护简单等优点，已
13、广泛用于工业过程和位置的自动控制中。据统计，可编程控制器是工业自动化装置中应用最多的一种设备。1.41.4 堆垛机技术的研究现状堆垛机技术的研究现状按现行机械行业标准，有轨巷道式堆垛机分类方式很多，如按支承方式、用途、控制方式、结构、运行轨迹等分类。无论何种类型的堆垛机一般都由水平行走机构、起升机构、载货台及货叉机构、机架和电气设备等基本部分组成。体现堆垛机动态性能优劣的指标主要有：运行速度、提升速度、货叉速度、平稳性、认址精度等。随着科学技术的不断进步，自动化立体仓库的技术水平和仓储机械设备的动态性能也在不断提高。例如，堆垛机的运行驱动己由20世纪70年代的子母电动机改为变频调速，速度由5-
14、50m/min提升至4-160m/min，国外小载重量的堆垛机最高可达300m/min；提升驱动己由20世纪70年代的双速电动机改进为变频调速，速度由4-16m/min提升至0-25m/min；货叉运行也由单速电动机驱动改进为变频调速，速度由8m/min提升至4-35m/min；在堆垛机自动控制方面还采用闭环控制变频调速系统、Profibus总线控制等先进技术。尽管如此，目前国产堆垛机的运行速度最高仍保持在160m/min；提升速度在0-80m/min；货叉速度一直保持在0-30m/min；认址采用光电探测，精度不足，认址差错率高。2 2 系统总体设计系统总体设计2.12.1 控制技术要求控制
15、技术要求和系统总体设计和系统总体设计本系统中堆垛机运行机构由水平运行的行走机构，垂直运行的起升机构及取送货的伸叉机构三部分组成。水平部分运动电机和垂直部分运动电机分别采用 1000W 的三相交流异步电动机和 1000W 的三相交流异步电动机，由西门子S7-200PLC 通过变频器进行控制。伸叉机构电机采用两相混合式步进电机，由西门子 S7-200 通过步进电机驱动器进行控制。根据设计要求将整个定位控制的全过程分成多个阶段：小车前进到指定货3架列的过程，将货物抬升到指定货架行的过程，机械手放置货物或者取得货物的过程，放置或者取得货物之后返回的过程。在各个阶段，对象的特性相对稳定，并且小车在前进和
16、抬升货物的过程控制方面是基本一致的。下面对各个阶段进行简单的介绍：1.小车前进的过程：在这个过程中，处于自动或者手动控制状态的小车由起始点出发，经过位置的校对，到达预先指定的货架的列。2.抬升货物的过程：在这个过程中，货物被抬升到预先指定的货架的行。3.存取货物的过程：在这个过程中，通过控制机械手臂的运动，使机械手到达预先指定的位置。然后根据实际的需要完成存放或者取得货物的操作。4.返回过程：在完成指定的操作之后，小车应该返回起始位置。2.22.2 位置定位位置定位堆垛机要正确、可靠地存取货箱，准确地定位是其关键。认址方法如图2.1：在巷道地基上相对于每列货格安装一个固定的认址片（挡板） ，在堆垛机底部安装两个光电开关（GD1 和 GD2）随堆垛机一起前后运动，每经过一列货格，光电开关通过认址片发出一脉冲信号到 PC，从而达到列认址的目的。图2.2 光电开关同样在堆垛机立柱上相对于每一层安装一认址片可以达到层认址的目的。当堆垛机达到目的货格时，既计数器的计数值为零时，
