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1、机械工程学院毕业设计（论文）题 目：基于PLC的小型立体仓库电气控制系统设计专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 114 姓 名： 张玉 学 号： 1666110431 指导教师： 张海涛 日 期： 2015-5 摘 要：随着国民经济的快速发展，自动化立体仓库必然会被更广泛地应用于各行各业。自动化立体仓库是现代物流系统的一个重要组成部分，是一个多囤货仓库系统的开销，通过自动控制和管理系统，高位货架，堆垛机，自动存储，自动出库，计算机管理控制系统和其他辅助设备。仓库模型控制系统是基于对自动化仓库的操作和设计的基本原则。在整个控制系统，以三菱FX2N系列PLC为核心控制元件，专用键盘作为人机
2、接口装置，用于控制步进电机来驱动一个仓库有三个运动自由度的由高强度钢轨三维模型。在根据地址码每转的步进电机输出脉冲应当通过键盘的每个位置，由PLC的键盘命令扫描和位置的相应数量的，当PLC接收从键盘输入的命令，则输出数的脉冲对应于该位置，之后驱动步进电机驱动按设定的方向转动一定的角度，进而控制传动部件丝杠旋转进行准确的定位，以完成货物的存取功能。另外，为了保证整个控制系统运行的稳定性和可靠性，我们还采用了限位开关对其进行限位保护。 本文首先对该课题的可行性及课题实现的现实意义和价值进行了介绍；其次对该系统的硬件组成、结构、原理进行了阐述和分析；再次对本控制系统的核心软件进行了编写，论文中即有梯
3、形图又有相应的语句表；最后对设计本课题所学到的知识和结论进行归纳和总结，并对本论文有待完善的地方进行扼要的说明。 关键字：立体仓库、可编程控制器、步进电机、物流管理目录基于PLC的小型立体仓库电气控制系统设计4引言41概况及现状分析41.1概况41.2现状分析52系统控制方案的设计62.1自动化立体仓库的概述62.2系统设计的基本步骤62.3仓库货架的设计62.3操作面板的设计72.4仓储机械设备的设计73系统硬件设计83.1可编程控制器的选型83.1.1 PLC概述83.1.2 PLC的选型93.1.3 PLC输入输出I/O口分配93.2步进电机的选择113.2.1步进电机的原理113.2.
4、2步进电动机的选择133.3步进电机驱动器的选择133.4传感器的选择153.5微动开关的选择163.6主电路电气原理图163.7电气原理图的设计173.8元器件目录清单194系统控制软件设计204.1PLC梯形图概述204.2 三菱编程软件的特点204.3系统流程图214.4梯形图的设计23结论29基于PLC的小型立体仓库电气控制系统设计引言可编程控制器(Programmable Logic Controller)，简称PLC。它是20世纪70年代以来，在集成电路、计算机技术基础上发展起来的一种新型工业控制设备。由于它具有功能强、可靠性高、配置灵活、使用方便以及体积小、重量轻等优点，国外已广
5、泛应用于自动化控制的各个领域，并已成为实现工业生产自动化的支柱产品。近年来，国内在PLC技术与产品开发应用方面发展很快，除有许多从国外引进的设备、自动化生产线外，国产的机床设备已越来越多地采用PLC控制系统取代传统的继电-接触器控制系统。与继电接触器系统相比系统更加可靠；占位空间比继电接触器控制系统小；价格上能与继电接触器控制系统竞争；易于在现场变更程序；便于使用、维护、维修；能直接推动电磁阀、接触器与于之相当的执行机构；能向中央执行机构；能向中央数据处理系统直接传输数据等自动化立体仓库也称立库，是在不直接进行人工参与的情况下自动地存储和取出物料的系统。它是利用高层次的货架存放货物，货运业务出
6、使用专门的设备仓库仓储业务的。与传统的继电器接触器，PLC具有体积小，抗干扰能力和可靠性进行比较。仓库在现代意义上，是物流机械和计算机技术的完美结合，完全自动化仓库运作。1概况及现状分析1.1概况货物装卸设备入站和出站仓储业务。由于这些仓库利用的空间来存储产品，所以经常形象地称为“立体仓库”。 生产和仓库的发展第二次世界大战后的生产和技术开发的结果。在20世纪50年代初，美国出现了架空堆放仓库使用起重机; 50年代末和60年代初出现了司机操作的堆垛机仓库巷道;在1963年美国率先使用计算机控制的高架仓库技术，建立了第一个计算机控制的仓库中。此后，在美国和欧洲的自动化立体仓库，并形成了专门的快速
7、发展的学科。 60年代中期，日本开始建造仓库，并且发展速度越来越快，成为最大的国家之一，在当今世界仓库自动化。 开始发展我们的仓库和材料处理设备并不晚，在1963年发展成为第一桥型堆垛机（机械北京物资部处理研究院），在1973年，他开始研制中国的第一台计算机自动仓库控制（高15米，负责吊装机械部），该库于1980年投入运行。到目前为止，自动化立体仓库的数量，中国有超过200家的仓库空间，由于其高效率，进入库能力强，采用计算机控制和管理，帮助企业实现现代化管理，等等，都成为不可或缺的物流和存储技术，越来越多的企业关注的生产管理。 自动化仓库应用范围很广，几乎遍布所有行业。在我国，自动化仓库应用的
8、行业主要有机械、冶金、化工、航空航天、电子、医药、食品加工、烟草、印刷、配送中心、机场、港口等。 1969年美国数字设备公司（DEC）研制书世界第一台可编程控制器，并成功地应用在美国（GM）的生产线上。但当时只能进行逻辑运算，故称为可编程逻辑控制期，简称PLC（programmable logic controller）。70年代后期，随着微电子技术和计算机技术的飞速发展，使延长了从PLC逻辑控制开关的数字控制和生产过程控制领域，真正成为计算机工业控制装置，它被称为可编程序控制器，简称PC（programmable controller）。然而，由于PC容易混淆，所以人们仍习惯于采用PLC可编
9、程器件的缩写个人计算机（programmable controller）。PLC是集自动控制技术，计算机技术和通讯技术于一体的一种新型工业控制装置，已跃居工业自动化三大支柱（PLC、ROBOT、CAD/CAM）的首位。可编程控制器，简称PLC。它在集成电路、计算机技术的基础上发展起来的一中新型工业控制设备。 具有1.可靠性高、抗干扰能力强 2.设计、安装容易，维护工作量少 4.功能强、通用性好 5.开发周期短，成功率高 6.体积小，重量轻、功耗底等特点。已经广泛应用于自动化控制的各个领域，并已成为实现工业生产自动化的支柱产品。与继电接触器系统相比系统更加可靠；占位空间比继电接触器控制系统小；价
10、格上能与继电接触器控制系统竞争；易于在现场变更程序；便于使用、维护、维修；能直接推动电磁阀、触器与于之相当的执行机构；能向中央执行机构；能向中央数据处理系统直接传输数据等。因此，进行立体仓库的PLC控制系统的设计，可以推动机械手行业的发展，扩大PLC在自动控制领域的应用，具有一定的经济和理论研究的价值。1.2现状分析传统条件下的库房管理作业，主要依据人工装卸，特别是对于一些大型物资，不仅工作效率低，浪费大量的人力、物力，存在较大的安全隐患，同时还占据大量的库房面积。立体库的投入使用，彻底解决了这一难题。自动化立体仓库是通过高层货架存储，使存储区向高空发展，大大提高了空间的利用率：自动化立体仓库
11、采用存积式存放，加快了货物的存储和运行速度，提高了生产率，降低工人的劳动强度，节省了工作时间；采用自动化技术后，还能适应各种危险场合，计算机能够始终准确无误的对各种信息进行存储和管理，介绍人工操作带来的误差，同时，计算机管理还能清点和盘库，合理减少库存，加快资金周转，节省流动资金，从而提高仓库的管理水平和运行速度。自动化立体仓库信息系统可以与企业制造信息系统，自动化企业信息化管理相结合。同时，采用自动化仓库，促进企业科学管理，减少浪费，保证均衡生产，又能提高运营人员素质和管理水平。2系统控制方案的设计2.1自动化立体仓库的概述自动化立体仓库，是物流存储中出现的新概念。利用自动化立体仓库可以实现
12、操作简便化，高层合理化，存取自动化；自动化立体仓库是当前技术水平的较高的形式。自动化立体仓库的主体由货架、堆垛机、伸叉机、工作台和操作控制系统组成。利用堆垛机和伸叉机完成对货物的存放和取出，工作台控制其操作，并装有报警装置，当操作失误后及时报警提醒，以减少不必要的损失。高层货架：用于存储货物的钢结构。目前，有焊接货架和组合式架两种基本形式。托盘（容器）：对器皿载货，也被称为数码设备。叉车：货物自动接入设备。形式的结构成一个单一的柱，双柱两种基本形式的;按服务分为直管，弯管和转运车三种基本形式。输送系统：外围设备的立体库，负责运送货物的堆栈器或堆栈会从商品中删除。输送机常见的种类很多，滚筒输送机
13、，链式输送机，升降机，配送车辆，提升机，皮带机等。AGV系统：自动引导车。据其指南分为感应和激光导引车AGV。自动化控制系统：每个设备自动化控制系统的三维数据库驱动的自动化系统。目前现场总线模式基于模式的控制。库存管理系统：亦称中央计算机管理系统。是一个完全自动化立体库系统的核心。目前典型的自动化立体库系统采用大型数据库系统（如ORACLE，SYBASE等），以建立与其他系统（如ERP系统等）联网或集成一个典型的客户机/服务器系统。2.2系统设计的基本步骤在立体仓库控制系统的设计过程中主要要考虑以下几点：1.深入掌握和了解自动化立体仓库的工艺条件和控制要求。2.确定I/O设备。根据自动化立体仓
14、库控制的功能要求，确定系统所需要的输入、输出设备。3.根据I/O接口数来选择合适的PLC类型。4.分配I/O点，分配PLC的I/O端点，编制出I/O分配表和输I/O端子的接线图。5.设计立体仓库系统的梯形图，根据工作要求设计出梯形图程序，这是整个自动化立体仓库系统设计的重点工作。6.将程序输入PLC进行仿真，查找错误，完善系统程序。2.3仓库货架的设计 目前的仓库货架具有多种功能，以满足机械化和自动化的要求。自动化立体仓库使用高层货架存储货物，货架被分成若干排，每排货架为一组，其间留有一条巷道供堆垛机或其他存取货物装备作业。每排货架又分若干行和列，形成大量仓库货位，用以存储货物。为了提高货物出
15、入库效率，自动化立体仓库一般使用货箱或托盘盛放货物，以便于堆垛机货叉的插取和存放。此次自动化立体仓库系统采用3*3+1微型仓库货架进行模拟设计，其中0仓位为原始仓位，设有原始0号仓位检测限位开关，不涉及货物存放，只是堆垛机的起始停放处。整体仓库货架简要示意图如图2.1所示：图2.1 3*3+1微型仓库货架示意图2.3操作面板的设计控制面板作为自动化立体仓库系统的人机接口部件，是操作人员操控立体仓库系统的平台。主要设有系统起停按钮区、功能键盘输入区、仓位号显示区和状态指示区。面板中间的绿色按钮为启动按钮，红色按钮为停止按钮，启动后操作人员可以通过控制面板上的键盘将具体操作信号和指定的仓位号传送给PLC控制器，PLC控制器通过综合判断，将是否响应、如何响应的信息
