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1、河 南 工 业 职 业 技 术 学 院Henan Polytechnic Institute毕业设计（论文） 题目: PLC在仓库码垛机中的设计应用 姓名: 纪 登 峰 专业: 机电设备维修与管理 班级: 机电设备0902班 指导老师: 季 祥III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。而码垛机是立体仓库的关键组成部分，码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码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
2、技的发展，着重研究自动化立体仓库码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。本文依据立体仓库的有关设计参数，对码垛机电气控制的硬件系统进行了设计，为了提高码垛机的性能，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S7-226PLC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
3、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设计了码垛机控制程序。关键词：自动化仓库，码垛机，PLC，控制系统，变频器目录摘要第一章 绪论 11.1自动化立体仓库的概述 11.1.1自动化立体仓库的组成 11.1.2自动化立体仓库的优点 21.1.3自动化立体仓库的发展 21.2 码垛机的概述 21.2.1码垛机的发展 31.2.2码垛机研究技术的现状 3第二章 码垛机控制系统的硬件设计 42.1控制技术要求和系统总体设计42.2码垛机的位置控制52.2.1定位控制62.2.2认址检测方式 62.2.3认址方式确认 72.2.4
4、码垛机速度曲线分析 82.3 PLC及资源配置 82.3.1S7-200系列PLC概述 92.3.2CPU型号选择 92.3.3PLC模块选择 102.4码垛机变频调速系统设计 112.4.1变频器选型 112.4.2水平方向变频调速系统设计 112.4.3垂直方向变频调速系统设计 132.5码垛机货叉控制系统设计142.6安全检测传感器的应用152.7通信方案的确定162.8输入输出点的分配16第三章 码垛机程序控制设计 183.1码垛机自检和复位/归位程序203.1.1码垛机自检程序 203.1.2码垛机复位/归位程序 213.2自动方式下的码垛机运行控制 213.2.1初始化程序设计 2
5、23.2.2运行方式选择程序 233.2.3自动控制中的寻址定位233.3手动方式下的码垛机运行控制 253.3.1手动控制中的寻址定位程序 253.3.2手动方式下的货叉运行控制 263.4步进电机驱动程序 27结束语 28致 谢29附 录30参考资料 32PLC在仓库码垛机中的设计应用5第一章 绪论1.1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
6、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。1.1.1自动化立体仓库的组成立体仓库是指：采用高层货架储存货物，用起重、装卸、运输机械设备进行货物出库和入库作业的仓库。这类仓库主要通过高层货架充分利用空间进行存取货物，所以被成为立体仓库。目前，立体仓库最大高度能达到40多米，最大库存数可达数万个货物单位，可以实现按计划入库和出库的全自动化控制，以及无人操作的计算机网络化管理。其主要的组成部分有高层货架、仓储机械设备、控制及管理设施。（1）货架 仓储技术的发展由平面转向高层立体化以后，高层货架为仓库的主体
7、和标志，货架越高，存储量越大。货架在物流及仓储中占有非常重要的地位，目前的货架具有多种功能，以满足机械化和自动化的要求。主要的货架类型有单元式货架、贯通式货架与旋转式货架。为了提高货物装卸、存取效率，自动化立体仓库一般使用货箱或托盘盛放货物。货箱和托盘的基本功能是盛放小件物料，同时还应便于运输车和码垛机的插取和存放。（2）仓储机械设备 自动化立体仓库的主要搬运设备是巷道式码（堆）垛机，其主要用途是在高层货架的巷道内来回穿梭运行，将位于巷道口的货物存放入货格中，或者将货物取出运送到巷道口。输送系统必须是具有高度的可靠性，在立体仓库中一般只有一套输送系统，所以应保证输送系统各个环节上的设备可靠、耐
8、用、维修方便，并且还应该对输送系统设置手动控制做后备。自动化立体仓库中的货物输送装置主要有传送带、各种流动小车等，短距离的传送还可以采用机器人。（3）控制及管理设施 控制管理系统采用分布式控制，即由管理计算机、中央控制计算机和直接控制码垛机、入/出库输送机等现场设备的控制器组成控制系统。管理计算机是立体仓库的管理中心，承担着入/出库管理、盘库管理、查询、打印及显示、经济技术指标的计算分析等功能，包括在线管理和离线管理；中央控制计算机是立体仓库的控制中心，它沟通并协调管理计算机、码垛机、入/出输送机等设备之间的联系，控制和监视着整个立体仓库系统的运行。1.1.2自动化立体仓库的优点（1） 层货架
9、：立体仓库由于使用了高层货架存储货物，存储区可以大幅度的向空间发展，充分利用了仓库的空间，提高了空间利用率。（2） 自动存取：自动化立体仓库使用机械和自动化设备，运行和处理速度快，提高了作业效率。（3） 计算机控制与管理：计算机能够准确无误的对仓库的各种信息进行存储和管理，不仅降低了操作人员的劳动强度，还减少了货单处理和信息处理过程中的差错，从而提高了仓库的管理水平。（4） 节约成本：作业效率的提高势必会降低货物储存的成本费用，由此也提高了企业的现代化物流意识。1.1.3自动化立体仓库的发展高层货架仓库的出现和发展是第二次世界大战以后生产技术发展的结果。在生产发展的实际需要和科技水平发展的现实
10、可能下，五十年代初开始出现了自动化立体仓库。1950年美国首先产生手动控制的桥式码垛机起重机，与此同时提出了高层货架的概念，被认为是自动化仓库的雏形。1960年以后巷道式码垛机逐渐代替了桥式码垛机，此后码垛机的使用范围和性能有了很大的发展，尤其是在日本，自动化立体仓库发展迅速，目前日本的自动化仓库技术和自动化仓库的拥有量都位居世界前列。自动化技术在仓储领域中的发展分为五个阶段：人工仓储阶段、自动化仓储阶段、集成化仓储阶段、智能化阶段和智能自动化阶段。其中智能自动化仓储在九十年代后期以及二十一世纪的若干年内，是仓储自动化技术的主要发展方向。我国对自动化立体仓库及其物料搬运设备的研制并不晚，196
11、3年研制成第一台桥式码垛起重机(机械部北京起重运输机械研究所)，1973年开始研制我国第一座由计算机控制的自动化立体仓库(高巧米，机械部起重所负责)，该库1980年投入运行。1.2码垛机的概述码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。无论何种类型的码垛机，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，所有的码垛机都不外乎由机架、载货台、伸缩货叉、轨道和控制系
12、统等部分组成。1.2.1码垛机的发展初期的立体仓库使用的码垛机以桥式起重机为基础，这种码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码垛机，随后巷道式码垛机逐渐替代了受重量和跨度限制的桥式码垛机。1967年日本安装了高度1015米的高层码垛机，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码垛机的立体仓库。目前的码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。巷道式码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、下两层分别用巷道码垛机进行搬运作业的方法提高出入库能力。1.2.2码垛机技术的
