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1、摘 要企业现代化生产规模的不断扩大和深化,使得仓库成为生产物流系统中的一个重要且不可缺少的环节。立体仓库正以它最小的占地面积和最佳的空间利用率,逐步替代着面积利用率极低且陈旧落后的平面仓库,这种替代促使仓储物流业的水平提高。为满足现代化生产与流通的需要,就必须采用以计算机控制技术为主要手段组成的自动化立体仓库。本文结合机电一体化技术, 完成自动化立体仓库中机械手、堆垛机PLC控制系统设计, 实现货物的运输与分配、堆垛机定位控制、出入库控制等功能。该系统具有操作简便, 自动化程度高, 运行速度快、可靠性高等特点。关键字: 自动化立体仓库，堆垛机，4自由度机械手，PLC控制AbstractAs a
2、 result of the unceasing increase of production size , warehouses have become an important and indispensable part of organizations. Due to it s minimal occupying area and optimal space usingrate ,the high2rise warehouse is replacing the plane warehouse , which is too behindhand because of it s low a
3、rea2using rate. And this kind of replacing improves the level of material handling indust ry. Therefore , automatic high-rise warehouses must be used to satisfy the needs of modern production and circulation . The article describes how the manipulator in AS/RS and the stacker PLC control system are
4、designed, and how the load conveying and distribution, and the stacker positioning, and the storage and retrieval functions are achieved bymeans of the integrated mechanical2electric technology.This system makes a feature of easy to operate, automatic, high speed and high reliable operation.Keywords
5、: AS/RS，Stacker，4DOF manipulator，PLC control目录1 前言12 立体仓库控制系统总体设计52.1 设计思想52.2立体仓库控制系统总体结构图52.3主要器件简介72.4 自动化仓库系统的关键技术92.4.1 自动化仓库的自动寻址92.4.2 自动识别系统92.4.3 堆垛机自动控制系统92.4.4 监控调度系统102.4.5 计算机管理系统103.立体仓库控制系统硬件设计113.1机械手部分的控制113.1.1四自由度机械手的结构及运动113.1.2 机械手工作原理113.2 堆垛机设计123.2.1 堆垛机工作条件123.2.2 堆垛机的结构133.
6、2.3 堆垛机控制133.3 传感器的选择143.4 自动化立体仓库消防系统设计153.5 PLC的选型163.6 PLC的I/O资源配置163.7 I/O连接图174 立体仓库控制系统软件设计184.1 控制软件结构184.2 实时监控系统204.3 故障处理204.4 通信功能块204.5 管理软件设计215 结论21致谢22参考文献221 前言高层货架仓库简称高架仓库。一般是指采用几层、十几层乃至几十层高的货架储存单元货物，用相应的物料搬运设备进行货物入库和出库作业的仓库。由于这类仓库能充分利用空间储存货物，故常形象地将其称为“立体仓库”。 立体仓库的产生和发展是第二次世界大战之后生产和
7、技术发展的结果。50年代初，美国出现了采用桥式堆垛起重机的立体仓库；50年代末60年代初出现了司机操作的巷道式堆垛起重机立体仓库；1963年美国率先在高架仓库中采用计算机控制技术，建立了第一座计算机控制的立体仓库。此后，自动化立体仓库在美国和欧洲得到迅速发展，并形成了专门的学科。60年代中期，日本开始兴建立体仓库，并且发展速度越来越快，成为当今世界上拥有自动化立体仓库最多的国家之一。 我国对立体仓库及其物料搬运设备的研制开始并不晚，1963年研制成第一台桥式堆垛起重机（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15米，机械部起重所负责），该库1
8、980年投入运行。到2003年为止，我国自动化立体仓库数量已超过200座。立体仓库由于具有很高的空间利用率、很强的入出库能力、采用计算机进行控制管理而利于企业实施现代化管理等特点，已成为企业物流和生产管理不可缺少的仓储技术，越来越受到企业的重视。 自动化立体仓库（AS/RS）是由立体货架、有轨巷道堆垛机、出入库托盘输送机系统、尺寸检测条码阅读系统、通讯系统、自动控制系统、计算机监控系统、计算机管理系统以及其他如电线电缆桥架配电柜、托盘、调节平台、钢结构平台等辅助设备组成的复杂的自动化系统。运用一流的集成化物流理念，采用先进的控制、总线、通讯和信息技术，通过以上设备的协调动作，按照用户的需要完成
9、指定货物的自动有序、快速准确、高效的入库出库作业。 与传统的货物仓库相比, 自动化仓库具有许多突出的功能, 主要包括以下四个方面:大大提高空间利用率，应用先进物流系统优化企业生产管理1，加快货物存取, 减轻劳动强度,提高生产效率，减少库存资金积压。 而且使用自动化立体仓库可以产生巨大的社会效益和经济效益。它通过高层货架存储，使存储区大幅度地向高空发展，提高了空间利用率；自动化立体仓库采用层积式存放，结合计算机管理，可以很容易实现先入先出，防止货物的自然老化、变质和损坏；通过自动存取系统(AS/RS),加快了运行和处理速度，提高了劳动生产率，降低操作人员的劳动强度；采用自动化技术后，还能较好地适
10、应黑暗、低温、污染、有毒和易爆等特殊场合的物品存储需要；计算机控制能够始终准确无误地对各种信息进行存储和管理，减少了货物处理和信息处理过程中的差错；同时借助于计算机管理还能有效地利用仓库存储能力，便于清点和盘库，合理减少库存，加快资金周转，节约流动资金，从而提高仓库的管理水平。自动化仓库的信息系统可以与企业的生产信息系统集成，实现企业信息管理的自动化。同时，由于使用自动化仓库，促进企业的科学管理，减少了浪费，保证均衡生产，也提高了操作人员素质和管理人员的水平。2 立体仓库控制系统总体设计2.1 设计思想（1）系统功能及运行方式立体仓库具有车间层的物流管理以及作业调度和堆垛机的自动控制功能。在立
11、体仓库中物流工作站主机采用PIII 计算机2，多任务实时操作系统，ORACLE数据库，TCP/IP网络等支持软件，C语言编程，实现了对立体仓库的动态管理和作业监控，堆垛机控制系统采用可编程序控制器，使用梯形图语言编程，控制系统与管理监控系统之间实现联机通讯，其堆垛机控制系统具有多种功能，可满足该物流系统的要求1，控制系统见图1。（2）多种控制及作业方式 为了实现立体仓库的自动存取，就必须开发堆垛机控制器，这套系统具有三种不同级别的控制方式：(1)在线自动运行；(2)离线自动运行；(3)人工手动运行。而实际运行中以在线自动运行方式为主，其它两种方式作为调试和维修的辅助手段。按照本控制器的设计，可
12、在物流工作站的调度系统中组合成各种可能的堆垛机作业方式，如：入库、出库、搬库、直接出库、库外拣选入库、库内拣选入库、库外拣选出库、库内拣选出库和调到指定位置等十几种作业方式。在线自动运行时，控制器接收物流工作站的作业命令，对作业运行的速度、动作、存取等进行控制，并且具有一系列安全联锁保护功能，作业完成或发生故障时则返回相应的信息，以等待后续处理。（3）多种检测及保护功能本控制系统中具有水平和垂直方向的认址检测、左右的货位探测、两种货物高度的检测、货物不正的检测以及载货台占位/空位情况的检测。另外，还具有货叉位置、机电故障检测、水平及垂直终点附近的限速及停车检测等，以保证堆垛机作业的正常运行。以
13、上检测大部分是光电检测，提高了可靠性和反应速度。2.2立体仓库控制系统总体结构图 在物流中有三条辊道传输带三个出入货站台一个四自由度机械手一个全自动堆垛机以及两排货价组成。将系统中的传感器执行器和可编程控制器连接，通过编制相应的程序，就可以用可编程序控制器来控制物流工序3。立体控制系统分为三个部分：辊道控制机械手控制堆垛机控制。在设计该控制系统时，采用两台松下FPO系列PLC6作为立体仓库的控制装置，如图1所示。其中#1 PLC主要用来控制辊道部分和堆垛机部分，#2 PLC主要用来控制四自由度机械手,2台PLC通过CC-Link网络连通，通过在两台PLC间的数据交换实现三个被控部分之间的协调动
14、作，实现综合控制。在控制系统中配置了一台上位机，通过RS-232与PLC相连，上位机一方面用于两台PLC控制程序的编辑下载以及调试，另一方面，上位机用来监视管理自动化立体仓库系统。在此系统中使用三个变频器分别来控制三个辊道传送带的运转。辊道可以在正反两个方向运转，可以根据进货和出货的需要来使用辊道，进行自由组态。变频器有很高的运行可靠性和功能多样性，降低了电动机运行噪声，全面而完善的保护功能为电动机提供了良好的保护性能。这里使用的是OMRON公司的3G3MZ系列的变频器。对四自由度机械手的控制时，执行部件使用的是北京斯达特机电科技发展有限公司生产的2 相8 拍混合式步进电机42BYGH101，
15、X轴伸缩Z轴升降底盘回转和机械手腕回转分别使用四个步进电动机。使用两个步进电动机分别控制堆垛机的升降和行走，而货叉控制使用直流电动机为执行元件。对这六个步进电动机的控制实际上是对它们对应驱动器的控制。本系统中使用SH-2H057型号的步进电动机驱动来驱动步进电动机的运行4。 图1 立体仓库控制系统总体结构图2.3主要器件简介(1)PLCPLC是近年来发展极为迅速、应用极为广泛的工业控制装置。它将传统的继电器控制技术、自动化技术、计算机控制技术和通信技术融为一体专门为工业控制而设计，具有可靠性高、功能强、编程简单、使用方便、环境适应性好以及体积小、功耗低等特点；具有基本控制功能、步进控制功能、模拟控制功能、定位控制功能、网络通信功能、自诊断功能、显示监控功能等，可以满足对工业生产进行监视和控制的绝大多数场合的需要5。PLC最常用的语言是面向控制的梯形图语言，它采用了与实际电器原理图非常接近的图形编程方式，易学易用.(2)传感器信息处理技术取得的进展以及微处理器
