題目:智能倉儲(chǔ)系統(tǒng)中堆垛機(jī)的控制系統(tǒng)開發(fā)與設(shè)計(jì)年 月 日（）智能倉儲(chǔ)系統(tǒng)中堆垛機(jī)的控制系統(tǒng)開發(fā)與設(shè)計(jì)摘要隨著現(xiàn)代的物流系統(tǒng)的發(fā)展，智能倉儲(chǔ)系統(tǒng)的應(yīng)用日趨漸廣。其中重要組成部分則是堆垛機(jī)，故而堆垛機(jī)的研究的開展是極具意義的。本文以現(xiàn)代物流倉儲(chǔ)系統(tǒng)為研究基礎(chǔ)，介紹智能倉儲(chǔ)系統(tǒng)的發(fā)展及其組成，綜合現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，系統(tǒng)的分析了堆垛機(jī)控制系統(tǒng)的控制技術(shù)。此外，本論文還詳細(xì)陳述了該系統(tǒng)主要的設(shè)計(jì)方法，通過對(duì)硬件和軟件的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的相應(yīng)功能。本文以現(xiàn)代倉儲(chǔ)系統(tǒng)的有設(shè)計(jì)參數(shù)為依據(jù)，完成了堆垛機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。通過使用S7-200系列PLC對(duì)執(zhí)行元件進(jìn)行控制。根據(jù)控制要求，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行元件選型，并給出相應(yīng)的接線圖，之后采用西門子的編程軟件進(jìn)行控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：智能倉儲(chǔ)系統(tǒng)、堆垛機(jī)、PLC、控制系統(tǒng)。（）

Title：DevelopmentanddesignofcontrolsystemforstackerinintelligentstoragesystemAbstractWiththedevelopmentofmodernlogisticssystem,theapplicationofintelligentstoragesystemisincreasinglywidespread.Oneoftheimportantcomponentsisthestacker,sotheresearchonthestackerisofgreatsignificance.Basedontheresearchofmodernlogisticsstoragesystem,thispaperintroducesthedevelopmentandcompositionofintelligentstoragesystem,andsystematicallyanalyzesthecontroltechnologyofstackercontrolsystembyintegratingthedevelopmentofmodernscienceandtechnology.Inaddition,thispaperalsostatesthemaindesignmethodsofthesystemindetail,andrealizesthecorrespondingfunctionsofthesystemthroughthedesignofhardwareandsoftware.Basedonthedesignparametersofmodernstoragesystem,thispapercompletesthehardwaredesignofstackercontrolsystem.TheactuatoriscontrolledbyusingS7-200seriesPLC.Accordingtothecontrolrequirements,thecomponentsofthesystemareselected,andthecorrespondingwiringdiagramisgiven.ThenSiemensprogrammingsoftwareisusedtoprogramthecontrolsystem.Keywords:Intelligentstoragesystem,stacker,PLC,controlsystem.本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書目次TOC\o"1-3"\h\u1.緒論 頁1.緒論近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，衍生出了一種新興產(chǎn)業(yè)-電子商務(wù)，這無疑不是對(duì)傳統(tǒng)商業(yè)的一次顛覆性革命。正如每年雙11和雙12的節(jié)日，當(dāng)天交易額都能迅速破億，然而在接下來的一周時(shí)間，總有消費(fèi)者會(huì)抱怨電商如蝸牛般的配送貨物的速度。究其原因，這無不跟物流配送有著極大關(guān)系。在這效率至上的世界里，物流的最核心的系統(tǒng)-智能倉儲(chǔ)系統(tǒng)出現(xiàn)了。隨著它的出現(xiàn)，在其中起著重大作用的堆垛機(jī)運(yùn)用而生。作為智能倉儲(chǔ)的核心部分，擔(dān)負(fù)著發(fā)運(yùn)，盤點(diǎn)等任務(wù)，也是權(quán)衡智能倉儲(chǔ)系統(tǒng)的重要標(biāo)識(shí)。.因此研究智能倉儲(chǔ)系統(tǒng)的焦點(diǎn)就匯聚在堆垛機(jī)的研究上。1.1智能倉儲(chǔ)系統(tǒng)的概述隨著現(xiàn)代物流管理逐步完善，智能倉儲(chǔ)系統(tǒng)已成為現(xiàn)代物流管理的重要組成部分，也是現(xiàn)代倉儲(chǔ)新技術(shù)之一。智能倉儲(chǔ)系統(tǒng)也稱智能倉庫管理系統(tǒng)(IntelligentWarehouseManagementSystem).他是一種集合物料搬運(yùn)、倉儲(chǔ)科學(xué)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等多種學(xué)科的綜合性科學(xué)管理技術(shù)。采用高層貨架為主要存儲(chǔ)裝置，配備全套先進(jìn)的搬運(yùn)設(shè)備和先進(jìn)的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，從而形成一個(gè)高效率、大儲(chǔ)存量的科學(xué)倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)，用以滿足現(xiàn)代化高效率生產(chǎn)、物料調(diào)換和儲(chǔ)存的需求。1.1.1智能倉儲(chǔ)系統(tǒng)的組成智能倉儲(chǔ)系統(tǒng)是指利用高層貨架存放貨物，運(yùn)用計(jì)算機(jī)控制起重、搬運(yùn)、裝卸等機(jī)械設(shè)備進(jìn)行出入庫作業(yè)。.諸如此類倉儲(chǔ)，都是充分利用計(jì)算機(jī)控制存取貨物，故而稱為智能倉儲(chǔ)系統(tǒng)。目前，智能倉儲(chǔ)系統(tǒng)的高度可以達(dá)到40米以上，最大儲(chǔ)存量可以達(dá)到幾萬個(gè)。實(shí)現(xiàn)了按接收指令出入庫的全自動(dòng)控制，以及遠(yuǎn)程無人的計(jì)算機(jī)管理方式。其主要組成部分為多層貨架，倉儲(chǔ)機(jī)械設(shè)備，控制管理設(shè)施.（1）貨架從平面向高層的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化，多層貨架逐漸成為其主要代表，更多層貨架，更大的存儲(chǔ)容量，使其在物流管理起著不俗的重要的作用。目前，貨架功能逐漸得到了豐富，適應(yīng)了現(xiàn)代機(jī)械化、自動(dòng)化的生產(chǎn)要求。貨架主要有單元式貨架，直通式貨架和旋轉(zhuǎn)式貨架。為了提高貨物存儲(chǔ)效率，智能存儲(chǔ)系統(tǒng)在正常使用情況下，貨物一般由貨箱與托盤負(fù)責(zé)盛放。其主要基本功能是存放小型材料，還應(yīng)該滿足運(yùn)輸工具和堆垛機(jī)的使用需求。（2）倉儲(chǔ)機(jī)械設(shè)備智能倉儲(chǔ)系統(tǒng)的主要搬運(yùn)設(shè)備是堆垛機(jī)，其主要用于在多層貨架之間來回運(yùn)行，將位于入口處的貨物存放到貨架上，或者將貨物運(yùn)出，運(yùn)輸至入口。運(yùn)輸所需要使用的的設(shè)備需要高度可靠，智能存儲(chǔ)系統(tǒng)一般只具備單個(gè)傳送系統(tǒng)，應(yīng)確保運(yùn)輸系統(tǒng)運(yùn)行可靠，定時(shí)對(duì)其維修保養(yǎng)。此外，還應(yīng)該為輸送系統(tǒng)作為緊急的手動(dòng)控制切換。在智能倉儲(chǔ)系統(tǒng)中，運(yùn)輸貨物的設(shè)備主要有輸送帶、各種運(yùn)輸小車和AGV等，短程運(yùn)輸也可以使用機(jī)器人。（3）控制及管理設(shè)施控制管理系統(tǒng)使用分布式管理控制，即控制系統(tǒng)由管理計(jì)算機(jī)、中央計(jì)算機(jī)和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備如直接控制堆垛機(jī)，倉儲(chǔ)運(yùn)送設(shè)備等組成。管理計(jì)算機(jī)是智能存儲(chǔ)系統(tǒng)的管理核心，承擔(dān)著進(jìn)/出庫管理，盤點(diǎn)管理，查詢，打印和顯示，計(jì)算分析等功能，如經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，包括實(shí)時(shí)控制和線下控制;中央計(jì)算機(jī)是倉儲(chǔ)系統(tǒng)控制中心，主要負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行平穩(wěn)，協(xié)調(diào)每個(gè)部分有序配合。1.1.2

智能倉儲(chǔ)系統(tǒng)的發(fā)展高架倉庫的雛形，是第二次世界大戰(zhàn)后的生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展的結(jié)果。在科學(xué)技術(shù)生產(chǎn)和發(fā)展的實(shí)際需要下，智能存儲(chǔ)系統(tǒng)從20世紀(jì)50年代初開始出現(xiàn)。1950年，美國(guó)首先生產(chǎn)了一種手動(dòng)控制的橋式堆垛起重機(jī)，而高層貨架的概念被認(rèn)為是自動(dòng)化倉庫的雛形。1960年以后被巷道堆垛機(jī)逐漸取代了，然后使用范圍和堆垛機(jī)的性能得到了很大的發(fā)展，特別是在日本，智能存儲(chǔ)系統(tǒng)的快速發(fā)展，自動(dòng)化倉庫技術(shù)在日本自動(dòng)化倉庫和所有權(quán)是最高的中世界。倉儲(chǔ)領(lǐng)域自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展分為人工倉儲(chǔ)、自動(dòng)倉儲(chǔ)、綜合倉儲(chǔ)和智能倉儲(chǔ)五個(gè)階段。智能自動(dòng)化倉儲(chǔ)是20世紀(jì)90年代末和21世紀(jì)以至于未來的倉儲(chǔ)自動(dòng)化技術(shù)的主要發(fā)展方向。我們的國(guó)家在智能存儲(chǔ)系統(tǒng)和材料處理設(shè)備的領(lǐng)域起步并不晚，并于1963年發(fā)展成立了機(jī)械北京物資的受理部門研究所，于1973年開始研制中國(guó)第一計(jì)算機(jī)智能倉庫控制系統(tǒng)，投產(chǎn)于1980年開始運(yùn)行。1.2堆垛機(jī)概述堆垛機(jī)是智能存儲(chǔ)系統(tǒng)的重要組成部分，是整個(gè)系統(tǒng)的執(zhí)行部分。當(dāng)貨物處于庫存狀態(tài)時(shí)，從貨物進(jìn)出平臺(tái)準(zhǔn)確地存儲(chǔ)在存儲(chǔ)位置，當(dāng)貨物取出時(shí)，從存儲(chǔ)位置取回貨物進(jìn)出平臺(tái)。無論采用何種類型的堆垛機(jī)，一般由水平行走機(jī)構(gòu)，升降機(jī)構(gòu)，裝載臺(tái)和機(jī)械爪機(jī)構(gòu)，機(jī)架和電氣設(shè)備等組成。它是所謂的高層次，高速，高密度存儲(chǔ)的概念下的產(chǎn)品。雖然各個(gè)廠家都有自己的獨(dú)創(chuàng)性和一些結(jié)構(gòu)上的差異，但可以說所有的堆垛機(jī)都是由車架、裝載平臺(tái)、機(jī)械爪、軌道和控制系統(tǒng)組成。堆垛機(jī)結(jié)構(gòu)圖如圖1-1所示。圖1-1堆垛機(jī)結(jié)構(gòu)圖1.2.1

堆垛機(jī)的發(fā)展初期智能倉儲(chǔ)系統(tǒng)中使用的堆垛機(jī)是基于一臺(tái)橋式起重機(jī)，該橋式起重機(jī)是一臺(tái)懸掛在起重機(jī)大梁上的龍門，采用上下和龍門旋轉(zhuǎn)的方式進(jìn)行貨物運(yùn)輸。在美國(guó)1960年左右出現(xiàn)在巷道堆垛機(jī)，堆垛機(jī)車道然后逐漸橋堆的重量限制和跨度更換。1967年，日本安裝了一個(gè)高10-15米的高層堆垛機(jī)。1969年，網(wǎng)上全自動(dòng)倉庫出現(xiàn)。20世紀(jì)70年代初，我國(guó)開始研究隧道堆垛機(jī)智能存儲(chǔ)系統(tǒng)。目前的堆垛機(jī)技術(shù)有了很大的進(jìn)步，控制技術(shù)、定位精度和運(yùn)行速度都有了很大的提高。提升速度巷道堆垛機(jī)已經(jīng)達(dá)到90米/分鐘，啟動(dòng)起來的速度240米/分，在某些存儲(chǔ)系統(tǒng)中使用的智能，這兩層分別為處理與堆垛機(jī)方法操作用于提高存儲(chǔ)能力。1.2.2

堆垛機(jī)技術(shù)的研究現(xiàn)態(tài)根據(jù)現(xiàn)行機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)有軌堆垛機(jī)的分類方法有多種，如支承方式、用途、控制方式、結(jié)構(gòu)、運(yùn)行軌道等。無論何種類型的堆垛機(jī)一般由水平行走機(jī)構(gòu)、提升機(jī)構(gòu)、裝載臺(tái)和叉機(jī)構(gòu)、機(jī)架和電氣設(shè)備組成。堆垛機(jī)指標(biāo)反映動(dòng)態(tài)性能的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)是：速度，提升速度，機(jī)械爪速度，穩(wěn)定性，識(shí)別的地址的精度。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，智能存儲(chǔ)系統(tǒng)的技術(shù)水平和存儲(chǔ)機(jī)械設(shè)備的動(dòng)態(tài)性能也在不斷提高。例如，堆垛機(jī)的驅(qū)動(dòng)力已從20世紀(jì)70年代的子電機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)樽冾l調(diào)速，速度從5~50m/min提高到4~160m/min，國(guó)外小負(fù)荷的堆垛機(jī)可達(dá)300m/min。提升傳動(dòng)由上世紀(jì)70年代的雙速電機(jī)改進(jìn)為變頻調(diào)速，轉(zhuǎn)速由4～16m/min提高到25m/min。雖然如此，國(guó)內(nèi)堆垛機(jī)的當(dāng)前運(yùn)行速度保持在160米/分鐘的最高;增強(qiáng)的0?80米/分鐘的速度;機(jī)械爪速度一直保持在0?30米/分鐘;認(rèn)識(shí)到使用光學(xué)檢測(cè)的地址，缺乏精確度，識(shí)別地址高錯(cuò)誤率。1.3

本文研究的要點(diǎn)本課題的研究目標(biāo)是設(shè)計(jì)一個(gè)安全可靠、經(jīng)濟(jì)性能良好和運(yùn)行平穩(wěn)的堆垛機(jī)控制系統(tǒng)。內(nèi)容如下：堆垛機(jī)多方向運(yùn)動(dòng)均可手自動(dòng)控制切換。設(shè)計(jì)堆垛機(jī)控制面板更加人性化。能按設(shè)計(jì)好的程序自動(dòng)執(zhí)行所接收到的指令。堆垛機(jī)速度可調(diào)，并且可以顯示速度快慢等級(jí)。

堆垛機(jī)控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)控制需求(1)系統(tǒng)中堆垛機(jī)的執(zhí)行部分結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，主要組成為水平移動(dòng)裝置、縱向升降裝置和抓取貨物的機(jī)械爪。主要元件包括步進(jìn)驅(qū)動(dòng)元件、絲桿驅(qū)動(dòng)元件、機(jī)械爪、存儲(chǔ)裝置、電氣控制操作面板、I/O端口、電磁閥、氣源執(zhí)行裝置等。從堆垛機(jī)工作的方式和工作要求可以看出，為了保證堆垛機(jī)的平穩(wěn)運(yùn)行，取決于堆垛機(jī)多方向移動(dòng)可控性和定位的準(zhǔn)確性。(2)本文中堆垛機(jī)的控制方式應(yīng)為自動(dòng)和手動(dòng)控制可以切換平穩(wěn)。①通過堆垛機(jī)的開關(guān)和按鈕，手動(dòng)控制堆垛機(jī)的水平和縱向移動(dòng)和機(jī)械爪伸縮。同時(shí)移動(dòng)的速度也可以手動(dòng)選擇。在手動(dòng)操作中，系統(tǒng)應(yīng)給予適當(dāng)?shù)木嫘盘?hào)。同時(shí)，系統(tǒng)也應(yīng)準(zhǔn)許大部分功能操作。手動(dòng)操作主要用于安裝、調(diào)試和故障排除。②在啟用自動(dòng)模式控制堆垛機(jī)，可以根據(jù)用戶預(yù)設(shè)的指令來完成需要執(zhí)行的任務(wù)。在操作設(shè)定時(shí)，還應(yīng)具備單程運(yùn)行，用以節(jié)省運(yùn)行資源的浪費(fèi)。此外，還需要有設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)顯示、故障記錄和排查故障等功能。（3）本文所設(shè)計(jì)的堆垛機(jī)控制系統(tǒng)中只有在交換數(shù)據(jù)傳輸時(shí)候，主要控制任務(wù)是由PLC負(fù)責(zé)的，可以減少CPU的負(fù)擔(dān)。PLC的控制需求主要分為以下幾點(diǎn)①確定指令執(zhí)行的狀態(tài)②通過檢測(cè)識(shí)別確定各執(zhí)行元件位置，到達(dá)預(yù)定位置后，完成相應(yīng)指令。③在接近物料時(shí)減速到低速狀態(tài)，以便以一個(gè)低速狀態(tài)的堆垛機(jī)接近目標(biāo)物料，才能確保堆垛機(jī)的安全性。④根據(jù)存儲(chǔ)的前后順序，確定每個(gè)執(zhí)行元件的狀態(tài)，完成指令操作的控制。⑤每個(gè)執(zhí)行元件都應(yīng)具有限位保護(hù)以及報(bào)警功能。2.2堆垛機(jī)設(shè)計(jì)方案框圖為了滿足以上設(shè)計(jì)要求，繪制了如圖2-1所示的堆垛機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方框圖。計(jì)算機(jī)PLC計(jì)算機(jī)PLC堆垛機(jī)水平檢測(cè)系統(tǒng)堆垛機(jī)物料檢測(cè)系統(tǒng)堆垛機(jī)水平檢測(cè)系統(tǒng)堆垛機(jī)物料檢測(cè)系統(tǒng)堆垛機(jī)限位報(bào)警系統(tǒng)堆垛機(jī)限位報(bào)警系統(tǒng)堆垛機(jī)縱向檢測(cè)系統(tǒng)堆垛機(jī)縱向檢測(cè)系統(tǒng)載物臺(tái)縱向升降裝置載物臺(tái)縱向升降裝置機(jī)械爪運(yùn)行機(jī)構(gòu)堆垛機(jī)水平移動(dòng)裝置機(jī)械爪運(yùn)行機(jī)構(gòu)堆垛機(jī)水平移動(dòng)裝置圖2-1堆垛機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方框圖3.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1堆垛機(jī)位置控制根據(jù)對(duì)堆垛機(jī)設(shè)計(jì)方案框圖的分析，主要組成為水平移動(dòng)裝置、縱向升降裝置和抓取貨物的機(jī)械爪。當(dāng)堆垛機(jī)達(dá)到目標(biāo)位置，機(jī)械爪需要完成取貨任務(wù)。完成堆垛機(jī)自動(dòng)控制模式的設(shè)計(jì)，必須保證堆垛機(jī)能準(zhǔn)確到達(dá)目標(biāo)位置。因而，在設(shè)計(jì)堆垛機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)時(shí)，關(guān)鍵在于堆垛機(jī)的準(zhǔn)確可靠的檢測(cè)識(shí)別和定位，以確保堆垛機(jī)的準(zhǔn)確停止處于目標(biāo)位置。此外，為了提高運(yùn)行效率和確保堆垛機(jī)的穩(wěn)定性必須確保能夠控制堆垛機(jī)位置和速度的檢測(cè)準(zhǔn)確，其中，所述位置和速度檢測(cè)是自動(dòng)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵部分。堆垛機(jī)速度和位置控制的實(shí)現(xiàn)方法如圖3-1所示。控制系統(tǒng)由PLC、速度控制系統(tǒng)、編碼器、傳感器等組成，實(shí)現(xiàn)位置和速度檢測(cè)的閉環(huán)控制。執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制器M調(diào)速系統(tǒng)傳感器控制器M調(diào)速系統(tǒng)傳感器輸入 編碼器 速度檢測(cè)位置檢測(cè)圖3-1堆垛機(jī)位置速度控制結(jié)構(gòu)3.2傳感器的概述傳感器是一種檢測(cè)元件，能將被檢測(cè)的信息量以一種特定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成電信號(hào)或者其他形式的輸出信號(hào)，用于信息的傳輸、處理、儲(chǔ)存、控制等需求。傳感器一般用于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的重要環(huán)節(jié)。傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和信號(hào)轉(zhuǎn)換電路三部分組成。傳感器組成結(jié)構(gòu)框圖如圖3-2所示。圖3-2傳感器組成結(jié)構(gòu)框圖3.3

傳感器分類目前市面上的傳感器種類多種多樣，所使用的原理也有所差異。主要常用的分類分類有以下幾種方法：按被測(cè)量分類：被測(cè)量主要為溫度、壓力、位移等參數(shù)。按被測(cè)量分為：溫度傳感器、壓力傳感器、位移傳感器等。按工作原理分類：按工作原理，分為物理傳感器和化學(xué)傳感器兩種類型。物理傳感器用于檢測(cè)如熱電、光電等物理效應(yīng)，化學(xué)傳感器則是用于檢測(cè)化學(xué)反應(yīng)等類型的傳感器。按能量轉(zhuǎn)換方式分類：按能量轉(zhuǎn)換方式主要分為有源型傳感器和無源型傳感器。有源型傳感器用于把非電量轉(zhuǎn)換成電壓量等參數(shù)；無源型傳感器則是把非電量轉(zhuǎn)換成電阻等參數(shù)。按輸入、輸出類型分類：按輸入、輸出類型分為線性傳感器和非線性傳感器。按傳感器輸出信號(hào)的性質(zhì)分類:按輸出信號(hào)性質(zhì)可分為開關(guān)型傳感器、模擬型傳感器和數(shù)字型傳感器。3.4傳感器檢測(cè)控制要求傳感器檢測(cè)是確定堆垛機(jī)在目標(biāo)位置停止，完成發(fā)出的指令。傳感器檢測(cè)需要實(shí)現(xiàn)兩個(gè)控制要求：堆垛機(jī)能夠檢測(cè)并到達(dá)該位置。;2、準(zhǔn)確停止在該位置。所以就需要每個(gè)位置都必須有一個(gè)可以被堆垛機(jī)識(shí)別的檢測(cè)標(biāo)志。當(dāng)被檢測(cè)到時(shí)候就可以完成相應(yīng)指令，也是系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的重要部分。3.5傳感器檢測(cè)選用方法為了完成堆垛機(jī)的位置控制，必須檢測(cè)堆垛機(jī)的運(yùn)行位置。本文設(shè)計(jì)的堆垛機(jī)系統(tǒng)檢測(cè)要求如下：水平檢測(cè)系統(tǒng)水平方向采用激光測(cè)距，該數(shù)據(jù)為位移值，PLC計(jì)算的數(shù)據(jù)為運(yùn)行速度值。安裝在堆垛機(jī)激光測(cè)距傳感器，被檢測(cè)目標(biāo)板被安裝在軌道的末端。在軌道上的激光不允許存在任何物品阻礙激光發(fā)送與接收，以確保激光的測(cè)距精度和自動(dòng)化系統(tǒng)的安全性?？v向檢測(cè)系統(tǒng)堆垛機(jī)縱向的檢測(cè)主要用在堆垛機(jī)的機(jī)械爪兩側(cè)各自安裝光電開關(guān)，是為了鑒別機(jī)械爪的工作狀態(tài)。當(dāng)無論出于何種狀態(tài)時(shí)，為了使機(jī)械爪完成指令，堆垛機(jī)必須向機(jī)械爪提供距離物料的位置檢測(cè)。所以，要在堆垛機(jī)的機(jī)械爪安裝了三個(gè)光電開關(guān)，它們與機(jī)械爪一起升降，中間的一個(gè)共用，另外兩個(gè)分別為兩側(cè)位置。在取貨開始或者結(jié)束時(shí)，中間負(fù)責(zé)距離傳感，而兩側(cè)則為機(jī)械爪兩端位置距離。3.6PLC及硬件配置根據(jù)實(shí)際控制點(diǎn)以及系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)的控制要求，本設(shè)計(jì)選用西門子S7-200系列的PLC作為控制中心。3.6.1

S7-200系列PLC概述S7-200系列PLC西是由德國(guó)西門子生產(chǎn)的超小型PLC。超小型是指與大，中型PLC具有相同的功能，但價(jià)格和小型PLC的價(jià)格相同。它可以在獨(dú)立運(yùn)行，也可以通過I/O模塊進(jìn)行擴(kuò)展。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安全可靠，運(yùn)行平穩(wěn)，繼。具有非常豐富的指令集，具有強(qiáng)大的多種集成功能和實(shí)時(shí)性反饋，具有豐富的擴(kuò)展模塊，性價(jià)比很高。因此，備受廣泛關(guān)注。幾乎可以完美勝任任何功能的控制任務(wù)。常用的plc實(shí)物圖如圖3-3所示。圖3-3常用的plc實(shí)物圖3.6.2PLC的組成及工作原理PLC主要由基本單元、擴(kuò)展單元、專用功能設(shè)備、相關(guān)設(shè)備和工業(yè)軟件等幾個(gè)模塊組成。主要由以下模塊組成；基本單元：基本單元又被稱為CPU模塊。專門包括CPU，內(nèi)存，基本的輸入輸出點(diǎn)和電源。它實(shí)際上是一個(gè)完整的控制系統(tǒng)可以獨(dú)立完成某些控制任務(wù)。擴(kuò)展單元：當(dāng)主機(jī)輸入點(diǎn)的數(shù)量不能滿足控制要求時(shí)，用戶可以根據(jù)需要擴(kuò)展各種輸入輸出模塊?？梢赃B接的擴(kuò)展單元的數(shù)量和可以使用的的實(shí)際數(shù)量由各種因素決定。專用功能設(shè)備：在需要執(zhí)行某些特殊控制任務(wù)時(shí)，可與基本單元連接的專用設(shè)備。相關(guān)設(shè)備：為了便于開發(fā)使用而設(shè)計(jì)的一些相關(guān)設(shè)備。（5）工業(yè)軟件：為方便管理和維護(hù)這些設(shè)備而開發(fā)的配套軟件。3.6.3PLC工作方式PLC采取循環(huán)掃描的工作方式，主要分為三個(gè)階段：輸入采樣階段、程序執(zhí)行階段和輸出刷新階段。工作過程如圖3-4所示。圖3-4工作過程輸入采樣階段在程序執(zhí)行前，首先將輸入端所收集的信號(hào)存入輸入映像區(qū)。在程序執(zhí)行中，所使用的輸入信號(hào)就是存入輸入映像區(qū)的信號(hào)。只有在下一階段才能刷新輸入信號(hào)。程序執(zhí)行階段程序的掃描方式為順序掃描，并對(duì)所獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算和處理，再將執(zhí)行的結(jié)果反饋到輸出寄存器。然而在所有程序沒有被完全執(zhí)行時(shí)，所得的結(jié)果不會(huì)被輸出端子接收到。輸出刷新階段在完成程序執(zhí)行時(shí)，對(duì)輸出端的端子進(jìn)行結(jié)果的輸出，驅(qū)動(dòng)所連接的硬件。3.6.4I/O接線原理圖本文PLC的I/O接線如圖3-5所示。圖3-5I/O接線原理圖3.6.5I/O分配表PLC上輸入/輸出點(diǎn)分配如表3-6所示。表3-6I/O分配表序號(hào)控制元件編程地址控制功能1電感式接近開關(guān)I0.0水平反方向的原點(diǎn)左限位2電感式接近開關(guān)I0.1垂直反方向的原點(diǎn)下限位3磁感應(yīng)式接近開關(guān)I0.2機(jī)械爪縮回限位4磁感應(yīng)式接近開關(guān)I0.3機(jī)械爪伸出限位5按鈕I2.0開始6按鈕I2.1復(fù)位7按鈕I2.2特殊功能8開關(guān)I2.3手動(dòng)與自動(dòng)切換9開關(guān)I2.4單機(jī)與聯(lián)網(wǎng)切換10按鈕I2.5停止11繼電器觸頭I2.6電源12水平方向步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器Q0.0控制水平方向推料臺(tái)的移動(dòng)13垂直方向步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器Q0.1控制垂直方向推料臺(tái)的移動(dòng)14水平方向驅(qū)動(dòng)器方向控制Q0.2控制水平方向堆垛機(jī)移動(dòng)方向15垂直方向驅(qū)動(dòng)器方向控制Q0.3控制垂直方向的載物臺(tái)移動(dòng)方向16電磁閥Q0.4控制機(jī)械爪直線運(yùn)動(dòng)17綠色指示燈Q1.6開始指示18藍(lán)色指示燈Q1.7復(fù)位指示3.7步進(jìn)電動(dòng)機(jī)認(rèn)知以及應(yīng)用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行器。步進(jìn)電機(jī)定子的各相繞組按照一定的順序通電，從而帶動(dòng)轉(zhuǎn)子按照給定的方向轉(zhuǎn)過固定的角度，所夾角度被稱為步距角。轉(zhuǎn)子上分布著許多小齒，相鄰的兩個(gè)小齒的中心線間所夾角度稱為齒距角。步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行受脈沖信號(hào)控制，其轉(zhuǎn)子的角位移和轉(zhuǎn)速嚴(yán)格與輸入脈沖的數(shù)量和脈沖頻率成正比，可以通過控制脈沖頻率來控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，改變通電脈沖的順序來控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)方向。因此，在計(jì)算機(jī)控制領(lǐng)域中步進(jìn)電動(dòng)機(jī)應(yīng)用極為普遍。因此本設(shè)計(jì)可以選擇使用脈沖信號(hào)控制堆垛機(jī)的速度控制。由于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行是不能形成連續(xù)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，為了使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)能夠旋轉(zhuǎn)滿足設(shè)計(jì)所需，就要形成連續(xù)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，這必須依靠步進(jìn)電動(dòng)機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)器來實(shí)現(xiàn)。細(xì)分驅(qū)動(dòng)器實(shí)物圖如圖3-7所示。圖3-7細(xì)分驅(qū)動(dòng)器實(shí)物圖在本設(shè)計(jì)中，主要用于運(yùn)行時(shí)位置的進(jìn)行反饋調(diào)節(jié)，以保證對(duì)系統(tǒng)精度的準(zhǔn)確性。3.8安全報(bào)警檢測(cè)的應(yīng)用（1）貨位有無檢測(cè)自動(dòng)化倉儲(chǔ)需要檢測(cè)是否有物料存儲(chǔ)在貨位上，或者物料存儲(chǔ)位置信息。以免造成資源浪費(fèi)和機(jī)器損壞。當(dāng)堆垛機(jī)到達(dá)目標(biāo)位置時(shí)，首先檢查物料位置是否有物料。若果沒有物料，則進(jìn)行存放，反之發(fā)出停止堆信號(hào)；如果在相應(yīng)的物料位置沒有檢測(cè)到相應(yīng)物料，則發(fā)送信號(hào)使停止操作。本文使用光電傳感器來感知貨位上物料物的存在或者位置信息。（2）物料存滿檢測(cè)物料堆放在貨為上，或者由于反饋異常致使物料堆滿貨位時(shí)，這些堆滿的物料可能阻礙堆垛機(jī)運(yùn)行，導(dǎo)致貨位或堆垛機(jī)損壞。在堆垛機(jī)的安裝遠(yuǎn)距離光電傳感器，可以監(jiān)視物料堆積，一旦檢測(cè)到堆滿或者溢出，報(bào)警到控制系統(tǒng)，控制堆垛機(jī)停止運(yùn)行。3.9元器件的選型主要的元器件的選型如下表3-8所示。表3-8元器件選型名稱代號(hào)符號(hào)個(gè)數(shù)規(guī)格符號(hào)PLCPLC1S7-200系列接觸器KM3CJ20-100熔斷器FU4RLS1-100指示燈HL5AD16-22G行程開關(guān)SQ14LF-0124LB按鈕開關(guān)SAKD2B-21激光測(cè)距傳感器1ODSL8型光電傳感器2E3G-MR19單相交流異步電動(dòng)機(jī)M1YY7112步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器1SH-20403

4.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)S7-200PLC主要使用STEP7-Micro/WINSMART編程軟件進(jìn)行開發(fā)、編程和監(jiān)控等其它一些相關(guān)處理。STEP7-Micro/WINSMART編程軟件是基于Windows系統(tǒng)的編程軟件，由德國(guó)西門子專為S7-200系列PLC設(shè)計(jì)開發(fā)，適用范圍廣，主要用于用戶開發(fā)控制程序，還可以實(shí)時(shí)監(jiān)控程序執(zhí)行狀態(tài)。它提供多種編程語言來創(chuàng)建程序：梯形圖、指令表語言、功能塊圖、順序功能圖和結(jié)構(gòu)文本。用以上任何一種語言編寫程序，都可以用另外一種語言編輯器來瀏覽和修改，但要遵守一些語言編寫的輸入規(guī)則。在文本語言編輯器的形式語句列表編輯器顯示程序能夠執(zhí)行輸入這個(gè)命令助記符方面建立控制程序。（1）梯形圖(LD)梯形邏輯是編程語言的圖形表達(dá)方式最為常見。它的指令語法與繼電器控制電路圖極為相似，由觸點(diǎn)、線圈和特殊功能的功能塊組成。當(dāng)電信號(hào)通過各個(gè)觸點(diǎn)、復(fù)合元件以及輸出線圈時(shí)，梯形圖可以讓你追蹤電信號(hào)運(yùn)行的狀態(tài)。此外，運(yùn)行都是以其先后順序執(zhí)行。（2）指令表語言(IL)指令表語言是編程語言的文本表達(dá)方式。與匯編語言相似，但比其更加易于理解，便于操作。況且在一般情況下，可以與梯形圖互相轉(zhuǎn)換。（3）功能塊圖(FBD)功能塊圖是一種類似于數(shù)學(xué)邏輯的電路，主要從控制功能入手，直觀體現(xiàn)涉及人員的設(shè)計(jì)意圖及其功能。（4）順序功能圖(SFC)順序功能圖也叫作流程圖，主要用于工業(yè)的順序控制。通過分工設(shè)計(jì)，使用靈活的結(jié)構(gòu)，大大節(jié)省設(shè)計(jì)與調(diào)試時(shí)間，因而用于復(fù)雜、規(guī)模大的場(chǎng)合。（5）結(jié)構(gòu)文本(ST)結(jié)構(gòu)文本是一種高級(jí)語言，可以完成比較復(fù)雜的控制運(yùn)算，但對(duì)編程人員要求過高。4.1手動(dòng)與自動(dòng)的轉(zhuǎn)換本文設(shè)計(jì)的堆垛機(jī)控制系統(tǒng)采用手動(dòng)和自動(dòng)兩種工作模式，此外，自動(dòng)工作模式又分為自動(dòng)存料和自動(dòng)取料兩種工作狀態(tài)。以下是兩種工作模式的詳細(xì)要求：①手動(dòng)模式：在這模式下，主要是由操作人員親自控制堆垛機(jī)的運(yùn)行，完成各種任務(wù)清單。②自動(dòng)模式：這種模式是通過預(yù)先輸入的程序完成規(guī)定的任務(wù)，可實(shí)現(xiàn)人機(jī)分離操作。程序采用分工設(shè)計(jì)的方式進(jìn)行編寫，最后將每個(gè)功能不一的程序匯集起來，以實(shí)現(xiàn)所需要求。通過對(duì)信號(hào)的檢測(cè)來實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的控制，從而精準(zhǔn)安全的完成工作。此外，為了方便對(duì)碼垛系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，需要設(shè)立運(yùn)行狀態(tài)指示燈。系統(tǒng)主流程圖如圖4-1所示。

向系統(tǒng)上傳堆垛機(jī)運(yùn)行狀態(tài)運(yùn)行存貨程序運(yùn)行手動(dòng)操作程序堆垛機(jī)模式選擇開始系統(tǒng)通電取出物料運(yùn)行取貨程序存入物料系統(tǒng)檢測(cè)向系統(tǒng)上傳堆垛機(jī)運(yùn)行狀態(tài)運(yùn)行存貨程序運(yùn)行手動(dòng)操作程序堆垛機(jī)模式選擇開始系統(tǒng)通電取出物料運(yùn)行取貨程序存入物料系統(tǒng)檢測(cè) 手動(dòng)工作模式 自動(dòng)工作模式 Y N N Y圖4-1主程序流程圖4.2

系統(tǒng)檢測(cè)和復(fù)位/歸位程序4.2.1堆系統(tǒng)檢測(cè)程序如圖4-1所示，無論何時(shí)啟動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)通電，首先運(yùn)行如圖4-2系統(tǒng)檢測(cè)程序。系統(tǒng)檢測(cè)程序是用來保證每次系統(tǒng)是否在該模式安全，如果存在不安全因素，系統(tǒng)開始報(bào)警，等待故障排除。故障如若沒有排除，則將禁止操作。故障報(bào)警，等待故障處理結(jié)束檢測(cè)機(jī)械爪位置及工作狀態(tài)檢測(cè)運(yùn)行安全標(biāo)志開始故障報(bào)警，等待故障處理結(jié)束檢測(cè)機(jī)械爪位置及工作狀態(tài)檢測(cè)運(yùn)行安全標(biāo)志開始上次安全運(yùn)行?上次安全運(yùn)行? Y N存在不安全隱患?存在不安全隱患? N Y圖4-2系統(tǒng)檢測(cè)流程圖4.2.2系統(tǒng)復(fù)位/歸位程序當(dāng)操作系統(tǒng)發(fā)生故障，如果沒有及時(shí)修正，將會(huì)使倉儲(chǔ)管理混亂，所以我們需要通過及時(shí)恢復(fù)操作前系統(tǒng)數(shù)據(jù)，以便系統(tǒng)恢復(fù)到正常工作狀態(tài)。根據(jù)錯(cuò)誤反饋的嚴(yán)重程度，設(shè)置系統(tǒng)歸位和系統(tǒng)復(fù)位兩種方法。系統(tǒng)復(fù)位流程圖如圖4-3所示。當(dāng)歸位按鈕被按下超過3秒時(shí)，堆垛機(jī)控制系統(tǒng)開始以中等速度返回到初始位置。當(dāng)達(dá)到限速度點(diǎn)后，開始減速。到達(dá)初始位置后，復(fù)位計(jì)數(shù)器；當(dāng)位置校準(zhǔn)完成，系統(tǒng)歸位完成。若是重啟按鈕被按下超過3秒，系統(tǒng)將進(jìn)行初始化，此外，系統(tǒng)會(huì)復(fù)位之前所有操作。如果無需復(fù)位，可以松開重啟按鈕，然后短按少于3秒重啟按鈕，就可以結(jié)束系統(tǒng)復(fù)位。

重啟信號(hào)歸位按鈕按下系統(tǒng)初化、歸位重啟定時(shí)到？按鈕計(jì)時(shí)到？重啟信號(hào)歸位按鈕按下系統(tǒng)初化、歸位重啟定時(shí)到？按鈕計(jì)時(shí)到？ N Y Y N返回原位返回原位歸位/重啟按鈕？歸位/重啟按鈕？ N Y結(jié)束結(jié)束圖4-4復(fù)位流程圖4.3

自動(dòng)工作狀態(tài)下系統(tǒng)運(yùn)行控制4.3.1

水平運(yùn)行PLC程序控制對(duì)水平方向控制要求主要有以下幾點(diǎn)；首先需要解決的問題就是：確定系統(tǒng)是在完成任務(wù)過程中，還是結(jié)束任務(wù)返回過程中。由于PLC工作方式是逐行掃描，因而判斷系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)是不足以完成要求的。所以就需要在編寫程序時(shí)，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)加以區(qū)分。當(dāng)系統(tǒng)處于未執(zhí)行狀態(tài)時(shí)，需要確定機(jī)械爪是否到位，如果沒有到位，則需要繼續(xù)向前移動(dòng)。如果檢測(cè)已完成執(zhí)行狀態(tài)時(shí)，則確定機(jī)械爪是否返回。程序梯形圖如圖4-5所示。圖4-5水平運(yùn)行控制程序4.3.2

垂直運(yùn)行PLC程序控制垂直方向運(yùn)動(dòng)是由三個(gè)光電開關(guān)來進(jìn)行檢測(cè)位置，其定位原理與水平方向的定位原理類似，區(qū)別就在于在，光電開關(guān)在檢測(cè)系統(tǒng)狀態(tài)時(shí)工作順序不一。程序梯形圖如圖4-6所示。圖4-5垂直運(yùn)行控制程序4.3.3

機(jī)械爪伸縮控制PLC程序控制機(jī)械爪控制方法如上類似，就不在詳細(xì)說明。程序梯形圖如圖4-6所示圖4-6機(jī)械爪運(yùn)行控制程序圖4.4

手動(dòng)工作模式下的堆垛機(jī)控制在手動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)下，需要完成以下要求：（1）自動(dòng)模式下所有功能都需要手動(dòng)模式下也可以使用。（2）手動(dòng)工作狀態(tài)下機(jī)械爪的運(yùn)行控制是可以分開運(yùn)行，此外，機(jī)械爪任何動(dòng)作都需要互不干擾。（3）手動(dòng)操作模式下，需要有對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行故障的報(bào)警功，以防止誤操作的現(xiàn)象。

5.仿真調(diào)試5.1程序仿真使用為了確保所使用程序準(zhǔn)確性，需要對(duì)程序進(jìn)行仿真，以觀察程序的執(zhí)行效果。仿真設(shè)置主要包括以下幾個(gè)步驟：1.打開仿真程序，仿真程序界面圖如圖5-1所示。圖5-1仿真程序界面圖2.配置CPU型號(hào)單擊配置，在配置中選擇CPU型號(hào)，就會(huì)跳出CPU型號(hào)對(duì)話框如圖5-2所示，選擇型號(hào)完成確定即可。圖5-2CPU型號(hào)對(duì)話框3.點(diǎn)擊程序中裝載程序，彈出程序裝載對(duì)話框如圖5-3所示，完成相應(yīng)配置。圖5-3程序裝載對(duì)話框4.點(diǎn)擊確定后，選擇相應(yīng)文件完成程序的裝載。5.完成程序?qū)牒?，點(diǎn)擊運(yùn)行，即可觀察程序運(yùn)行狀態(tài)。5.2調(diào)試結(jié)果總結(jié)用STEP7-Micro/WIN32軟件設(shè)計(jì)了系統(tǒng)在手動(dòng)和自動(dòng)方式下的控制程序，實(shí)現(xiàn)在西門子S7-200系列PLC對(duì)堆垛機(jī)運(yùn)行系統(tǒng)的控制，達(dá)到了運(yùn)行所需要的控制要求。由于僅僅是程序設(shè)計(jì)，所以可能無法滿足實(shí)際工作的需求，需要在實(shí)踐中完成相應(yīng)的修改。因此，還需要在實(shí)際作業(yè)中檢驗(yàn)。

結(jié)論堆垛機(jī)是智能倉儲(chǔ)系統(tǒng)中一個(gè)不可或缺的運(yùn)輸部分，也提高了整個(gè)倉儲(chǔ)系統(tǒng)的整體運(yùn)行效率。本文設(shè)計(jì)了堆垛機(jī)電子控制系統(tǒng)，并針對(duì)堆垛機(jī)操作系統(tǒng)以及性能改善進(jìn)行了一系列的工作。此外，完成了以下幾方面的任務(wù)需求：根據(jù)智能倉儲(chǔ)系統(tǒng)所需參數(shù)設(shè)計(jì)堆垛機(jī)電氣控制硬件系統(tǒng)。在水平方向上的檢測(cè)識(shí)別，采用激光距離傳感器，改善的系統(tǒng)堆垛機(jī)運(yùn)行精度以及可靠性，為以后速度調(diào)節(jié)控制精度