1、基于西門子S7一200PLC的立體倉庫控制系統(tǒng)的設(shè)計摘 要自動化立體倉庫集存儲、搬運、輸送、分發(fā)一體，作為工業(yè)物流與計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)的一部分，代表了當(dāng)今物流發(fā)展的趨勢。為了對自動化立體倉庫進行更加有效的管理，提高整體作業(yè)效率，要求對控制系統(tǒng)進行優(yōu)化設(shè)計，對貨位進行優(yōu)化分配，以減少貨物搬運和存儲的成本，降低在存儲及搬運過程中所損耗的時間，從而降低物流成本，提高收益。本文構(gòu)建了一個實驗室規(guī)模的自動化立體倉庫系統(tǒng)，系統(tǒng)是由管理層、監(jiān)控層和執(zhí)行層組成的二級系統(tǒng)。在管理系統(tǒng)中，根據(jù)自動化立體倉庫中存放貨品的特點，提出了采用分類隨機存儲和定位存儲相結(jié)合的貨品存儲策略。按照貨品出入庫頻度進行貨

2、位存儲區(qū)域劃分，提高了貨位和存儲區(qū)域的利用率。同時針對因同類貨品集中進行出入庫操作而導(dǎo)致巷道阻塞的問題，在進行貨位分配設(shè)計時采用一種均勻分配算法，結(jié)合電子標(biāo)簽技術(shù)，實現(xiàn)了貨位的自動均勻分配勺就近出入庫，并運用此均勻分配算法實現(xiàn)了批量出入庫作業(yè)和單件出入庫作業(yè)。執(zhí)行系統(tǒng)由進/出貨輥道、機械手、堆垛機三個部分組成。研究了整個控制系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)與控制原理，進行了總休功能設(shè)計重點設(shè)計了PLC控制的程序模塊，實現(xiàn)了各個單元的單動控制與聯(lián)動的順序控制。同時通過PROFIBUSDP現(xiàn)場總線網(wǎng)實現(xiàn)三臺PLC的連接以及與監(jiān)控系統(tǒng)的通信，接收出入庫指令，完成相應(yīng)的出入庫操作。為了確保二級系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)運行，管理層

3、與監(jiān)控層的通信實現(xiàn)也是很重要的。采用OPC技術(shù)實現(xiàn)了兩者的通信，重點研究了組態(tài)軟件WinCC中的通信設(shè)計以及全局腳本的編寫。本系統(tǒng)經(jīng)過調(diào)試與設(shè)備的運行，各部分功能正常;系統(tǒng)=級分層之間實現(xiàn)了相應(yīng)的通信，靈活的貨品存儲策略與貨位的自動均勻分配克服了傳統(tǒng)立體倉庫的許多不足，提高了倉庫貨位利用率和出入庫效率，達(dá)到了預(yù)期的效果，不僅保持了系統(tǒng)的靈活性與可靠性，而且提高了整個倉儲系統(tǒng)的自動化水平與工作效率。1.緒論1.1本課題設(shè)計的背景立體倉庫一般是指采用幾層、十幾層、乃至幾十層高的貨架儲存單元貨物，用相應(yīng)的物料搬運設(shè)備進行貨物入庫和出庫作業(yè)的倉庫。由于這類倉庫能充分利用空間儲存貨物，故常形象地將其稱為

4、“立體倉庫”。立體倉庫的產(chǎn)生和發(fā)展是第二次世界大戰(zhàn)之后生產(chǎn)和技術(shù)發(fā)展的結(jié)果。50年代初，美國出現(xiàn)了采用橋式堆垛起重機的立體倉庫；50年代末60年代初出現(xiàn)了司機操作的巷道式堆垛起重機立體倉庫；1963年美國率先在高架倉庫中采用計算機控制技術(shù)，建立了第一座計算機控制立體倉庫。此后，自動化立體倉庫在美國和歐洲得到迅速發(fā)展，并形成了專門的學(xué)科。60年代中期，日本開始興建立體倉庫，并且發(fā)展速度越來越快，chengwi當(dāng)今世界擁有自動化立體倉庫最多的國家之一。我國對立體倉庫及其物料搬運設(shè)備的研制開始并不晚，1963年研制成第一臺橋式堆垛起重機（機械部北京起重運輸機械研究所），1973年開始研制我國第一座有

5、計算機控制的自動化立體倉庫（高15米，機械部起重所負(fù)責(zé)），該庫1980年投入運行。到目前為止，我國自動化立體倉庫數(shù)量已超過200座。立體倉庫由于具有很高的空間利用率、很強的入出庫能力、采用計算機進行控制管理而利于企業(yè)實施現(xiàn)代化管理等特點，已成為企業(yè)物流和生產(chǎn)管理不可缺少的倉儲技術(shù)，越來越受到企業(yè)的重視。自動化倉庫應(yīng)用范圍很廣，幾乎遍布所有行業(yè)。在我國，自動化倉庫應(yīng)用的行業(yè)主要有機械、冶金、化工、航空航天、電子、醫(yī)藥、食品加工、煙草、印刷、配送中心、機場、港口等。1969年美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）研制出世界第一臺可編程控制器，并成功地應(yīng)用在美國（GM）的生產(chǎn)線上。但當(dāng)時只能進行邏輯運算，故稱為

6、可編程邏輯控制器，簡稱PLC（Programmable Logic Controller）。70年代后期，隨著微電子技術(shù)和計算機的迅猛發(fā)展，使PLC從開關(guān)量的邏輯控制擴展到數(shù)字控制及生產(chǎn)過程控制領(lǐng)域，真正成為一種電子計算機工業(yè)控制裝置，故稱為可編程控制器，簡稱PC（Programmable Controller）。但由于PC容易與個人計算機（Programmable Computer）相混淆，故人們?nèi)粤?xí)慣地用PLC作為可編程控制器的縮寫。1985年國際電工委員會（IEC）對PLC的定義如下：可編程控制器是一種進行數(shù)字運算的電子系統(tǒng)，是專為在工業(yè)環(huán)境下的應(yīng)用而設(shè)計的工業(yè)控制器，它采用了可以編程的

7、存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計算和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型機械的生產(chǎn)過程。PLC是繼電器邏輯控制系統(tǒng)發(fā)展而來，所以它在數(shù)學(xué)處理、順序控制方面具有一定優(yōu)勢。繼電器在控制系統(tǒng)中主要起兩種作用：（1）邏輯運算（2）弱電控制強電。PLC是集自動控制技術(shù)，計算機技術(shù)和通訊技術(shù)于一體的一種新型工業(yè)控制裝置，已躍居工業(yè)自動化三大支柱（PLC、ROBOT、CAD/CAM）的首位。可編程控制器，簡稱PLC。它在集成電路、計算機技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型工業(yè)控制設(shè)備。具有1.可靠性高、抗干擾能力強2.設(shè)計、安裝容易，.維護工作量少3.功能強、

8、通用性好4.開發(fā)周期短，成功率高5.體積小，重量輕、功率低等特點。已經(jīng)廣泛用于自動化控制的各個領(lǐng)域，并已成為實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動化的支柱產(chǎn)品。與繼電接觸器系統(tǒng)相比更可靠；占位空間比繼電接觸器系統(tǒng)??；價格上能與繼電接觸器系統(tǒng)競爭；易于在現(xiàn)場變更程序；便于使用、維護、維修；能直接推動電磁閥、接觸器與之相當(dāng)?shù)膱?zhí)行機構(gòu)；能向中央執(zhí)行機構(gòu)；能向中央數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)直接傳輸數(shù)據(jù)等。因此，進行立體倉庫的PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計，可以推動機械手行業(yè)的發(fā)展，擴大PLC在自動控制領(lǐng)域的應(yīng)用，具有一定的經(jīng)濟和理論研究的價值。1.2本課題設(shè)計的內(nèi)容本文研究的主要內(nèi)容包括三個部分：基于電子標(biāo)簽技術(shù)的倉儲物流管理系統(tǒng)：基于西門子S7

9、一200PLC的下位執(zhí)行機構(gòu)自動控制系統(tǒng)的實現(xiàn)以及PLC程序的編制：管理層、監(jiān)控層、控制層三層之間的通信實現(xiàn)。在管理系統(tǒng)中，研究內(nèi)容涉及到：自動化立體倉庫的出入庫方式、存儲策略及貨位分配原則：根據(jù)自動化立體倉庫中存放貨品的特點，提出了采用分類隨機存儲和定位存儲相結(jié)合的貨品存儲策略。結(jié)合電子標(biāo)簽技術(shù)，根據(jù)貨品出入庫頻度劃分貨品的大致存儲區(qū)域：在此基礎(chǔ)上，使用貨位自動均勻分配算法實現(xiàn)貨位的均勻分配與貨品的就近出入庫;最后根據(jù)此算法實現(xiàn)了批量出入庫作業(yè)和單件出入庫作業(yè)。在執(zhí)行系統(tǒng)中，研究內(nèi)容涉及到：構(gòu)建一個實驗室規(guī)模的自動化立體倉庫系統(tǒng);分析整個控制系統(tǒng)的構(gòu)成以及電氣控制原理，進而對下位執(zhí)行系統(tǒng)進行

10、總體功能設(shè)計，并對各單元PLC的控制功能模塊進行了分析;最后迸行PLC程序的編寫，局部調(diào)通之后再將三個部分整合在一起進行調(diào)試，實現(xiàn)三個單元的順序控制。在管理層 、監(jiān)控層、控制層的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與通信實現(xiàn)中主要研究OPC通訊實現(xiàn)過程中，組態(tài)軟件WinCC中的相應(yīng)設(shè)置：監(jiān)控層與控制層的基于現(xiàn)場總線PROFIBUS的具體組網(wǎng)通訊實現(xiàn)以及WinCC中全局腳本的編寫，最終實現(xiàn)管控一體化。1.3本課題設(shè)計的目的和意義傳統(tǒng)條件下的庫房管理作業(yè)，主要依據(jù)人工裝卸，特別是對于一些大型物資，不僅工作效率低，浪費大量的人力、物力，存在較大的安全隱患，同時還占據(jù)大量的庫房面積。立體庫的投入使用，徹底解決了這一難題。自動化立

11、體倉庫可以產(chǎn)生巨大的社會效益和經(jīng)濟效益。它通過高層貨架存儲，使存儲區(qū)大幅度地向高空發(fā)展，提高空間利用率；自動化立體倉庫采用層積式存放，結(jié)合計算機管理，可以很容易實現(xiàn)先入先出，防止貨物的自然老化、變質(zhì)和損壞；通過自動存取系統(tǒng)（AS/RS），加快了運行和處理速度，提高了勞動生產(chǎn)率，降低操作人員的勞動強度；采用自動化技術(shù)后，還能較好地適應(yīng)黑暗、低溫、污染、有毒和易爆等特殊場合的物品存儲需要；計算機控制能夠始終準(zhǔn)確無誤地對各種信息進行存儲和管理，減少了貨物處理和信息處理過程中的差錯；同時借助于計算機管理還能有效地利用倉庫存儲能力，便于清點和盤庫，合理減少庫存，加快資金周轉(zhuǎn)，節(jié)約流動資金，從而提高倉庫的

12、管理水平。自動化倉庫的信息系統(tǒng)可以與企業(yè)的生產(chǎn)信息系統(tǒng)集成，實現(xiàn)企業(yè)信息管理的自動化。同時，由于使用自動化倉庫，促進企業(yè)的科學(xué)管理，減少了浪費，保證均衡生產(chǎn)，也提高了操作人員素質(zhì)和管理人員的水平。2自動化立體倉庫的概述2.1.自動化立體倉庫的定義和分類自動化立體倉庫系統(tǒng)(Autoamted Sotrage And Retireval System,AS/RS)是在不直接進行人工處理的情況下能自動存儲和取出物料的系統(tǒng)，它的主體是自動化立體倉庫。自動化立體倉庫是指采用高層立體貨架(托盤系統(tǒng))儲存貨物，利用計算機系統(tǒng)進行控制管理，利用自動控制堆垛機及運輸車進行存取作業(yè)的倉庫。自動化立體倉庫能自動、嚴(yán)

13、密、準(zhǔn)確、迅速地對物料進行搬運、存取和揀選。自動化立體倉庫由以下部分組成： 高層貨架：用于存儲貨物的鋼結(jié)構(gòu)。目前主要有焊接式和組合式貨架兩種基本形式。托盤（貨箱）：用于承載貨物的器具，亦稱工位器具。巷道堆垛機：用于自動存取貨物的設(shè)備，按結(jié)構(gòu)形式分為單立柱和雙立柱兩種基本形式。按服務(wù)方式分為直道、彎道和轉(zhuǎn)移車三種基本形式。輸送機系統(tǒng)：立體倉庫的主要外圍設(shè)備，負(fù)責(zé)將貨物運送到堆垛機或從堆垛機將貨物移走。輸送機種類非常多，常見的有輥道輸送機，鏈條輸送機，升降臺，分配車，提升機，皮帶機等。AGV系統(tǒng)：即自動導(dǎo)向小車。根據(jù)其導(dǎo)向方式分為感應(yīng)式導(dǎo)向小車和激光導(dǎo)向小車。自動控制系統(tǒng)：驅(qū)動自動化立體倉庫系統(tǒng)各

14、設(shè)備的自動控制系統(tǒng)。目前以采用現(xiàn)場總線方式為控制模式為主。庫存信息管理系統(tǒng)：亦稱中央計算機管理系統(tǒng)。是自動化立體倉庫系統(tǒng)的核心。目前典型的自動化立體倉庫系統(tǒng)均采用大型的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（如ORACLE，SYBASE等）構(gòu)筑典型的客戶機/服務(wù)器體系，可以與其他系統(tǒng)（如ERP系統(tǒng)等）聯(lián)網(wǎng)或集成。自動化立體倉庫按照不同的分類原則可以有如下幾種不同的分類：1 按建 筑 形式分類按建筑形式可以分為整體式和分離式。整體式指貨架除了存儲貨物之外，還可以作為建筑物的支撐結(jié)構(gòu)，即庫房與貨架形成一體化結(jié)構(gòu)。分離式是指儲存貨物的貨架獨立存在，建在建筑物內(nèi)部，主要用于高度不大或者己經(jīng)有建筑物的情況。2. 按貨架形式分類（1

15、）單元貨格式貨架倉庫。這種形式的倉庫使用最廣，通用性也較強。其特點是貨架沿倉庫的寬度方向分為若干排，每兩排貨架為一組，其間有一條巷道，供堆垛機或其它倉儲機械作業(yè)。每排貨架沿倉庫縱長方向分為若干列，沿垂直方向又分為若干層，從而形成大量貨格，用以儲存貨物單元。在大多數(shù)情況下，每個貨格存放一個貨物單元(一個托盤或一個貨箱)。在某些情況下，例如，貨物單元比較小，則一個貨格往往存放二、三個貨物單元以便充分利用貨格空間，減少貨架投資。本論文研究的對象就是單元貨格式自動化立體倉庫。(2 )貫通式貨架倉庫。在單元式貨架倉庫中，巷道占去了1/3左右的倉庫面積，為了進一步提高倉庫面積利用率，可以取消位于各排貨架之

16、間的巷道，將貨架合并在一起，使同一層、同一列的貨物互相貫通，形成能依次存放許多貨物單元的通道。在通道的一端，由一臺入庫起重機將貨物單元裝入通道，而在另一端由出庫起重機取貨。(3 )水平旋轉(zhuǎn)貨架式倉庫。水平旋轉(zhuǎn)貨架式倉庫中，貨架本身可以在水平面內(nèi)沿環(huán)形路線來回運行。需要提取貨物時，操作人員只需要在操作臺上發(fā)出出庫指令，相應(yīng)的一組貨架便開始運轉(zhuǎn)，當(dāng)有該貨物的貨柜來到揀選口時，貨架便停止運轉(zhuǎn)，操作人員就可以從貨柜中揀選貨物。水平旋轉(zhuǎn)貨架式倉庫適合于小件貨品的揀選作業(yè)。(4) 垂直旋轉(zhuǎn)貨架式倉庫。垂直旋轉(zhuǎn)貨架式倉庫與水平旋轉(zhuǎn)貨架式倉庫相似，只是把水平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)改為垂直面內(nèi)旋轉(zhuǎn).垂直旋轉(zhuǎn)貨架式倉庫特別適

17、用于存放長的卷狀貨物，如地毯、膠片卷等，也可用于小件貨品存儲。3. 按照作業(yè)方式分類按作業(yè)方式可以分為單元貨架式、移動貨架式和揀選貨架式三種立體倉庫。單元貨架式倉庫是最常見的結(jié)構(gòu)，貨物先放在托盤或者集裝箱內(nèi)，再裝入單元貨架的貨格中。移動貨架式倉庫中的貨架可以在軌道上行走，由控制裝置控制貨架的合攏和分離。作業(yè)時，貨架分開，在巷道中可進行作業(yè)。平時貨架可以合攏，只留一條作業(yè)巷道，從而減少倉庫面積，提高空間的利用率。揀選貨架式倉庫的分揀機構(gòu)是這種倉庫的核心組成部分。它有巷道內(nèi)分揀和巷道外分揀兩種方式。兩種分揀方式又分為人工分揀和自動分揀。4. 按照自動化倉庫的作用可以將其分為生產(chǎn)性倉庫和流通性倉庫兩

18、種。5. 按照自動化倉庫與生產(chǎn)連接的緊密程度可以分為獨立型、半緊密型和緊密型倉庫。2.2采用PLC控制立體倉庫的優(yōu)點1、低成本 利用電力線上網(wǎng)，最大的優(yōu)點就是成本低。由于利用電力線上網(wǎng)，直接使用現(xiàn)有電力網(wǎng)就可以實現(xiàn)通信，而不需要另外鋪設(shè)電話線、光纜線等，大大地減少了在基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)上的投資。2、范圍廣 無所不在的電力網(wǎng)絡(luò)也是這種技術(shù)的優(yōu)勢。電力線是最基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)，它的規(guī)模之大，是其它任何網(wǎng)絡(luò)無法比擬的。因為家家都有電力線，由此，運營商就可以輕松地把這種網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)滲透到每一個家庭。因此，這一技術(shù)一旦進入商業(yè)化階段，將會促進電信市場的變革，并給互聯(lián)網(wǎng)普及帶來極大的發(fā)展空間。3、高速 利用電力線上網(wǎng)能夠提

19、供高速傳輸。德國最大的電力設(shè)備生產(chǎn)商RWE承諾，運用他們的電力線上網(wǎng)技術(shù)，其速度要比ISDN撥號上網(wǎng)快30多倍，比ADSL更快！足以支持現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)上各種應(yīng)用。更高速率的PLC產(chǎn)品正在研制之中。4、便捷 不管在家里的哪個角落，只要連接到房間內(nèi)的任何電源插座上，就可立即擁有PLC帶來的高速網(wǎng)絡(luò)享受！5、永遠(yuǎn)在線 PLC屬于“即插即用”不用繁瑣的撥號過程，接入電源就等于接入網(wǎng)絡(luò)。6、結(jié)構(gòu)靈活 通過PLC技術(shù)實現(xiàn)Internet接入，可以靈活擴展接入端口數(shù)量，使資源保持較高的利用率。目前還未有效解決電力線信號通過變壓器的技術(shù)，因此，電力線通信設(shè)備都是集中在220V線路變壓器的用戶端。7、家庭數(shù)字化 PL

20、C技術(shù)能夠通過電力線將整個家庭的電器與網(wǎng)絡(luò)聯(lián)為一體，在室內(nèi)的設(shè)備之間構(gòu)筑起可自由交換信息的局域網(wǎng)，使人們能夠通過網(wǎng)絡(luò)來控制自己家里的電器設(shè)備。2. 3自動化立體倉庫的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢我國 在 自 動化立體倉庫的研究和應(yīng)用方面起步較早。1963年，北京起重運輸機研究所設(shè)計了第一臺1.25t橋式堆垛機，并由大連起重機廠完成試制。1974年，鄭州紡織機械廠建成了我國第一座立體倉庫，這座倉庫是利用原有鋸齒形廠房改建而成的，用于存放模具。1977年，北京起重運輸機研究所等單位研究制造出北京汽車制造廠自動化倉庫，這座自動化倉庫屬于整體式結(jié)構(gòu)，采用計算機進行控制和數(shù)據(jù)處理。從此以后，自動化立體倉庫在我國得到迅

21、速發(fā)展。我國目前己經(jīng)建成數(shù)百座各種類型的自動化倉庫，多數(shù)是中小型自動倉庫。目前，自 動化立體倉庫在發(fā)達(dá)國家己相當(dāng)普遍，日本是自動化倉庫發(fā)展最快、建造數(shù)量最多的國家。此外，美國、德國、瑞士、意大利、英國和法國等國家也建造了許多自動化倉庫。發(fā)展至今，自動化倉庫在設(shè)計、制造、自動化控制和計算機管理方面的技術(shù)也日趨成熟。近些年我國自動化倉庫技術(shù)發(fā)展很快，己實現(xiàn)了與其它信息決策系統(tǒng)的集成，并正在做智能控制和模糊控制的研究工作。盡管如此，至今在我國已建成的集成化倉儲系統(tǒng)還不多，我國的自動化立體倉庫與國外發(fā)達(dá)國家相比，無論是從數(shù)量上還是從建設(shè)水平上都有著比較大的差距.由于自動化立體倉庫在當(dāng)今物流和制造業(yè)中的

22、廣泛應(yīng)用、計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的推波助瀾，使得立體倉庫的發(fā)展十分迅速，其發(fā)展趨勢主要有：1 倉儲作業(yè)管理自動化水平逐步提高。隨著生產(chǎn)的進一步發(fā)展，對物流的要求將更加嚴(yán)格。具體來說，就是在要求的時間內(nèi)、在準(zhǔn)確的地點、按準(zhǔn)確的順序與方法、提供準(zhǔn)確的品種和數(shù)量的貨物。2. 智能技術(shù)將會獲得應(yīng)用。人工智能技術(shù)的發(fā)展，推動了自動化技術(shù)向其高級階段一智能化方向發(fā)展，已經(jīng)在倉庫的設(shè)計、搬運系統(tǒng)的控制和儲運設(shè)備的選用等方面應(yīng)用了專家系統(tǒng)。3. 倉庫作業(yè)向柔性化發(fā)展。隨著柔性化的普及，自動化倉庫的儲運作業(yè)也將向柔性化發(fā)展。國外已經(jīng)開始出現(xiàn)一批可拆卸的或移動式的倉庫結(jié)構(gòu)。2.4本文立體倉庫模型與工作方式的設(shè)定本文

23、設(shè)定倉庫類型為單元貨格式自動化立體倉庫;倉庫規(guī)模設(shè)定為4巷道8排20列10層共計1600個貨位:倉庫中相關(guān)設(shè)備主要有巷道式堆垛機、出入庫臺(位于貨架同側(cè))、輥道輸送系統(tǒng)等設(shè)備，以上設(shè)備均通過S7200PLC 進行控制;工作方式為單元出入庫作業(yè)和揀選出入庫作業(yè)。同時設(shè)定管理級與監(jiān)控級位于同一臺計算機上，因此不需要進行遠(yuǎn)程訪問，現(xiàn)場PC一PLC之間通信距離較短時，采用簡單的PC用PI電纜來進行點對點的連結(jié)，三臺PLC之間采用現(xiàn)場總線PROFIBUS一DP 網(wǎng)組成網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換與實時控制。2.5系統(tǒng)設(shè)計的基本步驟立體倉庫系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試的主要步驟，如下圖21所示：在立體倉庫控制系統(tǒng)的設(shè)計過程中主要

24、考慮以下幾點：深入了解和分析立體倉庫的工藝條件和控制要求。確定I/O設(shè)備。根據(jù)立體倉庫控制系統(tǒng)的功能要求，確定系統(tǒng)所需的用戶輸入、輸出設(shè)備。根據(jù)I/O點數(shù)選擇合適的PLC類型。分配I/O點，分配PLC的輸入輸出點，編制出輸入輸出分配表或者輸入輸出端子的接線圖。設(shè)計立體倉庫系統(tǒng)的梯形圖，根據(jù)工作要求設(shè)計出周密完整的梯形圖程序，這是整個立體倉庫系統(tǒng)設(shè)計的核心工作。將程序輸入PLC進行軟件測試，查找錯誤，使系統(tǒng)程序更加完善。立體倉庫整體調(diào)試，在PLC軟硬件設(shè)計和現(xiàn)場施工完成后，就可以進行整個系統(tǒng)的聯(lián)機調(diào)試，調(diào)試中發(fā)現(xiàn)的問題要逐一排除，直至調(diào)試成功。確定課題研究課內(nèi)容確定方案查找資料設(shè)計電氣原理圖根據(jù)

25、控制要求確定硬件配置根據(jù)要求編寫程序系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計調(diào)試程序記錄運行結(jié)果并分析總結(jié)錯誤圖21立體倉庫控制系統(tǒng)設(shè)計步驟3.自動化立體倉庫PLC控制系統(tǒng)的硬件功能設(shè)計與實現(xiàn)3.1相關(guān)硬件簡介相關(guān)硬件簡介1. 輥道輸送機本系統(tǒng)中共設(shè)有二臺輥道輸送機，進貨與出貨可根據(jù)需要來設(shè)計程序進行自由控制。每臺輥道輸送機的前后均裝有光電傳感器，其作用是確認(rèn)控制對象(以小實心物塊代替)的所在位置。當(dāng)有物體通過時，傳感器所連接的繼電器瞬間收到脈沖信號，從而確認(rèn)其位置.為了真實的模擬物流搬運工序，輥道皮帶設(shè)計為既可正轉(zhuǎn)也可反轉(zhuǎn)，速度也分為高速及低速兩檔。2. 四自由度機械手四自由度機械手為圓柱坐標(biāo)型，可實現(xiàn)X軸伸縮、Y軸

26、升降、底盤旋轉(zhuǎn)、臂、腕旋轉(zhuǎn)功能。機械手用于輥道、出入庫臺之間的貨物傳遞。3. 全自動立體倉庫一臺全自動堆垛機、一個巷道、二排貨架(4層×6列)和二個出入庫臺構(gòu)成一個全自動立體倉庫。全自動堆垛機其實質(zhì)為一臺三自由度機械手，有三個運行機構(gòu)：升降運行機構(gòu)、行走運行機構(gòu)和貨叉伸縮機構(gòu)。4. 電子標(biāo)簽系統(tǒng)電子標(biāo)簽系統(tǒng)主要由讀寫器和電子標(biāo)簽組成。電子標(biāo)簽芯片采用了INTERMEC公司的915MHz芯片，通信數(shù)據(jù)速率為9600bps，具備防沖突機制，具備數(shù)據(jù)完整性及數(shù)據(jù)安全性。讀寫器采用美國Intermec公司的2100 915M讀寫器。該讀寫器支持串口及標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)口通信。讀取距離可達(dá)5米，寫入距離為

27、讀取距離的70%。在開發(fā)的管理信息系統(tǒng)中，貨品編碼模擬EPC(Elceortn Prodctuino Cdoe)編碼方式，對商品信息編碼采用12個字節(jié)編碼方式。第一個三位編碼為生產(chǎn)廠商編號，第二個三位編碼為客戶編號，第三個三位編碼為種類編號，最后一個三位編碼為流水號。5. 傳感器件本系統(tǒng)選用有光電傳感器、顏色識別傳感器、稱重變送器、鐵(金屬)/非鐵(非金屬)識別傳感器等。6 步進電機步進電機是美國SHAPHON公司與北京斯達(dá)特機電科技發(fā)展有限公司98 年初聯(lián)合推出的SH系列步進電機驅(qū)動器，型號是SH一2H057M。它把計算機控制系統(tǒng)提供的弱電信號放大為步進電機能夠接受的強電信號?？刂葡到y(tǒng)提供給

28、驅(qū)動器兩相重要的信號，一相為CP信號：每接受一個脈沖信號就驅(qū)動步進電機旋轉(zhuǎn)一步距角，CP脈沖的個數(shù)決定了步進電機旋轉(zhuǎn)的角度，這樣控制系統(tǒng)通過脈沖信號CP就可以達(dá)到電機調(diào)速和定位的目的;另一相為方向電平信號DIR：它決定了電機的旋轉(zhuǎn)方向。PLC具有高速計數(shù)以及脈沖輸出的功能，通過特定的指令和特殊數(shù)據(jù)存儲器可以產(chǎn)生驅(qū)動步進電機的脈沖信號，實現(xiàn)位置控制。7 通信處理器EM277EM 27 7是連接SIMATIC現(xiàn)場總線PROFIBUS一DP從站的通信模塊，通過EM277可以將S7 200CPU作為現(xiàn)場總線PROFIBUS一DP的從站連接到網(wǎng)絡(luò)中。EM277經(jīng)過串行I/0總線連接到S7 200CPU。

29、PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過其DP通信端口，連接到EM277PROFIBUS一DP 模塊。作為DP從站，EM27模塊接收從主站傳來的多種不同的1/0配置，向主站發(fā)送和接收不同數(shù)量的數(shù)據(jù)。與許多DP站不同的是，EM277模塊不僅僅是傳輸FO數(shù)據(jù)，EMZ277還能讀寫S7200CPU中定義的變量數(shù)據(jù)塊。為了將 EM 277作為一個DP從站使用，用戶必須設(shè)定與主站組態(tài)中的地址相匹配的DP端口地址。從站地址是使用EM277模塊上的旋轉(zhuǎn)開關(guān)設(shè)定的。在變動旋轉(zhuǎn)開關(guān)后，用戶必須重新啟動CPU 電源，以便使新的從站地址起作用。一旦EM 277PROFBIUS一DP 模塊己用一個DP主站成功地進行了組態(tài)，EM277

30、和DP主站就進入數(shù)據(jù)交換模式。在數(shù)據(jù)交換模式中，主站將輸出數(shù)據(jù)寫入到EM277PROFIBUS一DP 模塊，然后，EM277模塊響應(yīng)最新的S7200CPU 輸入數(shù)據(jù)。EM277模塊不斷地更新其從S7200CPU傳來的輸入，以便向DP主站提供最新的輸入數(shù)據(jù)。然后，該模塊將輸出數(shù)據(jù)傳送給S7200CPU。從主站傳送過來的輸出數(shù)據(jù)存放在V 存儲器中(輸出緩沖區(qū))由某地址開始的區(qū)域內(nèi)，自動化立體倉庫PLC控制與貨位分配研究而該地址是在初始化期間，由DP主站提供的。傳送到主站的輸入數(shù)據(jù)取自V存儲器存儲單元(輸入緩沖區(qū))，其地址是緊隨輸出緩沖區(qū)的。 控制系統(tǒng)簡介實驗平臺上的控制對象可分為三個控制區(qū)域，即輸

31、送帶、機械手及立體倉庫。三個部分的自動控制采用的可編程控制器均為西門子57一20 系列PLC。三個部分可獨立作為一個課題來進行實驗開發(fā)研究，也可以將三個部分綜合起來作為一個完整控制系統(tǒng)進行實驗開發(fā)。1. 輥道輸送機控制本系統(tǒng)中共有二臺輥道輸送帶，其傳動采用交流變頻調(diào)速系統(tǒng)控制，可進行速度調(diào)節(jié)設(shè)定及正、反轉(zhuǎn)控制。每臺輸送機可由安裝在其上面的光電開關(guān)根據(jù)程序設(shè)計自動控制啟/停及正/反轉(zhuǎn)，完成貨物送入、取出動作。在實驗臺的按鈕板上有一些轉(zhuǎn)換開關(guān)和按鈕，用于手動控制操作。2. 四自由度機械手控制四自由度機械手的X軸伸縮、Y軸升降、底盤旋轉(zhuǎn)驅(qū)動均采用步進電機，臂腕旋轉(zhuǎn)采用直流電機驅(qū)動，夾爪采用氣動方式。

32、主要完成從二臺輥道輸送機到立體倉庫出入庫臺之間的貨物傳遞。在實驗臺的按鈕板上有一些轉(zhuǎn)換開關(guān)和按鈕，用于手動控制操作。在發(fā)生緊急情況時，可按下緊停按鈕，用以切斷步進電機控制模塊的電源。3. 立體倉庫及自動堆垛機控制在立體貨庫中配有一臺全自動堆垛機，由二臺步進電機和一臺直流電機控制，可進行行走、升降及叉貨控制。主要根據(jù)設(shè)計程序，進行立體倉庫進貨的自動存儲及出貨的自動提取。堆垛機在行走方向共有三個限位開關(guān)：左/右極限限位開關(guān)和行走認(rèn)址限位開關(guān)，行走的位置靠碰到限位開關(guān)計數(shù)來完成。堆垛機在升降方向共有四個限位開關(guān)：上/下極限限位開關(guān)、一個入庫認(rèn)址限位開關(guān)和一個出庫認(rèn)址限位開關(guān)，升降的位置靠碰到限位開關(guān)

33、計數(shù)來完成。在實驗臺的按鈕板上有一些轉(zhuǎn)換開關(guān)和按鈕，用于手動控制操作。在發(fā)生緊急情況時，可按下緊停按鈕，用以切斷步進電機控制模塊的電源。4 DP網(wǎng)主站在一臺計算機中裝有一塊CSP161網(wǎng)卡和三塊EM277DP網(wǎng)卡一起構(gòu)成一個PROFIBUS一DP網(wǎng)。CP5611作DP網(wǎng)主站，其余三臺作DP網(wǎng)從站。在主站計算機上帶有西門子組態(tài)軟件WinCC，用來監(jiān)控整個DP網(wǎng)的運行，組網(wǎng)的具體方法將在軟件設(shè)計部分詳細(xì)介紹。3.2 S7200系列PLC與PC機的硬件連接本自動化立體倉庫模型整個整個下位控制系統(tǒng)三大組成部分：輥道、機械手、堆垛機的自動控制實現(xiàn)用到的可編程控制器均是S7200系列PLC。同其它的PLC

34、一樣基本組成也是由單元加編程器，在需要進行系統(tǒng)擴展時，系統(tǒng)組成中還包括：數(shù)字?jǐn)U展單元模塊、模擬量擴展單元模塊、通信模塊、網(wǎng)絡(luò)、人機界面HMI等。 采用PC/PPT電纜建立個人計算機與S7200CPU的連接。具體實現(xiàn)過程如下：設(shè)置PC/PPI電纜開關(guān)（下0，上1）；在DIP開關(guān)上：選擇計算機所支持的波特率：9600（123設(shè)置為010） 選擇11位（4設(shè)置為0） 選擇DCE（5設(shè)置為0）PC/PPI電纜的RS232端（標(biāo)有PC）連接到PC的通信口：COM或COM2。PC/PPI電纜的RS485端（標(biāo)有PPI）連接到CPU的通信口。圖連接PC/PPI電纜自動化立體倉庫控制系統(tǒng)的總體設(shè)計本文研究的實

35、驗室規(guī)模的自動化立體倉庫是一個集硬件、軟件、通信、建模、仿真于一體的控制系統(tǒng)。在畢業(yè)論文的完成過程中，首先從對可編程邏輯控制器的學(xué)習(xí)入手，了解和熟悉了整個系統(tǒng)的的結(jié)構(gòu)和電氣連接圖，完全領(lǐng)會本系統(tǒng)要完成的任務(wù)，掌握各電氣設(shè)備的工作原理，以便更好地分析和處理工作中出現(xiàn)的問題。制定畢業(yè)論文的方案，即控制系統(tǒng)的流程分析和工作中要完成的任務(wù)。統(tǒng)計出用PLC控制整個系統(tǒng)所需要的模塊和輸入、輸出點數(shù)，用三個S7200 系列PLC分別完成對輥道、機械手和堆垛機的控制。在熟悉了PLC的控制原理以后，進入到本次論文的重點：軟件編程，先從局部著手，按照控制系統(tǒng)的三個組成部分，局部進行編程調(diào)試，當(dāng)全部調(diào)通以后，再完成

36、入庫、出庫的自動編程、手動編程以及網(wǎng)絡(luò)連接編程。同時要通過PROFIBUSDP現(xiàn)場總線網(wǎng)實現(xiàn)三臺PLC 之間的數(shù)據(jù)傳遞。最后，完成與監(jiān)控系統(tǒng)的通信，接收出入庫命令，完成相應(yīng)的出入庫操作。3.3.1自動化立體倉庫控制系統(tǒng)的整體功能分析整個實驗室規(guī)模的自動化立體倉庫采用分布式控制，有三個控制對象：輥道、機械手、堆垛機，每個控制對象由一臺具有通信功能的57一20系列PLC控制，并且相互之間通過三個EM277(DP擴展從站模塊)連接到PROFIBUs 一DP現(xiàn)場總線網(wǎng)上，實現(xiàn)與上位機的通信，各個PLC之間通過組態(tài)軟件WinCC的控制中心進行數(shù)據(jù)交換，如圖今32所示。上位機STMATIC200輥道STM

37、ATIC200機械手STMATIC200堆垛機EM277PROFIBUS-DPEM277PROFIBUS-DPEM277PROFIBUS-DPPROFIBUS圖32整個控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖整個控制系統(tǒng)的三個PLC首先需要完成獨立的手、自動操作，最后將三個單元整合在一起，實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，接收監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)送過來的出入庫指令、完成相應(yīng)的出入庫操作，并成功返回操作完成信號。.2自動化立體倉庫控制系統(tǒng)各單元I/O點的分配整個系統(tǒng)中，輥道控制系統(tǒng)所采用的PCL 是S7一200 CPU224，該部分系統(tǒng)總共使用了13個輸入點、9個輸出點，具體的I/O點分配如表31、表3-2所示。表31輥道輸入元件地址分配表表32輥道

38、輸出元件地址分配表 機械手控制系統(tǒng)所采用的PLC 是S7200 CPU226，該部分控制系統(tǒng)總共使用了23個輸入點、巧個輸出點，具體的I/O點分配如表33、表34所示。表33機械手輸入元件地址分配表表34機械手輸出元件地址分配表堆垛機控制系統(tǒng)所采用的PLC是S7200 CPU226，該部分控制系統(tǒng)總共使用了24個輸入點、16個輸出點，具體的I/O點分配如表35、表36所示。所示。表35 堆垛機輸入元件地址分配表表36堆垛機輸出元件地址分配表3.4自動化立體倉庫控制系統(tǒng)各單元PLC控制功能模塊設(shè)計根據(jù)總體控制系統(tǒng)方案，結(jié)合硬件原理圖、軟件編程、網(wǎng)絡(luò)通信等相關(guān)方面，完成輥道進/出貨控制、四自由度機

39、械手搬運貨品控制和堆垛機運送貨品控制的局部調(diào)試。最后實現(xiàn)控制系統(tǒng)的順序控制。在實際自動化立體倉庫系統(tǒng)中，PLC控制器直接與物流自動線相連，處理從自動線輸入的各種位置信號以及檢測信號，同時根據(jù)自動線的運行情況，輸出各種控制信號，來控制自動線上的各種操作。因此，PLC作為控制器協(xié)調(diào)系統(tǒng)的運行。PLC控制程序的編寫，必須按照自動線的運行要求來編寫。在本文中，PLC邏輯控制程序采用梯形圖的方式進行編寫，參考實際的工作流程，根據(jù)傳感器的信號去控制運行設(shè)備的不同動作，為使程序簡單應(yīng)把常用的程序段設(shè)置為子程序進行調(diào)用。三個單元PLC 實現(xiàn)順序控制的程序流程大致如圖33所示。開機檢測，系統(tǒng)初始化收到WinCC

40、發(fā)送過來的入庫操作信號收到WinCC發(fā)送過來的出庫操作信號點動進貨裝置檢測到貨物，入庫輥道動作，調(diào)用子程序0WinCC將輥道進貨運行結(jié)束信號發(fā)送給機械手PLC機械手動作，調(diào)用子程序2WinCC將機械手運行結(jié)束信號發(fā)給堆垛機，堆垛機動作，調(diào)用子程序3入庫結(jié)束將入庫完成報告返回監(jiān)控系統(tǒng)，堆垛機復(fù)位，等待下一個指令。堆垛機動作，調(diào)用子程序4WinCC將堆垛機運行結(jié)束信號發(fā)送給機械手PLC，機械手動作，調(diào)用子程序5WinCC將機械手運行結(jié)束信號發(fā)送給輥道，出貨輥道動作，調(diào)用子程序1出庫結(jié)束，將出庫完成報告返回監(jiān)控系統(tǒng)，等待下一個出庫操作命令 圖33自動化立體倉庫總體流程圖3.4.1輥道進/出貨控制功能

41、模塊設(shè)計根據(jù)變頻器工作原理及其與PLC的連接，編寫程序進行調(diào)試，完成輥道輸送帶的啟/?？刂疲?反轉(zhuǎn)控制，高/低速控制，并且把進出貨光電傳感器的信號送入PLC，通過FO送給組態(tài)監(jiān)控軟件WinCC，再用OPC方式把數(shù)據(jù)參數(shù)送給管理信息系統(tǒng)，并通過ADO技術(shù)把數(shù)據(jù)送往數(shù)據(jù)庫作為貨品信息存儲起來。在 STEP 7Micro/WIN編程環(huán)境中作者主要設(shè)計的程序模塊有：主程序、進貨輥道運行程序、出貨輥道運行程序、初始化程序、DP網(wǎng)通信程序。進貨輥道運行程序主要完成從進貨點動裝置啟動到進貨完成的過程。程序中還編制實現(xiàn)了進貨變頻器的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)。進貨輥道上有一個進貨輥道后光電開關(guān)。出貨輥道運行程序主要完成從接

42、收機械手運行結(jié)束信號到貨物出庫完成的過程。程序中同樣編制實現(xiàn)了出貨變頻器的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn).出貨輥道上有兩個光電開關(guān)：出貨輥道前光電、出貨輥道后光電。DP 網(wǎng)通信程序主要完成輥道與組態(tài)軟件枯WinCC的變量組態(tài)連接。根據(jù)對輥道進/出貨控制功能的分析，子程序0實現(xiàn)的功能：進貨點動裝置檢測到貨品后，入庫輥道開始動作，當(dāng)輥道上的光電開關(guān)檢測到貨品到達(dá)后，入庫輥道停止運行。子程 序 1實現(xiàn)的功能：WinCC將機械手運行結(jié)束信號傳送給出庫輥道。出庫輥道前端的光電開關(guān)檢測到貨品，出庫輥道動作，當(dāng)后端的光電開關(guān)檢測到貨品到達(dá)后，出庫輥道停止運行。一次出庫操作完成，返回出庫成功信息給WinCC。子程序0和子程序1的

43、流程圖，如圖34、圖35所示初始化收到WinCC發(fā)送來的入庫指令進貨輥道位是否為1進貨輥道正轉(zhuǎn)進貨輥道后光電位是否為1否是否是進貨輥道停止運行圖34子程序0流程圖 初始化收到WinCC發(fā)送來的機械手運行結(jié)束指令出貨輥道前光電位是否為1出貨輥道正轉(zhuǎn)出貨輥道后光電位是否為1否是否是出貨輥道停止運行圖35子程序1流程圖四自由度機械手控制功能模塊設(shè)計圖36四自由度機械手1. 3號輥道貨臺2. 2號輥道貨臺3.抓手步進電機4. 1號輥道貨臺5.升降步進電機6、8.堆垛機貨臺7.轉(zhuǎn)盤直流電動機機械手接收入庫光電傳感器的開關(guān)指令。利用步進電機的工作原理，編寫程序，完成機械手的伸縮、升降、底盤回轉(zhuǎn)和抓手抓緊等

44、動作，同時運行到位后，向堆垛機發(fā)出啟動命令。在 SETP7Micro/WIN編程環(huán)境中作者主要設(shè)計的程序模塊有：主程序、入庫程序、出庫程序、初始化程序、X軸移動程序、Y軸移動程序、底盤轉(zhuǎn)動程序、抓手動作程序、調(diào)試程序。入庫程序主要實現(xiàn)機械手從進貨輥道抓取貨物，通過X軸移動、Y軸移動以及底盤轉(zhuǎn)動將貨物放至入庫臺。機械手具有5個位置：0號位(復(fù)位位置)、1號位(對應(yīng)右排出入庫臺)、2號位(對應(yīng)出貨輥道)、3號位(對應(yīng)進貨輥道)、4號位(對應(yīng)左排出入庫臺)。入庫啟動時，機械手源位為3號位，目的位與堆垛機選擇相符，若堆垛機選擇左排，則目的位為4號位;若堆垛機選擇右排，則目的位為1號位。所以，入庫程序分

45、為入庫啟動3號位到1號位和入庫啟動3號位到4號位兩大塊。完成入庫操作后，機械手自動復(fù)位。X軸移動程序主要實現(xiàn)機械手在X軸方向的動作。X軸移動通過步進電機進行控制。采用高速脈沖數(shù)處理指令PLS來完成步進電機脈沖控制。在S7一200中，只有輸出繼電器Q0.0和Q0.l具有高速脈沖輸出功能。使用Q0.0作為機械手X軸移動高速脈沖串的輸出端，采用SMB67 作為高速脈沖輸出的控制字節(jié)。在進行設(shè)計以及通過多次運行調(diào)試后，最終確定X軸1號位前移脈沖數(shù)為3600，X軸2號位前移脈沖數(shù)為33500，X軸3號位前移脈沖數(shù)為33500，X軸4號位前移脈沖數(shù)為35000。采用PLS指令完成步進電機脈沖控制的PLC程

46、序設(shè)計如圖36所示。機械手X軸方向設(shè)置了三個限位開關(guān)：X軸前限位、X軸中限位、X軸后限位。Y軸移動程序主要實現(xiàn)機械手在Y軸方向的升降動作。Y軸移動也是通過步進電機進行控制。作者同樣采用高速脈沖數(shù)處理指令PLS來完成步進電機脈沖控制。使用QO.1作為機械手Y軸移動高速脈沖串的輸出端，采用SMB7作為高速脈沖輸出的控制字節(jié)。作者在進行設(shè)計以及通過多次運行調(diào)試后，最終確定Y軸1號位下降脈沖數(shù)為3800，X軸2號位下降脈沖數(shù)為3600，X軸3號位下降脈沖數(shù)為36500，X軸4號位下降脈沖數(shù)為3700。相應(yīng)的程序設(shè)計如圖初始化程序用于初始化X軸移動和Y軸移動時的脈沖設(shè)置。底盤轉(zhuǎn)動程序包括底盤限位計數(shù)、底

47、盤當(dāng)前位置、底盤轉(zhuǎn)動三塊。底盤限位計數(shù)程序段中采用一個遞增計數(shù)器進行計數(shù)，預(yù)設(shè)值為10。底盤轉(zhuǎn)動也采用步進電機進行脈沖控制。底盤轉(zhuǎn)動有兩個限位開關(guān)：底盤正轉(zhuǎn)限位和底盤反轉(zhuǎn)限位。抓手動作程序完成機械手的取放貨物動作。抓手動作采用氣泵進行控制。調(diào)試程序用于進行實驗調(diào)試，主要完成的工作是確定機械手X軸移動和Y軸移動在4個位置時所需要的脈沖數(shù)，以確保機械手的準(zhǔn)確動作。DP網(wǎng)通信程序主要用于機械手與組態(tài)軟件Wi nCC之間的變量組態(tài)連接。根據(jù)以上對機械手功能模塊的分析。子程序2實現(xiàn)的功能：WinCC將入庫輥道運行結(jié)束信號傳送給機械手PLC，置其源位為3號位。根據(jù)winCC傳送過來的貨位排，選擇左/右排，

48、選擇左排時置其目的位為4號位，選擇右排時置其目的位為1號位。機械手通過X軸前后伸縮和Y軸升降以及臂腕動作和抓手動作，將貨品從入庫輥道傳遞到左/右排出入庫臺。子程序5實現(xiàn)的功能：WinCC將堆垛機運行結(jié)束信號傳送給機械手，機械手開始動作，根據(jù)勿右排信息分別選擇其源位為4號位和1號位，目的位為2號位(出庫輥道)。機械手通過X軸前后伸縮和Y軸升降以及臂腕動作和抓手動作，將貨品從左/右排出入庫臺傳遞到出庫輥道。子程序2和子程序5的流程圖收到WinCC發(fā)送過來的輥道運行結(jié)束信號X3號位前移是否到位Y3號位下降是否到位啟動3號位X軸后移Y3號位上升是否到位啟動1號位X軸前移，Y軸下降1號位X軸前移到位，Y

49、軸下降到位啟動1號位X軸后移，Y軸上升1號位X軸后移到位，Y軸上升到位轉(zhuǎn)盤源位限位入庫啟動1號位到0號位啟動4號位X軸前移，Y軸下降4號位X軸前移到位，Y軸下降到位抓手動作，手腕旋轉(zhuǎn)啟動4號位X軸后移，Y軸上升4號位X軸后移到位，Y軸上升到位轉(zhuǎn)盤源位限位入庫啟動1號位到0號位否是啟動3號位Y軸下降是抓手動作，手腕旋轉(zhuǎn)是啟動3號位Y軸上升X3號位后移是否到中限位是入庫啟動3號位到1號位是目的位是否為1號位否否否否初始化啟動3號位X軸前移目的位4號位入庫啟動3號位到4號位抓手動作，手腕旋轉(zhuǎn)入庫啟動0號位到3號位初始化收到WinCC發(fā)送過來的堆垛機運行結(jié)束信號X1號位前移是否到位Y1號位下降是否到位

50、啟動1號位X軸后移Y1號位上升是否到位是啟動1號位Y軸下降是抓手動作，手腕旋轉(zhuǎn)是啟動1號位Y軸上升X1號位后移是否到中限位否否否否啟動1號位X軸前移出庫啟動0號位到1號位出庫啟動1號位到2號位是目的位為2號位X4號位前移是否到位Y4號位下降是否到位啟動4號位X軸后移Y4號位上升是否到位是啟動4號位Y軸下降是抓手動作，手腕旋轉(zhuǎn)是啟動4號位Y軸上升X4號位后移是否到中限位否否否否啟動4號位X軸前移出庫啟動0號位到4號位出庫啟動4號位到2號位是目的位為4號位啟動2號位X軸前移，Y軸下降2號位X軸前移到位，Y軸下降到位啟動2號位X軸后移，Y軸上升2號位X軸后移到位，Y軸上升到位轉(zhuǎn)盤源位限位入庫啟動2號

51、位到0號位抓手動作，手腕旋轉(zhuǎn)全自動堆垛機控制功能模塊設(shè)計圖3 全自動堆垛機1.升降電動機2.貨叉3、6.傳動絲杠4.貨品5.貨格7.行走電動機在設(shè)計堆垛機控制功能模塊的首先要考慮堆垛機的自動認(rèn)址和調(diào)速控制。1. 巷道堆垛機是自動化立體倉庫中最主要的設(shè)備，它通過對貨物進行存取和轉(zhuǎn)移，完成入庫、出庫和倒庫功能。為此堆垛機具有三大機構(gòu):運行機構(gòu)、起升機構(gòu)、貨叉伸縮機構(gòu)。運行機構(gòu)與起升機構(gòu)使堆垛機到達(dá)指定貨位。貨叉伸縮機構(gòu)與起升機構(gòu)組合完成存取作業(yè)。這三大機構(gòu)是由堆垛機的自動控制系統(tǒng)控制的。因此自動控制系統(tǒng)對于堆垛機是至關(guān)重要的。在設(shè)計堆垛機的自動控制系統(tǒng)時，首先必須解決堆垛機的自動停位問題，即它必須

52、具備自動認(rèn)址及快速精確定位的功能。立體倉庫貨架上的每個貨位必須具有堆垛機能識別的編碼。用三維坐標(biāo)(X、Y、Z)表示貨位號(排、列、層)。堆垛機應(yīng)能自動檢測它當(dāng)前所處的坐標(biāo)位置，使其能到達(dá)指定貨位。其中X向坐標(biāo)，對每一臺堆垛機來說只有兩個位置，所以我們可以用貨叉向左或向右運動來表示，因此只需檢測Y坐標(biāo)與Z坐標(biāo)即可。通常我們提到的認(rèn)址問題也都是指這兩個坐標(biāo)的檢測。現(xiàn)在較先進的檢測元件一般均采用紅外光電開關(guān)，它們利用安裝在貨架每一列上的運行認(rèn)址片及安裝于堆垛機立柱每一層上的起升認(rèn)址片，在每次通過認(rèn)址片時對相應(yīng)紅外光電開關(guān)進行擋光或透光，使紅外光電開關(guān)的狀態(tài)發(fā)生變化，從而得到堆垛機的Y、2坐標(biāo)。我們經(jīng)

53、常采用的認(rèn)址方式有絕對認(rèn)址和相對認(rèn)址兩種方式。2. 為提高堆垛機的作業(yè)效率，必須提高其三大機構(gòu)的運轉(zhuǎn)速度?，F(xiàn)代堆垛機運行速度一般為80120m/min，起升速度約為10一16 m/min左右。為保證較高的停準(zhǔn)精度(一般最大誤差為±10m)，堆垛機在臨近指定貨位停機前又必須以較低的速度運轉(zhuǎn)。根據(jù)經(jīng)驗，此時運行速度約為34 m/min，起升速度約為2 m/min，因此運行機構(gòu)與起升機構(gòu)均存在調(diào)速問題。運行機構(gòu)的調(diào)速比一般為15:1一30:l，起升機構(gòu)的調(diào)速比約為(68):1。研究和實踐結(jié)果表明，變頻調(diào)速在各種調(diào)速方案(如變極調(diào)速、子母電動機調(diào)速、可控硅調(diào)速、變頻調(diào)速)中是一種比較理想的方

54、案，這是因為它的調(diào)整范圍大(采用普通的異步電動機時，一般可用2一50Hz，必要時可用到60Hz)，有多種輸出特性選擇，控制簡單、工作可靠、節(jié)能，并有大量成熟產(chǎn)品可供選用。經(jīng)過以上的分析，可以得出以下的結(jié)論:（1）推薦采用相對認(rèn)址方式，但應(yīng)解決好它的可靠性問題。可以采用軟件與硬件相結(jié)合的方法，使其可靠性問題在較大程度上得以解決。經(jīng)實踐檢驗效果良好。（2）堆 垛 機的調(diào)速可采用較先進的變頻調(diào)速，但由于市場上的變頻器均為通用型的，在堆垛機上應(yīng)用時應(yīng)注意協(xié)調(diào)好堆垛機的要求與變頻器性能間的關(guān)系，否則會影響堆垛機的性能與可靠性，甚至使它無法正常工作。堆垛機接收到機械手把貨品運送到位的命令。利用步進電機控制

55、堆垛機和直流電機控制伸叉的工作原理，編寫程序，根據(jù)設(shè)計要求完成堆垛機的行走和升降、伸叉的左右運行，同時堆垛機上有進貨認(rèn)址限位開關(guān)和出貨認(rèn)址限位開關(guān)，以確保堆垛機運行的準(zhǔn)確性。在STEP7Micro/WIN編程環(huán)境中主要設(shè)計的程序模塊有：主程序、初始化程序、行走計數(shù)程序、升降計數(shù)程序、行走運行程序、升降運行程序、DP網(wǎng)通信程序、伸叉復(fù)位程序。行走計數(shù)程序主要用于控制堆垛機在行走運行時的位置定位。作者在設(shè)計時使用一個增減計數(shù)器來進行步數(shù)控制。如圖3所示。入庫操作時，通過比較當(dāng)前列與目的列的值來進行精確定位。如果當(dāng)前列大于目的列，則堆垛機向左運行(出入庫臺方向);反之，如果當(dāng)前列小于目的列，則堆垛機

56、向右運行，直到當(dāng)前列等于目的列，堆垛機停止水平行走。出庫操作時，通過比較當(dāng)前列與源列的值進行精確定位。如果當(dāng)前列大于源列，則堆垛機向左運行;反之，如果當(dāng)前列小于源列，則堆垛機向右運行，直到當(dāng)前列等于源列，堆垛機停止水平行走。升降計數(shù)程序主要用于控制堆垛機在垂直升降方向運行時的位置定位。在設(shè)計時同樣使用一個增減計數(shù)器來進行步數(shù)控制。如圖3所示。入庫操作時，通過比較當(dāng)前層與目的層的值來進行精確定位。如果當(dāng)前層大于目的層，則堆垛機下降運行:反之，如果當(dāng)前層小于目的層，則堆垛機上升運行，直到當(dāng)前層等于目的層，堆垛機停止垂直升降運行。出庫操作時，通過比較當(dāng)前層與源層的值來進行精確定位。如果當(dāng)前層大于源層，則堆垛機下降運行;反之，如果當(dāng)前層小于源層，則堆垛機上升運行，直到當(dāng)前層等于源層，堆垛機停止垂直升降運行。行走運行程序主要用于控制堆垛機的水平方向運行。堆垛機在水平方向的動作通過步進電機控制。作者同樣使用高速脈沖數(shù)處理指令PLS來完成此控制。使用QO.O作為堆垛機水平運行高速脈沖串的輸出端，采用2段管線PTO輸出高速脈沖串。采用SMB67作為高速脈沖輸出的控制