1、鄭州大學(xué)現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育畢業(yè)設(shè)計題 目：立體倉庫模擬裝置的設(shè)計及控制（PLC控制類）控制部分設(shè)計入學(xué)年 月2014.08.姓名任志超學(xué) 號 12035287003專業(yè)一機電一體化學(xué)習(xí)中心鄭大遠(yuǎn)程教育完成時間2014年8月17日立體倉庫模擬裝置的設(shè)計及控制（PLC控制類）控制部分設(shè)計第一章 緒論 11. 1立體倉庫的定義 21. 2本文主要研究內(nèi)容 3第二章立體倉庫控制系統(tǒng)設(shè)計 32.1 設(shè)計思想 42.2 立體倉庫控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖 42.3 主要器件簡介 52.4 自動化倉庫系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù) 52.4.1 自動化倉庫的自動尋址 62.4.2 自動識別系統(tǒng) 62.4.3 堆垛機自動控制系統(tǒng) 62.4

2、.4 監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng) 72.4.5 計算機管理系統(tǒng) 8第三章總結(jié)與展望9參考文獻(xiàn) 10致謝 10摘要立體倉庫的生產(chǎn)和發(fā)展是現(xiàn)代物流體系發(fā)展的要求和信息及時進步的結(jié)果。上世界60 年代以來，美、日、歐洲等國家和地區(qū)設(shè)計和投入的立體倉庫越來越多， 立體倉庫存儲技術(shù)已成為了一門新興的學(xué)科。其中的是將物料存放在正確的位置，以便隨時向制造系統(tǒng)供應(yīng)物料，與搬運設(shè)備（如AGV有軌小車、傳送帶）銜接，可靠及時供應(yīng)物料。可編程控制（PL。是實現(xiàn)自動化立體倉庫的一 種重要方式，并且可編程控制器的發(fā)展特點是更加適應(yīng)于現(xiàn)代化工業(yè)的需要，可實現(xiàn)立體倉庫的出庫，進庫等任務(wù)，是自動化立體倉庫的核心部件，對其控制系統(tǒng)的研究具有

3、廣闊的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：立體倉庫；PLQ控制系統(tǒng)第一章 緒論當(dāng)今社會倉儲、物流等概念已經(jīng)逐漸為廣大公眾所了解，其相應(yīng)的管理技術(shù)也在許多大、中型企業(yè)付諸實施。計算機自控技術(shù)飛速發(fā)展，為現(xiàn)代企業(yè)的物流管理提供了重要的技術(shù)支持。自動化立體倉庫就是自控技術(shù)在物流管理上的一個很好的應(yīng)用。自動化立體倉庫不僅具有節(jié)省用地、減輕勞動強度、提高物流效率、 降低儲運損耗、減少流動資金積壓等功能，而且在溝通物流信息、銜接產(chǎn)需、保證生產(chǎn)均衡、合理利用資源、進行科學(xué)儲備與生產(chǎn)經(jīng)營決策等方面發(fā)揮著獨特的作用，使人們真正享受到現(xiàn)代計算機技術(shù)應(yīng)用于企業(yè)物流管理的益處。1 1 立體倉庫的定義高層貨架倉庫簡稱高價倉庫，一般是指采

4、用幾層，十幾層乃至幾十層高的貨架存儲單元貨物，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存儲貨物。這類形象地將其稱為：立體倉庫“立體倉庫產(chǎn)生于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 年代摸 60 年代初期出現(xiàn)了司機炒作的巷道式堆垛起重機立體倉庫，1963 年美國率先在高價倉庫中采用了計算機控制技術(shù)，建立了第一座計算機控制的看立體倉庫， 此后自動化立體倉庫在美國和歐洲得到了迅猛的發(fā)展，并稱成了專門的學(xué)科。 60 年代中期，日本開始了興建立體倉庫，并且發(fā)展的速度越來越快，成為了當(dāng)今世界擁有了自動化立體倉庫做多的國家之一。我國對立體倉庫極其物料搬

5、運設(shè)備的研制開始的并不晚，1963 年開始研制成第一臺橋式堆垛起重機，1973 年開始研制我國第一臺由計算機控制的自動化立體倉庫，該倉庫由1980年投入運行，到 2003年為止，我國自動化立體倉庫超過 200 座， 立體倉庫由于與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實施現(xiàn)代化管理的特點，已成為企業(yè)物流和生產(chǎn)管理不可缺少的倉儲技術(shù)，越來越多的受到企業(yè)的重視。自動化立體倉庫是由于立體貨架，有軌巷道堆垛機，出入庫托盤輸送機系統(tǒng)，尺寸檢測條碼閱讀系統(tǒng)，通信系統(tǒng)，自動控制系統(tǒng)，計算機監(jiān)控系統(tǒng)，計算機管理系統(tǒng)以及其他的入電纜橋架配電柜，托盤， 調(diào)節(jié)平臺，鋼結(jié)構(gòu)平臺等輔助設(shè)備組

6、成的復(fù)雜的自動化系統(tǒng)運用一流的集成化物流理念，采用先進的控制，總線，通訊和信息技術(shù)，通過以后設(shè)備的協(xié)調(diào)動作，按照用戶的需要完成指定貨物自動有序，快速準(zhǔn)確，搞笑的入庫出庫作業(yè)與傳統(tǒng)的貨物倉庫相比較，自動化倉庫與有趣多的突出功能，主要包括以下四大方面：大大提高了空間利用率，應(yīng)用先進物流系統(tǒng)優(yōu)化企業(yè)生產(chǎn)管理，加快貨物存取，減輕勞動強度，提高生產(chǎn)效率，減少庫存資金積壓。而且使用低動畫立體倉庫可以產(chǎn)生于大的社會效應(yīng)和經(jīng)濟效益，是存儲空間從地面向高空發(fā)展，大大提高了空間的利用率；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，防止貨物的自然老化，變質(zhì)和損壞；加快了運行和處理速度，提高了勞

7、動效率，降低炒作人員的勞動強度，采用自動化技術(shù)后，還能較好的適應(yīng)黑暗，地溫，污染，有毒和易爆等特殊場合的物品存儲需要； 計算機控制能夠準(zhǔn)確無誤的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的利用倉庫存儲能力，便于清點和盤算，合理減少庫存，加快資金周轉(zhuǎn)，節(jié)約勞動資金，從而提高倉庫管理水平，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)了企業(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，減少浪費，保證均衡生產(chǎn)，也提高了炒作人員素質(zhì)和管理人員的水平。1 2 本文主要研究內(nèi)容本文主要研究的是PLC在立體倉庫模擬裝置的控制系統(tǒng)中的

8、應(yīng)用。 其中控制系統(tǒng) 設(shè)計有四自由度機械手控制，貨物能實現(xiàn)上下、左右及前后運動，而且操作方便。輸入對應(yīng)的倉庫號，便可自動存/取貨物。第二章立體倉庫控制系統(tǒng)設(shè)計2.1 設(shè)計思想（ 1） 、系統(tǒng)功能及運行方式立體倉庫具有車間的物流管理以及作業(yè)調(diào)度和堆垛機的自動控制系統(tǒng)功能。在立體倉庫中物流工作站主機采用PIII 計算機，多任務(wù)實時炒作系統(tǒng)，QRACL敢據(jù)庫，TCP/IP網(wǎng)絡(luò)等支持軟件，C語言編程，實現(xiàn)了對立體倉庫的動態(tài)管理和作業(yè)監(jiān)控，堆垛機控制系統(tǒng)采用可編程序控制器，使用梯形圖言語編程，控制系統(tǒng)與管理監(jiān)控系統(tǒng)之間實現(xiàn)聯(lián)機通訊，騎堆垛機空竹系統(tǒng)具有多種功能，可滿足該物流系統(tǒng)的要求（ 2） 、多種控制

9、及作業(yè)方式為了實現(xiàn)立體倉庫的自動存取，就必須開發(fā)堆垛機控制器，這套具有三種不同技能的控制器：（ 1）在線自動運行；（ 2）離線自運行；（ 3）人工手動運行。而實際運行中已在線自動運行為主，其他 2 種方式為調(diào)試和維修的輔助手電，按照本控制器的設(shè)計，可在物流工作站的調(diào)度系統(tǒng)中結(jié)合成各種可能的堆垛機作業(yè)方式（ 3） 、多種見車及保護功能本控制系統(tǒng)中既有水平和垂直方向的認(rèn)址檢測，左右的貨位探測，兩種貨物高度的檢測，貨物不正的檢測記憶載貨臺占位/空位情況的檢測。例外，還具有貨叉置， 機電故障檢測，水平及垂直終點附近的限速及停車檢查等，以保證堆垛機作業(yè)的正常運行。以上檢測大部分是光電檢測，提高了可靠性和

10、反應(yīng)速度。2.2 立體倉庫控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖在物流中有三條輥道傳輸帶、三個出入貨站臺、一個四自由度機械手，一個全自動堆垛機以及兩排貨價組成。將系統(tǒng)中的傳感器、執(zhí)行器和可編程控制器連接，通過編制相應(yīng)的程序，就可以用可編程序控器來控制物流工序。立體控制系統(tǒng)分為三個部分：輥道控制、機械手控制、堆垛機控制。在設(shè)計該控制系統(tǒng)時，采用兩臺松下FPO系列PLC作為立體倉庫的控制裝置，如圖1所示。其中#1PLC主要用來控制輾道部分和堆垛機部分，#2PLC主要用來控制四自由度 機械手，2臺PLC通過CC-Link網(wǎng)絡(luò)連通，通過在兩臺PLC間的數(shù)據(jù)交換實現(xiàn) 三個被控部分之間的協(xié)調(diào)動作，實現(xiàn)綜合控制。在控制系統(tǒng)中配

11、置了一臺上位機， 通過RS-232與PLC相連，上位機一方面用于 兩臺PLC控制程序的編輯，下載以及調(diào)試，另一方面，上位機用來監(jiān)視、管理自 動化立體倉庫系統(tǒng)。在此系統(tǒng)中使用三個變頻器分別來控制三個輥道傳送帶的運轉(zhuǎn)。輥道可以在正、反兩個方向運轉(zhuǎn)，可以根據(jù)進貨和出貨的需要來使用輥道，進行自由組態(tài)。變頻器有很高的運行可靠和功能多樣性，降低了電動機運行噪擎，全面而完善的保護功能為電動機提供了良好的保護性能。這里使用的是OMRON司的3G3MZ 系列的變頻器。對四自由度機械手的控制時，執(zhí)行部件使用的是北京斯達(dá)特機電科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的2相8拍混合式步進電機42BYGH101 X軸伸縮，Z軸升降、底盤回

12、轉(zhuǎn)和機械手腕回轉(zhuǎn)分別使用四個步進電動機。使用兩個步進電動機分別控制堆垛機的升降和行走，而貨叉控制使用直流電動機執(zhí)行元件。對這六個步進電動機的控制實際上是對它們對應(yīng)驅(qū)動器的控制。本系統(tǒng)中使用SH-2H057型號的步進電機驅(qū)動來驅(qū)動步進電動機的運行。2.3 主要器件簡介（ 1） 、 PLCPLC是近年來發(fā)展極為迅速這、應(yīng)用極為廣泛的工業(yè)控制裝置。它將傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)、自動化技術(shù)、計算機控制技術(shù)和通信技術(shù)融為一體專門為工業(yè)控制而設(shè)計、具有可靠性高、功能強、編程簡單、使用方便、環(huán)境適應(yīng)性好以及體積小、功耗低等特點；具有基本控制功能，模擬控制功能、定位控制功能、網(wǎng)絡(luò)通信功能、自診斷功能、顯示監(jiān)控功能

13、等，可以滿足對工業(yè)生產(chǎn)進行監(jiān)視和控制的絕大多數(shù)場合的需要。PLC最常用的語言是面向控制的梯形圖語言，它采用了與實際電器原理圖非常接近的圖形編程方式，易學(xué)易用。（ 2） 、傳感器信息處理技術(shù)取得的進展以及微處理器和計算機技術(shù)的高速發(fā)展，都需要在傳感器的開發(fā)方而有相應(yīng)的進展。微處理器現(xiàn)在已經(jīng)在測量和控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。隨著這些系統(tǒng)能力的增強，作為信息采集系統(tǒng)的前端單元，傳感器的作用越來越重要。傳感器已成為自動化系統(tǒng)和機器人技術(shù)中的關(guān)鍵部件，作為系統(tǒng)中的一個結(jié)構(gòu)組成，其重要性變得越來越明顯。（ 3） 、堆垛機堆垛機是整個自動化立體倉庫的核心設(shè)備，通過手動操作、半自動操作或全自動操作實現(xiàn)把貨物

14、從一處搬運到另一處。它由機架 （上橫梁、下橫梁、 立柱） 、水平行走機構(gòu)、提升機構(gòu)、載貨臺、貨叉及電氣控制系統(tǒng)構(gòu)成。 堆垛機形成的確定：堆垛機形成多種多樣，包括單軌巷道式堆垛機、雙軌巷道式堆垛機、軌巷道式堆株機、單立柱型堆垛機、雙立柱型堆垛機等等。 堆垛速度的確定：根據(jù)倉庫的流量要求，計算出堆垛機的水平速度、提升速度及為貨叉速度。 其它參數(shù)及配置：據(jù)倉庫現(xiàn)場情況及用戶的要求選這定堆垛機的定位方式、通訊方式等。堆垛機的配置可高可低，視具體情況而定。（ 4） 、輸送系統(tǒng)根據(jù)物流圖，合理選擇輸送機的類型，包括：輥道輸送機、鏈條輸送機、皮帶輸送機、提升機等。同時， 還要根據(jù)倉庫的瞬時流量合理確定輸送系

15、統(tǒng)的速度。（ 5） 、其它輔助設(shè)備根據(jù)倉庫的工藝流程及用戶的一些特殊要求，可適當(dāng)增加一些輔助設(shè)備，包括：手持終端、叉車、平衡吊等。（6）、初步設(shè)計控制系統(tǒng)及倉庫管理系統(tǒng)（ WMS的各功能模塊根據(jù)倉庫的工藝流程及用戶的要求，合理設(shè)計控制系統(tǒng)及倉庫管理系統(tǒng)（WMS控制系統(tǒng)及倉庫管理系統(tǒng)一般采用模塊化設(shè)計，便于升級和維護。（ 7） 、仿真模擬整套系統(tǒng)在有條件的情況下，對整套系統(tǒng)進行仿真模擬，可以對立體倉庫的貯運工作進行較為直觀的描述，發(fā)現(xiàn)其中的一些問題和不足，并作出相應(yīng)的更正，以優(yōu)化整個AS/RS系統(tǒng)。2.4 自動化倉庫系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)2.4.1 自動化倉庫的自動尋址立體倉庫的自動尋址訓(xùn)是自動尋找存入

16、/ 提取貨物的位置，計算機控制的自動化倉庫都具有自動尋址的功能。在同一巷道內(nèi)的貨位地址由三個參數(shù)組成：第幾排貨架；第幾層貨格；左側(cè)或右側(cè)。當(dāng)自動化倉庫接收到上級管理機的存取地址后，即向指定貨位的方向運行。運行中，安裝在堆垛機上的傳感器不斷檢測位置信息，計算判斷是否到位。2.4.2 自動識別系統(tǒng)AS/RS 的貨物管理基本技術(shù)是對貨物進行自動識別和跟蹤。自動識別是指在沒有人工干預(yù)的情況下對物米流動過程中某一活動關(guān)鍵特性的確定，每一關(guān)鍵特性都與生產(chǎn)活動有關(guān)，這些關(guān)鍵特性包括產(chǎn)品的名稱、數(shù)量、設(shè)計、質(zhì)量、物料來源、目的地、體積、重量和運輸路線等等。這些數(shù)據(jù)被采集處理后，能用來確定產(chǎn)品的生產(chǎn)計劃、運輸路

17、線、路程、庫存、存儲地址、銷售生產(chǎn)、庫存控制、運輸文件、單據(jù)和記帳等。貨物信息可以通過聲、光、磁、電子等多種介質(zhì)獲取。具體實現(xiàn)時，是在生產(chǎn)的關(guān)鍵部位配備自動識別裝置，將每一處所獲取的信息經(jīng)過計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)傳輸，并進行統(tǒng)一處理，從而實現(xiàn)在整個生產(chǎn)過程中對物料的信息跟蹤。現(xiàn)代生產(chǎn)物流系統(tǒng)中，廣泛采用條形碼自動識別技術(shù)。這是因為條形碼具有讀取快、精度高、使用方便、成本低、適應(yīng)性好等優(yōu)點。2.4.3 堆垛機自動控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)是自動化倉庫運行成功的關(guān)鍵。沒有好的控制，系統(tǒng)運行的成本就會很高，而效率很低。為了實現(xiàn)自動運轉(zhuǎn)，自動化倉庫內(nèi)所用的各種存取設(shè)備和輸送設(shè)備本身必須配備各種控制裝置。這些控制裝置種類

18、較多，從普通開關(guān)和繼電器，到微處理器、單片機和可編程控制器（PLC） ，根據(jù)各自的設(shè)定功能，它們都能完成一定的控制任務(wù)。如巷道式堆垛機的控制要求就包括了位置控制、速度控制、 貨叉控制以及方向控制等。所有這些控制都必須要求通過各種控制裝置去實現(xiàn)。控制系統(tǒng)能對搬運設(shè)備（堆垛機等）、運輸設(shè)備（輸運機、小車、轉(zhuǎn)軌車等） 進行自動控制，它是自動化倉庫的核心部分之一，直接關(guān)系到倉庫作業(yè)的正常進行。因此，控制系統(tǒng)中所采用的材料、設(shè)備、傳感器和元件都應(yīng)用可靠性高、壽命長、易于維護和更換的產(chǎn)品，否則將存在安全隱患。堆垛機的控制現(xiàn)多采有模塊化控制方式，驅(qū)動系統(tǒng)一般為交流電機，無級調(diào)速。這種方式技術(shù)成熟，應(yīng)用廣泛，

19、既能實現(xiàn)堆垛機的高速運行，又能平穩(wěn)進行停車對位。在控制系統(tǒng)中，還應(yīng)采取一系列自檢和聯(lián)鎖保護措施，確保在工作人員操作錯誤時不發(fā)生事故。對機械及電器故障能進行判斷、報警和向主機系統(tǒng)傳遞故障信息。控制系統(tǒng)應(yīng)能適應(yīng)多種操作方式的需要。2.4.4 監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)是自動化倉庫的信息樞紐，是實現(xiàn)自動化倉庫實時控制的重要組成部分， 它在整個系統(tǒng)中起著舉足輕重的作用，負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)系統(tǒng)中各個部分的運行。自動化倉庫系統(tǒng)使用了很多運行設(shè)備，各設(shè)備的運行任務(wù)、運行路徑、運行方向等都需要由監(jiān)控系統(tǒng)來統(tǒng)一調(diào)度，按照指揮系統(tǒng)的命令進行貨物搬運活動。在自動化倉庫的實際作業(yè)過程中，監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)根據(jù)主機系統(tǒng)的作業(yè)命令，按運行時間

20、最短、 作業(yè)間的合理配合等原則對作業(yè)的先后順序進他地優(yōu)化組合排隊，并將優(yōu)化后的作業(yè)命令發(fā)送給各控制系統(tǒng)，對作業(yè)進程、作業(yè)信息及運行設(shè)備（如堆垛機、輸送機等）進行實時監(jiān)控。2.4.5 計算機管理系統(tǒng)計算機管理系統(tǒng)（主機系統(tǒng)）是自動化倉庫的指揮中心， 相當(dāng)于人的大腦，它指揮著倉庫中各設(shè)備的運行。它主要完成整個倉庫的作業(yè)管理和賬目管理，并擔(dān)負(fù)著與上級系統(tǒng)的通信和企業(yè)信息管理系統(tǒng)的部分任務(wù)。自動化倉庫的信息管理是基于現(xiàn)代信息管理理論和現(xiàn)代控制論而創(chuàng)立的一個分支。對于一個自動化倉庫來說，它可以是獨立的，但對于一個企業(yè)，它又是其管理信息系統(tǒng)（MIS）的一個子系統(tǒng)。它不僅對信息進行管理，也對物流進行管理與控

21、制，集信息流和物流于一體，是現(xiàn)代化企業(yè)物流和信息物流管理的重要組成部分。計算機管理系統(tǒng)（主體系統(tǒng)）是自動化倉庫的核心。自動化倉庫管理系統(tǒng)的主要功能是對倉庫所有入、 出庫活動進行最佳登錄和控制，并對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，以便能使決策者及早發(fā)現(xiàn)問題，采取相應(yīng)的措施，最大限度地降低庫存量，加快貨物流通，創(chuàng)造經(jīng)濟和社會效益。第三章 總結(jié)與展望我國從 60 年代末 70 年代初已開始研究探索立體倉庫技術(shù)，直到改革開放以后， 特別是近四五年，才有了突飛猛進的發(fā)展。但其中大多數(shù)均為手動操作或半自動操作，倉庫帳目還是人工管理；也有不少的倉庫采用計算機管理，而入/出庫作業(yè)還是人工控制堆垛機的方法；真正采用計算機管理

22、與控制系統(tǒng)自動聯(lián)接進行入 / 出庫作業(yè)的很少。在高度自動化的生產(chǎn)中，僅有加工裝配自動化是不夠的，還必須有高度自動化的存貯系統(tǒng)的生產(chǎn)中，僅有加工和裝配自動化是不夠的，還必須有高度自動化的存貯系統(tǒng)配合，才能充分發(fā)揮自動化生產(chǎn)的高效益。近年來，基于PLC的立體倉庫控制系統(tǒng)具有較高的自動化程度，已經(jīng)成為生產(chǎn)物流倉庫作為生產(chǎn)物流系統(tǒng)的樞紐和核心，是生產(chǎn)物流系統(tǒng)實現(xiàn)物流合理化的關(guān)越高，控制也會越來越完善。自動化立體倉庫在物流工業(yè)中的優(yōu)越性是顯而易見的，而且隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，這種優(yōu)勢越來越明顯。而且，隨著控制技術(shù)的發(fā)展，其效果也有很大的提高。 而對核心部件最重要的控制功能就是定位控制，即實現(xiàn)精確定位和速度控制。本文主要研究了立體倉庫模擬裝置的控制。自動化物流倉儲設(shè)備的技術(shù)進步，主要依賴于信息技術(shù)、計算機技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展。巷道式堆垛機作