PLC在立体仓库位置控制系统中的应用研究.doc

1、摘要随着经济全球化的持续稳定发展，我国的工业也出现了翻天覆地的变化，一方面高科技的加工工艺越来越得到推广，加工效率也得到了大大的提高。与此同时原有的物流和仓储系统已不能满足新形势的要求,建立一个集物流、信息流和资金流于一身的自动化物流管理中心,从而降低企业综合物流成本,提高企业综合效益便成为目前亟待解决的问题。本课题是基于可编程控制器（PLC）作为控制单元，实现系统的模块化结构、高速的处理速度、精确的数据处理能力、网络技术和优越的性价比等性能。使仓库功能从单纯保管型向综合流通型的转变，实现自动化立体仓库成为现代物流与仓储系统的重要组成部分，具有货物存取效率高和自动化程度高、很强的入出库能力等优

2、点。而PLC功能强大，可靠性高，抗干扰能力强，维修方便，易于实现机电一体化。文中主要介绍了立体仓库的基本组成，功能及工作流程，系统的控制及接线和直流电动机的特点及工作原理，并详细的陈述了步进电动机的工作原理、特点，步进电动机驱动系统的基本组成，步进电动机的选择方法和步进电动机驱动器的选择及接线图。与此同时分析了德国西门子PLC S7-200系列在立体仓库控制系统中的应用，重点分析了系统软硬件设计部分，并给出了堆垛机的系统硬件结构图、PLC控制I/0端日分配表以及系统部分程序流程图，立体仓库控制系统PLC程序摘要等等，实现了系统的可靠性、灵活性和实用性。关键词：立体仓库； PLC； 步进电机；A

3、bstractWith the sustained and stable development of enterprises, the pace of economic globalization rapidly, Chinas industry has undergone enormous changes, on the one hand the high-tech processing technology has been more promotion, the processing efficiency has been greatly improved. At the same t

4、ime the existing logistics and warehousing system can not meet the requirements of the new situation, the establishment of a set of logistics, information flow and cash flow in an automated logistics management center, in order to reduce logistics costs and improve the overall efficiency of enterpri

5、ses has become problems to be solved.Automated warehouse is the case not directly to manual handling, automatic completion of the goods warehousing and remove the system, high-level three-dimensional shelf, based on sets of handling equipment, a set of automatic control technology, communications te

6、chnology, mechanical and electrical technology in one high-efficiency, high-capacity storage bodies. Programmable controller (PLC) as an industrial control computer, has a modular structure, flexible configuration, high-speed processing speed, accurate data processing capability, a variety of contro

7、l functions, network technology and superior cost performance, is widely one of the application of control devices. The emergence of the automated warehouse, the warehouse functions from simple custody to Distribution type, and automated warehouse is an important part of modern logistics and warehou

8、sing system, with a high degree of cargo access to the high efficiency and automation, a strong into and out of the library ability. PLC is Powerful functionality, high reliability, strong anti-jamming capability, easy maintenance, easy to mechanical and electrical integration. Fully meet the requir

9、ements of the three-dimensional warehouse work environment and control systems.This paper describes the basic components of the three-dimensional warehouse, functions and work processes, system controls and wiring and DC motor characteristics and working principle, and a detailed statement of the st

10、epper motor works, characteristics of the stepper motor drive system composition, selection and wiring diagram of stepper motor selection and stepper motor drive. At the same time analysis of Germanys Siemens PLC S7-200 series in the three-dimensional warehouse control system, analyzed the part of t

11、he system hardware and software design, and gives the system hardware structure of the stacker, the PLC to control the I/O end date The allocation table system part of the program flow chart, warehouse control systems, PLC program summary and so on, the system reliability, flexibility and practicali

12、ty.Keywords: three-dimensional warehouse； PLC；stepper motor;目 录第一章 绪论11.1自动化立体仓库概述11.2 堆垛机概述31.2.1堆垛机的发展31.2.2巷道式堆垛机的技术现状31.3 可编程控制器控制概况41.4 本课题研究的意义和内容71.4.1 本课题研究的意义71.4.2本课题研究的内容81.5 本章小结8第二章 自动化立体仓库的系统构成92.1 立体仓库的构成92.1.1立体仓库系统的基本组成92.1.2 各部分的组成系统介绍102.2 立体仓库模型的主要功能及工作流程112.2.1 系统的主要功能112.2.2 系统

13、的工作流程122.3 本章小结13第三章 系统的硬件配置及其控制原理153.1 I/O分布列表153.2 CPU的选择163.2.1 PLC存储器类型及容量估算方法163.2.2 CPU的确定173.3 系统的结构框图及接线图173.4 直流电机193.5 步进电机193.5.1 步进电动机的工作原理193.5.2 步进电动机的特点193.5.3 步进电机驱动系统的基本组成203.5.4 步进电机的选择计算213.6 步进电机驱动器的选择233.7 系统中传感器的运用243.7.1 反射式传感器243.7.2 对射式传感器253.8 本章小结26第四章 立体仓库主要程序设计274.1立体仓库位

14、置控制的PLC设计274.2 立体仓库仓位选中控制程序设计294.3 本章小结32第五章 总结33沈阳化工大学学士学位论文 第一章 绪论第一章 绪论1.1自动化立体仓库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标志，以成套先进搬运设备为基础，以先进的计算机控制技术为主要手段，由此组成高效率、大容量的科学存储，以适应现代化生产的需求。高层货架仓库的出现和发展是第二次

15、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学技术发展的现实可能情况下，五十年代初开始出现了自动化立体仓库，并在实践中显示出了其优越性，随即得到迅速的推广和发展。1950年美国首先产生了手动控制的桥式堆垛起重机，这种起重机的大梁上悬挂一个门架(立柱)，利用门架的上下和旋转运动来搬运货物，与此同时也提出了高层货架的新概念，被认为是自动化仓库的雏形。1960年左右在美国开始出现了没有大梁的由人工操作的巷道式堆垛机。随着立体仓库的发展，巷道式堆垛机逐渐代替了桥式堆垛机。1963年美国的一个食品厂在仓库工作中采用电子计算机，成为世界上最早的全自动化仓库。此后，从1963年开始在欧洲各国，由

16、于用地紧张，开始计划建造2530米的高层自动化仓库。从1967年开始，相继完成了一些计算机管理和计算机控制的全自动化仓库。1970年安装了由货架支承式改变为地面支承式的高度达40米的堆垛机。70年代提出了采用50米高堆垛机的可能性。进入90年代后，堆垛机在使用范围和性能上有了很大的发展。在日本，从1967年开始安装了高度为2025米的高层堆垛机，1969年出现了联机全自动化仓库。此后，日本的自动化仓库技术和设备的台数都有了突飞猛进的发展，在各个部门都安装了各种各样的堆垛机。日本的自动化仓库技术和自动化仓库的拥有量位居世界前茅1。自动化技术在仓储领域中的发展可分为以下五个阶段：人工仓储阶段、机械

17、化仓储阶段、自动化仓储阶段、集成化仓储阶段和智能自动化仓储阶段。在上世纪90年代后期及21世纪的若干年内，智能自动化仓储是自动化技术的主要发展方向。第一阶段，物资的输送、存储、管理和控制主要靠人工实现，其实时性和直观性是明显的优点。人工仓储技术在初期设备投资的经济指标也具有优越性。第二阶段，物料可以通过各种各样的传送带，工业输送车、机械手、吊车、堆垛机和升降机来移动和搬运，用货架托盘和可移动货架存储物料，通过人工操作机械设备，用限位开关，螺旋机械制动和机械监视器等控制设备的运行。机械化满足了人们对速度、精度、高度、重量、重复存取和搬运的要求。第三阶段，自动化仓储技术阶段，自动化技术对仓储技术和

18、发展起了重要的促进作用。上世纪50年代末和60年代，相继研制和采用了自动导引小车(AVG)、自动货架、自动存取机器人、自动识别和自动分拣系统等。70年代和80年代，旋转体式货架、移动式货架、巷道式堆垛机和其他搬运设备都加入了自动控制的行列，但这时只是各个设备的局部自动化并各自独立应用，被称为“自动化孤岛”。随着计算机技术的发展，工作重点转向物资的控制和管理，要求实时、协调和一体化，计算机之间、数据采集点之间、机械设备的控制器之间以及它们与主计算机之间的通信可以及时地汇总信息，仓库计算机及时地记录订货和到货时间，显示库存量，计划人员可以方便地做出供货决策，他们知道正在生产什么、订什么货、什么时间

19、发什么货、管理人员随时掌握货源及需求。信息技术的应用己成为仓储技术的重要支柱。第四阶段，集成自动化仓储技术阶段，在上个世纪70年代末和80年代，自动化技术被越来越多地用到生产和分配领域，显然，“自动化孤岛”需要集成化，于是便形成了“集成系统”的概念。在集成化系统中，整个系统的有机协作，使总体效益和生产的应变能力大大超过各部分独立效益的总和。集成化仓库技术作为计算机集成制造系统(Compute Integrated Manufacturing System，CIMS)中物资存储的中心受到人们的重视。虽然人们在上个世纪80年代已经注意到系统集成化，但至今在我国已建成的集成化仓储系统还不多。在集成化

20、系统里包括了人、设备和控制系统，前述三个阶段是基础。第五阶段是智能自动化仓储技术，人工智能技术发展了自动化技术向智能自动化方向发展。现在，智能自动化仓储技术还处于初级发展阶段，在二十一世纪仓储技术的智能化将具有广阔的应用前景。1980年，由北京机械工业自动化研究所等单位研制建成的我国第一座自动化立体仓库在北京汽车制造厂投产。从此以后，立体仓库在我国得到了迅速的发展。据不完全统计，目前我国已建成的立体仓库近三百座，其中全自动的立体仓库有30多个。我国的自动化仓库技术已实现了与其他信息决策系统的集成，正在做智能控制和模糊控制的研究工作2。1.2 堆垛机概述1.2.1堆垛机的发展初期的立体仓库使用的

21、堆垛机以桥式起重机为基础。这种堆垛机是从起重机的大梁上悬挂一个门架(立柱)，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没有大梁的巷道式堆垛机。这种堆垛机是在地面的导轨上行走，利用货架上部的导轨防止倾倒，或者是在上部导轨上行走，利用地面导轨防止倾倒。1967年日本开始安装了高度2025m高层堆垛机，1969年出现了联机全自动化仓库。1973年建成了世界上第一座40的极低温用于贮藏生鲜食品的自动化冷藏库，解决了低温条件下堆垛机的可靠性和技术方面的问题，巷道式堆垛机随之逐渐的取代了桥式起重机。我国是上个世纪70年代初期，开始研究采用巷道式堆垛机的立体仓库。1.2.2巷道式堆垛机的技术

22、现状按现行机械行业标准，有轨巷道式堆垛机分类方式很多，如按支承方式、用途、控制方式、结构、运行轨迹等分类。无论何种类型的堆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。体现堆垛机动态性能优劣的指标主要有：运行速度、提升速度、货叉速度、平稳性、认址精度等。随着科学技术的不断进步，自动化立体仓库的技术水平和仓储机械设备的动态性能也在不断提高。例如，堆垛机的运行驱动己由20世纪70年代的子母电动机改为变频调速，速度由550m/min提升至4160m/min，国外小载重量的堆垛机最高可达300m/min；提升驱动己由20世纪70年代的双速电动机改进为变频调速，速度

23、由416m/min提升至025m/min；货叉运行也由单速电动机驱动改进为变频调速，速度由8m/min提升至435m/min；在堆垛机自动控制方面还采用闭环控制变频调速系统、 Profibus 总线控制等先进技术。尽管如此，目前国产堆垛机的运行速度最高仍保持在160m/min；提升速度在080m/min；货叉速度一直保持在030m/min；认址采用光电探测，精度不足，认址差错率高3。1.3 可编程控制器控制概况可编程控制器是在传统的顺序控制器的基础上引入了微电子计术，计算机技术，自动控制技术和通讯技术而形成的一代新型式控制装置，目的是用来取代继电器，执行逻辑，记时，计数等顺序控制功能，建立柔性

24、的程控系统。国际电工委员会(IEC)颁布了对PLC的规定：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程6。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成个整体，易于扩充其功能的原则设计。PLC具有通用性强，使用方便，适应面广，可控性高，抗扰能力强，编程简单等特点。可以预料：在工业控制领域中，PLC控制技术的应用必将形成世界潮流。PLC程序既有生产厂家的系统程序，又有用户自己开发的应用程序，系统程序提供运

25、行平台，同时，还为PLC程序可控运行及信息与信息转换进行必要的公共处理。用户程序由用户按控制要求设计。PLC是传统的继电器技术和计算机技术相结合的产物，所以在工业控制方面，它具有继电器控制或通用计算机所无法比拟的特点1. 高可靠性:PLC的高可靠性主要表现在硬件和软件两个方面:在硬件方面，由于采用性能优良的开关电源，并且对采用的器件进行严格的筛选，加上合理的系统结构，最后加固、简化安装，因此PLC具有很强的抗振动冲击性能;无触点的半导体电路来完成频繁的开关动作，就不会出现继电器控制系统中的器件老化、脱焊、触点电弧等问题;所有的输入输出接口都采用了光电隔离措施，使外部电路和PLC内部电路能有效地

26、进行隔离;PLC模块式结构，可以在其中一个模块出现故障时迅速地判断出故障的模块并进行更换，这样就能尽量缩短系统的维修时间。在软件方面，PLC的监控定时器可用于监视执行用户程序的专用运算处理器的延迟，保证在程序出错和程序调试时，避免因程序错误而出现死循环;当CPU、电池、I/O口、通信等出现异常时，PLC的自诊断功能可以检测到这些错误，并采取相应的措施，以防止故障扩大;停电时，后备电池和正常工作时一样，进行对用户程序及动态数据的保护，确信信息、不丢失。由于采取了以上有效措施，保证了PLC的高可靠性，从而使PLC的平均无故障时间己经能高达几十万小时。2. 应用灵活性、使用方便模块化的PLC设计，使

27、用户根据自己控制系统的大小、工艺流程和控制要求等来选择自己所需要的PLC的模块并进行资源配置和PLC编程。这样，控制系统就不再需要大量的硬件装置，用户只需根据控制需要设计PLC的硬件配置和I/0的外部接线即可。而在PLC控制系统中，当控制要求改变时，不改动PLC外部接线，只需修改程序即可。这种面向控制过程的编程方式，与目前微机控制常用的汇编语言相比，应用灵活，移植性强。3. 面向控制过程的编程语言，容易掌握PLC的编程语言采用继电器控制电路的梯形图语言，清晰直观。虽然PLC是以微处理器为核心的控制装置，但是它不需要用户具有很强的程序设计能力，只需用户具备一定的计算机软、硬件知识和电器控制方面的

28、知识即可。这种面向控制过程的编程方式，虽然在PLC内部增加了解释程序，增加了程序执行时间，但对大多数机电控制设备来说，这种时耗是微不足道的。4. 易于安装、调试、维修在安装时，由于PLC的输入/输出接口已经做好，因此可以直接和外部设备相连，而不再需要专门的接口电路。而且PLC的软件功能取代了原来的继电器控制中的中间继电器、计时器、计数器等一些器件，所以硬件安装上的工作量相应减少。PLC的调试可先在实验室模拟完成，模拟调试完成后再现场安装和调试。这样就可以避免可能在现场会出现的一些问题，从而缩短调试周期:在维修方面，PLC完善的诊断和显示功能，可以通过模块上的显示或者编程器等很容易地找出故障的模

29、块，而且由于模块化设计，因此只需要对出错的模块进行更换即可。5. PLC的功能强、功能等扩展能力强其一，PLC利用程序进行定时、计数、顺序、步进等控制十分准确可靠。其二，PLC还具有周D和D/A转换、数据运算和数据处理、运动控制等功能。因此它既可对开关量进行控制，又可对模拟量进行控制。其三，PLC具有通信联网功能，因此，它不仅可以控制一台单机、一条牛产线，还可以控制一个机群、多条生产线，它既可现场控制，也可远距离对生产过程进行监控。PLC的功能扩展极为方便，硬件配置相当灵活，根据控制要求的改变可以随时变动特殊功能单元的种类和个数，再相应修改用户程序就可以达到变换和增加控制功能的目的。6. 网络

30、功能强大 PLC具有强大的网络功能。PLC不仅能做到远程控制、进行PLC内部通信与上位机进行通信，还具备专线上网、无线上网等功能。这样，PLC就可以组成范围很大的控制网络，整个工厂，甚至整个系统都可以实现自动化，从而提高生产的效率。7. PLC体积小、重量轻、易于实现机电一体化由于PLC内部电路主要采用半导体微电子集成电路，具有结构紧凑、体积小、重量轻、功耗低的特点;更由于它具有很强的抗干扰能力，能适应各种恶劣的环境，因而它已成为实现机电一体化十分理想的控制装置。随着PLC技术的不断发展，目前已能完成以下控制功能: 条件控制功能条件控制(或称逻辑控制或顺序控制)功能是指用PLC的与、或、非指令

31、取代电器触点串联、并联及其他各种逻辑连接，进行开关控制。 定时/计数控制功能定时/计数控制功能就是用PLC提供的定时器、计数器指令实现对某种操作的定时或计数控制，以取代时间继电器和计数继电器。 步进控制功能步进控制功能就是用步进指令来实现在有多道加工工序的控制中，只有前一道工序完成后，才能进行下一道工序操作的控制，以取代由硬件构成的步进控制器。 数据处理功能数据处理功能是指PLC能进行数据传送、比较、移位、数制转换、算术运算与逻辑运算以及编码和译码等操作。 A/D与D/A转换功能A/D与D/A转换功能就是通过A/D、D/A模块完成对模拟量和数字量之间的转换。 运动控制功能运动控制功能是指通过高

32、速计数模块和位置控制模块等进行单轴或多轴控制。 过程控制功能过程控制功能是指通过PLC的PID控制模块实现对温度、压力、速度、流量等物理参数进行闭环控制。 扩展功能扩展功能是指通过连接输入/输出扩展单元(即I/O扩展单元)模块来增加输入输出点数，也可通过附加各种智能单元及特殊功能单元来提高PLC的控制能力。 远程I/O功能远程I/O功能是指通过远程I/O单元将分散在远跟离的各种输入、输出设备与PLC主机相连接，进行远程控制，接收输入信号、传出输出信号。 通信联网功能通信联网功能是指通过PLC之间的联网、PLC与上位计算机的链接等，实现远程I/O控制或数据交换，以完成系统规模较大的复杂控制。 监

33、控功能监控功能是指PLC能监视系统各部分运行状态和进程，对系统中出现的异常情况进行报警和记录，甚至自动终止运行;也可在线调整、修改控制程序中的定时器、计数器等设定值或强制I/O状态4。1.4 本课题研究的意义和内容1.4.1 本课题研究的意义随着我国加入WTO，加快了经济全球化进程，进一步促进了物资流通，物储运发送量越来越大。可以预测，今后市场对仓储物流设备的需求量将有更大幅度的增长，而且将在存取率、自动化程度、信息化程度等方面提出更高的要求。自动化立体仓库的出现极大的满足了现代物流的发展，从一定程度上促进了现代物流的发展。随着现代化物资存储、运送、管理及城市现代化建设的不断发展，对自动化仓库

34、的需求将越来越大，对其各方面功能、性能的要求也越来越高5。在立体仓库中，堆垛机是自动化立体仓库中最主要的作业机械设备，是输送系统的核心设备，决定着整个出入库是否能流畅运行的关键，它的合理的速度控制、精确的定位设计以及优良的故障诊断系统是实现堆垛机高效率、高准确度、高度安全性运行的重要因素。相对传统的仓库而言!自动化仓库有着明显的优势!包括货物分拣速度快!可靠性高!易于精确管理!而且占地资源少空间利用率高!同时还降低了人力资源成本的支出,自动化仓库的控制涉及计算机通信和控制等多门学科,而现场总线技术也正是在这样的背景下顺势发展起来的技术!可以对立体仓库做到实时有效的控制6。此次设计采用西门子PL

35、C控制技术来实现自动化立体仓库的控制，对立体仓库的全方面和先进化都具有良好的促进作用。1.4.2本课题研究的内容本课题立足于目前市面上比较流行的各类晶体管输出的PLC (如西门子、三菱或欧姆龙等)采集各种传感 器信号，对步进电机和直流电机进行较复杂的位置控制及时序逻辑控制，实现仓位定位和送/取动作（X/Y 轴完成仓位定位，Z轴完成送/取动作）。)。此设计的主要内容有：1. 掌握 PLC 控制的基本原理、步进电机及驱动、直流电机、传感器等器件的原理及使用。2. 掌握位置控制技术。3. 掌握机械传动原理及应用。4. 理解 PLC 的脉冲输出控制。1.5 本章小结在本章节中通过论述简要的的介绍了立体

36、仓库和可编程控制器的基本概况。并介绍了本次设计立体仓库的内容及其意义。 8沈阳化工大学学士学位论文 第二章 自动化立体仓库的系统构成第二章 自动化立体仓库的系统构成2.1 立体仓库的构成2.1.1立体仓库系统的基本组成立体仓库模型是用来储存、分类货物的模型。送货时，根据货物的属性将不同的物体送人到指定的仓位中去；取贷时，根据需求从指定的仓位中取出货物，它由12个仓位组成，采用滚珠丝杠、直线导轨、普通丝杠作为传动装置，由PLC编程实现X、Y、Z轴的位置控制，可完成仓库汽车模型的自动或手动存取。该装置的机构由立体仓库本体单元、PLC控制单元、接口单元、电源单元等组成。如图2-1所示。图2-1立体仓

37、库模型的外形结构(1) 立体仓库本体单元该单元由l2个仓位和巷道式堆垛起重机（以下简称巷道起重机）等组成。(2) PLC控制单元该单元可分别选用松下PLC、西门子PLC、欧姆龙PLC、三菱PLC等。PLC主体具有脉冲输出功能，能同时实现两轴定位功能。(3) 接口单元该单元将系统中所有控制单元、执行单元、检测单元、输入输出单元的信号都引到面板上，由学生自行完成电路的连接设计。不同性质的节点采用不同的颜色进行标识，并且每个单元自身的电路具有独立性，具备扩展功能。(4) 电源单元电源单元是由开关电源提供系统工作的DC 24V电压。该系统在设计上设置了各种保护功能，包括短路保护、反向保护、限位保护、定

38、位保护。TVT-99C立体仓库系统中为了防止不确定因素对系统硬件的损坏，分别在机械手臂运行的横轴和纵轴上设置了仓库的定位孔，当机械手臂运行时，位于移动模块下方的光电传感器分别检测运行X轴、Y轴的定位点，当且仅当机械手臂停止于定位孔点时，对应的Z轴才能进行取货和移货的动作7。2.1.2 各部分的组成系统介绍 (1) 仓库库体仓库本体分为两个区，分别为转货区和储贷区。转货区主要是由载货台组成的，用来周转货物，当货物入库以及货物出库时，都是通过转货区来完成的。储货区由12个仓位组成，分成4行、3列，主要用于储存不同的货物。在转货区、储货区都分别安装了检测传感器，用于检测对货物的定位。 (2) 巷道起

39、重机巷道起重机由二轴行走机构、货台、驱动器等组成，巷道起重机总共具有3个自由度，能实现水平移动、垂直移动、前后移动等操作，货物的转移主要是由它完成操作的。如图2-2所示。图2-2 巷道起重机(3) PLC控制单元PLC控制单元采用西门子公司生产的S7-200 CPU226型PLC，型号为CPU226 DC/DC/DC，所有操作控制指令都是由PLC发出的。(4) 电源单元电源单元是用于给系统提供DC24V的直流电源，输出功率为150W。2.2 立体仓库模型的主要功能及工作流程 2.2.1 系统的主要功能立体仓库的电气控制系统是由西门子PLC、步进电动机及其驱动电源模块、直流电动机、开关电源、位置

40、传感器等组成。立体仓库的运动机械机构部分由滚珠丝杠、滑轨、普通丝杠等组成，采用步进电动机和直流电动机作为拖动元件。其关键部分是巷道起重机，由水平移动、垂直移动及伸叉机构三部分组成。其水平和垂直移动分别用两台步进电动机驱动滚珠丝杠来完成，伸叉机构由一台直流电动机来控制。它分为上下两层，上层为货台，可前后伸缩，下层装有丝杠等传动机构。当堆垛机平台移动到货架的指定位置时，伸叉电动机驱动货台向前伸出可将货物取出或送人，然后铲叉向后缩回。整个系统需要三维的位置控制8。该系统通过传感器采集信号，PLC控制程序，可实现对步进电动机和直流电动机较复杂的速度与位置控制及时序逻辑控制功能。2.2.2 系统的工作流

41、程系统在电气设计上，电动机主要采用步进电动机和直流电动机，分别控制水平移动、垂直移动及货台的动作。传感器采用对射式和反射式传感器以及微动开关，用于完成货物的检测和限位保护等。系统在机构设计上采用滚珠丝杠、滑轨和普通丝杠作为主要传动机构。当堆垛机平台移动到货架的指定位置时，货台向前伸出可将货物取出或送人，当取到货物或货已送人，则铲叉向后缩回。整个系统需要三维的位置控制。9系统流程如图2-2所示。其工作流程如下： 接通电源。 系统自检。 将功能开关置于自动位置。 将一带托盘的汽车模型置于10号仓位，放置模型时，人位要准确，并注意到仓位底部检测开关已动作。 执行取指令。 选择欲取仓位号（如10号），

42、按动仓位号对应按钮，控制面板上的数码管显示仓位号。 按动“取”指令按钮，执行取出动作。若载货台已有汽车模型，则该指令不被执行，需要由用户手动将货物移走 指令完成后，系统自动返回。 如执行取出指令前，被选仓位（如10号）无汽车模型，则取指令将不被执行。 执行送指令。 选择欢送仓位号（如10号）按动仓位号对应按钮，控制面板上的数码管显示仓位号。 按动送指令按钮，若被选择10号仓位内已有汽车模型，则该指令不被执行，需要由用户手动将货物移走。指令完成后，系统自动返回。如执行送人指令前，载货台无汽车模型，则送指令将不被执行。根据前面的分析，该立体仓库系统的运行情况可归纳为：当按下起动按钮后，允许进行立体

43、仓库运行的控制。在正常的情况下，按下某一仓位的按钮以及“取”或“送”按钮，系统将进行相应的动作，此时控制面板上的数码臂显示相应的仓位号。当出现故障时，电动机停止运行。在紧急情况下，按下紧急按钮，货物送回原来的位置，只有当故障排除后，才能重新运行10。2.3 本章小结本章节共分二小节。在第一小节结合系统的实物图详细的介绍了自动化立体仓库的各个部件，并简单的陈述了各部分的特点，清楚的了解立体仓库的工艺及其控制要求，为系统的硬件选型设计和软件程序设计打下铺垫。在第二小节中通过对系统的进一步了解，确定系统的主要功能，画出系统流程图。图 2-2 系统流程图14沈阳化工大学学士学位论文 第三章 系统的硬件

44、配置及其控制原理第三章 系统的硬件配置及其控制原理3.1 I/O分布列表根据立体仓库系统实际情况对I/O的分布并列写I/O分布列表，I/O分布列表见表3-1所示。表3-1 I/O分布列表输入接口输出接口PLC端单元板端口注释PLC端单元板接注释I0.0D0矩阵扫描第1列Q0.0X轴-CP平移电动机脉冲信号I0.1D1矩阵扫描第2列Q0.1Y轴-CP升降电动机脉冲信号I0.2D2矩阵扫描第3列Q0.2X轴-DIR平移电动机方向信号I0.3D3矩阵扫描第4列Q0.3Y轴-DIR升降电动机方向信号I0.4D4矩阵扫描第5列Q0.4H0矩阵扫描第1行I0.5D5矩阵扫描第6列Q0.5H1矩阵扫描第2行

45、I0.6D6矩阵扫描第7列Q0.6H2矩阵扫描第3行I0.7D7矩阵扫描第8列Q0.7H3矩阵扫描第4行I1.0SQ5(ZLMT-)Z轴原点Q1.0I1.1SQ6(ZLMT+)Z轴限位Q1.1Z轴-F货台前伸I1.2SN检测货台是否有货Q1.2Z轴-R货台回缩I1.3SW0手动控制开关Q1.3I1.4SQ2(XLMT+)X轴限位Q1.4B00数码显示区第0位I1.5SQ1(XLMT-）X轴原点Q1.5B01数码显示区第1位I1.6SQ4(YLMT+)Y轴限位Q1.6B02数码显示区第2位I1.7SQ3(YLMT-）Y轴原点Q1.7B03数码显示区第3位3.2 CPU的选择3.2.1 PLC存储

46、器类型及容量估算方法存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，程序容量是存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储器容量。设计阶段，由于用户应用程序还未编制，因此，程序容量在设计阶段是未知的，需在程序调试之后才知道。为了设计选型时能对程序容量有一定估算，通常采用存储器容量的估算来替代。存储器内存容量的估算没有固定的公式，许多文献资料中给出了不同公式，大体上都是按数字量I/O点数的1015倍，加上模拟I/O点数的100倍，以此数为内存的总字数（16位为一个字），另外再按此数的25%考虑余量。PLC系统所用的存储器基本上由PROM、E-PROM及RAM三种类型组成，存储容量则随机器的大小变化，一般小型机的最大存储能力低于6KB，中型机的最大存储能力可达64KB，大型机的最大存储能力可上兆字节。使用时可以根据程序及数据的存储需要来选用合适的机型，必要时也可专门进行存储器的扩充设计。PLC的存储器容量选择和计算的第一种方法是：根据编程使用的节点数精确计算存储器的实际使用容量。第二种为估算法，用户可根据控制规模和应用目的，按照表3-1的公式来估算。为了使用方便，一般应留有25%30%的裕量，获取存储容量的最佳方法是生成程序，即用了多少字。知道每条指令所用的字数，用户便可确定准确的存储容量。容量的估算见表3-2所示。表3-2 容量的估算控制目的公 式说