自动化立体仓库毕业设计.doc

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长春理工大学本科毕业设计

摘要

随着我国国民经济的发展，自动化立体仓库的应用越来越广泛。

利用立体仓库设备可实现仓库高层合理化，存取自动化，操作简便化。

自动化立体仓库的主体由货架、巷道式堆垛起重机、入（出）库工作台和自动运进（出）及操作控制系统组成。

本课题的电气控制主要由西门子公司的PLC、步进电机驱动器、步进电动机、直流电动机等器件组成。

对本课题进行简要的介绍，包括背景，研究意义，现状等；其次对该系统的硬件组成、结构、原理进行了阐述和分析；再次对本系统用到的器件进行分别介绍，重点对PLC程序进行了编写；最后对设计本课题所学到的知识和结论进行归纳和总结。

关键词：

立体仓库电气控PLC

Abstract

Withthedevelopmentofcomputerinformationtechnology,modernenterpriseproductionscaleexpandingandcompetitionintensifiesdaybyday,marketofenterpriselogisticssystemproposednewrequirements,automatedwarehousemoreandmorebyconcernandhasbeenwidelyused.Thispaperintroducesthestructureandfeaturesofthedoublecolumnstackingmachinewiththerailroadway,andanalyzesanddiscussesthemaindesignpointsofthedoublecolumnstackingmachinewiththerailroadway

Keywords:

automatedwarehouse;stackingmachine;design

目录

摘要 1

Abstract 2

第1章绪论 4

1.1本课题研究的背景和现状 4

1.2本课题的发展趋势 4

1.3本课题研究的目的和意义 5

1.4课题的设计内容 5

第2章系统的的硬件 6

2.1立体仓库系统作业单元的功能 6

2.2可编程控制器（PLC）的简介 6

2.2.1可编程控制器的结构 6

2.2.2可编程控制器的特点 7

2.3采用PLC控制立体仓库的优点 7

2.4立体仓库系统作业单元控制 8

2.5电气原理图的设计 8

2.6立体仓库电气硬件的介绍与选择 9

2.6.1可编程控制器（PLC） 9

2.6.2步进电动机 11

2.6.3步进电动机驱动器 12

2.6.4传感器 13

2.6.5微动开关 14

2.6.6直流电动机 14

2.6.7并联型开关稳压电源 15

3.7PLC输入输出分配 15

第3章系统的软件设计 16

3.2系统程序的设计 18

3.2.1系统的控制要求 18

3.2.2梯形图的主程序 18

4.3.3各部分程序分析 23

总结 39

致谢 40

参考文献 40

第1章绪论

1.1本课题研究的背景和现状

随着企业的持续稳定发展,经济全球化步伐也迅速，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。

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极待解决的问题。

立体仓库是指在不直接进行人工处理的情况下,自动地完成物品仓储和取出的系统,它以高层立体货架为主体,以成套搬运设备为基础,是集自动控制技术、通信技术、机电技术于一体的高效率、大容量存储机构。

自动化立体仓库的出现,实现了仓库功能从单纯保管型向综合流通型的转变,而且自动化立体仓库是现代物流与仓储系统的重要组成部分，具有货物存效率高和自动化程度高力等优点。

自动化立体仓库的主要优点如下：

（1）仓库作业实现机械化和自动化。

（2）采用高层货架、立体储存，能有效地利用空间，减少占地面积，降低土地购置费用。

（3）采用托盘或货箱储存货物，货物的破损率显著降低。

（4）货位集中，便于控制与管理，特别是使用电子计算机，不但能够实现作业过程的自动控制，而且能够进行信息处理。

1.2本课题的发展趋势

由于自动化立体仓库的广泛应用、计算机技术和网络技术的发展，使得立体仓库的发展十分迅速，其发展的趋势主要有3点：

1立体仓库向柔性化发展。

随着柔性化的普及，自动化立体仓库的储运作业也将向柔性化发展。

国外已经开始出现一批可拆卸的和移动式的仓库结构

2立体仓库作业管理自动化水平逐步提高。

随着社会的发展，各个行业对物流的速度和物流的准确度要求越来越高，具体来说，就是在要求的时间内、在准确的地点、按准确的顺序与方法、提供准确的品种及数量的货物更加的多。

3立体仓库中智能技术将会取得应用。

人工智能技术的发展，推动了自动化技术向其高级阶段--智能化方向发展，让自动化立体仓库的作业越来越简单，对人力的要求越来越少，维护的时间越来越少，变的越来月安全。

1.3本课题研究的目的和意义

它以高层立体货架为主要标志，使用成套先进的搬运设备，以先进的计算机控制技术为主要手段，实现搬运、存取的机械化和自动储存管理，并可与上级计算机联网组成内部局域网，从而实现管理、监控、执行的功能。

由于自动化立体仓库这一新技术的出现和发展，使传统的仓储观念发生了根本性的变化。

从原来的固定货位、人工搬运和码放、人工管理、以储存为主的传统仓储作业，转变为自由选择货位、可按需要实现先进先出的机械化与自动化仓储作业，同时可以对货物进行必要的拣选、组配，并根据整个企业生产的需要，有计划的将库存物按指定的数量和时间要求送到恰当地点，满足均衡生产的需要，可以说自动化立体仓库的出现使“静态仓库”变成了“动态仓库”。

自动化立体仓库的功能主要是存储和保管、调节供需和调节货物运输能力。

和普通仓库相比，自动化立体仓库具有显著的优越性。

首先，它可充分利用仓库面积和空间，扩大仓储系统的综合利用率和作业规范，节约劳力。

其次，增加了分拣、转运、配送、包装、流通加工、信息处理等设施，能够全面为生产和商业流通服务，从而提高仓库管理水平，减少货损，优化、降低库存，缩短周转期，节约资金。

同时，其机械化和自动化提高了劳动效率，并能方便地纳入企业的物流系统。

AS/RS的计算机管理与控制也可以减少货物和信息处理过程中的差错。

1.4课题的设计内容

自动化立体仓库的主体由货架、巷道式堆垛起重机、入（出）库工作台和自动运进（出）及操作控制系统组成。

堆垛机是立体仓库的关键部件，责全部货物的入库承运作业，实现三个自由度的运动。

该系统通过传感器采集信号，PLC控制程序，可以实现对步进电机和直流电机较复杂的速度与位置控制规模。

在入库作业时，当检测传感器检测到零位平台上有货物，那么起动机械手，将零位平台上的货物放到指定的库位上。

在出库操作时，启动机械手，到达指定位置，将指定位置的货物取出放到零位平台。

机械手在执行每次的去放任务，都会自动回到零位，等待下一条指令。

论文中机械手可以进行三个维度的变化，就是可以进行前进、后退、上、下、左右的变化。

为了系统的安全在每个限位都装有超限位保护开关，每个库位都有检测装置，判断库位是否已有货物，禁止双重入库和空的取操作。

第2章系统的的硬件

2.1立体仓库系统作业单元的功能

系统采用滚珠丝杠、滑杠以及普通丝杠作为主要传动机构、点击采用步进电机和直流电机，其关键部分是机械手，它由水平移动、垂直移动、货台机构三部分组成，其水平和垂直移动分别用两台步进电机驱动滚珠丝杠来完成，伸叉机构由一台直流电机来控制。

当堆垛机平台移动到货架的指定位置时，直流电机驱动货台向前伸出可将货物取出或者送入，当取到货物货已送入，则货台向后缩回。

在此设计的立体仓库需要满足一下功能：

1机械手要有三个自由度，即：

前进、后退；上、下；左、右；

2机械手的运动由步进电机驱动；

3机械手前进（或后退）运动和上（或下）运动可同时进行；

4机械手前进、后退和上、下运动时必须有超限位保护；

5每个库位必须有检测装置（微动开关）。

6当按完库位号后，没按入或没取前，可以按手动取消该操作。

2.2可编程控制器（PLC）的简介

2.2.1可编程控制器的结构

各种PLC的组成结构基本相同，主要有CPU,电源，储存器和输入输出接口电路等组成。

1处理器单元一般由控制器、运算器和寄存器组成。

CPU通过地址总线、数据总线、控制总线与储存单元、输入输出接口、通信接口、扩展接口相连。

CPU是PLC的核心，它不断采集输入信号，执行用户程序，刷新系统输出。

2PLC的存储器包括系统存储器和用户存储器两种。

系统存储器用于存放PLC的系统程序，用户存储器用于存放PLC的用户程序。

现在的PLC一般均采用可电擦除的E2PROM存储器来作为系统存储器和用户存储器

3PLC的输入接口电路的作用是将按钮、行程开关或传感器等产生的信号输入CPU；PLC的输出接口电路的作用是将CPU向外输出的信号转换成可以驱动外部执行元件的信号，以便控制接触器线圈等电器的通、断电。

PLC的输入输出接口电路一般采用光耦合隔离技术，可以有效地保护内部电路。

基本结构如图2.1

图2.1PLC结构

2.2.2可编程控制器的特点

1可靠性高，抗干扰能力强

2配套齐全，功能完善，适用性强

3易学易用，深受工程技术人员欢迎

4系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造

5体积小，重量轻，能耗低

6系统的设计安装和维修工作少，而且维修方便。

2.3采用PLC控制立体仓库的优点

PLC的应用非常广泛，例如电梯控制、防盗系统的控制、交通信号的控制、楼宇供水自动控制、喷水池自动控制、消防系统自动控、供电系统自动控制及各种生产流水线的自动控制等。

PLC的应用大大提高了控制系统的稳定性、适用性、并且降低了系统成本。

其控制系统简单，更改容易，施工周期短；系统维护容易。

按PLC编程功能可分为4大类开关顺序控制、通信功能、模拟量控制、运动控制。

PLC的应用大大提高了控制系统的稳定性、适用性、并且降低了系统成本。

其控制系统简单，更改容易，施工周期短；系统维护容易。

自动化立体仓库，少不了自动化仓库管理系统，只有使用强大的仓库管理系统才能使得仓库管理和业务流程上一个台阶，才能将先进的硬件设备发挥作用、产生效益，针对这一仓库管理系统，我选择了PLC。

选择PLC是因为它的稳定性比单纯的使用单片机要稳定的多，所能实现的功能也强大的多。

总的来看，基于PLC自动化立体仓库可以总结为如下几点优点：

低成本、范围广、高速、便捷、永远在线、结构灵活、数字化等。

2.4立体仓库系统作业单元控制

立体仓库库系统作业单元的控制图如图2.2所示。

构成PLC控制系统的主要电气硬件有控制立体仓库的Z轴的直流电动机，控制XY轴的步进电动机以及供给系统能源的直流开关电源，还有各种传感器，如系统中采用的反射式和对射式传感器以及微动开关（用来完成货物的检测以及限位保护）。

X轴Y轴运动机械机构

两相八拍混合式步进电动机

SH系列步进电动机驱动器

S7-200

CPU226

由PC机或手持编程器编制的程序

Z轴运

动机械机构

直流电动机

图2.2立体仓库库系统作业单元的控制图

2.5电气原理图的设计

根据以上的控制要