自动化立体仓库堆垛机控制系统的设计毕业设计Word文档格式.doc
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物流工程
指导教师：
杨玮
2013年6月3日
III
摘要
自动化立体仓库控制系统是能自动存储和取出物料的系统，是企业管理信息系统的组成部分之一。
自动化立体仓库是指采用高层货架储存货物，用起重、装卸、运输机械设备进行货物出入库作业，由电子计算机进行管理和控制，不需人工搬运作业而实现收发作业的仓库。
自动化立体仓库中最重要设备就是仓储堆垛机，仓储堆垛机是实现整个仓库系统自动功能的关键设备，担负着出库、进库等任务，是自动化立体仓库的核心部件，本文详细介绍了用PLC实现对仓储堆垛机系统控制的设计，将PLC技术和变频控制技术相结合，仓储堆垛机控制系统可以实现如下控制功能：
三维运动、精确定位、速度调节功能、急停功能、报警功能。
本文介绍自动化立体堆垛机控制系统开发过程，以一拖集团高架库采购项目为工作对象，结合本人的实际调研和开发工作，提出了一套完整的控制系统设计方案。
重点设计了自动化立体仓库控制系统部分的系统分析、硬件选型、程序编写等方面。
文中遵循的设计流程和方法虽然针对一拖集团采购项目，但使用的方法具有普遍性，并遵照国际标准，可广泛应用于其他类型的自动化立体仓库。
关键词：
自动化立体仓库，堆垛机，PLC，定位控制系统
DesignofStackerControlSysteminAutomatedWarehouse
ABSTRACT
Automatedwarehousecontrolsystemisabletoautomaticallystoreandretrievematerialssystems,enterprisemanagementinformationsystemisoneofthecomponents.Automatedwarehouseistheuseoftopshelfstorageofgoods,withthelifting,handling,transportmachineryandequipmentforcargostorageoperationscarriedoutbythecomputermanagementandcontrol,withoutmanualhandlingoperationsachievedtransceiveroperatingwarehouse.
Automatedwarehouseequipmentisthemostimportantstoragestacker,stackerstoragewarehousesystemistoachieveautomaticfunctionsthroughoutthekeyequipment,tocarryoutthelibraryintothelibraryandothertasks,isthecorecomponentofautomatedwarehouse,thepaperdescribesindetailwithPLCcontrolsystemforwarehousestackerdesignofthePLCtechnologyandfrequencycontroltechnology,warehousestackercontrolsystemcanachievethefollowingcontrolfunctions:
three-dimensionalmotion,precisepositioning,speedadjustmentfunction,emergencystopfunction,alarmfunction.
ThisarticledescribestheautomatedstackercontrolsystemdevelopmentprocesstoelevatedYTOGroupprocurementprojectfortheobjectlibrary,combinedwithmypracticalresearchanddevelopmentwork,proposesacompletecontrolsystemdesign.Focusonthedesignoftheautomatedwarehousecontrolsystemportionofsystemanalysis,hardwareselection,programmingandotheraspects.
Thispaperfollowsthedesignprocessandmethod,althoughforYTOGroupprocurementprojects,butthemethodusedisuniversal,andinaccordancewithinternationalstandards,canbewidelyappliedtoothertypesofautomatedwarehouse.
KEYWORDS：
automatedwarehouse，stacker，PLC，positioncontrolsystem
目录
摘要 I
ABSTRACT II
1绪论 1
1.1自动化立体仓库堆垛机发展 1
1.2本文的研究重点 2
1.3本立体仓库背景和要求 2
2巷道式堆垛机控制系统需求分析 4
2.1主要技术参数和指标 4
2.2堆垛机运动分析 5
3巷道式堆垛机控制系统硬件选型 7
3.1堆垛机电机选型 7
3.2变频器的选择 8
3.3认址器的选择 10
3.4PLC选择及配置 12
3.4.1CPU概述 12
3.4.2CPU型号的选择 13
3.5安全系统 13
3.6通信方式 14
4堆垛机控制程序设计 15
4.1编程软件及语言概述 15
4.2系统控制要求 16
4.3分析控制方案 16
4.4系统工作流程 17
4.5I/O分配 20
4.6子程序编写 21
5总结 26
致谢 27
参考文献 28
附录I键盘扫描子程序 29
附录II坐标值计算子程序 30
附录III位置控制子程序 32
附录IV入、出库控制子程序 34
附录V控制主程序 38
39
1绪论
自动化立体仓库控制系统是企业或公司管理信息系统的组成部分之一，通常归结在仓库管理信息系统之下。
与仓库管理信息系统不同之处在于，它不仅含有对底自动化设备的控制和管理，而且是针对某一具体的自动化仓库的基本数据管理系统，从关系上来看，它相对而言是比较独立的一个子系统[1]。
自动化仓库控制系统的主要任务是对一具体仓库中的材料、货位等基本信息进行管理，优化仓库存储的效率，管理材料的在库情况并控制仓库中的自动化设备，实现仓库中材料的自动出入库操作和存储操作。
1.1自动化立体仓库堆垛机发展
初期的立体仓库使用的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，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巷道式堆垛机，随后巷道式堆垛机逐渐替代了受重量和跨度限制的桥式堆垛机。
1967年日本安装了高度10-15米的高层堆垛机，1969年出现了联机全自动化仓库，我国是在上世纪70年代初期开始研究采用巷道式堆垛机的立体仓库。
目前的堆垛机技术取得了重大的发展，控制技术、定位精度、运行速度都得到了很大程度的提高。
巷道式堆垛机的起升速度已经可以达到90m/min，运行速度达到240m/min，在有的立体仓库中采用上、下两层分别用巷道堆垛机进行搬运作业的方法提高出入库能力。
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5-50m/min提升至4-160m/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，速度由4-16m/min提升至0-25m/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4-35m/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0-80m/min；
货叉速度一直保持在0-30m/min；
认址采用光电探测，精度不足，认址差错率高。
1.2本文的研究重点
本文以一拖集团高架库采购项目为研究对象，主要设计内容为：
（a）明确项目控制部分的要求和需求分析；
（b）对控制系统的硬件进行选型，重点研究电机、变频器、认址器、PLC的选型方法；
（c）对系统动作分解，根据动作特点进行整合；
（d）编写PLC控制程序。
1.3本立体仓库背景和要求
一拖集团采购中心高架库是在1992年初步建成投产使用，很多机械、电子元件都已老化破损，这对日常的使用带来了很多问题，例如通讯不畅，定位不准，经常性报故障，死机等。
使原本为了高效率管理物资而建立的立体仓库效率大大降低，远远不能适应现代化的高速发展模式，严重影响了整个企业的效率和经济利益。
同时随着现代物流仓储管理理念的更新，原有的物流管理思路已经不能跟上当前现代化物流管理的需求。
一拖集团公司根据公司自身物料管理特性、操作便捷性习惯提出了符合一拖公司立体仓库的需求，为提高本公司的物流效率和准确性，满足本公司国际化道路的发展要求，集团公司针对采购中心立体仓库现状进行改造，实现有效地利用空间和高效的存取货物，实现最佳的社会效益和经济效益。
主要设计对象是轨巷道堆垛机系统，仓库采用东进西出方式存取货物，但应能实现有故障时可东进东出或西进西出、西进东出。
要实现以下所有功能：
（a）控制系统要求分自动和手动模式（安全模式）。
（b）自动模式下，出入库堆垛机需自动定位，并记录货物。
（c）若被选择仓位内已有货物时，则该入库操作不被执行。
（d）载货台若无货物，则下一个入库操作将不被执行。
（e）当载货台上有货物时，出库环节不执行任何操作。
（f）若被选择仓位内无货物时，则该出库操作不被执行。
（g）配备标准安全保护。
系统严格要求满足最大入库能力和高峰出库能力同时进行的能力需要，并有一定的余量满足未来业务发展的要求。
系统货架规格如表
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