PLC控制的堆垛式立体车库设计方案.docx
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毕业论文
毕业设计论文
设计（论文）题目：
PLC控制的堆垛式立体车库设计
下达日期：
2011年 2月 21日
开始日期：
2011年 2月 21日
完成日期：
2011年 4月 1日
指导教师：
学生专业：
班 级：
学生姓名：
教研室主任：
电气工程 学院
基于松下PLC的立体车库控制
摘 要
随着汽车的急剧增加，致使城市停车难问题不断恶化，而作为解决城市静态交通的有效措施 向空间、向高层发展的自动化立体停车设备，以其占地
面积少，停车率高、布置灵活、高效低耗、性价比高、安全可靠等优点，越来越受到人们的青睐。
立体车库是现代物流系统中迅速发展的一个重要组成部分，是一种多层存放货物的高价仓库系统，有自动控制与管理系统、巷道堆垛机、高位货架、自动入库以及其他辅助设备组成。
立体停车库生产在中国是个新兴行业，立体停车库可缓解城市动、静态交通问题，改善居住环境，有效利用土地价值。
本系统采用PLC，按动按钮即可完成汽车存取过程，操作简单，存取方便。
控制电路部分采用交流接触器传统方式，使运行安全可靠。
设计采用可分组合，模块式安装，方便灵活，具备维护使用方便，造价低等特点。
立体车库是在不直接进行人工参与的情况下，自动存储和取出物料的系统。
它是采用高层货架存储货物，用专门的仓储作业设备进行货物出入作业的仓库。
针对都市住宅小区、商业区、写字楼等繁华地带短时间停车难的问题,提出了采用松下PLC作为主控器控制立体车库的方案,设计开发一种堆垛式立体车库的自动控制系统并构建研制了实验模型牌,提高经济。
它可以实现利用空间多层停车,不但节省占地空间,而且堆垛外观可设计成多用途的商业广告效益和实用性,堆垛式立体车库对于解决现代化密集型城市的汽车停放问题具有重要的开发价值和广泛的应用前景。
该系统具有操作简便,自动化程度高,运行速度快、可靠性高等特点。
关键词 巷道式堆垛起重机/立体车库/可编程控制器
I
目录
摘 要 I
第一章 绪论 1
1.1本课题的设计背景 1
1.2本课题的主要任务 1
1.3本课题研究的主要意义 2
第二章 立体车库的概述 3
2.1立体仓库的基本结构 3
2.2FP0系类PLC的特点及配置 6
2.2.1该型PLC还具有如下特点 6
2.2.2FP0系列PLC的I/O配置 7
2.3设计程序清单 8
2.4系统流程框图 9
2.5PLC实现步进电机库位的定位 12
2.5.1PLC部分 12
2.5.2步进电机驱动器 13
2.5.3步进电机的工作原理及特点 13
2.5.4PLC位置控制指令 15
2.2.5传感器的选择 17
2.6立体车库的编程设计 20
2.6.1系统初始化设置 20
2.6.2脉冲个数的计算 22
2.6.3键盘取低四位 23
2.6.4键盘输入各库位编号 23
结论 28
致谢 29
主要参考资料：
30
第一章 绪论
1.1本课题的设计背景
1969年，美国数字设备公司（DEC）首先研制成功第一台可编程序控制器，并在通用汽车公司的自动装配线上试用成功，从而开创了产业控制的新局面。
至80年代，随大规模和超大规模集成电路等微电子技术的发展，以16位和32位微处理器构成的微机化PLC得到了惊人的发展。
使PC在概念、设计、性能、价格以及应用等方面都有了新的突破。
不仅控制功能增强，功耗和体积减小，本钱下降，可靠性进步，编程和故障检测更为灵活方便，而且随着远程
I/O和通讯网络、数据处理以及图象显示的发展，使PLC向用于连续生产过程控制的方向发展，成为实现产业生产自动化的一大支柱。
可编程控制器（PLC）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，它采用可编程序的贮存器，用来在其内部存储执行逻辑运算、程序控制、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。
利用可编程控制器（PLC），可以设计出成本低、效率高的自动化立体车库。
本系统以PLC为主控制器，结合步进电机、传感技术、位置控制等技术，实现四层十二仓位库体自动存储物品。
自动化立体仓库是以四层十二仓位库体为主体，以成滚珠丝杠、步进电机、直流电机为搬运设备，以松下电工fp0PLC为控制核心，实现高效率物流、大容量存储的机电一体化高科技集成系统，系统具有自动化程度高、运行稳定、精度高、易控制的特点。
1.2本课题的主要任务
课题的主要任务是基于松下FP0系列PLC的立体仓库控制系统的设计。
立体仓库的机构由仓库本体、PLC控制单元、接口单元、巷道式堆垛起重机、和电源单元等组成。
它利用立体仓库模型，采用滚珠丝杠、直线导轨、普通丝杠作为传动装置，通过PLC编程控制实现X、Y、Z轴位置控制，可完成简单的取车或送车动作。
1
1.3本课题研究的主要意义
自动化立体仓库系统是指在不需要人工干预的情况下，运输设备能自动存储和取出货物的多层仓库存储系统。
自动化立体仓库是现代物流系统中迅速发展的一个重要组成部分。
立体车库库应用范围很广，几乎遍布所有行业。
在我国，自动化仓库应用的行业主要有机械、冶金、化工、航空航天、电子、医药、食品加工、烟草、印刷、配送中心、机场、港口等。
随着社会、经济、交通的发展以及人们生活水平的不断提高，车辆无处停放的问题入去突出。
采用立体仓库进行存放车辆与传统的自然地下车库相比，在许多方面显示出优越性。
首先，立体仓库具有突出的节地优势。
仓库可以大幅度的向高空发展，充分利用仓库地面和空间，节省了库存占地面积，提高了空间利用率。
立体仓库存放车辆与传统地下车库相比更加有效的保证人身和车辆的安全，立体车库从管理上可以做到彻底的人车分流。
因此对这个课题的研究是具有重大意义的。
第二章立体车库的概述
2.1立体仓库的基本结构
立体车库的外形结构下图2-1所示。
图2-1立体车库的外形结构
1-垂直方向步进电动机 2-汽车 3-立体车库本体 4-垂直方向定位传感器
5-垂直方向滚珠丝杠6-货台叉车7-货台直流电动机8-急停按钮9-水平方向定位传感器10-按钮11-仓位检测传感器（13个）12-定位标条13-水平方向步进电动机14-PLC15-接口板16-按钮板17-底板
立体仓库主体由立体车库本体单元、PLC控制单元、接口单元及电源单元等组成。
如下图2-2所示。
3
图2-2 立体仓库组成图
1.立体车库本体单元。
该单元由12个仓位和巷道式堆垛起重机等组成。
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，能同时实现二轴定位功能。
3.接口单元。
给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DC24V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、定位保护。
TVT-99V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点位孔点时，对应的Z轴才能进行取货和移货的动作。
机械部分采用滚珠丝杠、滑杠、普通丝杠等机械元件组成，采用步进电机、直流电机作为拖动元件。
电气控制是由松下电工生产的FP0型可编程序控制器（PLC）、步进电机驱动电源模块、开关电源、位置传感器等器件组成。
本系统采用滚珠丝杠、滑杠、普通丝杠作为主传动机构，电机采用步进电机和直流电机，其关键部分是堆垛机，它由水平移动、竖直移动及伸叉机构三部分组成，其水平和竖直移动分别用两台步进电机驱动滚珠丝杠来完成，伸叉机构有一台直流电机来控制它分为上下两层，上层为货台，可前后伸缩，下层装有丝杠等传送机构。
当堆垛机平台移动到货架的指定位置时，伸叉电机驱动货台向前伸出可将货物取出或送入，当货物已送入，则铲叉向后缩回。
控制面板上的开关及按钮功能及仓位号（见图2-3、图2-4）
图2-3控制面板上的开关及按钮功能 图2-4控制面板上的仓位号
表2-1、控制面板上的按钮功能表
按键号
功能选择
定义
1
自动
选择1号仓位
手动
机构水平向左移动
2
自动
选择2号仓位
手动
机构垂直向下移动
3
自动
选择3号仓位
手动
机构水平向右移动
4
自动
选择4号仓位
5
手动
机构水平向后移动
5
自动
选择5号仓位
手动
机构垂直向上移动
6
自动
选择6号仓位
手动
机构水平向前移动
7
自动
选择7号仓位
手动
无意义
8
自动
选择8号仓位
手动
无意义
9
自动
选择9号仓位
手动
无意义
10
自动
选择10号仓位
手动
无意义
11
自动
选择11号仓位
手动
无意义
12
自动
选择12号仓位
手动
无意义
2.2FP0系类PLC的特点及配置
FP0系列可编程控制器（PLC）是松下电工生产的一种超小型PLC，其体积小巧（W25×H90×D60mm），不受安装场所限制。
FP0系列PLC主机有10点
（FP0-10R）、14点（FP0-14R）为继电器输出，16点（FP0-16T）、32（FP0-
32T）点为晶体管输出，I/O最大可扩展到3个单元128点，并且3个I/O扩展单元采用堆叠方式不需要任何电缆，结构紧凑。
FP0系列PLC功能强大，执行每个基本指令只需0.58μs,同时脉冲捕捉和中断输入满足了高速响应的需要。
此外该PLC具有32K步的大容量内存及丰富的指令系统。
2.2.1该型PLC还具有如下特点
1.脉冲输出功能（限于晶体管输出型）
装配了2通道，最大的为10kHz的脉冲输出。
（2通道输出时为5kHz）各自可以独立进行控制，因此可以和2轴独立的位置控制用途相对应。
配备了自动梯形控制，原点返回和JOG运行的专用指令，设定非常简单。
2.高速计数的功能
对单相配备了4通道，2相则为2通道。
在单相的情况下，4通道合计为
10kHz；2相的情况下，2通道合计为2kHz。
以此计数速度，可用于对变频器进行控制等。
3.PWM输出功能（限于晶体管输出型）
使用专用指令，可以实现频率1kHz占空比0.1%～99.9%的脉冲输出。
由于它的超小型尺寸和高度兼容性，FP0拥有广泛的应用领域，如：
继电器顺序控制、室内检测、传送控制、自动货架、给料机、食品加工和包装机、停车器、行车限距仪等。
本系统采用FP0-C16T型PLC作为控制单元，该型PLC属于晶体管输出型，共有16点I/O，其中输入用X表示，有8点，对应的地址为X00-X07；输出用Y表示，有8点，对应的地址为Y00-Y07。
该型PLC程序容量为2720步，支持83条基本指令及114条高级指令
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