立体仓库电气控制系统设计文档格式.docx

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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。

本文首先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；

电气控制；

PLC

毕业设计外文摘要

Abstract:

Withthedevelopmentofnationaleconomyofourcountry,Theapplicationofautomatedwarehousewillbecomemorewidely.Themainbodyoftheautomatedwarehouseismadeupofshelves,stakingcranesroadway,worktableandoperationcontrolsystem.ElectricalcontrolofthesubjectmainlybySiemensPLC,steppermotordrivepowermodulesandotherdevices.

Firstly,It’sabriefintroductionofthesystem,includingbackground,significance,status,etc.secondly,Thehardwarecomponentsofthesystem,structure,principlearedescribedandanalyzed.Thirdly,thedevicesofthissystemareintroduced,focusingonthePLC—thesoftwareiswritten.Finally,summarizetheknowledgeaboutthispaper.

Keywords:

Warehouse；

ElectricalControl；

PLC；

1.绪论

1.1本课题研究背景与现状

由于世界经济、现代科技的快速发展，物流产业成为经济发展中的新兴的一个服务部门。

在国际上，物流产业成为了国民经济发展的动脉，其发展的程度成为一个国家的现代化程度以及综合锅里的重要标志之一。

在我们国家，由于市场经济的不断深入，单纯依赖商流而赚取利润的机会将会变少。

因此，企业需要将目标转向物流。

在20世纪六、七十年代，一些发达国家都开始重视仓储管理。

立体仓库一般是指采用几层、十几、几十层的货架储存单元货物，用相应的物料搬运设备进行货物的出、入库操作。

因为这类仓库能充分的利用空间存储货物，所以将它称为立体仓库。

[1]

我国立体仓库与物料搬运的研究也并不是很晚，1973年开始研究立体仓库，1980年就有立体仓库应用于实践。

自动化立体仓库有很高的空间利用率、很强的入出库能力、采用计算机进行控制管理而利于企业实施现代化管理等特点，已经成为了企业物流和生产管理不可缺少的仓储技术。

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。

本论文主要是基于PLC所设计的立体仓库电气控制系统。

下面简单阐述PLC的发展背景。

1968年美国最大的汽车制造商通用汽车公司为了适应汽车型号不断更新，提出把计算机的完备功能、灵活性、通用性好等优点和继电器-接触器控制系统的简单易懂、操作方便、价格低等优点结合到一起，做成了一种能适应工业环境的通用控制装置，并把其编程方法及程序输入方法简化，使不熟悉计算机的人员也能够快速掌握其使用技术。

根据这一设想，美国数字设备公司于1969年率先研制出第一台可编程控制器（简称PLC），并在通用汽车公司的自动装配线上试用获得成功。

由于PLC的可靠性高，操作简单，可以大大减少设备的维修和停产所造成的经济损失。

当前PLC已经成为了电气自动化控制系统中应用最为广泛的核心控制装置。

1985年国际电工委员会（IEC）对PLC的定义如下：

“可编程控制器是一种进行数字运算的电子系统，是专为在工业环境下的应用而设计的工业控制器，它采用了可以编程的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计算和算术运算等操作的指令，并通过数字或模拟式的输入和输出，控制各种类型机械的生产过程。

”[2]

因此，进行立体仓库的PLC控制系统的设计，可以推动机械手行业的发展，扩大PLC在自动控制领域的应用，具有一定的经济和理论研究的价值。

1.2本课题研究发展趋势

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。

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。

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。

1.3本课题设计内容

堆垛机是立体仓库的关键部件，负责全部货物的入库承运作业，可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，到达指定库位，将指定库位上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，在各个限位处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。

1.4可编程控制器（PLC）简介

1.4.1可编程控制器（PLC）的基本结构

可编程控制器的基本结构由输入/输出模块、中央处理单元、电源部件和编程器等组成。

PLC与计算机的基本组成一致，它实际上就是一种工业控制计算器。

（1）输入/输出模块在PLC中，CPU是通过输入/输出模块与外界连接的。

输入模块用于将控制现场输入信号变换成CPU能接收的信号，并对其进行滤波、电平转换、隔离和放大等；

输出模块用于将CPU的决策输出信号变换成驱动控制对象执行机构的控制信号，并对输出信号进行功率放大、隔离PLC内部和外部执行元件等。

（2）中央处理单元中央处理器单元包括微处理器、系统程序存储器和用户程序存储器。

微处理器CPU是PLC的核心部件。

（3）电源部件电源部件是把交流电转换成直流电源的装置，它向PLC提供所需的高质量直流电源。

[2]

基本结构如下图所示：

图1.1PLC的基本结构

1.4.2可编程控制器（PLC）的特点

（1）．可靠性高，抗干扰强。

（2）．功能强大，性价比高。

（3）．编程简易，现场可修改。

（4）．配套齐全，使用方便。

（5）．寿命长，体积小，能耗低。

（6）．系统的设计、安装、调试、维修工作量少，维修方便。

[.2]

2.

系统控制方案

2.1立体仓库系统的功能

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、交通分流信号灯控制、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。

按PLC编程功能可分为4大类：

开关量顺序控制、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的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。

3.

系统的硬件配置

3.1立体仓库系统控制

立体仓库系统的控制图如下图3.1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）。

图3.1立体仓库系统控制框图

3.2电气原理图的设计

根据以上的控制要求，得到如下电气原理图：

图3.2PLC外部接线图

3.3立体仓库电气硬件的介绍与选择

3.3.1可编程控制器（PLC）

在PLC系统设计时，首先应确定控制方案，下一步工作就是PLC工程设计选型。

工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。

所以，权衡利弊、合理地选择机型才能达到经济实用的目的。

因此，工程设计选型和估算时，应当是要分析控制过程的特点、要求、范围。

然后根据控制要求，估算输入输出点数、所需存储器容量、确定PLC的功能、外部设备特性等，选择有较高性价比的PLC、设计相应的控制系统。

1．输入输出（I/O）点数的估算

在我们设计时，我们先对I/O点数估算，并且考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，再增加10%～20%的可扩展，以此来确定我们所需要的PLC输入输出点数。

根据