PLC控制的堆垛式立体车库设计方案.docx

1、 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，

2、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

3、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11.1 本课题的设计背景11.2 本课题的主要任务11.3 本课题研究的主要意义2第二章立体车库的概述32.1 立体仓库的基本结构32.2 FP0 系类

4、 PLC 的特点及配置62.2.1 该型 PLC 还具有如下特点62.2.2 FP0 系列 PLC 的 I/O 配置72.3 设计程序清单82.4 系统流程框图92.5 PLC 实现步进电机库位的定位122.5.1 PLC 部分122.5.2 步进电机驱动器132.5.3 步进电机的工作原理及特点132.5.4 PLC 位置控制指令152.2.5 传感器的选择172.6 立体车库的编程设计202.6.1 系统初始化设置202.6.2 脉冲个数的计算222.6.3 键盘取低四位232.6.4 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，

5、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

6、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

7、。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。11.3 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

8、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。

9、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-PLC 15-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、

10、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 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

11、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

12、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

13、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2.2 FP0 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（W25H90D60mm），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

14、大，执行每个基本指令只需0.58s,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