PLC的立体仓库机械手.doc

1、作者：田伟 论文题目：基于PLC的立体仓库机械手控制系统设计摘 要随着自动化水平的提高，自动控制技术已广泛的运用于立体仓库领域中，满足了人们对速度、精度、高度、重复存取和搬运等方面的要求，使仓库整体效益和运行的应变能力有很大的提高。机械手在立体仓库货物存取和搬运过程中起关键作用，同时可编程控制器（PLC）以其功能强、可靠性高、使用灵活方便和易于编程等一系列的优点在工业控制中运用广泛。本文主要研究基于PLC的立体仓库机械手的控制系统，主要是对机械手本身和其控制系统软、硬件进行设计，控制机械手在水平、垂直、左右方向的运行，完成出入货辊道输送带与堆垛机库台之间货物传递。关键词：立体仓库 机械手 PL

2、C 控制系统AbstractWith the development of automation level, automatic control technology has been used in the field of stereoscopic warehouse. It meets peoples demands for speed, accuracy, height, repeated access and handling, etc. Additionally, it improves the emergency ability of warehouses whole bene

3、fit and operation. Manipulator plays an important role in the process of accessing and handling of stereoscopic warehouse. At the same time, PLC has advantages of strong function, high reliability, flexible use and easy to program, etc. It has been extensive used in industry control. This thesis is

4、based on the stereoscopic warehouse manipulator control system. The main contents of it includes：the design of manipulator itself, hardware and software design of its control system, the operation design of manipulator in the horizontal, vertical, left and right direction, accomplishing the goods de

5、livery between roller conveyor and stacker.Keywords: stereoscopic warehouse manipulator PLC control system目 录引 言1第1章 绪论21.1本课题研究背景21.2本课题的提出和意义31.3本课题发展现状和未来趋势31.4本课题研究的主要工作4第2章 立体仓库机械手系统模型设计62.1自动化立体仓库与机械手概况62.1.1自动化立体仓库概况62.1.2机械手概况62.2立体仓库机械手模型设计72.2.1立体仓库实验系统设计72.2.2立体仓库机械手模型设计82.2.3本系统研究的目标要求9第

6、3章 机械手整体设计方案103.1机械手的基本原理103.1.1机械手的基本构成103.1.2机械手的分类123.2机械手系统功能设计133.2.1系统对机械手的基本要求133.2.1系统各部分的选择和设计.14第4章 机械手控制系统硬件设计164.1机械手控制系统描述164.2控制系统的动作过程和控制方式174.2.1控制系统的动作过程174.2.2控制系统的工作时序图194.2.3控制系统的控制方式194.3控制系统操作面板的设计204.4系统控制器PLC的选型214.5控制系统输入、输出设计21第5章 机械手控制系统软件设计255.1西门子软件介绍255.2控制系统程序设计255.2.1

7、整体程序结构255.2.2原点复位操作程序265.2.3单操作程序275.2.4自动操作程序275.3控制系统调试部分29第6章 总结31参考文献32致谢33附录一：主程序34附录二：原点复位程序36附录三：手动操作程序39附录四：自动操作程序40引 言在现代工业中，生产过程的机械化、自动化已成为突出的主题。各种自动化设备、控制系统正逐步替代或减轻人的工作，随着工业现代化的进一步发展，自动化技术已用于各行各业，已经成为现代企业中的重要支柱，甚至可以作为衡量一个国家发展水平的一项重要指标。物流行业更是如此，在物流设备领域中不断涌现出新的自动化设备，如工业机械手、堆垛机（机械手的变异）、四向托盘、

8、高架叉车、自动分拣机、自动引导搬运车、集装箱等，极大的减轻了人们的劳动强度，提高了物流运作效率和服务质量，降低了物流成本，在物流作业中起着重要作用，极大的促进了物流的快速发展。自动化立体仓库正是融合了众多先进自动化技术和设备的典型代表，其中以工业机械手、堆垛机和仓库控制系统技术尤为突出。仓库控制系统是指在不直接进行人工处理的情况下自动地存储或取出物料的系统，它功能强大、土地利用率高、存取效率高、准确率高，广泛地运用于机械制造等其他行业的物流系统中。完成这一存取过程的机械手和堆垛机是该系统的最关键部份，机械手主要完成出入货辊道输送带与堆垛机库台之间货物传递，又堆垛机完成存取工作。本课题就是以可编

9、程控制器（PLC）为切入点，着重讨论如何设计自动化立体仓库中的机械手控制系统。本设计采用德国西门子公司生产的S7-200系列PLC，利用所学可编程技术，结合相应的硬件设计装置，完成对机械手各种动作的控制，并能根据需要随时更改机械手动作方式。在整个设计过程中各种方案的敲定与实施均是在指导老师的帮助下，通过实验完成并确定的。设计机械手要求可在空间抓放物体，且动作灵活多样，适用于可变换货物的中小批量自动化搬运。再加上研究的机械手采用的是德国西门子S7-200系列PLC控制，是一种按预先设定的程序进行工件搬运的自动化装置，所以所设计机械手可用于立体仓库完成搬运作业，也可部分代替人工在高温和危险的作业区

10、进行单调持久的作业，并能够实现通过更改相关控制程序来满足对机械手各种动作变化的控制。第1章 绪论1.1本课题研究背景 随着世界经济的快速发展和现代科学技术的进步，物流产业作为国民经济中一个新兴的服务部门，正在全球范围内迅速发展。在国际上，物流产业被认为是国民经济发展的动脉和基础产业，其已经发展成为衡量一个国家现代化程度和综合国力的重要标志之一。从我国目前经济发展状况来看，随着市场经济的深入，单纯依赖商流赚取利润的机会愈来愈少。因此，各企业逐渐将目光转向素有“第三利润源”之称的物流行业，纷纷投资兴建不同类型的流通中心、物流中心或者配送中心，想以此形成新的经济增长点。而自动化技术在企业物流系统中的

11、作用是显而易见的，其发展过程中融入了更多的自动化技术。自动化立体仓库就是最典型的代表，在发达国家作为计算机集成制造系统(CIMS)的重要生产技术基础之一的自动化立体仓库技术早在20世纪80年代末期就已发展得比较成熟。但是，由于自动化立体仓库投资较高，受经济条件的制约，在我国起步较晚，当然这些年来也取得了许多成果。尤其是随着现代网络信息技术的日益完善和高速发展，自动化信息技术受到了全球的普遍重视和关注，电子商务思想日益为企业所接受。伴随电子商务时代的到来，给全球物流带来了新的发展趋势。世界各国都在大力发展电子商务，并在不断地把传统物流和电子商务进行整合，以便提高物流水平。我国也不例外，新的形势逼

12、迫我国物流企业必须尽快适应电子商务的要求，同时也要求我们必须大力发展与物流管理及自动化立体仓库控制相关的技术。近几年我国计算机自动控制技术的飞速发展，为我国自动化立体仓库的发展提供了重要的技术支持。自动化立体仓库不仅具有节省用地、减轻劳动强度、提高物流效率、降低储运损耗、减少流动资金积压等优势；而且在沟通物流信息、衔接产需、保证生产均衡、合理利用资源、进行科学储备与生产经营决策等方面发挥着独特的作用。同时，工业机械手（以下简称机械手）技术也在近年的自动控制领域中迅速发展，随着立体仓库的发展，机械手在立体仓库的作用也愈来愈重要。其中以随立体仓库的出现而发展起来的专用机械手（现称堆垛机）尤为突出，

13、将机械手技术、自动控制技术合理的用于现代自动化立体仓库中，可以使人们真正享受到现代自动控制技术应用于企业物流管理的益处。1.2本课题的提出和意义国内外其它行业采用自动化立体仓库的情况己经充分证明，使用自动化立体仓库能够产生巨大的社会效益和经济效益。在自动化立体仓库、机械手技术、自动控制技术等飞速发展的背景下，怎样使自动控制技术和机械手技术在自动化立体仓库中发挥更大的作用，是现在各国自动化行业和物流行业需要着重研究的问题，而机械手技术就是需要研究的非常重要的自动化技术之一。但目前使用的机械手的电气控制系统一般采用继电器和开关元件组成的控制系统，不能实现较为复杂的逻辑控制和较多功能控制方式的选择，

14、因而现场使用功能和控制方式单一，不能进行在线管理。因此，本课题选择研究并设计自动化立体仓库中机械手部分的控制，将利用PLC的相关知识对这部分系统做分析和设计，并实现多种控制方式。机械手不只是在自动化立体仓库中起关键作用，在其他各行各业中也有重要的运用，所以对机械手的研究有着重要的意义和作用。机械手作为近代自动控制领域中发展起来的一项新技术，已成为现代制造生产系统中的一个重要的组成部分。机械手在各行业中具有的积极作用正逐渐被人们所认识：其一，它能部分地代替人工操作；其二，它能按照生产工艺的要求，遵循一定的程序、时间和位置来完成工件的传送和装卸；其三，它能操作必要的机具进行焊接和装配；其四，它的结

15、构和控制更加灵活，能够快速的通过更改它的结构和控制程序，来满足实际中的各种变化要求。因此，它能大大地改善工人的劳动条件，降低生产的成本，显著地提高劳动生产率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。1.3本课题发展现状和未来趋势 自动化立体仓库系统（Antomated Storage and Retrieval System，AS/RS）是指在不直接进行人工处理的情况下能自动存储和取出物料的系统，它的主体是自动化立体仓库。我国在自动化立体仓库的研究和应用方面起步较早，1963年有了第一台1.25t桥式堆垛机，1974年建成了我国第一座立体仓库，1977年有了第一台采用计算机进行控制和数据处理的整体式结构自动化立体仓库。从此以后，自动化立体仓库在我国得到迅速发展，我国目前己经建成数百座各种类型的自动化仓库，多数是中小型自动仓库。但是我国的自动化立体仓库技术和发达国家还有很大的差距。 而我国机械手的研究与开发始于20世纪70年代，1972年我国有了第一台机械手，随之全国各省都开始研制和应用机械手，我国