2015年鄭州大學機電一體化畢業(yè)論文立體倉庫模擬裝置設計及控制PLC控制類控制部分設計.docx

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1、 鄭州大學現代遠程教育 畢業(yè)設計 題目：立體倉庫模擬裝置的設計及控制(PLC控制類)控制部分設計 入學年月XXXX 姓名XXX 學號XXX 專業(yè)機電一體化 聯系方式XXX 學習中心XXX 指導教師XXXX 完成時間XXXX年XX月XX日 目錄 摘要 1 關鍵詞......................................................................................................................................

2、..........1 第一章緒論 2 1．1立體倉庫的定義、特點 2 1.1.1立體倉庫的定義 2 1.1.2立體倉庫的特點 3 第二章立體倉庫控制系統設計 4 2.1設計思想 4 2.1.1系統功能及運行方式 5 2.1.2多種控制及作業(yè)方式 5 2.1.3多種檢測及保護功能 5 2.2立體倉庫控制系統總體結構 5 2.2.1立體倉庫總體結構 5 2.2.1立體倉庫控制系統 6 2.3主要器件簡介 7 2.3.1可編程控制器（PLC） 7 2.3.2傳感器 7 2.3.3堆垛機 7 2.3.4輸送系統 8 2.3.5其它輔助設備 8 2.3.6初步設計

3、控制系統及倉庫管理系統（WMS）的各功能模塊 8 2.3.7仿真模擬整套系統 8 2.4自動化倉庫系統的關鍵技術 9 2.4.1自動化倉庫的自動尋址 9 2.4.2自動識別系統 9 2.4.3堆垛機自動控制系統 9 2.4.4監(jiān)控調度系統 10 2.4.5計算機管理系統 10 第三章總結與展望 11 參考文獻 13 致謝 14 評審表 15 立體倉庫模擬裝置的設計及控制(PLC控制類)控制部分設計 摘要：自動化立體倉庫是物料搬運、倉儲科學的一門綜合科學技術工程，它以高層立體貨架為主要標志，以成套先進搬運設備為基礎、以先進的計算機控制技術為主

4、要手段，高效率的利用空間、時間和人力進行出入庫處理。運輸設備能夠在不需要人工干預的情況下自動存儲和取出貨物的多層倉庫存儲系統，是現代物流與倉儲系統的重要組成部分，立體倉庫的生產和發(fā)展是現代物流體系發(fā)展的要求和信息及時進步的結果。 上世界60年代以來，美、日、歐洲等國家和地區(qū)設計和投入的立體倉庫越來越多，立體倉庫存儲技術已成為了一門新興的學科。由堆垛起重機、入(出)庫工作臺和自動運進(出)及操作控制系統,將物料存放在正確的位置，以便隨時向制造系統供應物料，與搬運設備(如AGV、有軌小車、傳送帶)銜接，可靠及時供應物料。 可編程控制（PLC）是實現自動化立體倉庫的一種重要方式，并且可編程控制器

5、的特點是更加適應于現代化工業(yè)的需要，可實現立體倉庫的出庫，進庫等任務，是自動化立體倉庫的核心部件，對其控制系統的研究具有廣闊的應用前景。 關鍵詞：立體倉庫；PLC；控制系統 第一章緒論 當今社會倉儲、物流等概念已經逐漸為廣大公眾所了解，其相應的管理技術也在許多大、中型企業(yè)付諸實施。隨著企業(yè)對倉儲物流管理的要求不斷提高，土地、人力資源等成本的持續(xù)增加，自動化立體倉庫和物料搬運系統不僅具有充分利用空間、節(jié)省用地、提高貨物存儲量、提高物流效率、降低儲運損耗、高效出入庫、節(jié)省人力資源、減輕勞動強度、減少流動資金積壓等特點，而且在溝通物流信息

6、、銜接產需、保證生產均衡、合理利用資源、進行科學儲備與生產經營決策等方面發(fā)揮著獨特的作用，相比傳統平面?zhèn)}庫顯現出無可比擬的優(yōu)勢，加上計算機自控技術飛速發(fā)展，為現代企業(yè)的物流管理提供了重要的技術支持。自動化立體倉庫就是自動化控制技術在物流管理上的一個很好的應用，使人們真正享受到現代計算機技術應用于企業(yè)物流管理的益處。 1．1立體倉庫的定義、特點 1.1.1立體倉庫的定義 自動化立體倉庫，也叫自動化立體倉儲，物流倉儲中出現的新概念，利用立體倉庫設備可實現倉庫高層合理化，存取自動化，操作簡便化：自動化立體倉庫，是當前技術水平較高的形式。自動化立體倉庫的主體由貨架，巷道式堆垛起重機、入(出)庫工

7、作臺和自動運進(出)及操作控制系統組成。 貨架自動化立體倉庫簡稱立體倉庫。一般是指采用幾層、十幾層乃至幾十層高的貨架儲存單元貨物，用相應的物料搬運設備進行貨物入庫和出庫作業(yè)的倉庫。由于這類倉庫能充分利用空間儲存貨物，故常形象地將其稱為“立體倉庫”。 立體倉庫產生于50年代初，美國出現了采用橋式堆垛起重機的立體倉庫，50年代末60年代初期出現了司機操作的巷道式堆垛起重機立體倉庫，1963年美國率先在高架倉庫中采用了計算機控制技術，建立了第一座計算機控制的立體倉庫，此后自動化立體倉庫在美國和歐洲得到了迅猛的發(fā)展，并形成了專門的學科。60年代中期，日本開始了興建立體倉庫，并且發(fā)展的速度越來越快，

8、成為了當今世界擁有了自動化立體倉庫較多的國家之一。 我國對立體倉庫極其物料搬運設備的研制開始的并不晚，1963年開始研制成第一臺橋式堆垛起重機，1973年開始研制我國第一臺由計算機控制的自動化立體倉庫，該倉庫1980年投入運行。立體倉庫由于與有很高的空間利用率，很強的入出庫能力，采用計算機進行控制管理而利于實施現代化管理的特點，已成為企業(yè)物流和生產管理不可缺少的倉儲技術，越來越多的受到企業(yè)的重視。 自動化立體倉庫是由立體貨架，有軌巷道堆垛機，出入庫托盤輸送機系統，尺寸檢測條碼閱讀系統，通信系統，自動控制系統，計算機監(jiān)控系統，計算機管理系統以及其他的電纜橋架配電柜，托盤，調節(jié)平臺，鋼結構平臺

9、等輔助設備組成的復雜的自動化系統，運用一流的集成化物流理念，采用先進的控制，總線，通訊和信息技術，通過以后設備的協調動作，按照用戶的需要完成指定貨物自動有序，快速準確，高效的入庫出庫作業(yè) 1.1.2立體倉庫的特點 與傳統的貨物倉庫相比較，自動化倉庫主要有極大提高了空間利用率，應用先進物流系統優(yōu)化企業(yè)生產管理，加快貨物存取，減輕勞動強度，提高生產效率，減少庫存資金積壓等突出功能。而且使用立體倉庫可以產生極大的社會效應和經濟效益，使存儲空間從地面向高空發(fā)展，大大提高了空間的利用率；自動化立體倉庫采用層積式存放，結合計算機管理，加快了運行和處理速度，提高了勞動效率，降低操作人員的勞動強度，采用自

10、動化技術后，還能較好的適應黑暗，低溫，污染，有毒和易爆等特殊場合的物品存儲需要；計算機控制能夠準確無誤的對各種信息進行存儲和管理，減少了貨物處理和信息處理過程中的差錯，同時借助于計算機管理還能有效的利用倉庫存儲能力，便于清點和盤算，合理減少庫存，加快資金周轉，節(jié)約勞動資金，從而提高倉庫管理水平，自動化倉庫的信息系統可以與企業(yè)的生產信息系統集成，實現了企業(yè)信息管理的自動化。同時，由于使用自動化倉庫，促進企業(yè)的科學管理，減少浪費，保證均衡生產，也提高了操作人員素質和管理人員的水平。 第二章立體倉庫控制系統設計 2.1設計思想 本文主要研究的是PLC在立體倉庫模擬裝置的控制系統中的應用。系統設

11、計有物流工作站、四自由度機械手、堆垛機、輥道傳輸帶、多層貨架等，操作方便，輸入對應的倉庫號，便可自動存/取貨物（見圖一典型構成及控制）。 圖一典型構成及控制 2.1.1系統功能及運行方式 立體倉庫具有車間的物流管理以及作業(yè)調度和堆垛機的自動控制系統功能。在立體倉庫中物流工作站主機采用PIII計算機，多任務實時操作系統，QRACLE數據庫，TCP/IP網絡等支持軟件，C語言編程，實現了對立體倉庫的動態(tài)管理和作業(yè)監(jiān)控，堆垛機控制系統采用可編程序控制器，使用梯形圖言語編程，控制系統與管理監(jiān)控系統之間實現聯機通訊，堆垛機控制系統具有多種功能，可滿足該物流系統的要求 2.1.2多種控制及

12、作業(yè)方式 為了實現立體倉庫的自動存取，就必須開發(fā)堆垛機控制器，這套具有三種不同技能的控制器：（1）在線自動運行；（2）離線自運行；（3）人工手動運行。而實際運行中已在線自動運行為主，其他2種方式為調試和維修的輔助手電，按照本控制器的設計，可在物流工作站的調度系統中結合成各種可能的堆垛機作業(yè)方式 2.1.3多種檢測及保護功能 本控制系統中既有水平和垂直方向的認址檢測，左右的貨位探測，兩種貨物高度的檢測，貨物不正的檢測記憶，載貨臺占位/空位情況的檢測，機電故障檢測，水平及垂直終點附近的限速及停車檢測等，以保證堆垛機作業(yè)的正常運行。以上檢測大部分是光電檢測，提高了可靠性和反應速度。 2.2立

13、體倉庫控制系統總體結構 2.2.1立體倉庫總體結構 立體倉庫系統由三條輥道傳輸帶、三個出入貨站臺、一個四自由度機械手，一個全自動堆垛機以及兩排貨架組成（見圖二立體倉庫總體結構）。將系統中的傳感器、執(zhí)行器和可編程控制器連接，通過編制相應的程序，就可以用可編程序控器來控制物流工序。 圖二立體倉庫總體結構 2.2.1立體倉庫控制系統 立體倉庫控制系統分為三個部分：輥道控制、堆垛機控制、機械手控制。在設計該控制系統時，采用兩臺三菱FX系列PLC作為立體倉庫的控制裝置。其中#1PLC主要用來控制輥道部分和堆垛機部分，#2PLC主要用來控制四自由度機械手，2臺PLC通過CC—Link網絡連通

14、，通過在兩臺PLC間的數據交換實現三個被控部分之間的協調動作，實現綜合控制?？刂葡到y中配置了一臺上位機，通過RS—232與PLC相連，上位機一方面用于兩臺PLC控制程序的編輯，下載以及調試，另一方面，上位機用來監(jiān)視、管理自動化立體倉庫系統（見圖三立體倉庫控制系統）。 圖三立體倉庫控制系統 在此系統中使用三個變頻器分別來控制三個輥道傳送帶的運轉。輥道可以在正、反兩個方向運轉，可以根據進貨和出貨的需要來使用輥道，進行自由組態(tài)。變頻器有很高的運行可靠性和功能多樣性，降低了電動機運行噪聲，全面而完善的保護功能為電動機提供了良好的保護性能。這里使用的是三菱公司的A500系列的變頻器。 對四自由

15、度機械手的控制時，執(zhí)行部件使用的是北京斯達特機電科技發(fā)展有限公司生產的2相8拍混合式步進電機42BYGH101，X軸伸縮，Z軸升降、底盤回轉和機械手腕回轉分別使用四個步進電動機。使用兩個步進電動機分別控制堆垛機的升降和行走，而貨叉控制使用直流電動機執(zhí)行元件。對這六個步進電動機的控制實際上是對它們對應驅動器的控制。本系統中使用SH—2H057型號的步進電機驅動來驅動步進電動機的運行。 2.3主要器件簡介 2.3.1可編程控制器（PLC） 可編程控制器（PLC）是近年來發(fā)展極為迅速這、應用極為廣泛的工業(yè)控制裝置。它將傳統的繼電器控制技術、自動化技術、計算機控制技術和通信技術融為一體專門為工業(yè)

16、控制而設計、具有可靠性高、功能強、編程簡單、使用方便、環(huán)境適應性好以及體積小、功耗低等特點；具有基本控制功能，模擬控制功能、定位控制功能、網絡通信功能、自診斷功能、顯示監(jiān)控功能等，可以滿足對工業(yè)生產進行監(jiān)視和控制的絕大多數場合的需要。PLC最常用的語言是面向控制的梯形圖語言，它采用了與實際電器原理圖非常接近的圖形編程方式，易學易用。 2.3.2傳感器 信息處理技術取得的進展以及微處理器和計算機技術的高速發(fā)展，都需要在傳感器的開發(fā)方而有相應的進展。微處理器現在已經在測量和控制系統中得到了廣泛的應用。隨著這些系統能力的增強，作為信息采集系統的前端單元，傳感器的作用越來越重要。傳感器已成為自動化

17、系統和機器人技術中的關鍵部件，作為系統中的一個結構組成，其重要性變得越來越明顯。 2.3.3堆垛機 堆垛機是整個自動化立體倉庫的核心設備，通過手動操作、半自動操作或全自動操作實現把貨物從一處搬運到另一處。它由機架（上橫梁、下橫梁、立柱）、水平行走機構、提升機構、載貨臺、貨叉及電氣控制系統構成。 2.3.3.1堆垛機形成的確定 堆垛機形成多種多樣，包括單軌巷道式堆垛機、雙軌巷道式堆垛機、軌巷道式堆株機、單立柱型堆垛機、雙立柱型堆垛機等等。 2.3.3.2堆垛速度的確定 根據倉庫的流量要求，計算出堆垛機的水平速度、提升速度及貨叉速度。 2.3.3.3其它參數及配置 據倉庫現場情況及

18、用戶的要求選這定堆垛機的定位方式、通訊方式等。堆垛機的配置可高可低，視具體情況而定。 2.3.4輸送系統 根據物流圖，合理選擇輸送機的類型，包括：輥道輸送機、鏈條輸送機、皮帶輸送機、提升機等。同時，還要根據倉庫的瞬時流量合理確定輸送系統的速度。 2.3.5其它輔助設備 根據倉庫的工藝流程及用戶的一些特殊要求，可適當增加一些輔助設備，包括：手持終端、叉車、平衡吊等。 2.3.6初步設計控制系統及倉庫管理系統（WMS）的各功能模塊 根據倉庫的工藝流程及用戶的要求，合理設計控制系統及倉庫管理系統（WMS），控制系統及倉庫管理系統一般采用模塊化設計，便于升級和維護。 2.3.7仿真模擬整

19、套系統 在有條件的情況下，對整套系統進行仿真模擬，可以對立體倉庫的貯運工作進行較為直觀的描述，發(fā)現其中的一些問題和不足，并作出相應的更正，以優(yōu)化整個AS/RS系統。 2.4自動化倉庫系統的關鍵技術 2.4.1自動化倉庫的自動尋址 立體倉庫的自動尋址訓是自動尋找存入/提取貨物的位置，計算機控制的自動化倉庫都具有自動尋址的功能。在同一巷道內的貨位地址由三個參數組成：第幾排貨架；第幾層貨格；左側或右側。當自動化倉庫接收到上級管理機的存取地址后，即向指定貨位的方向運行。運行中，安裝在堆垛機上的傳感器不斷檢測位置信息，計算判斷是否到位。 2.4.2自動識別系統 AS/RS的貨物

20、管理基本技術是對貨物進行自動識別和跟蹤。自動識別是指在沒有人工干預的情況下對物料流動過程中某一活動關鍵特性的確定，每一關鍵特性都與生產活動有關，這些關鍵特性包括產品的名稱、數量、設計、質量、物料來源、目的地、體積、重量和運輸路線等等。這些數據被采集處理后，能用來確定產品的生產計劃、運輸路線、路程、庫存、存儲地址、銷售生產、庫存控制、運輸文件、單據和記帳等。貨物信息可以通過聲、光、磁、電子等多種介質獲取。 具體實現時，是在生產的關鍵部位配備自動識別裝置，將每一處所獲取的信息經過計算機網絡系統傳輸，并進行統一處理，從而實現在整個生產過程中對物料的信息跟蹤。現代生產物流系統中，廣泛采用條形碼自動識

21、別技術。這是因為條形碼具有讀取快、精度高、使用方便、成本低、適應性好等優(yōu)點。 2.4.3堆垛機自動控制系統 控制系統是自動化倉庫運行成功的關鍵。沒有好的控制，系統運行的成本就會很高，而效率很低。為了實現自動運轉，自動化倉庫內所用的各種存取設備和輸送設備本身必須配備各種控制裝置。這些控制裝置種類較多，從普通開關和繼電器，到微處理器、單片機和可編程控制器（PLC），根據各自的設定功能，它們都能完成一定的控制任務。如巷道式堆垛機的控制要求就包括了位置控制、速度控制、貨叉控制以及方向控制等。所有這些控制都必須要求通過各種控制裝置去實現。控制系統能對搬運設備（堆垛機等）、運輸設備（輸運機、小車、轉軌

22、車等）進行自動控制，它是自動化倉庫的核心部分之一，直接關系到倉庫作業(yè)的正常進行。因此，控制系統中所采用的材料、設備、傳感器和元件都應用可靠性高、壽命長、易于維護和更換的產品，否則將存在安全隱患。堆垛機的控制現多采用模塊化控制方式，驅動系統一般為交流電機，無級調速。這種方式技術成熟，應用廣泛，既能實現堆垛機的高速運行，又能平穩(wěn)進行停車對位。在控制系統中，還應采取一系列自檢和聯鎖保護措施，確保在工作人員操作錯誤時不發(fā)生事故。對機械及電器故障能進行判斷、報警和向主機系統傳遞故障信息?？刂葡到y應能適應多種操作方式的需要。 2.4.4監(jiān)控調度系統 監(jiān)控系統是自動化倉庫的信息樞紐，是實現自動化倉庫實時

23、控制的重要組成部分，它在整個系統中起著舉足輕重的作用，負責協調系統中各個部分的運行。自動化倉庫系統使用了很多運行設備，各設備的運行任務、運行路徑、運行方向等都需要由監(jiān)控系統來統一調度，按照指揮系統的命令進行貨物搬運活動。在自動化倉庫的實際作業(yè)過程中，監(jiān)控調度系統根據主機系統的作業(yè)命令，按運行時間最短、作業(yè)間的合理配合等原則對作業(yè)的先后順序進行優(yōu)化組合排隊，并將優(yōu)化后的作業(yè)命令發(fā)送給各控制系統，對作業(yè)進程、作業(yè)信息及運行設備（如堆垛機、輸送機等）進行實時監(jiān)控。 2.4.5計算機管理系統 計算機管理系統（主機系統）是自動化倉庫的指揮中心，相當于人的大腦，它指揮著倉庫中各設備的運行。它主要完成整

24、個倉庫的作業(yè)管理和賬目管理，并擔負著與上級系統的通信和企業(yè)信息管理系統的部分任務。自動化倉庫的信息管理是基于現代信息管理理論和現代控制論而創(chuàng)立的一個分支。對于一個自動化倉庫來說，它可以是獨立的，但對于一個企業(yè)，它又是其管理信息系統（MIS）的一個子系統。它不僅對信息進行管理，也對物流進行管理與控制，集信息流和物流于一體，是現代化企業(yè)物流和信息物流管理的重要組成部分。計算機管理系統（主體系統）是自動化倉庫的核心。自動化倉庫管理系統的主要功能是對倉庫所有入、出庫活動進行最佳登錄和控制，并對數據進行統計分析，以便能使決策者及早發(fā)現問題，采取相應的措施，最大限度地降低庫存量，加快貨物流通，創(chuàng)造經濟和社

25、會效益。 第三章總結與展望 我國從60年代末70年代初已開始研究探索立體倉庫技術，直到改革開放以后，特別是近四五年，才有了突飛猛進的發(fā)展。但其中大多數均為手動操作或半自動操作，倉庫帳目還是人工管理；也有不少的倉庫采用計算機管理，而入(出)庫作業(yè)還是人工控制堆垛機的方法；真正采用計算機管理與控制系統自動聯接進行入(出)庫作業(yè)的很少。在高度自動化的生產中，僅有加工裝配自動化是不夠的，還必須有高度自動化的存貯系統配合，才能充分發(fā)揮自動化生產的高效益。近年來，基于PLC的立體倉庫控制系統具有較高的自動化程度，已經成為生產物流倉庫作為生產物流系統的樞紐和核心，是生產物流系統實現物流合理化的關鍵，控制

26、也會越來越完善。 自動化立體倉庫在物流工業(yè)中的優(yōu)越性是顯而易見的，隨著現代科學技術的發(fā)展，這種優(yōu)勢越來越明顯。而且，隨著控制技術的發(fā)展，其效果也有很大的提高。而對核心部件最重要的控制功能就是定位控制，即實現精確定位和速度控制。本文主要研究了立體倉庫模擬裝置的控制。 自動化物流倉儲設備的技術進步，主要依賴于信息技術、計算機技術和控制技術的發(fā)展。巷道式堆垛機作為典型的機電一體化產品，其技術水平主要體現在控制系統的先進性。本系統設計的基本出發(fā)點是實用性與先進性相結合，在保證系統實用能力的前提下體現技術先進性，并為系統的進一步技術升級完善預留接口。 自動化立體倉庫在我國的發(fā)展還很落后，制造工業(yè)的

27、發(fā)展，計算機集成制造技術在中國的發(fā)展，也急需自動化倉庫向更高的水平發(fā)展，隨著現代工業(yè)的發(fā)展，各種高新技術的出現，同時由于市場競爭的日益激烈，對自動化立體倉庫提出了更高的要求，要求實現系統的柔性化，采用靈活的輸送設備和物流線路是實現物流和倉儲自動化的趨勢，這就要求我們不斷的學習提高自己的專業(yè)素養(yǎng)，同時還要求加強與國外物流企業(yè)的交流合作，認真學習和吸收國外的先進技術與經驗，以提高我國的自動化立體倉庫的管理與設計水平。 參考文獻 [1]劉昌褀，《自動化立體倉庫設計》 [2]張曉萍，顏永年，荊明等.《現代生產物流及仿真》 [3]周政璋，黃亦公.《如何規(guī)劃一成功的

28、自動倉儲電腦系統》 [4]丁曉紅，《自動化立體倉庫監(jiān)控系統起重運輸機械》 [5]王霄段智敏《自動化立體倉庫的設計》 [6]趙妍劉志珍張新，《PLC在模擬立體倉庫中的應用》 [7]劉曙光《基于PLC的立體倉庫運行系統》 [8]李廣賓《立體倉庫自動控制系統的設計》 [9]丁曉紅.《自動化倉庫的實時監(jiān)控系統》 [10]郝瑞生《典型工藝設備電氣控制系統安裝調試與維護》 致謝 人生總在不斷的追求中前進，對新技術、新材料的應用也是時代的要求，自動化控制技術人員當然也要緊跟時代潮流，只有不斷學習充實自己，才能把握時代脈搏，

29、通過這兩年來的學習，使我獲益匪淺，有你們的詢詢教誨，才讓我走到了現在。這次畢業(yè)論文能夠順利的完成，并非我一個人的功勞，是所有指導過我的老師，幫助過我的同學和一直關心支持我的家人對我的教誨、幫助和鼓勵的結果。我要在這里對你們表示深深地感謝！在論文完成答辯之際，向本次論文評委和答辯的各位老師，表示最誠摯的謝意! 鄭州大學現代遠程教育?？飘厴I(yè)論文（設計）評審表 姓名 代建軍 學號 11088187159 學習中心 石家莊 專業(yè) 機電一體化 入學年份 2011年春 題目 立體倉庫模擬裝置的設計及控制(PLC控制類)控制部分設計 評審小組意見 很好較好一般較差非常差 撰寫規(guī)范：□□□□□ 論文選題：□□□□□ 內容觀點：□□□□□ 結論與創(chuàng)新：□□□□□ 特別說明： 成績：___________ 組長簽名：____________ 　　年月日 注：1、此表附在論文后面； 2、評審成績按百分制記。