基于PLC的立体仓库堆垛机控制系统设计毕业论文

基于PLC的立体仓库堆垛机控制系统设计毕业论文目录1 绪论 (2)1.1 自动化立体仓库的概述 (2)1.2 堆垛机概述 (2)1.3 本设计主要研究容 (3)1.4 堆垛机技术的研究现状 (4)2 系统总体设计 (4)2.1 控制技术要求和系统总体设计 (4)2.2 位置定位 (5)2.3 堆垛机的控制方式 (7)3 硬件设计 (7)3.1 硬件设计控制原理分析 (7)3.2 硬件设计PLC选型及其资源配置 (8)3.3 元器件的选型 (9)4软件设计 (19)4.1控制系统PLC程序流程 (19)4.2 PLC的I/O资源配置 (20)4.3控制系统软件设计及其程序说明 (21)5 系统调试 (26)5.1 硬件部分的调试 (26)5.2 软件部分的调试 (26)6总结 (27)参考文献 (28)附录 (29)致谢 (33)1 绪论1.1 自动化立体仓库的概述在现代物流系统中，自动化立体仓库是一个重要的组成部分，它是一种新型的仓储技术。

自动化立体仓库又称为自动存储/检索系统（Automated Storage &Retrieval System，AS/RS）。

它是物料搬运和仓储科学中的一门综合科学技术工程。

它以高层货架为主要标志，配以成套的先进搬运设备，以先进的计算机控制技术为主要手段，由此组成高频率、大容量的科学存储，以适应现代化生产、物资交流和仓储的需求。

1.2 堆垛机概述堆垛机是自动化立体仓库系统的重要组成部分，它是整个系统的执行部件，存货时将货物从出入货台准确的存放到货位里，取货时将货物从货位中取回到出入货台。

无论何种类型的堆垛机，一般都由水平行走机构、起升机构、载货台及货叉机构、机架和电气设备等基本部分组成。

它是在所谓高层、高速、高密度储藏的概念下的产物。

尽管各厂家各有独创，结构形式有些差异，但可以说小异，所有的堆垛机都不外乎由机架、载货台、伸缩货叉、轨道和控制系统等部分组成。

1.2.1 堆垛机的发展初期的立体仓库使用的堆垛机以桥式起重机为基础，这种堆垛机是从起重机的大梁上悬挂一个门架，利用门架的上下和旋转来搬运货物。

1960年左右在美国出现了巷道式堆垛机，随后巷道式堆垛机逐渐替代了受重量和跨度限制的桥式堆垛机。

1967年日本安装了高度10~15米的高层堆垛机，1969年出现了联机全自动化仓库，我国是在上世纪70年代初期开始研究采用巷道式堆垛机的立体仓库。

目前的堆垛机技术取得了重大的发展，控制技术、定位精度、运行速度都得到了很大程度的提高。

巷道式堆垛机的起升速度已经可以达到90m/min，运行速度达到240m/min，在有的立体仓库中采用上、下两层分别用巷道堆垛机进行搬运作业的方法提高出入库能力。

1.2.2 堆垛机技术的研究现状按现行机械行业标准，有轨巷道式堆垛机分类方式很多，如按支承方式、用途、控制方式、结构、运行轨迹等分类。

无论何种类型的堆垛机一般都由水平行走机构、起升机构、载货台及货叉机构、机架和电气设备等基本部分组成。

体现堆垛机动态性能优劣的指标主要有：运行速度、提升速度、货叉速度、平稳性、认址精度等。

随着科学技术的不断进步，自动化立体仓库的技术水平和仓储机械设备的动态性能也在不断提高。

例如，堆垛机的运行驱动己由20世纪70年代的子母电动机改为变频调速，速度由5-50m/min提升至4-160m/min，国外小载重量的堆垛机最高可达300m/min；提升驱动己由20世纪70年代的双速电动机改进为变频调速，速度由4-16m/min提升至0-25m/min；货叉运行也由单速电动机驱动改进为变频调速，速度由8m/min提升至4~35m/min；在堆垛机自动控制方面还采用闭环控制变频调速系统、Profibus总线控制等先进技术。

尽管如此，目前国产堆垛机的运行速度最高仍保持在160m/min；提升速度在0-80m/min；货叉速度一直保持在0-30m/min；认址采用光电探测，精度不足，认址差错率高。

1.3 本设计主要研究容由于堆垛机PLC控制程序对整个系统自动化程度和各项质量性能有着很重要的影响，因此根据堆剁机的自动控制需考虑其运行特点，并采用不同的编程方法。

本论文分为硬件部分和软件部分，但是由于软件对整个控制的重要性将会主要对软件部分进行阐述。

本论文分为硬件部分和软件部分，但是由于软件对整个控制的重要性将会主要对软件部分进行阐述。

当今社会“仓储”、“物流”等概念已经逐渐为广大公众所了解，其相应的管理技术也在许多大、中型企业中付诸实施。

计算机自控技术的飞速发展，为现代企业的物流管理提供了重要的技术支持。

智能立体仓库就是自控技术在物流管理上的一个很好的应用。

智能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功能，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，使人们真正享受到现代计算机技术应用于企业物流管理的益处。

智能立体仓库是融计算机网络数据库管理技术、自动控制技术、通讯技术、机电技术为一体的综合系统，科技含量高，具有一定的复杂性。

堆垛机或称巷道车是智能立体仓库的主要存取设备，直接执行出、入库等任务的操作，因此其控制系统的灵活性、稳定性直接彰响着整个系统的运行状况。

PLC即可编程逻辑控制器，是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术而发展起来的一种新型工业控制装置。

它具有可靠性高、环境适应性强、灵活通用、使用方便、维护简单等优点，已广泛用于工业过程和位置的自动控制中。

据统计，可编程控制器是工业自动化装置中应用最多的一种设备。

1.4 堆垛机技术的研究现状按现行机械行业标准，有轨巷道式堆垛机分类方式很多，如按支承方式、用途、控制方式、结构、运行轨迹等分类。

无论何种类型的堆垛机一般都由水平行走机构、起升机构、载货台及货叉机构、机架和电气设备等基本部分组成。

体现堆垛机动态性能优劣的指标主要有：运行速度、提升速度、货叉速度、平稳性、认址精度等。

随着科学技术的不断进步，自动化立体仓库的技术水平和仓储机械设备的动态性能也在不断提高。

例如，堆垛机的运行驱动己由20世纪70年代的子母电动机改为变频调速，速度由5-50m/min提升至4-160m/min，国外小载重量的堆垛机最高可达300m/min；提升驱动己由20世纪70年代的双速电动机改进为变频调速，速度由4-16m/min提升至0-25m/min；货叉运行也由单速电动机驱动改进为变频调速，速度由8m/min提升至4-35m/min；在堆垛机自动控制方面还采用闭环控制变频调速系统、Profibus总线控制等先进技术。

尽管如此，目前国产堆垛机的运行速度最高仍保持在160m/min；提升速度在0-80m/min；货叉速度一直保持在0-30m/min；认址采用光电探测，精度不足，认址差错率高。

2 系统总体设计2.1 控制技术要求和系统总体设计本系统中堆垛机运行机构由水平运行的行走机构，垂直运行的起升机构及取送货的伸叉机构三部分组成。

水平部分运动电机和垂直部分运动电机分别采用1000W的三相交流异步电动机和1000W的三相交流异步电动机，由西门子S7-200PLC通过变频器进行控制。

伸叉机构电机采用两相混合式步进电机，由西门子S7-200通过步进电机驱动器进行控制。

根据设计要求将整个定位控制的全过程分成多个阶段：小车前进到指定货架列的过程，将货物抬升到指定货架行的过程，机械手放置货物或者取得货物的过程，放置或者取得货物之后返回的过程。

在各个阶段，对象的特性相对稳定，并且小车在前进和抬升货物的过程控制方面是基本一致的。

下面对各个阶段进行简单的介绍：1.小车前进的过程：在这个过程中，处于自动或者手动控制状态的小车由起始点出发，经过位置的校对，到达预先指定的货架的列。

2.抬升货物的过程：在这个过程中，货物被抬升到预先指定的货架的行。

3.存取货物的过程：在这个过程中，通过控制机械手臂的运动，使机械手到达预先指定的位置。

然后根据实际的需要完成存放或者取得货物的操作。

4.返回过程：在完成指定的操作之后，小车应该返回起始位置。

2.2 位置定位堆垛机要正确、可靠地存取货箱，准确地定位是其关键。

认址方法如图2.1：在巷道地基上相对于每列货格安装一个固定的认址片（挡板），在堆垛机底部安装两个光电开关（GD1和GD2）随堆垛机一起前后运动，每经过一列货格，光电开关通过认址片发出一脉冲信号到PC，从而达到列认址的目的。

图2.2 光电开关同样在堆垛机立柱上相对于每一层安装一认址片可以达到层认址的目的。

当堆垛机达到目的货格时，既计数器的计数值为零时，发出停车信号使其停止运行。

由于堆垛机对其定位要求精度很高，为此把认址结构片做成右图所示的形式，用1号光电开关作为认址计数开关，计数到零时发出停车信号，然后再利用1号与2号开关作精确定位。

如果1、2号开关同时有信号，说明已停准；如果只2号开关有信号说明已超过，点动堆垛机回退，再检测比较；如果只1号开关有信号，说明还未到中心点，点动堆垛机前进，再检测比较。

这样就达到了准确定位的目的。

图2.1 仓库整体布局平面示意图1 货架2 弯道3 堆垛机4 出入库台整个仓库设有四条巷道(带弯道) , 每一巷道口均有一入库台和一出库台, 八排货架, 其中第1、4、5、8 排有35 列, 而第2、3、6、7 排有36 列, 两台堆剁机，具有入库、出库、拣选(库外拣选)、盘库四种作业方式。

1排2排3排4排5排6排7排8排2.3 堆垛机的控制方式本文堆垛机的控制方式有自动和手动控制。

1.手动方式通过堆垛机的转换开关及按钮控制堆垛机水平和提升运动及货叉伸缩。

同时运动速度也可以手动选择。

手动操作时，系统应给予相应的警示信号。

同时系统将解除大部分的保护控制。

手动操作主要用于安装、调试和排除故障。

2. 单机自动用人机界面对堆垛机进行全自动的控制，控制系统根据用户输入的参数进行全自动的取送货动作。

界面操作时，应具备对货物的单送、单取操作。

人机界面应具备实时显示设备运行工况，故障及历史故障查询等功能。

堆垛机采用西门子公司的S7-200型PLC控制，与变频器结合对堆垛机进行变频调速。

3 硬件设计3.1 硬件设计控制原理分析堆垛机的信息显示、作业地址及指令的输入方法有很多种，一种方法是采用发光二极管来显示各种信息（如故障诊断代码等），采用拨码开关来输入作业地址。

此种方法原理简单，但是一旦原器件有损坏，如某个发光二极管损坏，显示的信息就不准；又由于采用拨码开关输入的地址值无法校验，拨码开关使用2-3年后，触点氧化，使电阻增加，工作电压较低（24V），导通电流小（7mA），这样触点电阻的变化，会直接影响拨码开关的可靠性，造成拨码开关拨的数值与PLC 输入的数值不一致，堆垛机无法运行到目的地址。