自动化立体仓库

自动化立体仓库

【摘要】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，是一种多层存放货物的高架仓库系统，由自动控制与管理系统、高位货架、巷道堆垛机、自动入库、自动出库、计算机管理控制系统以及其他辅助设备组成。它具有节约占地面积、减轻劳动强度、减少误差、提高仓储自动化水平及管理水平、提高管理和操作人员素质、降低储运损耗、有效地减少流动资金的积压、提高物流效率等诸多优点。如今我国国民经济的飞速发展，自动化立体仓库必然会在各行各业中得到越来越广泛的应用。本课题的电气控制由西门子公司的PLC、步进电机驱动器、步进电动机等器件组成。本文首先对本课题进行简要的介绍，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分别进行介绍，重点对PLC程序进行了编写;最后对设计进行归纳和总结。

【关键词】立体仓库;可编程控制器（PLC）;步进电机

一、引言

可编程控制器（Programmable Controller），简称PLC。它是20世纪70年代以来，在集成电路、计算机技术基础上发展起来的一种新型工业控制设备。由于它具有功能强、可靠性高、配置灵活、使用方便以及体积小、重量轻等优点，国外已广泛应用于自动化控制的各个领域，并已成为实现工业生产自动化的支柱产品。近年来，国内在PLC技术与产品开发应用方面发展很快，除有许多从国外引进的设备、自动化生产线外，国产的机床设备已越来越多地采用PLC控制系统取代传统的继电-接触器控制系统。

自动化立体仓库也称立库，是在不直接进行人工参与的情况下自动地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库作业的仓库。现代意义上的立体仓库，是物流机械和计算机技术地完美结合，仓库作业全部实现自动化。

二、系统硬件设计

（一）可编程控制器（PLC）的基本结构和工作原理

PLC本质上是一种专们用来进行工业控制的计算机，与微型计算机有相同的硬件结构，基本构成如下：电源部件，中央处理单元（CPU），存储器，输入/输出部件，编程器.

PLC的工作过程一般可分为三个主要阶段：输入采样（输入扫描）阶段、程序执行（执行扫描）阶段和输出刷新（输出扫描）阶段。PLC的一个工作周期主要有上述三个阶段，但严格来说还应包括下述四个过程，但这四个过程都是在输入扫描过程之后进行的。有系统自监测，与编程器交换信息，与数字处理器交换信息，网络通信。

（二）全自动堆垛机

堆垛机是随着立体仓库的产生而发展起来的专用起重机，是立体仓库中的重要运输设备，主要用于在高层货架的巷道内来回运行，同时把位于巷道口的货物存入货格，或者将货格内的货物取出并运送至巷道口。该模型由1条巷道、1台全自动堆垛机、2个出货台以及2排货架（4层3列）组成。全自动堆垛机的行走和升降都由步进电动机控制，货叉由直流电动机控制。

（三）步进电机的选择

在该立体仓库控制系统中的步进电动机采用北京斯达特机电科技发展有限公司生产的2相8拍混合式步进电机，它的主要特点：体积小，具有较高的起动和运行频率，有定位转矩等优点。型号：42BYGHl01。电气原理图如图7所示，步进电机的电气技术数据如表1所示。快接线插头：红色表示A相，蓝色表示B 相;如果发现步进电机转向不对时可以将A相或B相中的两条线对调。

（四）步进电机驱动器的选择

本课题采用SH系列步进电动机驱动器，型号为SH-2H057。主要由三部分组成：输出部分、信号输入部分、电源输入部分。SH-2H057步进电动机驱动器采用适用于小功率驱动器的铸铝结构，此结构为超小型封闭结构，自身没有风机，其外壳即可达到良好的散热性，因此要将其固定在较厚的机柜内或较大、较厚的金属板上使用，接触面之间需要涂上导热硅脂，或者在其旁边加一个风机也可达到散热的目的。

（五）传感器的选择

在本设计中采用的是日本欧姆龙公司的产品：欧姆龙EE-SPY402凹槽型、反射型接插件式传感器。采用能抗周围外来光干扰的变调光式，不易受外来光干扰的影响;电源电压采用大量程电压输出型（DC5-24V）;带有便于调整的光轴标识;带有动作确认，容易调整的入光显示灯。它有三根连接线（红、蓝、黑），红色接电源的正极、黑色接电源的负极、蓝色为输出信号，当与挡块接近时输出电平为低电平，否则为高电平。需要注意检测距离不要离传感器太近，否则传感器将不能工作;用接插件方式进行连接，千万不要焊接端子。

（六）微动开关的选择

在该立体仓库控制系统中共有13个仓位（四层十二个仓位加0号仓位）分别采用13只微动开关作为货物检测，当有货物时相应开关动作，其信号对应PLC 的输入点是X22-X36;另外为保险起见，在X轴的左限位和Y轴的下限位处还分别加装了1只微动开关作限位保护，以确保立体仓库在程序出错时不损坏。

（七）PLC的选型

在PLC系统设计时，首先应确定控制方案，下一步进行PLC工程设计选型。设计选型的主要依据是工艺流程的应用要求和特点。

根据所控制的执行机构电源电压及功率来决定输出触点类型，如果系统里有需要用到高速脉冲输出控制步进电机或伺服系统时，一定要选择晶体管输出类型。本设计因为有步进电机的控制所以选择晶体管输出类型。西门子S7系列PLC 体积小、速度快、标准化，具有网络通信能力，功能更强，可靠性更高。本课题设计的立体仓库控制系统有输入信号40个，输出信号21个。所选I/O点不得低于61点，结合实际情况，考虑到经济实惠所以本系统所采用的PLC是西门子S7-200 CPU226 DC24V，外加一个数字量扩展模块EM223。

（八）西门子PLC电气原理图的设计

根据立体仓库的课题设计要求，得出如下图1电气原理图。图1 电气原理图

三、系统控制软件设计

（一）西门子编程软件的特点

西门子STEP 7是用于SIMATIC S7-300/400站创建可编程逻辑控制程序的标准软件，可使用梯形图、语句表和功能块图进行编程操作。PCD1 和PCD2 Saia-PCD 控制设备也可以用Siemens Step 7 来编程。使用STEP 7编程可以在Saia PCD上实现某些集成在STEP 7内的功能，不只是兼容。

STEP 7具有如下功能：硬件配置和参数设置、通讯组态、编程、测试、启动和维护、文件建档、运行和诊断功能等。

（二）系统流程图

1.根据系统工作过程的分析得出如示意图2所示。

图2 系统流程图

2.控制流程介绍：

（1）将选择开关置于自动位置，通电状态下，各机构复位，即返回零位。立体仓库坐标定位以零位开始。

（2）当送货的时候，选择欲送货物的仓位号，按动仓位号对应的按钮，控制面板数码管显示仓位号。按送货按钮后，货物自动送入指定的仓位号对应的仓库位里。若被指定的仓位号里有货物，则送货命令不被执行。送货完成后，小车自动返回原来的位置。