基于plc的自動化立體倉庫設(shè)計畢設(shè)論文

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　自動化立體倉庫也稱自動化存取系統(tǒng)AS/RS(Automatic Storage& Retrieval System)，是在不直接進行人工參與的情況下自動地存儲和取出貨物的系統(tǒng)。自動化立體倉庫采用高層倉庫貨架存儲貨物，用專門的倉儲搬運機械設(shè)備進行貨物出入庫作業(yè)。用可編程控制器PLC控制的自動化立體倉庫實現(xiàn)了物流機械和計算機

2、技術(shù)的完美結(jié)合，推動了倉儲技術(shù)的全面自動化。</p><p>　　基于PLC的自動化立體倉庫系統(tǒng)是根據(jù)自動化立體倉庫運行的基本原理而設(shè)計的。在整個控制系統(tǒng)中，以三菱FX2N系列的PLC作為系統(tǒng)中的核心控制元件，控制面板作為人機接口部件，采用3*3+1的倉庫貨架來存儲貨物，由兩個步進電機來驅(qū)動巷道式堆垛機在水平和豎直方向上的運動，由一個直流電機完成貨叉的取放貨操作。另外，為了保證整個控制系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和可靠性，在

3、每一個倉位上設(shè)置光電傳感器進行貨物檢測，并采用了限位開關(guān)在故障狀況下進行斷電急停保護。 </p><p>　　通過理論研究和邏輯推理，表明本論文所研究的自動化立體倉庫技術(shù)具有一定的先進性和實用性，具備廣闊的應(yīng)用前景。</p><p>　　關(guān)鍵詞　自動化立體倉庫；可編程控制器（PLC）；步進電機 </p><p><b>　　Abstract</b&

4、gt;</p><p>　　Automated warehouse, also known as automated retrieval system AS / RS (Automatic Storage & Retrieval System), is a system which automatically store and retrieve goods without direct human in

5、volvement. Automated warehouse uses high-level storage shelves to store goods, and completes storage operations with a special cargo warehouse handling machinery and equipment. Automated warehouse which is based on PLC a

6、chieves the perfect combination of logistics and computer technology, and promotes the ful</p><p>　　PLC-based automated warehouse system is based on the basic principles of automated warehouse designed to ru

7、n on. In the control system, the PLC Mitsubishi FX2N series is as the core of the system control element, the control panel member is as a human interface, a 3*3+1 warehouse shelves is for storing goods, the stepper moto

8、r is to drive the two roadway stacker movement in the horizontal and vertical directions, a DC motor forks take delivery of the goods to complete the operation. Further, in </p><p>　　This thesis warehouse au

9、tomation technology has certainly advancement、practicability and broad application prospects, through theoretical and logical reasoning.</p><p>　　Keywords automated warehouse； programmable logic controller

10、 (PLC) ； stepper motor </p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要I</b></p><p>　　AbstractIII</p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p&g

11、t;　　1.1 自動化立體倉庫概述1</p><p>　　1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1</p><p>　　1.2.1 國外研究現(xiàn)狀1</p><p>　　1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀2</p><p>　　1.3 課題研究意義2</p><p>　　1.3.1 社會意義2</p><p>

12、　　1.3.2 科技意義3</p><p>　　1.4 未來發(fā)展趨勢3</p><p>　　第2章 自動化立體倉庫設(shè)計方案5</p><p>　　2.1倉庫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計5</p><p>　　2.2倉庫系統(tǒng)實現(xiàn)的功能6</p><p>　　2.3 倉庫系統(tǒng)設(shè)計中的核心問題及解決方法6</p>

13、<p>　　2.4 本章小結(jié)7</p><p>　　第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計9</p><p>　　3.1 主要硬件模塊介紹9</p><p>　　3.1.1控制面板9</p><p>　　3.1.2倉庫貨架9</p><p>　　3.1.3倉儲機械設(shè)備10</p><p>

14、　　3.1.4 光電傳感器15</p><p>　　3.1.5 電源模塊17</p><p>　　3.2 可編程控制器PLC18</p><p>　　3.2.1 PLC的定義及特點18</p><p>　　3.2.2 PLC的工作原理19</p><p>　　3.2.3 PLC的選型20</p>

15、<p>　　3.2.4 PLC輸入輸出I/O口分配22</p><p>　　3.3 系統(tǒng)電氣原理圖設(shè)計24</p><p>　　3.3.1 電氣原理圖設(shè)計的基本步驟24</p><p>　　3.3.2 電氣原理圖的設(shè)計方法24</p><p>　　3.3.3 主電路電氣原理圖25</p><p>

16、;　　3.3.4 控制電路電氣原理圖27</p><p>　　3.3.5 元器件目錄清單29</p><p>　　3.4 系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)的計算與確定29</p><p>　　3.5 本章小結(jié)30</p><p>　　第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計31</p><p>　　4.1 PLC梯形圖概述31</p>

17、<p>　　4.2 三菱編程軟件的特點32</p><p>　　4.3 系統(tǒng)程序設(shè)計33</p><p>　　4.3.1 流程圖設(shè)計34</p><p>　　4.3.2 PLC程序37</p><p>　　4.4 本章小結(jié)44</p><p><b>　　結(jié)論45</b>

18、</p><p><b>　　參考文獻47</b></p><p><b>　　致 謝49</b></p><p><b>　　附錄151</b></p><p><b>　　附錄269</b></p><p><b

19、>　　附錄377</b></p><p><b>　　附錄495</b></p><p><b>　　附錄599</b></p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　1.1 自動化立體倉庫概述</p><p&

20、gt;　　根據(jù)國際自動化倉庫會議(International Conference on Automatic Warehouse)的定義，所謂自動化立體倉庫(Automated High-rise Warehouse)就是采用幾層、十幾層乃至幾十層的高層貨架存放貨物，以巷道堆垛起重機為主、并結(jié)合入出庫周邊機械設(shè)備來進行作業(yè)的一種倉庫。由于這類倉庫能充分的利用空間來儲存貨物，故常形象地將其稱為自動化立體倉庫。</p><

21、;p>　　自動化立體倉庫的形式主要分為整體式倉庫(Building type：Building in rack supported)和分離式倉庫(Unit type：Building is freestanding front rack structure)兩個基本的類型。自動化立體倉庫起始于整體式倉庫。它由貨架項部支撐建筑屋架，在貨架邊側(cè)安裝墻圍，貨架與建筑物成為一個整體。其主要特點是建筑費用較低，抗震性強，尤其適用于建設(shè)15米

22、以上的大中型自動化立體倉庫。整體式倉庫具有技術(shù)水平高、投資大和建設(shè)周期長等問題，適用于大型企業(yè)和流通中心．相反，分離式倉庫的貨架結(jié)構(gòu)自成一個單元，與建筑無關(guān)，呈獨立、分離狀態(tài)，適用于車間存儲倉庫、舊倉庫技術(shù)改造革新和中小型自動化立體倉庫。</p><p>　　本次設(shè)計的是中小型分離式自動化立體倉庫，其基本系統(tǒng)主要有四個組成部分：儲存貨架、存取設(shè)備、輸入輸出設(shè)備、控制系統(tǒng)。這類倉庫由于其投資小，建設(shè)周期短，空間利用

23、率高、出入庫能力強、采用計算機進行控制等特點，利于企業(yè)實施現(xiàn)代化管理，已成為企業(yè)物流和生產(chǎn)管理不可缺少的倉儲設(shè)備，越來越受到企業(yè)的青睞和重視。</p><p>　　1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀</p><p>　　1.2.1 國外研究現(xiàn)狀</p><p>　　堆跺機是自動化立體倉庫的主要作業(yè)機械，擔負著出庫、進庫、盤庫等任務(wù)，是自動化立體倉庫的核心部件，自動化立體倉庫的發(fā)

24、展就是以堆跺機的發(fā)展為主要標志的。50年代初，在美國率先出現(xiàn)了采用橋式堆垛起重機的立體倉庫; 50年代末60年代初出現(xiàn)了司機人工操作的巷道式堆垛起重機立體倉庫; 1963年美國首次在高架倉庫中采用計算機控制技術(shù)，建立了第一座基于計算機控制的立體倉庫。自60年代以來，美日歐等國家和地區(qū)設(shè)計和投入使用的立體倉庫越來越多，立體倉儲技術(shù)也逐步發(fā)展成為專門的新興學科，目前巷道式堆跺機為主要發(fā)展方向。據(jù)不完全統(tǒng)計，美國有各種類型的自動化立體倉庫20

25、000多座，日本有38000多座，德國有10000多座，英國有4000多座，前蘇聯(lián)有1500多座[1]。</p><p>　　1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀</p><p>　　中國對自動化立體倉庫及其物料搬運設(shè)備的研制開始并不晚，早在1963年就研制成第一臺橋式堆垛起重機(由機械部北京起重運輸機械研究所研制)，1973年研制出我國第一座由計算機控制的自動化立體倉庫(高約15 m，機械部起重所負

26、責)，該庫1980年投入正常運營。由北京機械工業(yè)自動化研究所等單位研制成的我國第一座自動化立體倉庫，在北京汽車制造廠進入投產(chǎn)。從此以后，立體倉庫在我國得到了迅速的發(fā)展。據(jù)不完全統(tǒng)計，目前我國己經(jīng)建成的立體倉庫近300個，其中全自動化的立體倉庫有30多個。1995年建成的儀征化纖工業(yè)聯(lián)合公司滌綸長絲自化立體倉庫，是目前我國獨立設(shè)計和制造的綜合自動化程度最高的立體倉庫[2]。近些年我國自動化倉庫技術(shù)發(fā)展很快，己實現(xiàn)了與其它信息決策系統(tǒng)的集成

27、，并且具備一定規(guī)模的開發(fā)能力，目前正在做智能控制和模糊控制的進一步研究工作。盡管如此，至今在我國已建成的集成化的自動化立體倉庫系統(tǒng)還不是很多，我國的自動化立體倉庫與國外發(fā)達國家相比，無論是從建設(shè)水平上還是從數(shù)量上都存在著比較大的差距。</p><p>　　1.3 課題研究意義</p><p>　　1.3.1 社會意義</p><p>　　自動化立體倉庫的主要特點在于

28、以高層貨架為標志，以成套先進運輸設(shè)備為基礎(chǔ)，以先進的計算機控制技術(shù)為手段，高效率地利用倉儲空間，節(jié)約人力、物力和財力進行各種出入庫作業(yè)，具有巨大的社會經(jīng)濟效益，因此在機械生產(chǎn)業(yè)、電器制造業(yè)、航空港、輕工和化工企業(yè)、商儲業(yè)、軍需部門等各行各業(yè)中得到了普遍應(yīng)用。其中自動化立體倉庫集機械、電子、控制、計算機技術(shù)于一體，在物流監(jiān)控技術(shù)、計算機應(yīng)用技術(shù)、通信技術(shù)、貨位優(yōu)化管理等技術(shù)領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。其科技含量高，貨物存取效率高、自動化程度高，讓

29、自動化立體倉庫具有廣闊的市場前景,所以為了更加合理利用資空間源、保證社會供求平衡、提高現(xiàn)代物流運輸效率，我們應(yīng)該為提高自動化立體倉庫先進性、可靠性，提高其經(jīng)濟效益和社會效益，提高我國的物流技術(shù)水平做出我們應(yīng)有的貢獻[3]。 </p><p>　　1.3.2 科技意義</p><p>　　近些年我國更加重視教育的發(fā)展，自動化立體倉庫技術(shù)在這個大環(huán)境下也有了顯著地進步和發(fā)展，但盡管如此，比較成

30、熟的自動化立體倉庫系統(tǒng)在我國還是不太多見，無論是從數(shù)量上還是從建設(shè)水平上，我國的自動化立體倉庫與國外發(fā)達國家還是存在著比較大的差距，其主要原因就是自動化程度不高，控制技術(shù)不成熟。在自動化立體倉庫控制系統(tǒng)中采用PLC控制器進行編程控制是一個很大的技術(shù)領(lǐng)域的飛躍，因為PLC控制器有很多優(yōu)點，其功能強大，可靠性高，抗干擾能力強，維修方便，易于實現(xiàn)機電一體化，完全可以滿足自動化立體倉庫系統(tǒng)對于工作環(huán)境和控制技術(shù)的要求。所以近幾年來，基于可編程控

31、制器PLC與微機控制搬運設(shè)備的倉庫以及采用計算機管理與PLC聯(lián)網(wǎng)控制的全自動化倉庫在整體立體倉庫中的比重不斷增加。當然隨著科技的發(fā)展也逐漸證明，非自動化倉庫系統(tǒng)己不再是我們現(xiàn)代物流運輸?shù)难芯堪l(fā)展方向。為了適應(yīng)工業(yè)發(fā)展的形勢與需求，出現(xiàn)了規(guī)模更小，反應(yīng)速度更快，用途更廣的自動化立體倉庫系統(tǒng)，并且達到了很高的倉庫空間利用率。</p><p>　　1.4 未來發(fā)展趨勢</p><p>　　隨著我

32、國加入WTO，加快了經(jīng)濟全球化的進程，近一步促進了物資流通，貨物儲運發(fā)送量越來越大?？梢灶A(yù)測，今后市場對倉儲物流設(shè)備的需求量將有更大幅度的增長，而且將在存取率、自動化程度、信息化程度等方面提出更高的要求。</p><p>　　目前，自動化立體倉庫正在向集成化、智能化、信息化、小型化、專業(yè)化[5]方向發(fā)展，只有增強系統(tǒng)的控制柔性，提高系統(tǒng)的運行反應(yīng)速度，才能更好的適應(yīng)工作現(xiàn)場的不同要求。在自動化立體倉庫的設(shè)計和發(fā)展

33、中要緊緊的把握自動化立體倉庫的發(fā)展動向，了解社會各方面的真實需求，才能設(shè)計出合理、實用、高效的自動化立體倉庫系統(tǒng)，在實現(xiàn)倉儲自動化的基礎(chǔ)上，達到經(jīng)濟的最優(yōu)化，做到性能與經(jīng)濟的統(tǒng)一，為企業(yè)的生產(chǎn)物流管理帶來更大的便利和經(jīng)濟效益，真正推動中小型企業(yè)的現(xiàn)代化管理。</p><p>　　第2章 自動化立體倉庫設(shè)計方案</p><p>　　2.1倉庫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計</p><p&

34、gt;　　基于PLC控制的自動化立體倉庫能較好地滿足特殊倉儲環(huán)境的需要,保證貨品在整個倉儲過程的安全運行,明顯的提升了出入庫作業(yè)質(zhì)量;由于采用了高層存儲貨架和自動化管理系統(tǒng),大大提高了倉庫的單位面積利用率；減少了貨物和信息處理過程中差錯的出現(xiàn)及造成的損失，便于實現(xiàn)系統(tǒng)的整體優(yōu)化管理與升級。</p><p>　　通過參考自動化立體倉庫系統(tǒng)實物的一般結(jié)構(gòu)形態(tài)，設(shè)計微型模擬自動化立體倉庫，主要由控制面板、PLC控制器、

35、倉庫貨架、倉儲機械設(shè)備、電源模塊和光電傳感器等組成，簡要實現(xiàn)過程：操作人員通過控制面板，對自動化立體倉庫輸入操作命令，比如將貨物送到某一倉位，控制面板將這一命令傳送給PLC控制裝置，PLC控制裝置會首先去接受來自倉庫光電傳感器模塊的反饋檢測信息，如果該倉位沒有貨物占據(jù)位置，則PLC控制裝置接收到這一檢測信息后將會調(diào)用送貨命令的相應(yīng)子程序并執(zhí)行，以此來驅(qū)動倉儲機械設(shè)備把貨物運送到合適的倉位，完成送貨的任務(wù)。根據(jù)各個模塊的功能，合理排列模塊

36、之間的位置，設(shè)計了一個微型自動化立體倉庫的整體結(jié)構(gòu)，如圖2-1所示：</p><p>　　圖2-1 微型自動化立體倉庫的整體結(jié)構(gòu)</p><p>　　2.2倉庫系統(tǒng)實現(xiàn)的功能</p><p>　　自動化立體倉庫系統(tǒng)是基于PLC控制的，實現(xiàn)的主要功能如下：

37、 </p><p>　　自動將貨物送進某一指定倉位；</p><p>　　自動將某一指定倉位貨物取出；</p><p>　　將起始0倉位的貨物運送到任意倉位；</p>

38、;<p>　　將任意倉位的貨物取出至起始0倉位；</p><p>　　將某一倉位的貨物送至另一倉位；</p><p>　　實現(xiàn)整體倉位的貨物檢測；</p><p>　　倉庫運行故障情況下急停保護；</p><p>　　2.3 倉庫系統(tǒng)設(shè)計中的核心問題及解決方法</p><p>　　自動化立體倉庫系統(tǒng)要實現(xiàn)

39、的功能比較多，因此結(jié)構(gòu)功能設(shè)計也相對復雜一點，在研究自動化立體倉庫的設(shè)計中，主要遇到了以下幾個問題：</p><p>　　1)貨物倉位的準確定位</p><p>　　常用的定位辦法采用三維X、Y、Z軸坐標定位法?？梢园严锏朗蕉讯鈾C的移動分解為水平(X軸)和豎直(Y軸)兩個方向，通過控制這兩個方向上的位移多少來進行定位，即可以將貨物送到準確的倉庫位置，之后將貨叉的取送貨移動作為Z軸方向運動，

40、因此在硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計的時候，在動力驅(qū)動控制上可以采用兩個步進電機，分別給水平(X軸)移動和豎直(Y軸)移動提供動力，從而準確到達指定倉庫位置。PLC發(fā)出一定數(shù)量的脈沖，經(jīng)過驅(qū)動器驅(qū)動步進電機旋轉(zhuǎn)一定的角度，要想實現(xiàn)步進電機的精確控制，則需要對它的具體運行步數(shù)進行計數(shù)，即實現(xiàn)通過輸入不同數(shù)字脈沖量使機械到達不同的位置，需要做到的就是控制步進電機到達指定倉位走多少個單位長度。</p><p>　　2)到達指定倉位后，貨

41、叉的取放操作</p><p>　　巷道式堆垛機在到達指定的操作倉位后，可通過控制傳送平臺上的貨叉前后和上下移動來進行貨物出入庫作業(yè)。我們已將水平方向和垂直方向的移動設(shè)為X軸方向和Y軸方向，把貨叉的前后移動設(shè)為Z軸方向。取貨的時候，貨叉先向前伸入至貨物底部(+Z方向)，然后往上抬起貨物(+Y方向)，最后縮回(-Z方向)。送貨的時候，貨叉先向前伸入至倉位中(+Z方向)，然后往下放下貨物(-Y方向)，最后縮回(-Z方向

42、)，以此來有效的實現(xiàn)取放貨操作。另外，為了使貨叉在不規(guī)律交替取放貨時位置能夠統(tǒng)一，通過計算給貨叉設(shè)定一個固定停放位置。</p><p>　　3)PLC控制器接到操作命令時，響應(yīng)前倉位情況的判斷</p><p>　　對于這個問題，可以通過在每個倉位上安裝光電傳感器來實現(xiàn)。光電傳感器是采用光電元件作為檢測元件的傳感器，當倉位中貨物已滿時，光電傳感器接收到遮光信號后轉(zhuǎn)變成電信號，進而可將此信號傳

43、送給PLC控制器，當然，在光電傳感器與PLC輸入口連接時要具體考慮供電電壓及容量等問題，因此PLC控制器可根據(jù)接收到光電傳感器的信號判斷倉位是否有貨物并決定如何響應(yīng)。</p><p>　　4) 意外故障情況時，機械裝置的保護措施</p><p>　　對于保護機械裝置在各個方向的移動，可以在立體倉庫中設(shè)置極限限位開關(guān)，從而在倉儲機械設(shè)備移動時實施必要的保護，設(shè)置X軸前進后退極限位保護和Y軸上

44、行極限位保護。通過以上保護限位開關(guān)的存在，可以確保操作人員在編程實驗調(diào)試或是立體倉庫實際運行出錯時，及時切斷步進電機的供電電壓，不對裝置造成損壞，提供系統(tǒng)的安全性和可靠性。</p><p><b>　　2.4 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章簡明的介紹了自動化立體倉庫方案中的模塊組成，說明了系統(tǒng)可以實現(xiàn)的控制功能，并且對于方案設(shè)計確立過程中遇到的核心問題與解

45、決方法進行了詳細的說明。</p><p>　　第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計</p><p>　　3.1 主要硬件模塊介紹</p><p>　　自動化立體倉庫系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)主要由控制面板，倉庫貨架，倉儲機械設(shè)備，光電傳感器、電源模塊等組成，其具體結(jié)構(gòu)介紹如下。</p><p><b>　　3.1.1控制面板</b></p>

46、;<p>　　控制面板作為自動化立體倉庫系統(tǒng)的人機接口部件，是操作人員操控立體倉庫系統(tǒng)的平臺。主要設(shè)有系統(tǒng)起停按鈕區(qū)、功能鍵盤輸入?yún)^(qū)、倉位號顯示區(qū)和狀態(tài)指示區(qū)。面板中間的綠色按鈕為啟動按鈕，紅色按鈕為停止按鈕，啟動后操作人員可以通過控制面板上的鍵盤將具體操作信號和指定的倉位號傳送給PLC控制器，PLC控制器通過綜合判斷，將是否響應(yīng)、如何響應(yīng)的信息傳送給其他模塊，從而控制物品的取或送操作。同時面板上倉位號顯示區(qū)的七段共陰極數(shù)

47、碼管可以把當前進行操作的倉位的標號顯示出來，三個黃色狀態(tài)指示燈可以顯示系統(tǒng)此時處于“取貨”、“送貨”或是“操作錯誤”的狀態(tài)。控制面板示意圖如圖3-1所示：</p><p>　　圖3-1 控制面板示意圖</p><p>　　3.1.2倉庫貨架 </p><p>　　目前的倉庫貨架具有多種功能，以滿足機械化和自動化的要求。自動化立體倉庫使用高層貨架存儲貨物，貨架被分

48、成若干排，每排貨架為一組，其間留有一條巷道供堆垛機或其他存取貨物裝備作業(yè)。每排貨架又分若干行和列，形成大量倉庫貨位，用以存儲貨物。為了提高貨物出入庫效率，自動化立體倉庫一般使用貨箱或托盤盛放貨物，以便于堆垛機貨叉的插取和存放。此次自動化立體倉庫系統(tǒng)采用3*3+1微型倉庫貨架進行模擬設(shè)計，其中0倉位為原始倉位，設(shè)有原始0號倉位檢測限位開關(guān)，不涉及貨物存放，只是堆垛機的起始停放處。整體倉庫貨架簡要示意圖如圖3-2所示：</p>

49、<p>　　圖3-2 3*3+1微型倉庫貨架示意圖</p><p>　　3.1.3倉儲機械設(shè)備 </p><p>　　自動化立體倉庫的倉儲機械設(shè)備主要是巷道堆垛機，巷道堆垛機也是整個自動化立體倉庫系統(tǒng)的核心設(shè)備，其主要用途是在高層貨架的巷道內(nèi)來回穿梭運行，將位于巷道口的貨物存放入指定倉位中，或者將貨物取出運送到巷道口。</p><p>　　巷道堆垛機

50、按結(jié)構(gòu)分為：單立柱型堆垛機、雙立柱型堆垛機、梯形立柱堆垛機；按運行軌跡分為：直線運行型堆垛機、曲線運行型堆垛機；本次設(shè)計的自動化立體倉庫系統(tǒng)按照具體設(shè)計功能要求，采用直線運行型、單立柱型有軌巷道堆垛機作為自動化立體倉庫的核心運輸設(shè)備。它主要由機架（天軌、地軌、立柱、底架）、水平走行機構(gòu)、豎直升降機構(gòu)、載貨臺、貨叉及電氣控制系統(tǒng)構(gòu)成。圖3-3為直線運行型單立柱有軌巷道堆垛機結(jié)構(gòu)示意圖：</p><p>　　圖3-3

51、 直線運行型單立柱有軌巷道堆垛機結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　巷道堆垛機結(jié)構(gòu)中走行驅(qū)動和升降驅(qū)動分別由兩臺步進電機進行控制，貨叉的取放貨物操作則由一臺直流電機進行控制。</p><p>　　步進電機為系統(tǒng)中的主要執(zhí)行元件，選擇步進電機的主要原因是其適用于開環(huán)控制，而且其控制精度較高，同時也是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機構(gòu)。通過控制脈沖個數(shù)可以很方便的控制步進電機轉(zhuǎn)過的角位移，且步進電

52、機的誤差不積累，可以達到準確定位的目的。步進電機是PLC控制系統(tǒng)中的執(zhí)行電動機，當系統(tǒng)將一個電脈沖信號加到步進電機定子繞組時，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)一步，最終轉(zhuǎn)子沿某一方向轉(zhuǎn)動的步數(shù)就等于系統(tǒng)發(fā)出的電脈沖個數(shù)。因此，改變輸入脈沖的數(shù)目就能控制步進電動機轉(zhuǎn)子機械位移的大??；改變輸入脈沖的通電相序，就能控制步進電動機轉(zhuǎn)子機械位移的方向，最終實現(xiàn)位置的定位控制。在非超載的情況下，電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響，步

53、進電動機的這種精確的控制定位功能，是其它電動機無法比擬和替代的,解決了自動化立體倉庫系統(tǒng)核心問題。</p><p>　　在步進電動機的選擇時，首先要考慮的是步進電動機的類型選擇，其次才是具體的品種選擇。步進電機主要分為三類：</p><p>　　1）永磁式步進電機：一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進角一般為7.5度或15度。</p><p>　　2）反應(yīng)式步進電機：一

54、般為三相，可實現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進角一般為1.5度，但噪聲和振動都很大。</p><p>　　3）混合式步進電機：指混合了永磁式和反應(yīng)式步進電機的優(yōu)點，它又分為兩相和五相。兩相步進角一般分為1.8度而五相步進角一般為 0.72度，這種步進電機的應(yīng)用最為廣泛。</p><p>　　該自動化立體倉庫設(shè)計中需要步進電動機電壓低、電流小、有定位轉(zhuǎn)矩和使用螺栓機構(gòu)的定位裝置，故確定步進電動機采用2相8

55、拍混合式步進電機，其主要特點是：體積小，具有較高的起動和運行頻率，有定位轉(zhuǎn)矩等優(yōu)點；在進行步進電動機的品種選擇時，綜合考慮速比i、軸向力F、負載轉(zhuǎn)矩、額定轉(zhuǎn)矩和運行頻率，確定步進電機型號為： 42BYGHl01。電氣原理圖如下圖3-4所示?？旖泳€插頭： A相和B相；如果發(fā)現(xiàn)步進電機轉(zhuǎn)向不對時可以將A相或B相中的兩條線對調(diào)調(diào)整。</p><p>　　圖3-4 2相8拍混合式步進電機電氣原理圖</p>

56、<p><b>　　步進電機電氣參數(shù)：</b></p><p>　　電機型號：42BYGHl01</p><p><b>　　相數(shù)：2</b></p><p><b>　　步距角：1.8度</b></p><p><b>　　相電流：1.7A</b&g

57、t;</p><p>　　驅(qū)動電壓：DC24V</p><p>　　額定轉(zhuǎn)矩：0.44N·M</p><p><b>　　凈重：0.24kg</b></p><p>　　步進電機與交直流電動機不同的是，僅僅接上供電電源，它是不會正常運行的。步進電動機需要專門的驅(qū)動裝置供電，步進電機驅(qū)動器和步進電動機是一個有機的

58、整體，步進電動機的運行性能是電動機及其驅(qū)動器二者配合所反映的綜合效果。步進電機驅(qū)動器是一種能使步進電機運轉(zhuǎn)的功率放大器，能把PLC控制器發(fā)來的脈沖信號轉(zhuǎn)化為步進電機的角位移，電機的轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比，所以控制脈沖頻率可以精確調(diào)速，控制脈沖數(shù)就可以精確定位。下圖3-5為步進電機驅(qū)動器內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖：</p><p>　　圖3-5 步進電機驅(qū)動器內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖</p><p><b&g

59、t;　　其中：</b></p><p>　　接口電路：用光電隔離方式將運動控制器和驅(qū)動器連接起來，避免驅(qū)動器中的大電流干擾信號經(jīng)地線竄入運動控制器電路。</p><p>　　環(huán)形分配器：將脈沖及方向信號按設(shè)定的節(jié)拍方式，轉(zhuǎn)換為功放管的導通和截止信號，從而控制各相繞組的通電和斷電。</p><p>　　功率放大器：將電源功率轉(zhuǎn)換為電機輸出功率驅(qū)動負載運動。

60、</p><p>　　所有型號驅(qū)動器的輸入信號都相同，共有三路信號，它們是：步進脈沖信號CP、方向電平信號DIR、脫機信號FREE(此端為低電平有效，這時電機處于無力矩狀態(tài)；此端為高電平或懸空不接時，此功能無效，電機可正常運行)，它們在驅(qū)動器內(nèi)部的接口電路都相同。OPTO端為三路信號的公共端，三路輸入信號在驅(qū)動器內(nèi)部接成共陽方式，所以O(shè)PTO端須接外部系統(tǒng)的Vcc，在自動化立體倉庫系統(tǒng)中PLC的COM1提供+5V

61、電壓，保證給驅(qū)動器內(nèi)部光耦提供合適的驅(qū)動電流。步進電機驅(qū)動器具體接線圖如下圖3-6所示：</p><p>　　圖3-6 步進電機驅(qū)動器具體接線圖</p><p>　　經(jīng)比較采用SH系列步進電動機驅(qū)動器與42BYGHl01步進電機配合使用，型號為SH-2H057。SH-2H057步進電動機驅(qū)動器采用鑄鋁結(jié)構(gòu)，此種結(jié)構(gòu)主要用于小功率驅(qū)動器。</p><p>　　步進電

62、機驅(qū)動器的電氣參數(shù)為：</p><p>　　驅(qū)動器型號：SH-2H057</p><p><b>　　相數(shù)：二相</b></p><p><b>　　類別：混合式</b></p><p>　　撥位開關(guān)設(shè)定細分數(shù)：二相八拍</p><p>　　最大相電流開關(guān)設(shè)定：3.0A<

63、;/p><p>　　工作電源：一組直流DC(24V-40V)</p><p>　　直流電機的作用是帶動貨叉工作，控制貨物的出入庫取放操作，控制貨叉在Z軸方向上的運動。直流電機正轉(zhuǎn)，貨叉伸入倉位；直流電機反轉(zhuǎn)，貨叉縮回退出倉位。直流電機功能和原理比較簡單，在自動化立體倉庫系統(tǒng)中，選用ZD13200－13300型號，具體技術(shù)參數(shù)如下：</p><p>　　額定功率：0.08

64、-0.30kW</p><p>　　額定電壓：12－24VDC</p><p>　　額定轉(zhuǎn)速：2000-5000rpm</p><p>　　外形尺寸：Φ78x125mm</p><p>　　3.1.4 光電傳感器</p><p>　　光電傳感器是采用光電元件作為檢測元件的傳感器.它首先把被測量的變化轉(zhuǎn)換成光信號的變化,

65、然后借助光電元件進一步將光信號轉(zhuǎn)換成電信號.光電傳感器在一般情況下，有三部分構(gòu)成：</p><p>　　圖3-7 光電傳感器結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　它們分為：發(fā)送器、接收器和檢測電路。發(fā)送器對準目標發(fā)射光束，光束不間斷地發(fā)射，或者改變脈沖寬度。接收器由光電二極管、光電三極管、光電池組成。在接收器的前面，裝有光學元件如透鏡和光圈等。在其后面是檢測電路，它能濾出有效信號和應(yīng)用該信號。此外，

66、光電開關(guān)的結(jié)構(gòu)元件中還有發(fā)射板和光導纖維。三角反射板由很小的三角錐體反射材料組成，能夠使光束準確地從反射板中返回，具有實用意義。</p><p>　　在此次自動化立體倉庫的設(shè)計中，經(jīng)過性能與經(jīng)濟性的綜合比較，最終決定采用日本歐姆龍OMRON型號EE-SY672光電傳感器作貨物檢測，它是歐姆龍自動化（中國）有限公司的反射型、立式產(chǎn)品，其內(nèi)置可進行靈敏度調(diào)節(jié)的旋鈕；入光指示燈明亮，便于進行動作確認；內(nèi)置專用IC，最大

67、可直接開關(guān)100mA，設(shè)計緊湊；電源電壓范圍寬達DC5～24V；便于驅(qū)動各種IC、繼電器以及連接PLC。其輸出回路如下圖3-8所示：</p><p>　　圖3-8 光電傳感器輸出回路圖</p><p>　　它有三根連接線(紅、藍、黑)，紅色接電源的正極、黑色接電源的負極、藍色為輸出信號。以下為日本歐姆龍OMRON型號EE-SY672光電傳感器的技術(shù)參數(shù)：</p><p&

68、gt;　　檢測距離1～5mm(反射率90%白紙15×15mm)</p><p>　　標準檢測物體15×15mm以上的透明體·不透明體</p><p>　　應(yīng)差距離0.5mm(檢測距離3mm、橫方向)</p><p>　　光源(最大發(fā)光波長) GaAs紅外發(fā)光二極管(940nm)</p><p>　　顯示燈* 1入

69、光時燈亮(紅色)</p><p>　　電源電壓DC5～24V±10%、脈動(p-p)10%以下下</p><p>　　消耗電流40mA以下</p><p>　　控制輸出NPN集電極開路輸出負載電源電壓DC5～24V、負載電流100mA以下</p><p>　　殘留電壓0.8V以下(負載電流100mA時)</p><

70、;p>　　殘留電壓0.4V以下(負載電流40mA時)</p><p>　　應(yīng)答頻率 250Hz以上(平均值500Hz)</p><p>　　使用時環(huán)境照度* 3受光面照度熒光燈1,500 lx以下</p><p>　　環(huán)境溫度動作時：-25～+55℃、保存時：-30～+80℃(不結(jié)冰)</p><p>　　環(huán)境濕度動作時：5～85%RH

71、、保存時：5～95%RH(不結(jié)露)</p><p>　　振動(耐久) 20～2,000Hz(最大加速度100m/s2)</p><p>　　復振幅1.5mm X、Y、Z各方向2h(4min周期)</p><p>　　沖擊(耐久) 500m/s2 X、Y、Z各方向3次</p><p>　　保護結(jié)構(gòu)IEC規(guī)格IP50</p><

72、;p>　　連接方式接插件式(能直接進行軟釬焊)</p><p>　　質(zhì)量約3.5g(調(diào)節(jié)用螺絲刀)</p><p>　　材質(zhì)外殼聚對苯二甲酸丁二醇酯(PBT)</p><p>　　投/受光部聚碳酸酯（PC）</p><p><b>　　附件調(diào)節(jié)用螺絲刀</b></p><p>　　在自動化立

73、體倉庫中，為了與貨物檢測相關(guān)PLC信號的準確輸入，分別對應(yīng)于9個倉庫貨架采用9個光電傳感器作為貨物檢測，當有光電傳感器檢測到貨物時相應(yīng)信號傳遞到PLC控制器中，其信號對應(yīng)PLC的輸入點是X16-X26 。</p><p>　　3.1.5 電源模塊</p><p>　　在自動化立體倉庫系統(tǒng)的設(shè)計方案中，需要供電的設(shè)備的具體要求如下：</p><p>　　步進電機： 驅(qū)

74、動電壓DC 24V</p><p>　　步進電機驅(qū)動器： 工作電壓DC 24V-40V，取24V</p><p>　　直流電機： 輸入電壓DC 12V-24V，取24V</p><p>　　控制器三菱系列PLC： 工作電壓DC 24V</p><p>　　光電傳感器： 電源電壓DC 5V-24V，取24V</p><p&g

75、t;　　七段數(shù)碼管： 工作電壓DC 24V</p><p>　　PLC輸出與步進電機驅(qū)動器相連的COM1：DC 5V</p><p>　　綜合上述設(shè)備用電要求，電源模塊需要提供低壓直流電，要想從220V市電變換成直流電，應(yīng)先將電網(wǎng)220V交流電通過變壓器降壓變壓成36V低壓交流電，再經(jīng)過橋式整流電路變成脈動的直流電，后用濾波電路濾除脈動直流電中的交流成分后才能得到直流電，最終經(jīng)穩(wěn)壓輸出電路

76、獲得高質(zhì)量的直流電供給自動化立體倉庫系統(tǒng)中需要供電的設(shè)備，具體結(jié)構(gòu)圖如下圖3-9所示：</p><p>　　圖3-9 電源模塊具體結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　在穩(wěn)壓電路中，選擇使用LM78XX系列三端穩(wěn)壓管組成正電壓穩(wěn)壓電路。LM78XX 系列是美國國家半導體公司的固定輸出三端正穩(wěn)壓器集成電路，是一種直到臨界反向擊穿電壓前都具有很高電阻的半導體集成芯片，其輸出電流 1A 以上，內(nèi)置過熱保護

77、電路，無需外部元件，輸出晶體管安全范圍保護，且內(nèi)置短路電流限制電路。在反向擊穿時，在一定的電流范圍內(nèi)（或者說在一定功率損耗范圍內(nèi)），端電壓幾乎不變，表現(xiàn)出穩(wěn)壓特性，因而廣泛應(yīng)用于穩(wěn)壓電源與限幅電路之中。自動化立體倉庫系統(tǒng)中，使用LM7805和LM7824分別產(chǎn)生+5V和+24V的穩(wěn)定直流電壓，除特殊說明和設(shè)計要求外，參數(shù)為： 0<Tj<125°C,Io=500mA,Vi=30-40V,Ci=0.33

78、µF,Co=0.1µF,具體電氣連接圖如下圖3-10所示：</p><p>　　圖3-10 電源模塊電氣連接圖</p><p>　　3.2 可編程控制器PLC </p><p>　　3.2.1 PLC的定義及特點</p><p>　　可編程序控制器PLC是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用了可編

79、程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型機械的生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)外圍設(shè)備，都按易于與工業(yè)系統(tǒng)連成一個整體、易于擴充其功能的原則設(shè)計。</p><p>　　PLC是綜合了繼電器接觸器控制的優(yōu)點以及計算機靈活、方便的優(yōu)點而設(shè)計制造和發(fā)展起來的，這就使PLC具有許多其他控制器所無法相比的特點。具體優(yōu)點如下：<

80、;/p><p>　　可靠性高，抗干擾能力強</p><p><b>　　通用性強，使用方便</b></p><p>　　采用模塊化結(jié)構(gòu)，是系統(tǒng)組合靈活方便</p><p>　　編程語言簡單、易學，便于掌握</p><p><b>　　系統(tǒng)設(shè)計周期短</b></p>

81、<p>　　對生產(chǎn)工藝改變適應(yīng)性強</p><p>　　安裝簡單、調(diào)試方便、維護工作量小</p><p>　　PLC 自產(chǎn)生至今只有幾十年的歷史，卻得到了迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，成為當代工業(yè)自動化控制領(lǐng)域的主要支柱產(chǎn)品之一，為工業(yè)自動化生產(chǎn)提供了非?？煽康膽?yīng)用控制，廣泛應(yīng)用于冶金、輕工業(yè)、機械制造等各個領(lǐng)域，極大的推進機電一體化的進程，提高了生產(chǎn)效率，由此可見，PLC在工業(yè)自動化控制

82、特別是順序控制中的地位是無法取代的。</p><p>　　3.2.2 PLC的工作原理</p><p>　　和繼電器控制器系統(tǒng)類似，PLC也可以分為輸入部分、邏輯部分和輸出部分。各部分的主要作用是：</p><p>　　輸入部分：它收集并保存被控對象實際運行的數(shù)據(jù)和信息。例如，它收集來自被控制對象上的各種開關(guān)信息或操作臺上的操作命令等。</p><

83、;p>　　邏輯部分：處理輸入部分所取得的信息，并按照被控對象實際的動作要求做出反應(yīng)。</p><p>　　輸出部分：提供正在被控制的許多裝置中，哪幾個設(shè)備需要實時操作處理。</p><p>　　PLC通過編程器編制控制程序，即將PLC內(nèi)部的各種邏輯部件按照控制工藝進行組合以達到一定的邏輯功能。PLC將輸入信息采入PLC內(nèi)部，之后執(zhí)行邏輯部件組合后所達到的邏輯功能，最后輸出達到控制要求

84、。這就是PLC基本控制原理。</p><p>　　3.2.3 PLC的選型</p><p>　　據(jù)統(tǒng)計，可編程控制器是工業(yè)自動化裝置中應(yīng)用最多的一種設(shè)備。目前，各廠家生產(chǎn)制造的自動化立體倉庫基本上都采用PLC作為堆垛機控制系統(tǒng)的核心控制單元，只是采用的品牌、型號有所差異。主要由以下幾方面進行選型參考：</p><p>　　1．輸入輸出（I/O）點數(shù)的估算</p

85、><p>　　I/O點數(shù)估算時應(yīng)考慮適當?shù)挠嗔?，通常根?jù)統(tǒng)計的輸入輸出點數(shù)，再增加10%～20%的可擴展。余量后，作為輸入輸出點數(shù)估算數(shù)據(jù)。實際訂貨時，還需根據(jù)制造廠商PLC的產(chǎn)品特點，對輸入輸出點數(shù)進行調(diào)整。本次設(shè)計的自動化立體倉庫系統(tǒng)中需要的I/O點數(shù)為輸入30點，輸出18點，故選擇64點的PLC比較合適。</p><p>　　2．存儲器容量的估算</p><p>

86、　　存儲器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲單元大小，程序容量是存儲器中用戶應(yīng)用項目使用的存儲單元的大小，因此程序容量小于存儲器容量。設(shè)計階段，由于用戶應(yīng)用程序還未編制，因此，程序容量在設(shè)計階段是未知的，需在程序調(diào)試之后才知道。為了設(shè)計選型時能對程序容量有一定估算，通常采用存儲器容量的估算來替代。</p><p>　　存儲器內(nèi)存容量的估算沒有固定的公式，許多文獻資料中給出了不同參考計算公式，大體上都是按數(shù)字

87、量I/O點數(shù)的10～15倍，加上模擬I/O點數(shù)的100倍，以此數(shù)為內(nèi)存的總字數(shù)（16位為一個字），另外考慮余量的話，再按此數(shù)的125%選取。因此自動化立體倉庫系統(tǒng)的PLC內(nèi)存容量選擇應(yīng)能存儲大概5000條梯形圖，這樣才能在以后的使用和改動過程中有足夠的空間。</p><p><b>　　3．控制功能的選擇</b></p><p>　　三菱系列PLC的優(yōu)勢在于離散控制和

88、運動控制，三菱系列PLC指令豐富，有專用的定位指令，控制伺服和步進容易實現(xiàn)，要實現(xiàn)某些復雜的動作控制也是三菱系列PLC的強項，而西門子系列PLC在這塊就較弱，對于過程控制與通信控制，西門子系列PLC是強項，西門子系列PLC的模擬量模塊價格便宜，程序簡單，而三菱系列PLC的模擬量模塊價格昂貴，程序復雜，西門子系列PLC做通信也容易，程序簡單，三菱系列PLC在這塊功能較弱沒有專用的指令，做伺服控制不是不能實現(xiàn)，而是程序復雜，控制精度不高。針

89、對此次設(shè)計需求，自動化立體倉庫的控制主要以離散控制為主，巷道堆垛機使用步進電機進行精確定位動作控制，取其長處，避其短處，可優(yōu)先選擇三菱系列的PLC。</p><p><b>　　4. 經(jīng)濟性的考慮</b></p><p>　　選擇PLC時，應(yīng)綜合考慮控制器的性能價格比。考慮經(jīng)濟性時，應(yīng)同時考慮應(yīng)用的可擴展性、可操作性、投入產(chǎn)出比等因素，進行比較和兼顧，最終選出較滿意的

90、產(chǎn)品。</p><p>　　輸入輸出點數(shù)對價格有直接影響。當點數(shù)增加到某一數(shù)值后，相應(yīng)的存儲器容量相應(yīng)增加，因此，點數(shù)的增加對CPU選用、存儲器容量、控制功能范圍等選擇都有影響。在估算和選用時應(yīng)充分考慮系統(tǒng)的規(guī)模，使整個控制系統(tǒng)有較合理的性能價格比。本課題所設(shè)計的自動化立體倉庫屬于小型控制系統(tǒng)，基于經(jīng)濟性的考慮，可選擇整體型PLC。</p><p>　　三菱PLC（Mitsubish P

91、rogrammable Logic Controller）主要有FX1N、FX1S、FX2N、FX3U、FX2NC、FR-A、FR-Q等幾個系列，其中FX2N是FX系列PLC家族中最先進的系列，由于FX2N系列具備如下特點：最大范圍的包容了標準特點、程式執(zhí)行更快、全面補充了通信功能、適合世界各國不同的電源以及滿足單個需要的大量特殊功能模塊，它可以為你的工廠自動化應(yīng)用提供最大的靈活性和控制能力，故選擇的FX2N系列，此系列分為16、2

92、4、32、64、80、128點六檔，還有各種輸入和輸出擴展單元，這樣在增加I/O點數(shù)時，不必改變機型，可以通過擴展模塊實現(xiàn)，降低了經(jīng)濟投入。其中，在自動化立體倉庫系統(tǒng)中，PLC控制步進電機動作完成倉位定位，為了能夠滿足步進電機各相繞組數(shù)10V級脈沖電壓、1A級脈沖電流的脈沖驅(qū)動要求 ，PLC必須采用大功率晶體管的輸出端口。</p><p>　　綜合上述配置要求并結(jié)合實際情況，本次設(shè)計的自動化立體倉庫系統(tǒng)其輸入點數(shù)

93、為30點、輸出點數(shù)為18點，所以選擇晶體管輸出型三菱系列PLC FX2N-64MT，32點輸入,32點晶體管輸出，基本單元內(nèi)置2軸獨立最高20kHz定位功能脈沖輸出，限于Y0或Y1。</p><p>　　3.2.4 PLC輸入輸出I/O口分配</p><p>　　PLC與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分（I/O）完成的。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態(tài)，輸

94、出點反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號變換成數(shù)字信號進入PLC系統(tǒng)，輸出模塊相反。I/O分為開關(guān)量輸入、開關(guān)量輸出、模擬量輸入、模擬量輸出等模塊。</p><p>　　根據(jù)任務(wù)書對自動化立體倉庫的輸入輸出控制要求，得出如下PLC輸入輸出I/O口分配表：</p><p>　　表3-1 PLC輸入輸出端口分配</p><p>　　3.3 系統(tǒng)電氣原理圖設(shè)計</

95、p><p>　　3.3.1 電氣原理圖設(shè)計的基本步驟</p><p>　　根據(jù)選定的方案及控制方式設(shè)計系統(tǒng)的原理框圖，擬訂出各部分的主要技術(shù)要求和主要技術(shù)參數(shù)；</p><p>　　根據(jù)各部分的要求，設(shè)計出原理框圖中各個部分的具體電路；</p><p>　　繪制總原理圖。按系統(tǒng)框圖結(jié)構(gòu)將各部分聯(lián)成一個整體；</p><p>

96、;　　正確選用原理線路中每一個電器元件，并制訂元器件目錄清單；</p><p>　　3.3.2 電氣原理圖的設(shè)計方法</p><p>　　分析設(shè)計法 ：所謂分析設(shè)計法是根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求去選擇適當?shù)幕究刂骗h(huán)節(jié)（單元電路）或經(jīng)過考驗的成熟電路，按各部分的聯(lián)鎖條件組合起來并加以補充和修改，綜合成滿足控制要求的完整線路。當找不到現(xiàn)成的典型環(huán)節(jié)時，可根據(jù)控制要求邊分析邊設(shè)計，將主令信號經(jīng)過適當?shù)?/p>

97、組合與變換，在一定條件下得到執(zhí)行元件所需要的工作信號。設(shè)計過程中，要隨時增減元器件和改變觸點的組合方式，以滿足拖動系統(tǒng)的工作條件和控制要求，經(jīng)過反復修改得到理想的控制線路。由于這種設(shè)計方法是以熟練掌握各種電氣控制線路的基本環(huán)節(jié)和具備一定的閱讀分析電氣控制線路的經(jīng)驗為基礎(chǔ)，所以又稱為經(jīng)驗設(shè)計法。 </p><p>　　邏輯設(shè)計法 ：邏輯設(shè)計法是利用邏輯代數(shù)這一數(shù)學工具來進行電路設(shè)計，即根據(jù)生產(chǎn)機械的拖動要求及工藝要

98、求，將執(zhí)行元件需要的工作信號以及主令電器的接通與斷開狀態(tài)看成邏輯變量，并根據(jù)控制要求將它們之間的關(guān)系用邏輯函數(shù)關(guān)系式來表達，然后再運用邏輯函數(shù)基本公式和運算規(guī)律進行簡化，使之成為需要的與或關(guān)系式，根據(jù)最簡式畫出相應(yīng)的電路結(jié)構(gòu)圖，最后再作進一步的檢查和完善，即能獲得需要的控制線路。采用邏輯設(shè)計法能獲得理想、經(jīng)濟的方案，所用元件數(shù)量少，各元件能充分發(fā)揮作用，當給定條件變化時，能指出電路相應(yīng)變化的內(nèi)在規(guī)律，在設(shè)計復雜控制線路時，更能顯示出它的

99、優(yōu)點。</p><p>　　這兩種方法各有千秋，在自動化立體倉庫系統(tǒng)的設(shè)計中綜合兩種設(shè)計方法對系統(tǒng)的電氣原理圖進行分析與繪制。</p><p>　　3.3.3 主電路電氣原理圖</p><p>　　自動化立體倉庫系統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)主電路原理圖如3-11所示：</p><p>　　圖3-11 主電路原理圖</p><p>

100、　　主電路中，從電網(wǎng)引出220V單相交流電，一部分直接供給三菱PLC，另一部分通過電源模塊輸出24V直流。</p><p>　　直流接觸器KM1、KM2控制Z軸直流電機M1的正反轉(zhuǎn)，以完成貨物的取放操作；直流接觸器KM3控制X、Y軸兩個步進電機M2、M3的自身工作電源接入，在故障情況下緊急切斷，以保證系統(tǒng)運行中的安全。步進電機驅(qū)動器SH-2H057(1)、SH-2H057(2)與步進電機M2、M3配套使用連接，保

101、證正常驅(qū)動信號的輸入。</p><p>　　QF1為電源總開關(guān)，既可以完成主電路的短路保護，又起到分斷三相交流電源的作用。QF2、QF3、QF4分別實現(xiàn)各負載回路的過載和短路保護，使用和維修方便。</p><p>　　3.3.4 控制電路電氣原理圖</p><p>　　自動化立體倉庫系統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)控制電路原理圖如3-12所示：</p><p&g

102、t;　　圖3-12 控制電路原理圖</p><p><b>　　輸出部分：</b></p><p>　　DC5V對應(yīng)主電路中L5、N5，L5作為PLC輸出回路的電源，分別向輸出回路中Y0、Y1、Y2、Y3所接的負載供電，輸出回路中N5連接PLC中的COM1端。PLC選用晶體管輸出型，Y0、Y1能發(fā)出2~20kHz頻率的脈沖，連接步進電機驅(qū)動器SH-2H057(1)、S

103、H-2H057(2)的CP端進而控制步進電機M2、M3的脈沖驅(qū)動。Y2、Y3連接步進電機驅(qū)動器SH-2H057(1)、SH-2H057(2)的DIR端進而控制步進電機M2、M3的運動方向。</p><p>　　DC24V對應(yīng)主電路中L24、N24，L24作為PLC輸出回路的電源，分別向輸出回路中Y4~Y21所接的負載供電，輸出回路中N24連接PLC中的COM2~ COM5端。Y4、Y5分別驅(qū)動Z軸直流電機的正反轉(zhuǎn)

104、，KM1、KM2接觸器線圈支路設(shè)計了互鎖電路，以防止誤操作故障。Y21驅(qū)動繼電器KM3動作，在故障狀況下切斷步進電機自身工作電壓，保證系統(tǒng)運行的安全性。Y6、Y7、Y20分別接取貨顯示燈HL1、送貨顯示燈HL2、操作錯誤顯示燈HL3，指示系統(tǒng)此時的工作狀態(tài)。Y10~Y17連接七段數(shù)碼管， Y10~Y16分別連接數(shù)碼管的a~g段，由于不需要小數(shù)點顯示，則Y17空著不接，在系統(tǒng)運行中顯示當前操作的倉位號。</p><p&

105、gt;<b>　　輸入部分：</b></p><p>　　PLC的X0~X15連接系統(tǒng)的按鍵按鈕輸入部分，主要用于系統(tǒng)操作和倉位選擇信號的輸入。</p><p>　　PLC的X16~X26連接9個倉位的光電傳感器，輸入倉位貨物檢測信息，能夠保證系統(tǒng)運行時的可靠性。</p><p>　　PLC的X27~X35連接7個限位開關(guān)，其中前進限位開關(guān)、后

106、退限位開關(guān)、上行限位開關(guān)用于系統(tǒng)故障情況的監(jiān)測，當PLC接收到其中任一限位開關(guān)的信號輸入時，則啟動操作錯誤顯示燈HL3，并控制繼電器KM3動作，使步進電機切斷自身電源，保證系統(tǒng)安全；下行限位開關(guān)和原始0號倉位檢測限位開關(guān)主要用于系統(tǒng)自復位限制；送進限位開關(guān)和取出限位開關(guān)則主要控制貨叉取放貨操作時的動作定位。</p><p>　　3.3.5 元器件目錄清單</p><p>　　表3-2 自

107、動化立體倉庫系統(tǒng)元器件目錄表</p><p>　　3.4 系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)的計算與確定</p><p>　　自動化立體倉庫系統(tǒng)中使用螺栓定位裝置，根據(jù)選擇的步進電機參數(shù)和系統(tǒng)預(yù)設(shè)條件，可知：</p><p>　　相數(shù) m=2,即電機內(nèi)部的線圈組數(shù)；</p><p>　　步距角 \* MERGEFORMAT = \* MERGEFORMAT

108、，即對應(yīng)一個脈沖信號，電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角位移；</p><p>　　螺距 p=10mm，即步進電機轉(zhuǎn)一圈，機械的行走長度為10mm;</p><p>　　在保證精度的情況下，將步進電機驅(qū)動器的細分數(shù)設(shè)為4，故步 進電機轉(zhuǎn)一圈所需脈沖數(shù)為a= \* MERGEFORMAT /( \* MERGEFORMAT /4)=800個；</p><

109、p>　　一個脈沖下的機械行走長度l=p/a=10mm/800=0.0125mm;</p><p>　　系統(tǒng)中步進電機的行速度一般控制在在60 rpm；</p><p>　　脈沖頻率f=(v/60)*a=(60/60)*800=800Hz，滿足PLC脈沖輸出口的2~20 KHz的頻率要求；自動化立體倉庫模擬倉位的上下距離和平行距離均設(shè)為d=0.2m=20mm，故步進電機在單方向上移動單

110、位倉位所需脈沖數(shù)為A=d/l=20/0.0125=1600個。貨叉固定位置設(shè)置為Y軸步進電機運行300脈沖處，大概20*（300/1600）=3.75mm處。</p><p>　　表3-3 倉位號對應(yīng)行列脈沖數(shù)表</p><p><b>　　3.5 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章首先詳細講述了控制面板，倉庫貨架，倉儲機械設(shè)備，光電傳