基于PLC的智能倉庫系統(tǒng)設(shè)計,基于PLC的智能倉庫系統(tǒng)設(shè)計,基于,plc,智能,倉庫,系統(tǒng),設(shè)計 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 填表時間： （指導(dǎo)教師填表） 學(xué)生姓名 專業(yè)班級 指導(dǎo)教師 課題類型 PLC硬件設(shè)計 題目 基于PLC的智能倉庫系統(tǒng)設(shè)計 主要研究 目標 (或研 究內(nèi)容) 基于PLC的智能倉庫系統(tǒng)設(shè)計 課題要求、主要任務(wù)及數(shù)量（指圖紙規(guī)格、張數(shù)，說明書頁數(shù)、論文字數(shù)等） 1、分析控制目標，優(yōu)化設(shè)計方案 2、PLC控制在電氣控制綜合實驗臺設(shè)計中的應(yīng)用 3、分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、確定系統(tǒng)設(shè)計內(nèi)容、編制相關(guān)PLC控制程序 4、繪制控制系統(tǒng)原理圖、電氣原理圖、電氣接線圖 5、完成畢業(yè)設(shè)計書的撰寫 進度計劃 第5-6周 收集資料，調(diào)研方案確定； 第6-7周 系統(tǒng)總體設(shè)計； 第8-9周 繪制系統(tǒng)框圖、軟件流程圖； 第10-13周 編寫PLC控制程序及繪制電氣原理圖等； 第14-15周 整理設(shè)計資料，撰寫設(shè)計說明書準備畢業(yè)答辯； 第16周 答辯 主要參 考文獻 PLC、電氣控制實驗相關(guān)資料 參考書、參考論文 指導(dǎo)教師簽字： 教研室主任簽字： 年 月 日 畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文） 題目 基于PLC的智能倉庫系統(tǒng)設(shè)計 姓 名 系 （部） 專 業(yè) 指導(dǎo)教師 畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告 課題名稱 _____基于PLC的智能倉庫系統(tǒng)設(shè)計__ 學(xué) 院 專 業(yè) 班 級 學(xué) 號 姓 名 指導(dǎo)教師 定稿日期： 基于PLC的智能倉庫系統(tǒng)設(shè)計 摘要 隨著國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展，智能倉庫必然會在各行各業(yè)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。智能倉庫系統(tǒng)是現(xiàn)代物流系統(tǒng)的一個重要組成部分，廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)中。目前，它已經(jīng)成為企業(yè)生產(chǎn)和管理信息化的標志之一。 該系統(tǒng)采用PLC控制，通過PLC輸出的脈沖信號來控制步進電機的運行，兩者之間通過步進電機驅(qū)動器連接，此外還用到一些傳感器，如微動開關(guān)和反射式傳感器。 此次設(shè)計的效果可以改變參數(shù)輸入，通過模擬生產(chǎn)情況及波動對系統(tǒng)造成的沖擊，從而避免了在理想化狀態(tài)下系統(tǒng)設(shè)計所無法預(yù)料的各種因素，對系統(tǒng)的堵塞有著形象和直觀的解決方案。 總之，智能倉庫因其較小的占地面較佳空間利用率，應(yīng)用正逐漸普及。為滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)和流通的需要，就必須采取以計算機控制主要手段的智能倉庫。 1 選題背景及其意義 智能倉庫簡稱高架倉庫，一般是指采用幾層、十幾層乃至幾十層的貨架來儲存單元貨物，并用相同的搬運設(shè)備進行貨物入、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“智能倉庫”。根據(jù)國際自動化倉庫會議的定義，所謂智能倉庫就是采用高層貨架存放貨物，以巷道堆垛起重機為主，結(jié)合入庫出庫周邊設(shè)備來進行作業(yè)的一種倉庫。它把計算機與信息管理和設(shè)備控制集成起來，按照控制指令自動完成貨物的存取作業(yè)，并對庫存貨物進行管理。顯而易見它是物流系統(tǒng)的核心之一，并在自動化生產(chǎn)系統(tǒng)中占據(jù)了非常重要的地位。20世紀60年代中期，日本開始興建智能倉庫，并且發(fā)展速度越來越快，從1965年到1977年短短的12年間，日本全國建立了18833座智能倉庫，存貨總數(shù)達到262萬托盤，目前是世界上擁有智能倉庫最多的國家之一。我國智能倉庫的起步比較晚，1974年鄭州紡織機械廠建成了國內(nèi)第一個智能倉庫。20世紀80年代到90年代，智能倉庫產(chǎn)品的設(shè)計與制造有了很大的發(fā)展，全國有幾十家科研單位和生產(chǎn)單位在進行智能倉庫的開發(fā)、設(shè)計、制造。近年來，倉儲物流行業(yè)的學(xué)術(shù)組織定期在國內(nèi)交流學(xué)術(shù)經(jīng)驗，針對目前我國智能倉庫的設(shè)計制造水平，參照國外標準制定了一系列行業(yè)標準、規(guī)范，使智能倉庫的設(shè)計制造進入了規(guī)范化發(fā)展階段。 不同的智能倉庫，高度、貨架形式、通道寬度都和現(xiàn)代化倉庫是不同的，倉庫內(nèi)設(shè)備的配置應(yīng)與倉庫的類型相適應(yīng)。 2 文獻綜述（國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢） 早期智能倉庫構(gòu)想的基本出發(fā)點是提高空間利用率，充分節(jié)約有限且昂貴的場地，在西方有些發(fā)達國家提高空間利用率的觀點已有更廣泛、深刻的含義，節(jié)約土地已與節(jié)約能源、保護環(huán)境等更多方面聯(lián)系起來。有些甚至把空間利用率作為考核倉庫系統(tǒng)合理性和先進性的重要指標。倉庫空間利用率與其規(guī)劃緊密相連，一般來說，智能倉庫的空間利用率為普通倉庫的2～5倍。 　傳統(tǒng)的倉庫只是貨物的儲存場所，保存貨物是其唯一的功能，屬于靜態(tài)儲存。智能倉庫采用先進的自動化物料搬運設(shè)備，不僅能使貨物在倉庫內(nèi)按需要自動存取，而且還可以與倉庫以外的生產(chǎn)環(huán)節(jié)進行有機地連接，并通過計算機管理系統(tǒng)和自動化物料搬運設(shè)備使倉庫成為企業(yè)物流中的重要環(huán)節(jié)。企業(yè)外購件和自制件進入智能倉庫短時儲存是整個生產(chǎn)的一個環(huán)節(jié)，是為了在指定的時間自動輸出到下一道工序進行生產(chǎn)，從而形成自動化的物流系統(tǒng)環(huán)節(jié)，屬于動態(tài)儲存，是當今智能倉庫發(fā)展的明顯技術(shù)趨勢。以上所述的物流系統(tǒng)又是整個企業(yè)生產(chǎn)管理系統(tǒng)(從訂貨、設(shè)計和規(guī)劃、計劃編制和生產(chǎn)安排、制造、裝配、試驗以及發(fā)運等)的一個子系統(tǒng)，建立物流系統(tǒng)與企業(yè)生產(chǎn)管理系統(tǒng)間的實時連接是目前智能倉庫發(fā)展的另一個明顯技術(shù)趨勢。 3 研究內(nèi)容 智能倉庫系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試的主要步驟，如圖2-1所示： 確定課題 研究課題內(nèi)容 確定方案 查找資料 根據(jù)控制要求確定硬件配置 設(shè)計電氣原理圖 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計 根據(jù)控制要求編寫程序 調(diào)試程序 記錄運行結(jié)果并分析 總 結(jié) 圖2-1 智能倉庫控制系統(tǒng)結(jié)設(shè)計步驟 在深入了解和分析智能倉庫控制系統(tǒng)的設(shè)計過程中主要考慮到以下幾點： 1．深入了解和分析智能倉庫的工藝條件和控制要求。 2．確定I/O設(shè)備，根據(jù)智能倉庫控制系統(tǒng)的功能要求確定系統(tǒng)所需要的用戶輸入、輸出設(shè)備。 3．根據(jù)I/O口的點數(shù)選擇合適的PLC類型。 4．分配I/O點以及PLC的輸入輸出點，編制輸入輸出分配表及輸入輸出端子的接線圖。 5．設(shè)計智能倉庫控制系統(tǒng)的梯形圖程序，根據(jù)工作要求設(shè)計出完整的梯形圖程序，這是整個智能倉庫系統(tǒng)設(shè)計的核心工作。 6．將程序輸入PLC進行軟件測試，查找錯誤，是系統(tǒng)程序更加完善。 7．智能倉庫整體調(diào)試，在PLC軟硬件設(shè)施和現(xiàn)場施工完成后，就可以進行整個系統(tǒng)的練級調(diào)試，調(diào)試中發(fā)現(xiàn)的問題可以逐一排除，直到調(diào)試成功。 2.2 智能倉庫的系統(tǒng)控制方案 該智能倉庫有十二個倉庫位、有物品出入口與輸出口位，個倉位能自檢，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖2-2和圖2-3所示： 圖2-2 智能倉庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 圖2-3 智能倉庫結(jié)構(gòu)示意圖 本課題設(shè)計的智能倉庫具有一下的功能： 1．堆垛機要有三個自由度，即前進、后退；上、下；左、右； 2．堆垛機的運動由步進電機驅(qū)動； 3．堆垛機前進（后退）運動和上（下）運動可以同時進行； 4．堆垛機前進、后退和上、下運動時必須有超限位保護； 5．每個倉位必須有檢測裝置（微動開關(guān)），當操作有誤時會發(fā)出錯誤報警信號； 6．當按完倉位號后，沒按入或取前，可以按取消鍵進行取消該操作； 7．整個電氣控制系統(tǒng)必須設(shè)置急停按鈕，以防止發(fā)生意外情況。 2.3 智能倉庫技術(shù)參數(shù)的確定 智能倉庫的具體參數(shù)如表2-1所示： 表2-1 智能倉庫技術(shù)參數(shù) 出入貨柜臺最重物品 20Kg 每個倉位的高度 4.5CM 倉位的上下距離 0.5CM 倉位的平行距 0.5CM 倉位的體積 4×4×4 PLC電源 24V DC 堆垛機電源 220V AC，50Hz 4 5 進度計劃 2011年11月---- 2011年12月：收集資料，確定設(shè)計系統(tǒng)總體方案，翻譯有關(guān)外文資料及閱讀技術(shù)文獻，書寫開題報告。 2011年12月----2012年1月：研讀資料，擬定設(shè)計方案。 2012年1月----2012年3月 ： 完成設(shè)計草圖，作必要的設(shè)計計算。 2012年3月----2012年4月： 最終完成總裝配圖，以及部件圖和零件圖設(shè)計。 2012年4月----2012年5月： 完成控制系統(tǒng)設(shè)計，撰寫設(shè)計計算說明書，編寫畢業(yè)論文。 2012年6月：畢業(yè)答辯準備和答辯。 參考文獻 [1] 陳立定.電氣控制與可編程控制器[M] 廣州：華南理工大學(xué)出版社，2002 [2] 劉昌祺，董良.自動化立體倉庫設(shè)計[M].北京：機械工業(yè)出版社，2003 [3] 姚錫祿.變頻器控制技術(shù)與應(yīng)用[M].福建：福建科學(xué)技術(shù)出版社，2005 [4] 王樹.變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用[M].北京：機械工業(yè)出版社，2005 [5] 魯曉春，吳志強.物流設(shè)施與設(shè)備[M].北京：清華大學(xué)出版社，北京交通大學(xué)出版社，2005 [6] 浦昭邦.光電檢測技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2005 [7] 劉鴻文.材料力學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2004 [8] 董良，陸連，王宗彥.堆垛機系列產(chǎn)品的參數(shù)化設(shè)計[J].數(shù)字化設(shè)計 [9] 吉國宏.自動化倉庫堆垛機設(shè)計[M].北京：人民鐵道出版社，1997 [10] 王永華.現(xiàn)代電氣及可編程控制技術(shù)[M]．北京：北京航天航空大學(xué)出版社，2002 [11] 周萬珍，高鴻斌.PLC分析與設(shè)計應(yīng)用[M]．北京：電子工業(yè)出版社，2004 [12] 宋偉剛.物流工程及其應(yīng)用[M] 北京：北京大學(xué)出版社,2003 [13] 劉遠偉，何民.愛物流機械[M] 北京:機械工業(yè)出版社，2006 [14] 劉艷梅.三菱PLC基礎(chǔ)與系統(tǒng)設(shè)計[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2009 [15] Kyung Joon Sohn, Hyun Yong Lee ,joonyeob song .development of operating protocol,Vo 1.8,no.1 pp45-52,1995 [16] Lee, M .-k .(1992), A Storage Assignment policy in a Man-on-board automated storage/retrieval system ,journal of production research ,30,10,S.2281-2292. [17] Francesco Amato,Francesco Basile,Ciro Carbone, Pasquale Chiacchio. An approach to control automated warehouse systems. Fisciano (SA), Italy.2004 指導(dǎo)教師意見 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 開題答辯小組意見 1、論文選題：□有理論意義；□有工程背景；□有實用價值；□意義不大。 2、論文的難度：□偏高；□適當；□偏低。 3、論文的工作量：□偏大；□適當；□偏小。 4、設(shè)計或研究方案的可行性：□好；□較好；□一般；□不可行。 5、學(xué)生對文獻資料及課題的了解程度：□好；□較好；□一般；□較差。 6、學(xué)生在論文選題報告中反映出的綜合能力和表達能力： □好；□較好；□一般；□較差。 7、學(xué)生在論文選題報告中反映出的創(chuàng)新能力： □好；□較好；□一般；□較差。 8、對論文選題報告的總體評價：□好；□較好；□一般；□較差 （在相應(yīng)的方塊內(nèi)作記號“√”） 建議結(jié)論 評議小組組長簽名： 評議小組組員簽名： 年 月 日 基于PLC的智能倉庫控制系統(tǒng)的設(shè)計 摘 要 隨著國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展，智能倉庫必然會在各行各業(yè)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。智能倉庫系統(tǒng)是現(xiàn)代物流系統(tǒng)的一個重要組成部分，廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)中。目前，它已經(jīng)成為企業(yè)生產(chǎn)和管理信息化的標志之一。 該系統(tǒng)采用PLC控制，通過PLC輸出的脈沖信號來控制步進電機的運行，兩者之間通過步進電機驅(qū)動器連接，此外還用到一些傳感器，如微動開關(guān)和反射式傳感器。 此次設(shè)計的效果可以改變參數(shù)輸入，通過模擬生產(chǎn)情況及波動對系統(tǒng)造成的沖擊，從而避免了在理想化狀態(tài)下系統(tǒng)設(shè)計所無法預(yù)料的各種因素，對系統(tǒng)的堵塞有著形象和直觀的解決方案。 總之，智能倉庫因其較小的占地面較佳空間利用率，應(yīng)用正逐漸普及。為滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)和流通的需要，就必須采取以計算機控制主要手段的智能倉庫。 關(guān)鍵詞：智能倉庫，PLC，步進電機，傳感器 DESIGN OF INTELLIGENT WAREHOUS SYSTEM BASED ON PLC CONTROLLED ABSTRACT Along with the rapid development of national economy, Intelligent warehouse in all walks of life will get more and more widely. Automatic warehouse system of modern logistics system is an important part of, is widely used in industries. At present, it has become the enterprise production and management, one of the symbols of informatization. The system adopts PLC controlled by PLC, the output pulse signals to control the operation of the step-motor between through the stepping motor drive connections, also used as some sensors, micro switch and reflex sensor. We?can?alse?see?the?place?where?the?block?and?bottle-neck?have?taken?place?and?state?how?they?develop,?reflecting?by?the?system?of?simulation.?By?changing?the?input?of?the?parameters?and?simulating?the?process?of?production?and?the?impulsion?of?system?arosed?by?flactuation,?we?can?avoid?various?unforeseen?factors?of?system?design?in?the?state?of?idealization,?have?visual?and?intuitionistic?solving?way?for?the?block?of?the?system. In?conclusion,?The?application?of?automatic?warehouse?with?less?floor?space?and?better?space?utilization?ratio?has?been?popularizing?gradually.?To?meet?the?requirement?of?the?modern?production?and?negotiation,?it?should?use?the?warehouse?with?the?computer?control?technology. KEY WORDS: Intelligent warehouse, PLC, Stepping motor, Sensors, 4 目　錄 前　言 1 第1章 智能倉庫 2 1.1 智能倉庫的概述 2 1.2 智能倉庫的的優(yōu)點及分類 2 1.2.1 智能倉庫的優(yōu)點 2 1.2.2 智能倉庫的分類 4 第2章 系統(tǒng)控制方案的確定 6 2.1 智能倉庫系統(tǒng)設(shè)計的基本步驟 6 2.2 智能倉庫的系統(tǒng)控制方案 7 2.3 智能倉庫技術(shù)參數(shù)的確定 9 第3章 硬件設(shè)計 10 3.1 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計 10 3.2 PLC的選型 11 3.2.1 PLC概述 11 3.2.2 PLC的選型 12 3.3 步進電機的選擇 15 3.3.1 步進電機的原理 15 3.3.2 步進電機的選擇 15 3.3.3 步進電機驅(qū)動器的選擇 18 3.4 傳感器的選擇 21 3.4.1 反射式傳感器的選擇 21 3.4.2 微動開關(guān)的選擇 23 3.5 PLC輸入輸出I/O的分配 23 3.6 電氣原理圖的設(shè)計 24 第4章 智能倉庫系統(tǒng)控制軟件設(shè)計 26 4.1 PLC梯形圖概述 26 4.2 系統(tǒng)流程圖 27 4.3 梯形圖的設(shè)計 28 4.3.1 初始化主控指令 28 4.3.2位置檢測指令 29 第5章 系統(tǒng)調(diào)試 32 5.1梯形圖程序的下載 32 5.2程序運行過程記錄 33 結(jié)　論 35 謝 辭 36 參考文獻 37 前　言 可編程控制器（簡稱PLC或PC）是一種新型的具有極高可靠性的通用工業(yè)自動化控制裝置。它具有控制能力強、可靠性高、配置靈活、編程簡單、使用方便、易于擴展等優(yōu)點。目前，可編程控制器成為工業(yè)自動化領(lǐng)域中最重要、應(yīng)用最多的控制裝置，居工業(yè)生產(chǎn)自動化三大支柱（可編程控制器、機器人、計算機輔助設(shè)計與制造）的首位。其應(yīng)用的深度和廣度成為衡量一個國家工業(yè)自動化程度高低的標志。應(yīng)用PLC成為世界的潮流，PLC將在我國得到更全面的推廣應(yīng)用。 隨著企業(yè)現(xiàn)代化生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大和深化，使得倉庫成為生產(chǎn)物流系統(tǒng)中的一個重要且不可缺少的環(huán)節(jié)。智能倉庫正以它最小的占地面積和最佳的空間利用率，逐步替代面積利用率極低且陳舊落后的平面?zhèn)}庫，這種替代促使倉儲物流業(yè)的水平提高。為滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)與流通的需要，就必須采用的計算機控制技術(shù)為主要手段組成的智能倉庫。智能倉庫為現(xiàn)代物流系統(tǒng)的主要設(shè)備，是一種多層存放貨物的高層倉庫系統(tǒng)。也是CIMS的集成環(huán)節(jié)之一，在FMS和FAS中占有非常重要的地位。 第1章 智能倉庫 1.1 智能倉庫的概述 智能倉庫簡稱高架倉庫，一般是指采用幾層、十幾層乃至幾十層的貨架來儲存單元貨物，并用相同的搬運設(shè)備進行貨物入、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“智能倉庫”。根據(jù)國際自動化倉庫會議的定義，所謂智能倉庫就是采用高層貨架存放貨物，以巷道堆垛起重機為主，結(jié)合入庫出庫周邊設(shè)備來進行作業(yè)的一種倉庫。它把計算機與信息管理和設(shè)備控制集成起來，按照控制指令自動完成貨物的存取作業(yè)，并對庫存貨物進行管理。顯而易見它是物流系統(tǒng)的核心之一，并在自動化生產(chǎn)系統(tǒng)中占據(jù)了非常重要的地位。20世紀60年代中期，日本開始興建智能倉庫，并且發(fā)展速度越來越快，從1965年到1977年短短的12年間，日本全國建立了18833座智能倉庫，存貨總數(shù)達到262萬托盤，目前是世界上擁有智能倉庫最多的國家之一。我國智能倉庫的起步比較晚，1974年鄭州紡織機械廠建成了國內(nèi)第一個智能倉庫。20世紀80年代到90年代，智能倉庫產(chǎn)品的設(shè)計與制造有了很大的發(fā)展，全國有幾十家科研單位和生產(chǎn)單位在進行智能倉庫的開發(fā)、設(shè)計、制造。近年來，倉儲物流行業(yè)的學(xué)術(shù)組織定期在國內(nèi)交流學(xué)術(shù)經(jīng)驗，針對目前我國智能倉庫的設(shè)計制造水平，參照國外標準制定了一系列行業(yè)標準、規(guī)范，使智能倉庫的設(shè)計制造進入了規(guī)范化發(fā)展階段。 不同的智能倉庫，高度、貨架形式、通道寬度都和現(xiàn)代化倉庫是不同的，倉庫內(nèi)設(shè)備的配置應(yīng)與倉庫的類型相適應(yīng)。 1.2 智能倉庫的的優(yōu)點及分類 1.2.1 智能倉庫的優(yōu)點 智能倉庫的優(yōu)越性是多方面的，主要在以下幾個方面： 　　1.提高空間利用率 　　早期智能倉庫構(gòu)想的基本出發(fā)點是提高空間利用率，充分節(jié)約有限且昂貴的場地，在西方有些發(fā)達國家提高空間利用率的觀點已有更廣泛、深刻的含義，節(jié)約土地已與節(jié)約能源、保護環(huán)境等更多方面聯(lián)系起來。有些甚至把空間利用率作為考核倉庫系統(tǒng)合理性和先進性的重要指標。倉庫空間利用率與其規(guī)劃緊密相連，一般來說，智能倉庫的空間利用率為普通倉庫的2～5倍。 　　2.先進的物流系統(tǒng)提高企業(yè)生產(chǎn)管理水平 　　傳統(tǒng)的倉庫只是貨物的儲存場所，保存貨物是其唯一的功能，屬于靜態(tài)儲存。智能倉庫采用先進的自動化物料搬運設(shè)備，不僅能使貨物在倉庫內(nèi)按需要自動存取，而且還可以與倉庫以外的生產(chǎn)環(huán)節(jié)進行有機地連接，并通過計算機管理系統(tǒng)和自動化物料搬運設(shè)備使倉庫成為企業(yè)物流中的重要環(huán)節(jié)。企業(yè)外購件和自制件進入智能倉庫短時儲存是整個生產(chǎn)的一個環(huán)節(jié)，是為了在指定的時間自動輸出到下一道工序進行生產(chǎn)，從而形成自動化的物流系統(tǒng)環(huán)節(jié)，屬于動態(tài)儲存，是當今智能倉庫發(fā)展的明顯技術(shù)趨勢。以上所述的物流系統(tǒng)又是整個企業(yè)生產(chǎn)管理系統(tǒng)(從訂貨、設(shè)計和規(guī)劃、計劃編制和生產(chǎn)安排、制造、裝配、試驗以及發(fā)運等)的一個子系統(tǒng)，建立物流系統(tǒng)與企業(yè)生產(chǎn)管理系統(tǒng)間的實時連接是目前智能倉庫發(fā)展的另一個明顯技術(shù)趨勢。 　　3.加快貨物存取，減輕勞動強度，提高生產(chǎn)效率 　　建立以智能倉庫為中心的物流系統(tǒng)，其優(yōu)越性還表現(xiàn)在智能倉庫具有快速的入出庫能力，妥善地將貨物存入智能倉庫，及時自動地將生產(chǎn)所需零部件和原材料送達生產(chǎn)線。同時，智能倉庫系統(tǒng)減輕了工人綜合勞動強度。 　　4.減少庫存資金積壓 　　通過對一些大型企業(yè)的調(diào)查，我們了解到由于歷史原因造成管理手段落后，物資管理零散，使生產(chǎn)管理和生產(chǎn)環(huán)節(jié)的緊密聯(lián)系難以到位。為了達到預(yù)期的生產(chǎn)能力和滿足生產(chǎn)要求，就必須準備充足的原材料和零部件，這樣，庫存積壓就成為較大的問題。如何降低庫存資金積壓和充分滿足生產(chǎn)需要，已經(jīng)成為大型企業(yè)面對的大問題。智能倉庫系統(tǒng)是解決這一問題的最有效手段之一。 　　5.現(xiàn)代化企業(yè)的標志 　　現(xiàn)代化企業(yè)采用的是集約化大規(guī)模生產(chǎn)模式，這就要求生產(chǎn)過程中各環(huán)節(jié)緊密相連，成為一個有機整體，要求生產(chǎn)管理科學(xué)實用，做到?jīng)Q策科學(xué)化。建立智能倉庫系統(tǒng)是其有力的措施之一。由于采用計算機管理和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)使企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)宏觀快速地掌握各種物資信息，且使工程技術(shù)人員、生產(chǎn)管理人員和生產(chǎn)技術(shù)人員及時了解庫存信息，以便合理安排生產(chǎn)工藝，提高生產(chǎn)效率。國際互聯(lián)網(wǎng)和企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)更為企業(yè)取得與外界在線連接，突破信息瓶頸，開闊視野及外引內(nèi)聯(lián)提供了廣闊的空間和堅實強大的技術(shù)支持。? 　　以上所述的物流系統(tǒng)又是整個企業(yè)生產(chǎn)管理大系統(tǒng)（從訂貨、必要的設(shè)計和規(guī)劃、計劃編制和生產(chǎn)安排、制造、裝配、試驗、發(fā)運等）的一個子系統(tǒng)，建立物流系統(tǒng)與企業(yè)大系統(tǒng)間的實時連接，是目前自動化高架倉庫發(fā)展的另一個明顯的技術(shù)趨勢。? 　　現(xiàn)代化企業(yè)對管理提出了更高的要求，?“管理出效益”的思維方式已成為大多數(shù)的現(xiàn)代企業(yè)管理者的共識。 1.2.2 智能倉庫的分類 1.按照智能倉庫的高度分類 　　（1）低層智能倉庫。低層智能倉庫高度在5米以下，主要是在原來老倉庫的基礎(chǔ)上進行改建的，是提高原有倉庫技術(shù)水平的手段。 　　(2)中層智能倉庫。中層智能倉庫的高度在5～15米之間，由于中層智能倉庫對建筑以及倉儲機械設(shè)備的要求不高，造價合理，是目前應(yīng)用最多的一種倉庫。 　　(3)高層智能倉庫。高層智能倉庫的高度在15米以上，由于對建筑以及倉儲機械設(shè)備的要求太高，安裝難度大，應(yīng)用較少。 　　2.按照貨架結(jié)構(gòu)進行分類 　　(1)貨格式智能倉庫。貨格式智能倉庫是應(yīng)用較普遍的智能倉庫，它的特點是每一層貨架都由同一尺寸的貨格組成，貨格開口面向貨架之間的通道，堆垛機械在貨架之間的通道內(nèi)行駛，以完成貨物的存取。 　　(2)貫通式智能倉庫。它又稱為流動式貨架倉庫，這種倉庫的貨架之間沒有間隔，不設(shè)通道，貨架組合成一個整體。貨架縱向貫通，貫通的通道具有一定的坡度，在每一層貨架底部安裝滑道、錕道等裝置，使貨物在自重的作用下，沿著滑道或錕道從高處向低處運動。 　　(3)自動化柜式智能倉庫。自動化柜式智能倉庫是小型的可以移動的封閉智能倉庫，有柜外殼、控制裝置、操作盤、儲物箱和傳動裝置組成，主要特點是封閉性強、小型化和智能化、有很強的保密性。 　　(4)條形貨架智能倉庫。是專門用于存放條形和筒形貨物的智能倉庫。 第2章 系統(tǒng)控制方案的確定 2.1 智能倉庫系統(tǒng)設(shè)計的基本步驟 智能倉庫系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試的主要步驟，如圖2-1所示： 確定課題 研究課題內(nèi)容 確定方案 查找資料 根據(jù)控制要求確定硬件配置 設(shè)計電氣原理圖 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計 根據(jù)控制要求編寫程序 調(diào)試程序 記錄運行結(jié)果并分析 總 結(jié) 圖2-1 智能倉庫控制系統(tǒng)結(jié)設(shè)計步驟 在深入了解和分析智能倉庫控制系統(tǒng)的設(shè)計過程中主要考慮到以下幾點： 1．深入了解和分析智能倉庫的工藝條件和控制要求。 2．確定I/O設(shè)備，根據(jù)智能倉庫控制系統(tǒng)的功能要求確定系統(tǒng)所需要的用戶輸入、輸出設(shè)備。 3．根據(jù)I/O口的點數(shù)選擇合適的PLC類型。 4．分配I/O點以及PLC的輸入輸出點，編制輸入輸出分配表及輸入輸出端子的接線圖。 5．設(shè)計智能倉庫控制系統(tǒng)的梯形圖程序，根據(jù)工作要求設(shè)計出完整的梯形圖程序，這是整個智能倉庫系統(tǒng)設(shè)計的核心工作。 6．將程序輸入PLC進行軟件測試，查找錯誤，是系統(tǒng)程序更加完善。 7．智能倉庫整體調(diào)試，在PLC軟硬件設(shè)施和現(xiàn)場施工完成后，就可以進行整個系統(tǒng)的練級調(diào)試，調(diào)試中發(fā)現(xiàn)的問題可以逐一排除，直到調(diào)試成功。 2.2 智能倉庫的系統(tǒng)控制方案 該智能倉庫有十二個倉庫位、有物品出入口與輸出口位，個倉位能自檢，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖2-2和圖2-3所示： 圖2-2 智能倉庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 圖2-3 智能倉庫結(jié)構(gòu)示意圖 本課題設(shè)計的智能倉庫具有一下的功能： 1．堆垛機要有三個自由度，即前進、后退；上、下；左、右； 2．堆垛機的運動由步進電機驅(qū)動； 3．堆垛機前進（后退）運動和上（下）運動可以同時進行； 4．堆垛機前進、后退和上、下運動時必須有超限位保護； 5．每個倉位必須有檢測裝置（微動開關(guān)），當操作有誤時會發(fā)出錯誤報警信號； 6．當按完倉位號后，沒按入或取前，可以按取消鍵進行取消該操作； 7．整個電氣控制系統(tǒng)必須設(shè)置急停按鈕，以防止發(fā)生意外情況。 2.3 智能倉庫技術(shù)參數(shù)的確定 智能倉庫的具體參數(shù)如表2-1所示： 表2-1 智能倉庫技術(shù)參數(shù) 出入貨柜臺最重物品 20Kg 每個倉位的高度 4.5CM 倉位的上下距離 0.5CM 倉位的平行距 0.5CM 倉位的體積 4×4×4 PLC電源 24V DC 堆垛機電源 220V AC，50Hz 8 第3章 硬件設(shè)計 3.1 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計 本設(shè)計是運用PLC控制系統(tǒng)來控制智能倉庫的運動的方式。能快速的對輸入信號做出反應(yīng)控制智能倉庫，便于檢修。控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖3-1所示： 圖3-1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 3.2 PLC的選型 3.2.1 PLC概述 1.PLC概述 自二十世紀六十年代美國推出可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）取代傳統(tǒng)繼電器控制裝置以來，PLC得到了快速發(fā)展，在世界各地得到了廣泛應(yīng)用。同時，PLC的功能也不斷完善。隨著計算機技術(shù)、信號處理技術(shù)、控制技術(shù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展和用戶需求的不斷提高，PLC在開關(guān)量處理的基礎(chǔ)上增加了模擬量處理和運動控制等功能。今天的PLC不再局限于邏輯控制，在運動控制、過程控制等領(lǐng)域也發(fā)揮著十分重要的作用。 作為離散控的制的首選產(chǎn)品，PLC在二十世紀八十年代至九十年代得到了迅速發(fā)展，世界范圍內(nèi)的PLC年增長率保持為20%～30%。隨著工廠自動化程度的不斷提高和PLC市場容量基數(shù)的不斷擴大，近年來PLC在工業(yè)發(fā)達國家的增長速度放緩。但是，在中國等發(fā)展中國家PLC的增長十分迅速。綜合相關(guān)資料，2004年全球PLC的銷售收入為100億美元左右，在自動化領(lǐng)域占據(jù)著十分重要的位置。 PLC是由摸仿原繼電器控制原理發(fā)展起來的，二十世紀七十年代的PLC只有開關(guān)量邏輯控制，首先應(yīng)用的是汽車制造行業(yè)。它以存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和運算等操作的指令；并通過數(shù)字輸入和輸出操作，來控制各類機械或生產(chǎn)過程。用戶編制的控制程序表達了生產(chǎn)過程的工藝要求，并事先存入PLC的用戶程序存儲器中。運行時按存儲程序的內(nèi)容逐條執(zhí)行，以完成工藝流程要求的操作。PLC的CPU內(nèi)有指示程序步存儲地址的程序計數(shù)器，在程序運行過程中，每執(zhí)行一步該計數(shù)器自動加1，程序從起始步（步序號為零）起依次執(zhí)行到最終步（通常為END指令），然后再返回起始步循環(huán)運算。PLC每完成一次循環(huán)操作所需的時間稱為一個掃描周期。不同型號的PLC，循環(huán)掃描周期在1微秒到幾十微秒之間。PLC用梯形圖編程，在解算邏輯方面，表現(xiàn)出快速的優(yōu)點，在微秒量級，解算1K邏輯程序不到1毫秒。它把所有的輸入都當成開關(guān)量來處理，16位（也有32位的）為一個模擬量。大型PLC使用另外一個CPU來完成模擬量的運算。把計算結(jié)果送給PLC的控制器。 相同I/O點數(shù)的系統(tǒng)，用PLC比用DCS，其成本要低一些（大約能省40%左右）。PLC沒有專用操作站，它用的軟件和硬件都是通用的，所以維護成本比DCS要低很多。一個PLC的控制器，可以接收幾千個I/O點（最多可達8000多個I/O）。如果被控對象主要是設(shè)備連鎖、回路很少，采用PLC較為合適。PLC由于采用通用監(jiān)控軟件，在設(shè)計企業(yè)的管理信息系統(tǒng)方面，要容易一些。 近10年來，隨著PLC價格的不斷降低和用戶需求的不斷擴大，越來越多的中小設(shè)備開始采用PLC進行控制，PLC在我國的應(yīng)用增長十分迅速。隨著中國經(jīng)濟的高速發(fā)展和基礎(chǔ)自動化水平的不斷提高，今后一段時期內(nèi)PLC在我國仍將保持高速增長勢頭。 通用PLC應(yīng)用于專用設(shè)備時可以認為它就是一個嵌入式控制器，但PLC相對一般嵌入式控制器而方具有更高的可靠性和更好的穩(wěn)定性。實際工作中碰到的一些用戶原來采用嵌入式控制器，現(xiàn)在正逐步用通用PLC或定制PLC取代嵌入式控制器。 2．PLC的特點 （1）可靠性高，適用于工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境 原因：PLC在軟件和硬件上采取了提高可靠性的一些措施：硬件措施：屏蔽、濾波、電源調(diào)整與保護、聯(lián)鎖、模塊化結(jié)構(gòu)、環(huán)境檢測與診斷電路；軟件措施：自診斷程序、故障檢測、信息保護與恢復(fù) （2）編程簡單，使用方便 （3）控制程序可變，具有很好的柔性 （4）直接帶負載能力強 （5）接口簡單、維護方便 （6）功能完善、便于實現(xiàn)機電一體化 （7）通信、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)趨于標準化，便于實現(xiàn)計算機網(wǎng)絡(luò)控制 3.2.2 PLC的選型 在PLC系統(tǒng)設(shè)計時，首先應(yīng)確定控制方案，下一步工作就是PLC工程設(shè)計選型。工藝流程的特點和應(yīng)用的要求是設(shè)計選型的主要依據(jù)。因此，工程設(shè)計選型和估算時，應(yīng)分析工藝過程的特點、控制要求，明確控制任務(wù)和范圍確定所需要的操作和動作，然后根據(jù)控制要求，估算輸入輸出點數(shù)、所需存儲器容量、確定PLC的功能、外部設(shè)備的特性等，最后選擇有較高性價比的PLC和設(shè)計相應(yīng)的控制系統(tǒng)。 1．輸入輸出I/O點數(shù)的估算 I/O點數(shù)估算適應(yīng)考慮適當?shù)挠嗔浚ǔ８鶕?jù)統(tǒng)計的輸入輸出點數(shù)，在增加10%~20%的擴展。最終換需要根據(jù)制造廠商PLC的產(chǎn)品特點，對輸入輸出點數(shù)進行圓整。根據(jù)估算該智能倉庫的I/O口的點數(shù)為輸入40點，輸出21點。 2．存儲器容量的估算 存儲器容量是PLC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)計階段還是未知的，須在程序調(diào)試之后才知道。為了設(shè)計選型時能對程序容量有一定的估算，通常采用存儲器容量的估算來替代。 存儲器的估算沒有固定的公式，許多文獻資料上給出了不同的公式，大體上都是按數(shù)字量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位一個字），另外再按此數(shù)的25%考慮余量。因此該課題的PLC內(nèi)存容量選擇應(yīng)為能存儲5000條梯形圖，這樣才能在以后的改造過程中有足夠的空間。 3．控制功能的選擇 該選擇包括運算功能、控制功能、通信功能、編程功能、診斷功能和處理速度等特性的選擇。 根據(jù)該課題設(shè)計的需要，主要介紹以下幾種功能的選擇： （1）控制功能 PLC主要用于順序邏輯控制，因此，大多數(shù)場合常采用單回路或多回路控制器解決模擬量的控制，有時也采用專用的智能輸入輸出單元完成所需要的控制功能，提高PLC的處理速度和節(jié)省存儲器容量。 （2）編程功能 離線編程方式：PLC和編程器共用一個CPU，編程器在編程模式時，CPU只為編程器提供服務(wù)，不對現(xiàn)場設(shè)備進行控制。完成編成后編程器切換到運行模式，CPU對現(xiàn)場設(shè)備進行控制，不能進行編程。離線編程方式可以降低系統(tǒng)的成本，但使用和調(diào)試不方便。在線編程方式：CPU和編程器有各自的CPU，主機CPU負責(zé)現(xiàn)場控制，并在一個掃描周期內(nèi)與編程器進行數(shù)據(jù)交換，編程器把在線編制的程序或數(shù)據(jù)發(fā)送到主機上，下一掃描周期主機就根據(jù)新收到的程序運行。這種方式成本較高，但系統(tǒng)調(diào)試和操作方便，在大中型PLC中常采用。 （3）診斷功能 PLC的診斷功能包括硬件和軟件的診斷。硬件診斷通過硬件的邏輯判斷確定硬件的故障位置，軟件診斷分為內(nèi)診斷和外診斷。通過軟件對PLC內(nèi)部的性能和功能進行診斷是內(nèi)診斷，通過軟件對PLC的CPU與外部輸入輸出等部件信息交換功能進行診斷是外診斷。 PLC的診斷功能的強弱，直接影響對操作和維護人員的技術(shù)能力的要求，并影響平均維修時間。 4．PLC機型的選擇 （1）PLC的類型 FX2系列可編程控制器主機分為16、24、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。該智能倉庫的控制系統(tǒng)有輸入信號40個，輸出信號21個。其中，外部輸入元件包括：檢測元件、按鈕、取、送、急停、限位開關(guān)、超限位保護等等;輸出有三個步進電機的正反向、動作指示、錯誤顯示等等。按照上述配置，所選I/O點應(yīng)不得低于61點，結(jié)合實際情況，所選I/O點為80點。因此選擇FX2N-80MR型號的PLC。 （2）經(jīng)濟性考慮 選擇PLC時，應(yīng)考慮性價比?？紤]經(jīng)濟性的同時應(yīng)考慮其可擴展性、可操作性、投入產(chǎn)出比等因素，來進行比較和兼顧，最終選出比較滿意的產(chǎn)品。 輸入輸出點書對價格有直接的影響。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，以便使整個控制系統(tǒng)有較合理的性價比。該智能倉庫屬于小型控制系統(tǒng)，結(jié)合經(jīng)濟性的考慮選擇整體型PLC。 根據(jù)其輸入點數(shù)為40點，輸出點數(shù)為21點，所以選擇FX2N-80MR型號的PLC。 3.3 步進電機的選擇 3.3.1 步進電機的原理 步進電機是數(shù)字控制系統(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，當電脈沖按某一相序加到電動機時，轉(zhuǎn)子沿某一方向轉(zhuǎn)動的步數(shù)等于電脈沖個數(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?。桓淖冚斎朊}沖的相序，就能控制步進電動機轉(zhuǎn)子機械位移的方向，實現(xiàn)位置的控制。當電脈沖按某一相序連續(xù)加到步進電動機時，轉(zhuǎn)子以正比于電脈沖頻率的轉(zhuǎn)速沿某一方向旋轉(zhuǎn)。因此，改變電脈沖的頻率大小和通電相序，就能控制步進電動機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，實現(xiàn)寬廣范圍內(nèi)速度的無級平滑控制。步進電動機的這種控制功能，是其它電動機無法替代的。步進電動機可分為磁阻式、永磁式和混合式，步進電動機的相數(shù)可分為：單相、二相、三相、四相、五相、六相和八相等多種。增加相數(shù)能提高步進電動機的性能，但電動機的結(jié)構(gòu)和驅(qū)動電源就會復(fù)雜，成本就會增加，應(yīng)按需要合理選用。 3.3.2 步進電機的選擇 1．步進電動機的特點 （1）步進電動機時一種作為控制用的特種電機，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度（步距角）一步一步運行的，其特點是沒有積累誤差（精度為100%），所以廣泛應(yīng)用于各種開環(huán)控制。 （2）步進電機的轉(zhuǎn)速與脈沖信號的頻率成正比。 （3）步距值不容易因為電氣、負載、環(huán)境條件的變化而改變，使用開環(huán)控制（或半閉環(huán)控制）就能進行良好的定位控制。 （4）起制動、正反轉(zhuǎn)、變速等控制方便。 （5）價格便宜，可靠性高。 （6）步進電動機的主要缺點是效率較低，并且需要配上適當?shù)尿?qū)動電源。 （7）步進電機帶負載慣性的能力不強，在使用時既要注意負載轉(zhuǎn)矩的大小，又要注意負載轉(zhuǎn)動慣量的大小，只有當兩者選取在合適的范圍時，電機才能獲得滿意的運行性能。 （8）由于存在失步和共振，因此步進電機的加減速的方法根據(jù)利用狀態(tài)的不同而復(fù)雜多變。 2．步進電動機的選擇計算 在選擇步進電動機時首先應(yīng)考慮的是步進電動機的類型的選擇，其次才是具體的品種選擇，在該智能倉庫控制系統(tǒng)中要求步進電動機電壓低、電流小、有定位轉(zhuǎn)矩和使用螺栓機構(gòu)的定位裝置，確定步進電動機采用2相8拍混合式步進電動機；在進行電動機的品種選擇時，要綜合考慮速比i、軸向力F、負載轉(zhuǎn)矩Tl、額定轉(zhuǎn)矩TN和運行頻率fy，已確定步進電機的具體規(guī)格和控制裝置。 由于我們使用螺栓機構(gòu)的定位裝置，已知條件和要求條件為： 移動部分總重 M=25kg 外力 Fa=4kg.cm 摩擦系數(shù) μ=0.04 螺栓機構(gòu)的效率 η=0.9 螺栓軸徑 D=1.2cm 螺栓長 L=42cm 螺距 P=3mm 分辨率 L1=0.01mm 移動距離 S=0.0075mm/步 速度 V=2m/min 計算： 設(shè)擬選用2相、1.8度步距角的HB型電動機，速比（設(shè)使用直接驅(qū)動方式）速比 i=m×1.8/（360×L1）=2×1.8/（360×0.01）=1 軸向力 F= Fa+μM=4+0.04×25=5kg.cm 負載轉(zhuǎn)矩 Tl=F×P/(2×3.14×η)+（μ0×F0×P）/（2×3.14） =5 ×0.3/(2×3.14×0.9)+（0.3×1.67×0.3）/（2×3.14） =0.289kg.cm 螺栓的慣量 JB=（3.14×7.9××42×1200）/32=0.0675kg.c㎡ 移動體的慣量 Jt=M×（P/2×3.14） = 25×（0.3/2×3.14） =0.0571 kg.c㎡ 負載慣量為JL= JB+ Jt =0.0675+0.00571 =0.1246 kg.c㎡ 根據(jù)以上計算可以初步選定步進電動機，其慣量為JM=0.03 kg.c㎡，空載起動頻率fs=3000Hz 有要求的速度可以求出運行的頻率： f=V/L=2000/（60×0.01）=3333Hz 可知需要加減速的驅(qū)動方式。 齒輪比：G=0.0075×360/（1.8×0.01）=150 換算到電機軸的負載轉(zhuǎn)矩為： T=G×L（Tl+F）/(2×3.14η) = 150×0.01（0.289+5）/(2×3.14×0.9) =1.40kg.cm 隊首次設(shè)計的裝置來講，所選用的電動機通常留有2~3倍的余量，所以電機轉(zhuǎn)矩TN=3T=3×1.40=4.2 kg.cm=0.41N.M 所以控制系統(tǒng)中的步進電動機采用混合式步進電機，它的主要特點是：體積小、大轉(zhuǎn)矩等優(yōu)點。型號：42BYGH101。 42BYGH101型號的步進電機的電氣技術(shù)數(shù)據(jù)如表3-1所示： 表3-1 步進電機的電氣技術(shù)數(shù)據(jù) 電機型號 相數(shù) 步距角 相電流 驅(qū)動電壓 額定轉(zhuǎn)矩 重量 42BYGH101 2 1.8 1.7A DC24V 0.44N.M 0.24kg 3.3.3 步進電機驅(qū)動器的選擇 1．步進電機驅(qū)動系統(tǒng)的基本組成 與交直流電動機不同，僅僅接上供電電源，步進電機是不會運行的。為了驅(qū)動步進電動機，必須由一個決定電動機速度和旋轉(zhuǎn)角度的脈沖發(fā)生器（在該智能倉庫控制系統(tǒng)中采用PLC作脈沖發(fā)生器進行位置控制）、一個使電動機繞組電流按規(guī)定次序通斷的脈沖分配器，一個保證電動機正常運行的功率放大器，以及一個直流功率電源等組成一個驅(qū)動系統(tǒng)，如圖3-2所示： 圖3-2 步進電機驅(qū)動部分的組成 2．步進電機驅(qū)動器 步進電機要有一種電子裝置進行驅(qū)動，這種裝置就是步進電機的驅(qū)動器，他是把控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號轉(zhuǎn)化為步進電機的角位移，或者說是控制系統(tǒng)每發(fā)出一個脈沖信號，通過驅(qū)動器就使步進電機旋轉(zhuǎn)一步距角。所以步進電機的轉(zhuǎn)速與脈沖信號的頻率成正比。 所有型號的驅(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，如圖3-3所示： 圖3-3 輸入信號接口電路 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，如果VCC是+5V則可直接輸入；如果VCC不是+5V則須外部另加限流電阻R，保證給驅(qū)動器內(nèi)部光耦提供8~18mA的驅(qū)動電流，如圖3-3和表3-2所示。在在智能倉庫中由于FP0提供的電平為24V，而輸入部分的電平為5V，所以需外部另加1.8K的限流電阻R。 表3-2 外接限流電阻R 信號幅值 外接限流電阻R 5V 不加 12V 680Ω 24V 1.8K 步進電機驅(qū)動器的輸出信號有兩種： 1． 初相位信號 驅(qū)動器每次上電后將使步進電機起始在一個固定的相位上，這就是初相位。初相位信號是指步進電機每次運行到初相位期間，此信號就輸出為高電平，否則為低電平。此信號和控制系統(tǒng)配合使用，可以產(chǎn)生相位記憶功能，其接口如圖3-4所示： 圖3-4 初相位信號接口電路 2． 報警輸出信號 每臺驅(qū)動器都有多種保護措施（如：過壓、過流、過濕等）。當保護發(fā)生時，驅(qū)動器進入脫機狀態(tài)使電機失電，但這時控制系統(tǒng)可能尚未知曉。如要通知系統(tǒng)，就要用到報警輸出信號，此信號占兩個接線端子，此兩端為一繼電器的常開點，報警時觸電立即閉合。驅(qū)動器正常時，觸電為常開狀態(tài)。觸電規(guī)格有：DC24V/1A、AV110V/0.3A。 一般來說，對于兩相四根線電機，可以直接和驅(qū)動器相連，如圖3-5所示： 圖3-5 電機與驅(qū)動器接線圖 所以在此采用SH系列步進電機驅(qū)動器，型號為SH-2H057。主要由電源輸入部分、信號輸入部分、輸出部分組成。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，這種結(jié)構(gòu)為封閉的超小型結(jié)構(gòu)，本身不帶風(fēng)機，其外殼即為散熱體，所以使用時要將其固定在較厚、較大的金屬板上或較厚的機柜內(nèi)，接觸面之間要涂上導(dǎo)熱硅脂，在其旁邊加一個風(fēng)機也是一種較好的散熱辦法。此步進電機驅(qū)動器的電氣技術(shù)數(shù)據(jù)如表3-3所示： 表3-3 步進電機驅(qū)動器的電氣技術(shù)數(shù)據(jù)表 驅(qū)動器型號 相數(shù) 類別 細分數(shù)通過撥位開關(guān)設(shè)定 最大相電流開關(guān)設(shè)定 工作電源 SH-2H057 二相或四相 混合式 二相八拍 3.0A 一組直流DC（24~40） 步進電動機驅(qū)動器接線示意圖如3-6所示： 圖3-6 步進電動機驅(qū)動器接線示意圖 3.4 傳感器的選擇 3.4.1 反射式傳感器的選擇 在智能倉庫中采用歐姆龍EE-SPY402凹槽型、反射型接插件式傳感器作貨物檢測，它是日本歐姆龍公司的產(chǎn)品，采用能抗周圍外來光干擾的便調(diào)光式。采用表那調(diào)光式與直流光式相比，不易受外來光干擾影響；電源電壓為DC5~24V的大量程電壓輸出型；帶有容易調(diào)整光的光軸標識；帶有便于調(diào)整動作確認的入光顯示燈；反射式傳感器的時間圖和輸出回路如圖3-7所示： 圖3-7 反射式傳感器的時間圖和輸出回路圖 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，當與擋塊接近時輸出電平為低電平，否則為高電平。需要注意檢測距離不要離傳感器太近，否則傳感器不能動作；連接是采用插件方式，千萬不要對端子（讀出頭）進行焊接。 EE-SPY402型傳感器的電氣技術(shù)參數(shù)如表3-4所示： 表3-4 EE-SPY402型傳感器的電氣技術(shù)參數(shù)表 型號 EE-SPY402 形狀 立式 檢測方式 反射型 應(yīng)差距離 0.2mm（檢測距離3mm，橫方向） 檢測距離 5mm（反射率90%15X15mm） 光源（發(fā)光波長） GaAs~紅外發(fā)光二極管（940mm） 顯示燈 入光時燈亮（紅） 電源電壓 DC5~24V 脈動（p-p）5%以下 消耗電流 平均值15mA~50mA 應(yīng)答頻率 100Hz 使用環(huán)境照度 受光面照度、白熾燈、太陽光各3000ex以下 環(huán)境溫度 動作時：-10 ~C ，保存時-25~C（不結(jié)冰） 環(huán)境濕度 動作時：5~85%RH，保存時-5~95%RH（不結(jié)露） 耐久振動 10~55Hz上下振幅1.5mmXYZ個方向2h 耐久沖擊 500m/ X、Y、Z各方向三次 保護構(gòu)造 IEC規(guī)格IP50 連接方式 接插件式 控制輸出 NPN電壓輸出 負載電源電壓DC5~24V 負載電流80mA以下 殘留電壓1.0以下（負載電流80mA時） 殘留電壓0.4以下（負載電流10mA時） 外殼材料 聚碳酸酯（PC） 3.4.2 微動開關(guān)的選擇 在該智能倉庫控制系統(tǒng)中共有13個倉位（四層十二個倉位加0號倉位）分別采用13只微動開關(guān)作為貨物檢測，當有貨物時相應(yīng)開關(guān)動作，其信號對應(yīng)PLC的輸入點是X22-X36；另外為保險起見，在X軸的左限位和Y軸的下限位出乎安分別加裝了1只微動開關(guān)作限位保護，以確保智能倉庫在程序出錯時不損壞；微動開關(guān)原理如圖3-8所示： 圖3-8 微動開關(guān)原理圖 3.5 PLC輸入輸出I/O的分配 根據(jù)該智能倉庫PLC輸入輸出的控制要求，可以得出PLC輸入輸出I/O的分配，如表3-5所示： 表3-5 I/O口分配表 X0 啟動 X25 檢驗3號倉庫 Y2 向上 X1 手動或自動 X26 檢驗4號倉庫 Y3 向下 X2 取出 X27 檢驗5號倉庫 Y4 送進 X3 送進 X30 檢驗6號倉庫 Y5 取出 X4 取消 X31 檢驗7號倉庫 Y6 顯示取出 X5 急停 X32 檢驗8號倉庫 Y7 顯示送進 X6 1號倉庫的鍵 X33 檢驗9號倉庫 Y10 顯示操作錯誤 X7 2號倉庫的鍵 X34 檢驗10號倉庫 Y11 顯示1倉庫 X10 3號倉庫的鍵 X35 檢驗11號倉庫 Y12 顯示2倉庫 X11 4號倉庫的鍵 X36 檢驗12號倉庫 Y13 顯示3倉庫 X12 5號倉庫的鍵 X37 前進限制 Y14 顯示4倉庫 X13 6號倉庫的鍵 X40 后退限制 Y15 顯示5倉庫 X14 7號倉庫的鍵 X41 后退超過 Y16 顯示6倉庫 X15 8號倉庫的鍵 X42 向上限制 Y17 顯示7倉庫 X16 9號倉庫的鍵 X43 向下限制 Y20 顯示8倉庫 X17 10號倉庫的鍵 X44 向下超過 Y21 顯示9倉庫 X20 11號倉庫的鍵 X45 前時限制 Y22 顯示10倉庫 X21 12號倉庫的鍵 X46 取出限制 Y23 顯示11倉庫 X22 檢驗0號倉庫 X47 取出超過 Y24 顯示12倉庫 X23 檢驗1號倉庫 Y0 前進 X24 檢驗2號倉庫 Y1 后退 3.6 電氣原理圖的設(shè)計 根據(jù)該智能倉庫的設(shè)設(shè)計要求，可以總結(jié)出該智能智能自動定位控制系統(tǒng)的電氣原理圖，該圖由PLC、步進電機、步進電機驅(qū)動器、等構(gòu)成。示意圖如圖3-9所示，具體情況見附圖。 圖3-9 電氣原理圖 24 第4章 智能倉庫系統(tǒng)控制軟件設(shè)計 4.1 PLC梯形圖概述 梯形圖是使用的最多的圖形編程語言，被稱為PLC的第一編程語言。梯形圖與電氣控制系統(tǒng)的電路圖很相似，具有直觀易懂的優(yōu)點，很容易被工廠電氣人員掌握，特別適用于開關(guān)邏輯控制。梯形圖被稱為電路或程序梯形圖的設(shè)計稱為編程。 PLC梯形圖中的某些編程元件沿用了繼電器這一名稱，如輸入繼電器、輸出繼電器、內(nèi)部輔助繼電器等，但是它們不是真實的物理繼電器，而是一些存儲單元（軟繼電器），每一軟繼電器與PLC存儲器中映像寄存器的一個存儲單元相對應(yīng)。該存儲單元如果為“1”狀態(tài)，則表示梯形圖中對應(yīng)軟繼電器的線圈“通電”，其常開觸點接通，常閉觸電斷開，稱這種狀態(tài)的軟繼電器的“1”或“ON”狀態(tài)。如果該存儲單元為“0”狀態(tài)，對應(yīng)軟繼電器的線圈和觸點的狀態(tài)與上述的相反，稱該軟繼電器為“0”或“OFF”狀態(tài)。使用中也常將這些“軟繼電器”成為編程元件。 開關(guān)量 按電壓水平分為：220VAC、110VAC、24VDC，按隔離方式分為：有繼電器隔離和晶體管隔離。 模擬量 按其精度可分為12bit、14bit、16bit等；按信號類型可以分為電流型（4~20mA，0~20mA）、電壓型（0~10V，0~5V，-10~10V）等。 除了上述通用I/O口外，還有特殊I/O模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。 梯形圖兩側(cè)的垂直公共線稱為母線。在分析梯形圖的邏輯關(guān)系時，為了借用繼電氣電路圖的分析方法，可以想象左右兩側(cè)之間有一個左正右負的直流電源電壓，母線之間有“能流”從左向右流動。右母線可以不畫出。 根據(jù)梯形圖中各個觸點的狀態(tài)和邏輯關(guān)系，求出與圖中各線圈相對應(yīng)的編程元件的狀態(tài)，稱為梯形圖的邏輯解算。梯形圖中邏輯解算是按從左至右、從上到下的順序進行的。解算的結(jié)果馬上可以被后面的邏輯解算所利用。邏輯解算是根據(jù)輸入映像寄存器中的值，而不是根據(jù)解算瞬時外部輸入觸電的狀態(tài)來進行的。 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，其輸入暫存器反應(yīng)輸入信號的狀態(tài)，輸出點反應(yīng)輸出鎖存器的狀態(tài)。輸入模塊將電信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?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（DI），開關(guān)量輸出（DO），模擬量輸入（AI），模擬量輸出（AO）等模塊。 4.2 系統(tǒng)流程圖 根據(jù)系統(tǒng)工作過程分析可以得出，該控制系統(tǒng)的流程圖如圖4-1所示： 圖4-1 系統(tǒng)流程圖 4.3 梯形圖的設(shè)計 PLC硬件電路連接完畢后，控制功能的完成還要依靠軟件程序的運行，兩者缺一不可。 4.3.1 初始化主控指令 該段程序主要是用來控制其內(nèi)部的通用輔助繼電器觸點，如圖4-2所示。當X000和X001接通時執(zhí)行MC和MCR之間的指令，其間的輸出點有輔助繼電器觸點M0、M1、M2、M30和計數(shù)器C0、C1、C3、C7等，當X000接通、X001斷開時執(zhí)行MC和MCR之間的指令，其輸出點為M31、M32、M33、M34、M35和M36都是用來控制后面的輸出的。 圖4-2 初始化梯形圖 4.3.2位置檢測指令 當M30接通或M40而X002、X003、X004斷開時輸出M101，之后M101接通開始對各個動作進行檢測判斷，以便確定正確的位置來完成貨物的存取，如圖4-3所示。此時前面主控程序之間的輸出開始起作用，如當M1接通，Y001斷開，輸出的動作為Y000前進。其它的動作執(zhí)行和其相似。 圖4-3 位置檢測梯形圖 當出現(xiàn)錯誤時可以通過以下程序來控制系統(tǒng)的運行，通過輸出操作錯誤，然后再改變操作來確保貨物存取的正確性。詳細程序如圖4-4所示： 圖4-4 檢測錯誤梯形圖 當沒有出現(xiàn)錯誤時，則輸出Y011、Y012、Y013、、、、、、Y024，顯示出倉庫的位置，如圖4-5所示： 圖4-1 動作輸出梯形圖 30 第5章 系統(tǒng)調(diào)試 5.1梯形圖程序的下載 1．要將GX Developer7.0中編制好的程序下載到PLC,必須先進行網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)置。先將PLC與計算機的串口互連，然后可以進入【傳輸設(shè)置】對話框，進行FX2n PLC設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)傳輸參數(shù)設(shè)定，可以進行PLC和計算機的串口通信方式的設(shè)定，可以進行其他網(wǎng)絡(luò)電的設(shè)定，還可以實現(xiàn)通信測試。 2．梯形圖寫入PLC 單擊【在線】-【PLC寫入】，就可以打開“PLC寫入”對話框，進行相關(guān)設(shè)置并執(zhí)行，就可以將GX Developer7.0中已編制好的程序?qū)懭隤LC，如圖5-1所示： 圖5-1 程序的調(diào)試 選中要下載到PLC的內(nèi)容，單擊【執(zhí)行】就可以將寫好的梯形圖程序下載到PLC的CPU中。 5.2程序運行過程記錄 待程序全部寫入PLC之后，首先運用PLC的編程軟件進行模擬調(diào)試，模擬調(diào)試成功后，接上外部接線進行現(xiàn)場調(diào)試，現(xiàn)場調(diào)試的具體情況如表5-1所示： 表5-1 程序運行過程記錄 PLC元件 狀態(tài) 運行結(jié)果 X0 ON 啟動 X1 ON 手動、自動 X2 ON 取出 X3 ON 送進 X4 ON 取消 X5 ON 急停 X6 ON 1號倉庫的鍵 X7 ON 2號倉庫的鍵 X10 ON 3號倉庫的鍵 X11 ON 4號倉庫的鍵 X12 ON 5號倉庫的鍵 X13 ON 6號倉庫的鍵 X14 ON 7號倉庫的鍵 X15 ON 8號倉庫的鍵 X16 ON 9號倉庫的鍵 X17 ON 10號倉庫的鍵 X20 ON 11號倉庫的鍵 X21 ON 12號倉庫的鍵 X22 ON 檢驗0號倉庫 X23 ON 檢驗1號倉庫 X24 ON 檢驗2號倉庫 X25 ON 檢驗3號倉庫 X26 ON 檢驗4號倉庫 X27 ON 檢驗5號倉庫 X30 ON 檢驗6號倉庫 X31 ON 檢驗7號倉庫 X32 ON 檢驗8號倉庫 X33 ON 檢驗9號倉庫 X34 ON 檢驗10號倉庫 X35 ON 檢驗11號倉庫 X36 ON 檢驗12號倉庫 X37 ON 前進限制 X40 ON 后退限制 X41 ON 后退超過 X42 ON 向上限制 X43 ON 向下限制 X44 ON 向下超過 X45 ON 前時限制 X46 ON 取出限制 X47 ON 取出超過 41 結(jié)　論 本系統(tǒng)主要以PLC為核心，利用PLC的強大的控制功能，實現(xiàn)了利用可編程控制器控制智能倉庫的功能，具有接線簡單、編程直觀、擴展容易等特點。當堆垛機的功能增加時，硬件接線上只需增加行程開關(guān)輸入信號。原來的接線不需改變，軟件上只需增加相應(yīng)程序以及輸出的功能，要改動的地方也較少。調(diào)試結(jié)果表明，在適應(yīng)性、精確性和可靠性方面，到達到了設(shè)計的要求，表明該設(shè)計方案是可行的。 謝 辭 經(jīng)過兩個多月的忙碌和工作，畢業(yè)設(shè)計已經(jīng)完成，作為一個?？粕漠厴I(yè)設(shè)計，由于經(jīng)驗的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有導(dǎo)師的督促指導(dǎo)，以及一起工作的同學(xué)們的支持，想要完成這個設(shè)計是難以想象的。該系統(tǒng)設(shè)計是在黨保華的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的。黨老師平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設(shè)計的每個階段，從課題選擇到資料查閱，設(shè)計草案的確定和修改，中期檢查，后期詳細設(shè)計等整個過程中都給予了我悉心的指導(dǎo)。他嚴肅的科學(xué)態(tài)度，嚴謹?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作風(fēng)，深深地感染和激勵著我。幾個月多來，黨老師不僅在學(xué)業(yè)上給我以精心指導(dǎo)，同時還在思想、生活上給我許多值得我學(xué)習(xí)和借鑒的品質(zhì)，并將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。 在此謹向黨老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。 然后還要感謝讀書以來所有的老師，不僅授我以文，而且教我做人，給以終生受益無窮之道。對老師們的感激之情是無法用言語表達的。 其次要感謝511全體寢室成員，如果沒有他們的幫助、鼓勵和陪伴，學(xué)習(xí)生活將變得非常困難。 也要感謝我的學(xué)校，為我提供了良好的學(xué)習(xí)環(huán)境和生活環(huán)境，讓我的學(xué)生生活豐富多姿，為我的人生留下精彩的一筆。 最后，向我的親愛的家人和親愛的朋友表示深深的謝意，他們給予我的愛、理解、關(guān)心和支持是我不斷前進的動力。 ????? 氣有浩然 ， 學(xué)無止境。 參考文獻 [1] 汪曉萍.《可編程控制器系統(tǒng)開發(fā)導(dǎo)航》.北京：人民郵電出版社，2004年7月第1版 [2] 王衛(wèi)兵 宋欣 劉宏洋 謝怡寧 .《可編程序控制器原理及應(yīng)用》北京：機械工業(yè)出版社，2009.8 [3] 董錦鳳 .《畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)》.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2005.2(高職高專系列規(guī)劃教材) [4] 賈德勝 .《PLC應(yīng)用開發(fā)實用子程序》.北京：人民郵電出版社，2006.1 [5] 郭艷萍 .《電氣控制與PLC技術(shù)》.北京：北京師范大學(xué)出版社，2007.2（2008.7重?。? [6] 孫政順 曹京生 .《PLC技術(shù)》.北京:高等教育出版社，2005 [7] 嚴盈富 .《PLC入門》.北京：人民郵電出版社，2005 [8] 朱紹祥 .《可編程控制器原理及應(yīng)用》. 上海： 上海交通大學(xué)出版社，1988.8 [9] 孟憲芳 .《電機及拖動基礎(chǔ)》. 西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2006.1(2008.3重印) [10] 路松行 .《電工與電子技術(shù)》. 西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2006.8(2007.9重印) [11] 張繼 張潤敏 梁海峰 .《電機控制與供電基礎(chǔ)》.西南交通大學(xué)出版社，2000 [12] 姜培剛 孟玉先 .《機電一體化系統(tǒng)設(shè)計》. 北京：機械工業(yè)出版社，2003.9(2009.4重印) [13] 邱士安 .《機電一體化技術(shù)》. 西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2005 [14] 陳伯時 .《自動控制系統(tǒng)》. 北京：機械工業(yè)出版社，1981 [15] 康宜華 .《工程測試技術(shù)》. 北京：機械工業(yè)出版社，2007.5 [16] 熊詩波 黃長藝 .《機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)》. 北京：機械工業(yè)出版社