立體倉庫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)畢業(yè)論文(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 得十分不方便，且效率很低。為了解決傳統(tǒng)條碼所存在的問題，便出現(xiàn)了二維條碼技術(shù)。國外的二維條碼技術(shù)已經(jīng)處于應(yīng)用階段，并能生產(chǎn)出性能較好的二維條碼識(shí)別系統(tǒng)。而我國與國外水平還有很大差距。制約二維條碼技術(shù)在我國發(fā)展的主要原因是目前市場(chǎng)上銷售的二維條碼識(shí)別系統(tǒng)價(jià)格還比較昂貴。 立體倉庫設(shè)計(jì)方案 2. 立體倉庫設(shè)計(jì)方案 立體倉庫系統(tǒng)的構(gòu)成 系統(tǒng)模塊組成本文所設(shè)計(jì)的立體倉庫系統(tǒng)主要由人機(jī)接口界面、控制裝置、驅(qū)動(dòng)模塊、電機(jī)制動(dòng)裝置、機(jī)械部件和倉位模塊所構(gòu)成，它們之間的關(guān)系如圖 1 所示：圖 1 立體倉庫系統(tǒng)模塊操作人員通過人機(jī)接口界面，對(duì)立體倉庫輸入命令，比如將貨物送到某一倉位，人機(jī)接口界面將這一命令傳送給控制裝置，控制裝置會(huì)根據(jù)這一命令作出簡(jiǎn)單判斷，即執(zhí)行還是不執(zhí)行，比如該倉位已滿，那么將不予執(zhí)行，所以控制裝置會(huì)首先去接受來自倉位模塊的反饋信息，如果該倉位未被占據(jù)，則控制裝置接收到這一信息后將會(huì)調(diào)用執(zhí)行該命令的相應(yīng)程序并執(zhí)行，以此來控制和它相連的驅(qū)動(dòng)模塊，驅(qū)動(dòng)模塊的作用是去驅(qū)動(dòng)電機(jī)制動(dòng)裝置，通過電機(jī)制動(dòng)裝置的運(yùn)作會(huì)帶動(dòng)相應(yīng)的機(jī)械部件，機(jī)械部件將會(huì)把貨物運(yùn)送到合適的倉位，或是從合適的倉位中取出貨物，以此來實(shí)現(xiàn)操作人員取送貨物的目的。 系統(tǒng)模塊的功能人機(jī)接口界面主要指的是由人來進(jìn)行機(jī)械或設(shè)備操作的平臺(tái)，在立體倉庫中，人機(jī)接口界面承擔(dān)了操作人員控制立體倉庫正常運(yùn)行的作用。操作人員通過人機(jī)接口界面可以向立體倉庫發(fā)出操作命令，這其中包括：貨物的出入庫方 立體倉庫設(shè)計(jì)方案 式以及存放的倉庫位置編號(hào)。另外為了讓操作人員能更清楚地看到所選倉位編號(hào)，在人機(jī)界面上還可加入倉位編號(hào)以及當(dāng)前狀態(tài)顯示。在對(duì)控制裝置的設(shè)計(jì)中，可以利用可編程控制器（PLC） ，因?yàn)?PLC 是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置，采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。因此可以在 PLC 控制器寫入用以控制立體倉庫工作的程序，包括初始化程序、貨物出入庫程序、狀態(tài)顯示程序等等。當(dāng)控制器接收到來自人機(jī)接口界面的命令之后，就可以做出邏輯判斷是否相應(yīng)，然后調(diào)用事先設(shè)定好的程序執(zhí)行。驅(qū)動(dòng)模塊的信號(hào)主要由控制模塊輸入，作用是驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的電機(jī)制動(dòng)裝置工作，并起到電路保護(hù)的作用，即過壓、過流保護(hù)。電機(jī)制動(dòng)裝置主要用于帶動(dòng)后續(xù)的機(jī)械部件運(yùn)動(dòng)，機(jī)械部件的運(yùn)動(dòng)目的就是為了將貨物移動(dòng)到適當(dāng)?shù)奈恢茫鴻C(jī)械部件本身沒有動(dòng)力，因此需要依靠電機(jī)制動(dòng)裝置來帶動(dòng)它的運(yùn)動(dòng)。要將貨物從起始位置運(yùn)送到倉庫中或是從倉庫中取出到起始位置，這個(gè)過程中對(duì)于動(dòng)作方面主要考慮三個(gè)問題：取——移——放。取，即從某一個(gè)地點(diǎn)取下貨物的動(dòng)作，可以是在起始位置取貨物準(zhǔn)備存放，也可以在某一個(gè)倉位取貨物。移，即是將貨物轉(zhuǎn)移到指定的位置，可以是移動(dòng)到起始平臺(tái)，也可以是各個(gè)倉位中，所以在這個(gè)過程中能夠做到準(zhǔn)確的定位是非常重要的。放，即是將轉(zhuǎn)移到指定地點(diǎn)的貨物放下的動(dòng)作，可以是放在起始位置，也可以是放在某一個(gè)倉位中。倉位模塊一般可以設(shè)計(jì)成框架結(jié)構(gòu)，在材料的選取上應(yīng)選用比較堅(jiān)固的材質(zhì)，比如鋼質(zhì)或鐵質(zhì)材料，在外形的設(shè)計(jì)上最好是比較整齊的排列，比如最常用的是陣列式結(jié)構(gòu)，如 NM 型倉位，即橫向 N 排倉位和縱向 M 列倉位整齊排列，這樣比較有利于對(duì)貨物移送定位的控制。同時(shí)在每一個(gè)倉位的設(shè)計(jì)上應(yīng)考慮到倉位當(dāng)前狀態(tài)信息的傳遞，比如倉位是否已經(jīng)存有貨物，否則如果向已滿的倉位再送入貨物會(huì)導(dǎo)致倉庫的運(yùn)行發(fā)生錯(cuò)誤或損壞貨物以及倉庫的硬件設(shè)備。 立體倉庫設(shè)計(jì)方案 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能立體倉庫系統(tǒng)的主要功能是實(shí)現(xiàn)貨物的出入庫操作，本文設(shè)計(jì)的立體倉庫可以實(shí)現(xiàn)下面一系列功能：? 將倉位中的貨物送到指定位置；? 將某一指定位置的貨物取出；? 自動(dòng)將某一位置的貨物送到另一位置；? 將起始位置的貨物送到任意位置；? 從任意位置取回貨物放至起始位；? 能夠?qū)崿F(xiàn)低速啟動(dòng)—變速運(yùn)行—低速停止的功能，即 X、Y 、Z 方向上的極限保護(hù)；? 各倉位狀態(tài)的掃描檢測(cè)； 倉庫管理系統(tǒng)功能要求l、具有信息接口功能。管理計(jì)算機(jī)可以通過以太網(wǎng)的 TCP／邛協(xié)議與上位計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，接收上位機(jī)的命令信息或向上位機(jī)報(bào)送倉庫狀態(tài)信息，向地面控制臺(tái)發(fā)送指令，接收地面控制臺(tái)的反饋信息等。具有出入庫管理功能。當(dāng)管理計(jì)算機(jī)接受到上位機(jī)指令要求對(duì)貨物進(jìn)行出入庫時(shí)，管理計(jì)算機(jī)通過內(nèi)部處理后對(duì)控制臺(tái)發(fā)出相關(guān)的指令，控制臺(tái)接受到指令后再控制相應(yīng)堆垛機(jī)的動(dòng)作，最終達(dá)到貨物的出入庫。具有庫存管理功能。為了滿足生產(chǎn)的需要，倉庫庫存貨物應(yīng)有一定的數(shù)量。庫存太多，造成資金及管理費(fèi)用的積壓；庫存太少，則影響正常生產(chǎn)。不同的原材料和生產(chǎn)備件要求的存儲(chǔ)量不同，其最佳值的選擇要通過優(yōu)化設(shè)計(jì)來確定。不同的系統(tǒng)，不同用途的倉庫，其優(yōu)化原則是不一樣的。具有貨位管理功能。對(duì)于自動(dòng)化立體倉庫，貨位管理是計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)的一個(gè)重要功能。貨物的存放方式采用自由貨位存放方式(各種貨物并無固定的存放貨位) 。入庫貨物的存放地址是按照一定的入出庫原則隨機(jī)確定的。貨物出、入庫的貨位分配是按照一定的原則來完成的：入庫原則一般是先近后遠(yuǎn)，均勻分配，先存放底層、后存放高層，下重上輕；出庫原則是先進(jìn)先出，先出零散，盡量騰出貨位。 設(shè)計(jì)中的問題及解決方案 設(shè)計(jì)中的問題立體倉庫的功能比較多，因此結(jié)構(gòu)也相對(duì)比較復(fù)雜，在考慮對(duì)立體倉庫的 立體倉庫設(shè)計(jì)方案 設(shè)計(jì)中有以下幾個(gè)問題需要解決。? 在貨物的傳送過程中如何做到精確而快速定位。? 在 PLC 控制器接受到操作命令時(shí)如何判斷是否應(yīng)該響應(yīng)。? 在傳送平臺(tái)到達(dá)貨物倉位后應(yīng)如何進(jìn)行貨物出入庫作業(yè)。? 對(duì)于傳送平臺(tái)在各個(gè)方向的移動(dòng)如何實(shí)施保護(hù)措施。 解決方案 1）在貨物的傳送過程中要實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位的最好方法就是采用坐標(biāo)定位法。可以把貨物的移動(dòng)分解為水平（X 軸）和垂直（Y 軸）兩個(gè)方向，通過控制這兩 9 個(gè)方向上的位移多少，即可以將貨物送到準(zhǔn)確位置。因此在硬件設(shè)計(jì)的時(shí)候，可以將傳送貨物的機(jī)械裝置設(shè)計(jì)成水平桿和垂直桿，在動(dòng)力控制上可以采用兩個(gè)電機(jī)，分別給水平移動(dòng)和垂直移動(dòng)提供動(dòng)力，然后通過電機(jī)控制送貨平臺(tái)在水平桿和垂直桿上的滑動(dòng)將平臺(tái)移到指定位置。為了提高送貨平臺(tái)移送的速度，縮短其到達(dá)指定位置的時(shí)間，在控制時(shí)可將水平和垂直的移動(dòng)設(shè)定為同時(shí)進(jìn)行。當(dāng) PLC 發(fā)出一定脈沖，經(jīng)過驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一定的角度，要想實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的精確控制，則需要對(duì)它的具體運(yùn)行步數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，步進(jìn)電機(jī)以10cm 長為單位長度計(jì)算為例，即坐標(biāo)軸上的每個(gè)單位代表現(xiàn)實(shí)中的 10cm。為了增大轉(zhuǎn)矩提高控制精度，本控制系統(tǒng)所有數(shù)據(jù)（脈沖頻率、數(shù)量等）均是以步距角為 度為參考制定的。立體倉庫模擬裝置絲杠上螺紋的螺距為，也就是說電機(jī)每接 400 個(gè)脈沖所運(yùn)行的距離為 。要實(shí)現(xiàn)通過輸入不同數(shù)字使機(jī)械到達(dá)不同的位置，需要作到的就是控制步進(jìn)電機(jī)走多少個(gè)單位長度。2）對(duì)于 PLC 控制器是否應(yīng)響應(yīng)操作命令的問題，可以通過在每個(gè)倉位上安裝限位開關(guān)來實(shí)現(xiàn)。限位開關(guān)就是用以限定機(jī)械設(shè)備的運(yùn)動(dòng)極限位置的電氣開關(guān)。當(dāng)倉位中貨物已滿時(shí)，限位開關(guān)可以將此信號(hào)傳送給 PLC 控制器，控制器即可根據(jù)接收到的信號(hào)作出是否響應(yīng)的判斷了。3）傳送平臺(tái)在到達(dá)指定倉位后，可通過平臺(tái)上的伸叉控制平臺(tái)的前后和上下移動(dòng)來進(jìn)行出入庫作業(yè)。如果將水平桿和垂直桿的移動(dòng)方向設(shè)為 X 方向和 Y方向，把出入庫的前后移動(dòng)設(shè)為 Z 方向。取貨的時(shí)候，傳送平臺(tái)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(shí)候，傳送平臺(tái)先向前伸入至倉位中（Z 方向） ，然后往下放下貨物（Y 方向） 立體倉庫設(shè)計(jì)方案 ，最后縮回（Z 方向） ，以此來實(shí)現(xiàn)貨物的出入庫作業(yè)。4）對(duì)于保護(hù)傳送平臺(tái)在各個(gè)方向的移動(dòng)，可以在立體倉庫中通過硬件在移動(dòng)的三個(gè)方向上實(shí)施保護(hù)措施，即 X 軸極限位保護(hù)、 Y 軸極限位保護(hù)、Z 軸極限位保護(hù)以及 X 軸、Y 軸、Z 軸協(xié)調(diào)保護(hù)（硬件聯(lián)鎖） ，通過以上各種保護(hù)開關(guān)，可以確保操作人員在編程實(shí)驗(yàn)中或是立體倉庫在程序出錯(cuò)時(shí)，不會(huì)損壞該裝置。 立體倉庫系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3. 立體倉庫系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì) 立體倉庫的基本結(jié)構(gòu) 自動(dòng)化立體倉庫主體由地盤、四層十二倉位庫體、運(yùn)動(dòng)機(jī)械及電氣控制等四部分組成。圖 倉位編號(hào)機(jī)械部分采用滾珠絲杠、滑杠、普通絲杠等機(jī)械元件組成，采用步進(jìn)電機(jī)、直流電機(jī)作為拖動(dòng)元件。 電氣控制是由德國西門子 S7200 程序控制器（PLC）、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源模塊、開關(guān)電源、位置傳感器等器件組成。 硬件部分 步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)是數(shù)字控制系統(tǒng)中的執(zhí)行電機(jī)，當(dāng)系統(tǒng)講一個(gè)電脈沖信號(hào)到步進(jìn)電機(jī)定子繞組時(shí)，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)一步，當(dāng)電脈沖安某一相序加到電動(dòng)機(jī)時(shí)，轉(zhuǎn)子沿某一方向轉(zhuǎn)動(dòng)的步數(shù)等于電脈沖光個(gè)數(shù)。因此，改變輸入脈沖的數(shù)目就能控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子機(jī)械位移的大小；改變輸入脈沖的通電相序，就能控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子機(jī)械位移的方向，實(shí)現(xiàn)位置的控制，實(shí)現(xiàn)寬廣范圍內(nèi)速度的無極平滑控制。步進(jìn)電機(jī)可分為磁阻式、永磁式和混合式， ，步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)可分為：?jiǎn)蜗唷⒍唷⑷唷⑺南唷⑽逑唷⒘嗪桶讼嗟榷喾N。增加相數(shù)能提高步進(jìn)電機(jī)的性能，但電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)電源就會(huì)復(fù)雜，成本就會(huì)增加，應(yīng)按需要合理選用。本系統(tǒng)用步進(jìn)電機(jī)為 42BYG250C 型步進(jìn)電機(jī)，其電氣技術(shù)數(shù)據(jù)為：電機(jī)型號(hào) 相數(shù) 布距角 靜態(tài)相電流 驅(qū)動(dòng)電壓 額定轉(zhuǎn)矩 重量42BYG250C 2 表 42BYG250C 型步進(jìn)電機(jī)電氣技術(shù)數(shù)據(jù) 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的基本組成和工作原理 為了驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，必須由一個(gè)決定電動(dòng)機(jī)速度和旋轉(zhuǎn)角度的脈沖發(fā)生器10 1 129874 5 63210 立體倉庫系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)（在該立體倉庫控制系統(tǒng)中采用 PLC 作脈沖發(fā)生器進(jìn)行位置控制） ，一個(gè)使電動(dòng)機(jī)繞組電流按規(guī)定次序通斷的脈沖分配器，一個(gè)保證電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行的功率放大器，以及一個(gè)直流功率電源等組成一個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器是把控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化為步進(jìn)電機(jī)的角位移，或者說：控制系統(tǒng)每發(fā)一個(gè)脈沖信號(hào)，通過驅(qū)動(dòng)器就使步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一步距角。所以步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與脈沖信號(hào)的頻率成正比。 所以設(shè)計(jì)中采用北京斯達(dá)特機(jī)電科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的 SH 系列步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，SH2H057。主要由電源輸入部分、信號(hào)輸入部分、輸出部分組成。SH2H057 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(jī)，其外殼即為散熱體，所以使用時(shí)要將其固定在較厚、較大的金屬板上或較厚的機(jī)柜內(nèi)，接觸面之間要涂上導(dǎo)熱硅脂，在棋盤邊加一個(gè)風(fēng)機(jī)也是一種較好的散熱辦法。此步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的電氣技術(shù)數(shù)據(jù)為：驅(qū)動(dòng)器型號(hào) 相數(shù) 類別 細(xì)分?jǐn)?shù) 最大相電流開關(guān)設(shè)定工作電源SH2H057 二相或四相混合式 二相八拍 一組直流DC(24V40V)表 SH2H057 型步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器電氣技術(shù)數(shù)據(jù) 傳感器（1）反射式傳感器的工作原理： 在該立體倉庫中采用歐姆龍 EESPY402 凹槽型、反射型接插件式傳感器作貨物檢測(cè)。電源電壓為 DC524V 的大量程電壓輸出型；帶有容易調(diào)整的光軸標(biāo)識(shí)；帶有便于調(diào)整，動(dòng)作確認(rèn)的入光顯示燈；其結(jié)構(gòu)圖如圖 所示：圖 反射式傳感器結(jié)構(gòu)圖工作原理：當(dāng)物體相對(duì)于傳感器移動(dòng)時(shí)，反射回來的信號(hào)與原先的信號(hào)相 立體倉庫系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)比較，產(chǎn)生頻移，集成電路再把微弱的頻移信號(hào)進(jìn)行放大，再經(jīng)多普勒檢測(cè)、放大、限幅等措施，最后取得和物體移動(dòng)信號(hào)相關(guān)的主流信號(hào)輸出電平。（2）對(duì)射式傳感器的工作原理： 對(duì)射式傳感器的輸出狀態(tài)一般為 NPN 輸出，輸出晶體管的動(dòng)作狀態(tài)可分為入光時(shí) ON 和遮光時(shí) ON 兩種。入光時(shí)為 ON 的對(duì)射式傳感器的結(jié)構(gòu)圖如圖 所示：圖 對(duì)射式傳感器的結(jié)構(gòu)圖 當(dāng) 24V 電壓加到發(fā)光二極管 LED1 時(shí)，它將光發(fā)射給發(fā)光二極管LED2，LED2 接受到光導(dǎo)通，三極管導(dǎo)通，輸出為 ON；當(dāng)發(fā)光二極管 LED1發(fā)射出的光被物體擋住使發(fā)光二極管 LED2 接收不到時(shí)，LED2 不導(dǎo)通，三極管也不導(dǎo)通，輸出為 OFF。 控制電路設(shè)計(jì)部分 PLC I/O 點(diǎn)的選擇根據(jù)控制要求，將個(gè)輸入設(shè)備和被控設(shè)備詳細(xì)列表，準(zhǔn)確的統(tǒng)計(jì)出被控設(shè)備對(duì)數(shù)需求量，然后在實(shí)際統(tǒng)計(jì)的 I/O 點(diǎn)數(shù)的基礎(chǔ)上增加 15%—20%的備用量，以便以后調(diào)整和擴(kuò)充。同時(shí)要充分利用好輸入和輸出擴(kuò)展單元，提高主機(jī)的利用率，例如 S7200 系列可編程控