1、目 录1.绪论 .41.1 计的背景 .41.2 本课题设计的内容 .51.3 本课题设计的目的和意义 .52.系统控制方案的确定 .62.1 自动化立体仓库的概述 .62.2 采用 PLC 控制立体仓库的优点 .72.3 系统设计的基本步骤 .72.4 系统控制方案 .92.5 立体仓库技术参数的确定 .113.系统硬件设计 .113.1 控制系统结构设计 .113.2 可编程控制器(PLC)的选型 .123.2.1 PLC 概述 .123.2.2 PLC 的选型 .133.3 步进电机的选择 .153.3.1 步进电机的原理 .153.3.2 步进电机的选择 .153.4 步进电机驱动器的
2、选择 .183.5 传感器的选择 .203.6 微动开关的选择 .223.7 PLC 输入输出分配表 .223.8 电气原理图的设计 .234 系统控制软件设计 .244.1 PLC 梯形图概述 .244.2 三菱编程软件的特点 .254.3 系统流程图 .264.4 梯形图的设计 .285.系统调试及结论 .285.1 梯形图程序的下载（传送） .285.2 程序运行过程记录 .295.3 结论 .30致谢 .31参考文献 .32附录 A.33基于 PLC 的立体仓库控制系统的设计摘 要随着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。自动化立体仓库是现代物流系统
3、的重要组成部分，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。本仓库模型控制系统是根据自动化立体仓库运行的基本原理而设计的。在整个控制系统中以三菱FX2N系列 PLC作为核心控制元件，专用键盘作为人机接口部件，控制步进电机来驱动一个有三自由度的仓库模型在高强度导轨上做三维运动。以步进电机每转输出的脉冲数为基础，通过键盘对每个仓位予以地址编码，通过PLC对命令键盘进行扫描并得到相应的仓位号，当PLC接收到来自键盘的输入命令后，便输出对应仓位的脉冲数，经过驱动器驱动步进电机按设定的方向转动一定的角度，进
4、而控制传动部件丝杠旋转进行准确的定位，以完成货物的存取功能。另外，为了保证整个控制系统运行的稳定性和可靠性，我们还采用了限位开关对其进行限位保护。 本文首先对该课题的可行性及课题实现的现实意义和价值进行了介绍；其次对该系统的硬件组成、结构、原理进行了阐述和分析；再次对本控制系统的核心软件进行了编写，论文中即有梯形图又有相应的语句表；最后对设计本课题所学到的知识和结论进行归纳和总结，并对本论文有待完善的地方进行扼要的说明。 关键字：立体仓库 可编程控制器（PLC） 步进电机 物流管理引言可编程控制器(Programmable Logic Controller)，简称 PLC。它是 20 世纪 7
5、0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。与继电接触器系统相比系统更加可靠；占位空间比继电接触器控制系统小；价格上能与继电接触器控制系统竞争；易于在现场变更程序；便于使用、维护、维修；能直接推动电磁阀、接触器与于之相当的执行机构；能向中央执行机构
6、；能向中央数据处理系统直接传输数据等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。与传统继电器接触装置相比，PLC 具有体积小、抗干扰能力强和可靠性高等优点。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.1.绪论1.1 本课题设计的背景立体仓库一般是指采用几层、十几层乃至几十层高的货架储存单元货物，用相应的物料搬运设备进行货物入库和出库作业的仓库。由于这类仓库能充分利用空间储存货物，故常形象地将其称为“立体仓库” 。 立体仓库的产生和发展是第二次世界大战
7、之后生产和技术发展的结果。50年代初，美国出现了采用桥式堆垛起重机的立体仓库；50 年代末 60 年代初出现了司机操作的巷道式堆垛起重机立体仓库；1963 年美国率先在高架仓库中采用计算机控制技术，建立了第一座计算机控制的立体仓库。此后，自动化立体仓库在美国和欧洲得到迅速发展，并形成了专门的学科。60 年代中期，日本开始兴建立体仓库，并且发展速度越来越快，成为当今世界上拥有自动化立体仓库最多的国家之一。 我国对立体仓库及其物料搬运设备的研制开始并不晚，1963 年研制成第一台桥式堆垛起重机（机械部北京起重运输机械研究所） ，1973 年开始研制我国第一座由计算机控制的自动化立体仓库（高 15
8、米，机械部起重所负责） ，该库1980 年投入运行。到目前为止，我国自动化立体仓库数量已超过 200 座。立体仓库由于具有很高的空间利用率、很强的入出库能力、采用计算机进行控制管理而利于企业实施现代化管理等特点，已成为企业物流和生产管理不可缺少的仓储技术，越来越受到企业的重视。 自动化仓库应用范围很广，几乎遍布所有行业。在我国，自动化仓库应用的行业主要有机械、冶金、化工、航空航天、电子、医药、食品加工、烟草、印刷、配送中心、机场、港口等。 1969 年美国数字设备公司（DEC）研制书世界第一台可编程控制器，并成功地应用在美国（GM）的生产线上。但当时只能进行逻辑运算，故称为可编程逻辑控制期，简
9、称 PLC（ programmable logic controller） 。70 年代后期，随着微电子技术和计算机的迅猛发展，使 PLC 从开关量的逻辑控制扩展到数字控制及生产过程控制域，真正成为一种电子计算机工业控制装置，故称为可编程控制器，简称 PC（programmable controller）.但由于 PC 容易与个人计算机（programmable computer）相混淆，故人们仍习惯地用 PLC 作为可编程器的缩写。1985 年国际电工委员会（IEC）对 PLC 的定义如下：可编程控制器是一种进行数字运算的电子系统，是专为在工业环境下的应用而设计的工业控制器，它采用了可以编程
10、的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字或模拟式的输入和输出，控制各种类型机械的生产过程。PLC 是继电器逻辑控制系统发展而来，所以它在数学处理、顺序控制方面具有一定优势。继电器在控制系统中主要起两种作用：（1）逻辑运算（2）弱电控制强电。PLC 是集自动控制技术，计算机技术和通讯技术于一体的一种新型工业控制装置，已跃居工业自动化三大支柱（PLC、ROBOT 、CAD/CAM ）的首位。可编程控制器，简称 PLC。它在集成电路、计算机技术的基础上发展起来的一中新型工业控制设备。 具有 1.可靠性高、抗干扰能力强 2.设计、安装容易，维护工作
11、量少 4.功能强、通用性好 5.开发周期短，成功率高 6.体积小，重量轻、功耗底等特点。已经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。与继电接触器系统相比系统更加可靠；占位空间比继电接触器控制系统小；价格上能与继电接触器控制系统竞争；易于在现场变更程序；便于使用、维护、维修；能直接推动电磁阀、触器与于之相当的执行机构；能向中央执行机构；能向中央数据处理系统直接传输数据等。因此，进行立体仓库的 PLC 控制系统的设计，可以推动机械手行业的发展，扩大 PLC 在自动控制领域的应用，具有一定的经济和理论研究的价值。1.2 本课题设计的内容课题的主要任务是基于三菱 FX2N
12、 系列 PLC 的立体仓库控制系统的设计。仓位的主体框架除包括十二个库位外，还配有一个物品入口位和一个出口位，并在这十二个库位的底部均设置有检测开关，若库内有物品，则压制相应的检测开关使之闭合，若无物品，则相应的检测开关断开。1.3 本课题设计的目的和意义传统条件下的库房管理作业，主要依据人工装卸，特别是对于一些大型物资，不仅工作效率低，浪费大量的人力、物力，存在较大的安全隐患，同时还占据大量的库房面积。立体库的投入使用，彻底解决了这一难题.自动化立体仓库可以产生巨大的社会效益和经济效益。它通过高层货架存储，使存储区大幅度地向高空发展，提高了空间利用率；自动化立体仓库采用层积式存放，结合计算机
13、管理，可以很容易实现先入先出，防止货物的自然老化、变质和损坏；通过自动存取系统(AS/RS),加快了运行和处理速度，提高了劳动生产率，降低操作人员的劳动强度；采用自动化技术后，还能较好地适应黑暗、低温、污染、有毒和易爆等特殊场合的物品存储需要；计算机控制能够始终准确无误地对各种信息进行存储和管理，减少了货物处理和信息处理过程中的差错；同时借助于计算机管理还能有效地利用仓库存储能力，便于清点和盘库，合理减少库存，加快资金周转，节约流动资金，从而提高仓库的管理水平。自动化仓库的信息系统可以与企业的生产信息系统集成，实现企业信息管理的自动化。同时，由于使用自动化仓库，促进企业的科学管理，减少了浪费，
14、保证均衡生产，也提高了操作人员素质和管理人员的水平。2.系统控制方案的确定2.1 自动化立体仓库的概述自动化立体仓库是指在不直接进行人工处理的情况下, 自动地完成物品仓储和取出的系统, 它以高层立体货架为主体, 以成套搬运设备为基础, 是集自动控制技术、通信技术、机电技术于一体的高效率、大容量存储机构。自动化立体仓库的出现, 实现了仓库功能从单纯保管型向综合流通型的转变。用 PLC 控制的自动化立体仓库达到仓储技术的全面自动化。自动化立体库基本由以下部分组成: 高层货架:用于存储货物的钢结构。目前主要有焊接式货架和组合式货架两种基本形式。 托盘（货箱）：用于承载货物的器具，亦称工位器具。 巷道
15、堆垛机:用于自动存取货物的设备。按结构形式分为单立柱和双立柱两种基本形式；按服务方式分为直道、弯道和转移车三种基本形式。 输送机系统:立体库的主要外围设备，负责将货物运送到堆垛机或从堆垛机将货物移走。输送机种类非常多，常见的有辊道输送机，链条输送机，升降台，分配车，提升机机，皮带机等。 AGV 系统:即自动导向小车。根据其导向方式分为感应式导向小车和激光导向小车。 自动控制系统:驱动自动化立体库系统各设备的自动控制系统。目前以采用现场总线方式为控制模式为主。 库存信息管理系统:亦称中央计算机管理系统。是全自动化立体库系统的核心。目前典型的自动化立体库系统均采用大型的数据库系统（如ORACLE，
16、SYBASE 等）构筑典型的客户机/服务器体系，可以与其他系统（如ERP 系统等）联网或集成。2.2 采用 PLC 控制立体仓库的优点1、低成本 利用电力线上网，最大的优点就是成本低。由于利用电力线上网，直接使用现有电力网就可以实现通信，而不需要另外铺设电话线、光电缆等，大大地减少了在基础网络上的投资。2、范围广 无所不在的电力线网络也是这种技术的优势。电力线是最基础的网络，它的规模之大，是其他任何网络无法比拟的。因为家家都有电力线，由此，运营商就可以轻松地把这种网络接入服务渗透到每一个家庭.因此，这一技术一旦进入商业化阶段，将会促进电信市场的变革，并给互联网普及带来极大的发展空间。 3、高
17、速 利用电力线上网能够提供高速传输。德国最大的电力设备生产商 RWE 承诺，运用他们的电力线上网技术，其速度要比 ISDN 拔号上网快 30多倍, 比 ADSL 更快！足以支持现有网络上的各种应用。更高速率的 PLC 产品正在研制之中。 4、便 捷 不管在家里的哪个角落,只要连接到房间内的任何电源插座上，就可立即拥有 PLC 带来的高速网络享受!5、永远在线 PLC 属于“即插即用“ ，不用烦琐的拨号过程，接入电源就等于接入网络！6、结构灵活 通过 PLC 技术实现 Internet 接入，可以灵活扩展接入端口数量，使资源保持较高的利用率。目前还未有效解决电力线信号通过变压器的技术，因此，电力
18、线通信设备都是集中在 220V 线路变压器的用户端。7、家庭数字化 PLC 技术能够通过电力线将整个家庭的电器与网络联为一体，在室内的设备之间构筑起可自由交换信息的局域网，使人们能够通过网络来控制自己家里的电器设备。2.3 系统设计的基本步骤立体仓库系统设计与调试的主要步骤，如下图 2-1 所示：在立体仓库控制系统的设计过程中主要要考虑以下几点：1.深入了解和分析立体仓库的工艺条件和控制要求。2.确定 I/O 设备。根据立体仓库控制系统的功能要求，确定系统所需的用户输入、输出设备。3.根据 I/O 点数选择合适的 PLC 类型。4.分配 I/O 点，分配 PLC 的输入输出点，编制出输入输出分
19、配表或者输入输出端子的接线图。5.设计立体仓库系统的梯形图程序，根据工作要求设计出周密完整的梯形图程序，这是整个立体仓库系统设计的核心工作。6.将程序输入 PLC 进行软件测试，查找错误，使系统程序更加完善。7. 立体仓库整体调试，在 PLC 软硬件设计和现场施工完成后，就可以进行整个系统的联机调试，调试中发现的问题要逐一排除，直至调试成功。图 2-1 立体仓库控制系统设计步骤2.4 系统控制方案德马物流公司需要装一立体仓库十二个仓库位、有物品出入口位与输出口位，各仓位能自检，其动作示意图(2)所示。立体仓库的结构示意图见下图 2-2所示:自动堆垛机堆垛机伸叉称重仪供步进机驱动模块行走步进电机
20、驱动模块升降步进电机驱动模块堆垛机电源 直流开头电源 直流开头电源四层三列立体库紧停按钮 紧停 叉中 联动 单动 手动 复位 功能 伸叉 升降 行走线位 联动 自动堆垛机动作指示灯堆垛机控制 PLC:Fx-2n-80mr反射式传感器图 2-2 立体仓库结构示意图根据某一物流公司对立体仓库的具体要求，本课题所设计的立体仓库具有以下功能：1、堆垛机（机械手）要有三个自由度，即：前 进、后退；上、下；左、右；2、堆垛机的运动由步进电机驱动；3、堆垛机前进（或后退）运动和上（或下）运动可同时进行；4、堆垛机前进、后退和上、下运 动时必须有超限位保 护；5、每个仓位必须有检测装置（微动开关），当操作有误时发出错误报警信号；6、当按完仓位号后，没按入或取前，可以按取消 键进 行取消该操作。
