1、西 南 交 通 大 学本科毕业设计（论文）巷道式立体仓库输送装置的控制电路设计2013 年 6 月 西南交通大学本科毕业设计(论文) 第 I 页论文真实性承诺及指导教师声明学生论文真实性承诺本人郑重声明：所提交的作品是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，内容真实可靠，不存在抄袭、造假等学术不端行为。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。如被发现论文中存在抄袭、造假等学术不端行为，本人愿承担本声明的法律责任和一切后果。毕业生签名： 日 期： 指导教师关于学生论文真实性审核的
2、声明本人郑重声明：已经对学生论文所涉及的内容进行严格审核，确定其内容均由学生在本人指导下取得，对他人论文及成果的引用已经明确注明，不存在抄袭等学术不端行为。指导教师签名： 日 期： 西南交通大学本科毕业设计(论文) 第 II 页摘 要随着企业现代化生产规模的不断扩大，立体仓库己成为生产物流系统中的一个重要且不可缺少的环节,堆垛机是其关键设备。设计与开发自动化堆垛机控制系统成为当前立体仓库的发展趋势，因此开展与此有关的研究具有重要的理论和应用价值。在本设计中，介绍了自动化立体仓库的应用及其功能和作用，着重研究了自动化立体仓库堆垛机控制系统的电路设计。首先，根据总体方案，确定共有 14 个数字量输
3、入信号以及 14 个数字量输出信号，因此选择了研华 USB-4750 数据采集卡，确定了堆垛机控制系统的信号采集检测核心。其次，根据堆垛机的技术要求，本设计在确定堆垛机的参数之后，从堆垛机的位置控制、速度控制、信号检测等几个方面进行总体方案的确立。本设计中采用以光电开关和认址片为基础的相对定位认址方案；堆垛机的速度控制采用变频调速的方法，实现了对运行、起升、货叉三个电机精确的速度控制，其中水平运行设定四种速度，起升运行设定三种速度，货叉运行设定两种速度；此外，选择合适电器元器件，实现了堆垛机的原点检测、货叉到位检测和电动机运行状况检测。最后，本设计根据设计要求，完成了以工控计算机为上位机，数据
4、采集卡为堆垛机运动控制器件的立体仓库堆垛机控制系统的电路设计，具有一定的理论和应用价值。关键词：自动化立体仓库；堆垛机；电路设计；变频调速；数据采集卡西南交通大学本科毕业设计(论文) 第 III 页AbstractAs the expanding of the modern enterprise industrial scale, warehouse has become the most important and indispensability tache of the logistics system, which key equipment is hay stacker system
5、. Design and development of a higher degree of automation stacker control system become warehouse trend of development, therefore related research has important theory and application value.This paper introduces application and performance of automated warehouse and puts emphasis on the researching
6、of circuit design in automated warehouse stacker control system.Firstly, there are 14 digital inputs and 14 digital outputs according to the global project. So the Advantech data acquisition card USB-4750 was chosen, which is the kernel of data acquisition and detection.Then, according to the techni
7、cal requirements of stacking machine, after the parameters of hay stacker was determined, the paper analyzes hay stacker of locating, speed and data detection, and determine the overall plan. This design adopted the project of relative localization, on the basis of photoelectric switch and localizat
8、ion card. As for speed control, frequency conversion control was chosen to accomplish the control of operation, hoisting and fork electric machine, which set 4 kind of speed for operation,3 for hoisting and 2 for fork. Besides the system completed the function of origin detection, fork reached detec
9、tion and the condition of electric machine.Finally, according to the requirements, this design accomplished circuit design of automated warehouse stacker control system, in which industrial computer served as host computer and data acquisition card served as controller, which has theory and applicat
10、ion valueKey words: Automated Warehouse; Stacker; Circuit Design; Data Acquisition Card; Frequency Conversion Speed西南交通大学本科毕业设计(论文) 第 IV 页目 录第一章 绪论 .11.1 自动化立体仓库概述 .11.1.2 自动化立体仓库的构成 .11.1.3 巷道式立体仓库控制系统 .21.2 自动化立体仓库的发展现状和趋势 .21.3 主要研究内容及研究意义 .3第 2 章 巷道式立体仓库的总体方案 .52.1 巷道式立体仓库主要参数设计 .52.1.1 立体仓库货架参数
11、 .52.1.2 堆垛机的构成及参数（400） .62.2 位置控制方案 .82.2.1 认址方案的比较 .82.2.2 认址方案的确定 .92.3 速度控制方案 .112.3.1 交流异步电机变频调速原理 .112.3.2 堆垛机速度控制曲线设计 .122.4 信号检测方案 .15第 3 章 数据采集卡的选型 .163.1 数据采集卡简介 .163.2 数据采集卡的选择 .17第 4 章 信号检测电路的设计 .204.2 位置检测电路 .204.1.1 光电开关的选型 .204.1.2 位置检测的电路设计 .224.2 货物检测电路 .234.3 原点、货叉到位检测电路 .244.3.1 原
12、点检测电路简介 .244.3.2 货叉到位检测电路简介 .254.3.3 行程开关的选型 .25西南交通大学本科毕业设计(论文) 第 V 页4.3.4 原点、货叉到位检测电路设计 .254.4 电机运行状况检测电路 .26第 5 章 执行部分电路的设计 .275.1 电机型号选择 .275.1.1 运行电机的选型 .275.1.2 起升电机的选型 .305.1.3 货叉电机的选择 .305.2.1 变频器的控制方式 .315.2.2 变频器的选型 .325.2.3 变频器制动电阻参数的计算 .335.3.3 变频器检测输出 .335.4 其他各元器件选型 .335.4.1 断路器 .335.4
13、.2 固态继电器 .345.4.3 接触器 .345.4.4 热继电器 .355.4.5 其他 .355.5 执行部分电路接线图 .36结 论 .37致 谢 .39参考文献 .40西南交通大学本科毕业设计(论文) 第 1 页第一章 绪论1.1 自动化立体仓库概述自动化立体仓库是一种新型的仓储技术，是现代物流系统中的一个重要组成部分，它又称为高层货架仓库、立库、自动存储/检索系统 (Automated Storage/Retrieval System，即 AS/RS)。它是物料搬运和仓储科学中的一门综合科学技术工程。它以高层货架为主要标志，以成套先进搬运设备为基础，以先进的计算机控制技术为主要手
14、段，由此组成高效率的物流、大容量的科学的存储，以适应现代化生产的需求。实践已充分证明，使用自动化立体仓库能够产生很大的社会效益和经济效益，效益主要来自以下几个方面：1. 高层货架存储。由于使用高层货架，充分利用了仓库地面和空间，存储区可以大幅度地向空间扩展，因此节省了库存占地面积，提高了空间利用率。2. 自动存取 AS/RS。自动化立体仓库使用机械和自动化设备，运行和处理速度快，提高了作业效率，降低了操作人员的工作强度。3. 计算机控制与管理。计算机能够准确无误地对仓库的各种信息进行存储和管理，降低了操作人员的劳动强度。4. 作业效率明显提高。能充分保证先进先出。 （FIFO-First In
15、 and First Out）的合理作业原则，从时间控制上防止货物堆积而产生的变质、生锈或发霉的情况。5. 节约费用随着经济的高速发展，我国有关行业开始重视立体仓库的研究，对于促进传统观念的转变、提高现代化物流意识，形成新型的商品流通产业等方面均产生了强劲的推动作用。1.1.2 自动化立体仓库的构成自动化立体仓库是机械和电气、强电控制和弱电控制相结合的产品。它主要由货物储存系统、货物存取和传送系统、控制和管理等三大系统组成，还有与之配套的供电系统、空调系统、消防报警系统、称重计量系统、信息通信系统等。1. 货物储存系统本系统由立体货架的货位(托盘或货箱)组成。货架按照排、列、层组合而成立体仓库
16、储存系统。西南交通大学本科毕业设计(论文) 第 2 页2. 货物存取和传送系统本系统承担货物存取、出入库的功能，它由有轨或无轨堆垛机、出入库输送机、装卸机械等组成。出入库输送机可根据货物的特点采用带输送机、机动辊道、链传动输送机等，主要将货物输送到堆垛机上下料位置和货物出入库位置。3. 控制和管理系统中央控制计算机是自动化立体仓库的控制中心，它沟通并协调管理计算机、堆垛机、出入库输送机等的联系；控制和监视整个自动化立体仓库的运行，并根据管理计算机或自动键盘的命令组织流程，以及监视现场设备运行情况和现场设备状态、监视货物流向及收发货显示，与管理计算机、堆垛机和现场设备通信联系，还具有对设备进行故
17、障检测及查询显示等功能。1.1.3 巷道式立体仓库控制系统巷道堆垛机是立体仓库成套设备中的主机，是一种在轨道上运行的起重机械，它能在三维空间上（行走、升降、两侧向伸缩）按照一定的顺序组合进行往复运动，以完成对集装单元或拣选货物的入库、出库和倒库功能。从功能上堆垛机可以分为以下几部分：三维动作控制即控制在水平、垂直、左右方向的运行；位置控制即堆垛机的在货架的定位；通讯功能即堆垛机与上位机和其他仓库设备的通讯；保护报警功能即提供各种电机保护，保证堆垛机运行安全；人机界面功能即通过人机界面向操作人员提供堆垛机的状态信息。从机构上堆垛机一般由水平行走机构、起升机构、载货台及货叉机构、机架和电气设备等基
18、本设备组成。运行机构与起升机构使堆垛机到达指定货位，载货台及货叉伸缩机构与起升机构组合完成存取作业。从结构形式上来看，目前立体仓库堆垛机有双立柱结构和单立柱结构。1. 双立柱堆垛机。双立柱结构的堆垛机机架由两根立柱和上横梁、下横梁组成一个长方形框架。双立柱堆垛机的最大优点是强度和刚性都比较好，并且运行平稳。一般对于起重高度较高、起重量较大和水平运行速度高的立体仓库堆垛机多采用双立柱结构。2. 单立柱堆垛机。单立柱结构的堆垛机机架由一根立柱和下横梁组成。它不适于起重重量大和水平运行速度高的场合。1.2 自动化立体仓库的发展现状和趋势自动化技术在仓储领域中的发展可分为五个阶段：人工仓储阶段、机械化
19、仓储西南交通大学本科毕业设计(论文) 第 3 页阶段、自动化仓储阶段、集成化仓储阶段和智能自动化仓储阶段。在 20 世纪 90 年代后期及 21 世纪的若干年内，智能自动化仓储将是自动化技术的主要发展方向。下面介绍以下各个发展阶段的技术特点：第一阶段：物资的输送、存储、管理和控制主要是由人工操作，其优点是实时性和直观性。人工仓储技术在初期设备投资的经济指标也具有优越性。第二阶段：物料可以通过传送带、工业输送车、机械手、吊车、堆垛机和升降机来移动和搬运，用货架托盘和可移动货架存储物料，通过人工操作机械存取设备，用限位开关，螺旋机械制动和机械监视器等控制设备的运行。机械化满足了人们对速度、精度、高
20、度、重量、重复存取和搬运等要求。第三阶段是自动化仓储技术阶段：自动化技术对仓储技术的发展起了重要的推动作用。在 20 世纪 60 年代，相继研制和采用了自动导引小车(AGV)、自动货架、自动存取机器人、自动识别和自动分拣等系统。20 世纪 70 年代和 80 年代，旋转式货架、移动式货架、巷道式堆垛机和其他搬运设备都加入了自动控制的行列，但这时只是各个设备的局部自动化并各自独立应用，被称为。自动化孤岛。 。随着计算机技术的发展，工作重点转向物资的控制和管理要求实时、协调和一体化，自动化技术逐渐成为仓储自动化技术的核心。信息技术的应用已成为仓储技术的重要支柱。第四阶段是集成自动化仓储技术阶段：在
21、 20 世纪 80 年代，自动化技术被越来越多地用到生产和分配领域，显然， 。自动化孤岛。需要集成化，于是便形成了。集成系统。的概念。在集成化系统中包括了人、设备和控制系统。整个系统的有机协作，使总体效益和生产的应变能力大大超过各部分独立效益的总和。集成化仓库技术作为计算机集成制造系统(CIMSComputer Integrate Manufacturing System)中物资存储的中心受到人们的重视。虽然在 80 年代系统集成化己经引起注意，但至今在我国已建成的集成化仓储系统还不多。第五阶段是智能自动化仓储技术：人工智能技术的发展，使自动化技术向更高级的阶段智能自动化方向发展。现在，智能自
22、动化仓储技术已经有了较快发展，未来仓储技术的智能化将具有广阔的应用前景。1.3 主要研究内容及研究意义以研华数据采集卡为计算机测控核心，对巷道式立体仓库输送装置进行控制电西南交通大学本科毕业设计(论文) 第 4 页路设计，结合同组同学的机械部分设计和测控软件开发，将整个巷道式立体仓库控制系统智能化。巷道式立体仓库输送装置的控制电路结合机电设备，实现巷道式立体仓库输送装置的位置控制，速度控制，电动运行信号检测等。在位置控制方面，在堆垛机工作时，控制系统结合传感器信号和程序以实现堆垛机的认址功能。具体在设计过程中分析不同种类的认址方式，比较其优缺点，选择切实可行，高效节约的方案。在速度控制方面，控
23、制系统运用变频调速原理，对堆垛机在水平、起升、货叉方向实现比较精确的速度控制，以达到堆垛机高速运行、换速平稳、低速停准的要求。在信号检测方面，控制系统结合变频器自身的检测功能，将检测到的电动机运行信号反馈至数据采集卡，实现整个控制系统的优化。此外，还综合考虑巷道式立体仓库的实际工作情况，增加检测装置对堆垛机工作中的极限位置，起始原点，货叉原点进行设计，确保立体仓库能准确地进行存货，取货工作。整个设计联系实际，利用数据采集卡，在巷道式立体仓库输送装置的控制电路方面进行研究，对立体仓库的建造和维护具有一定的参考价值。该套控制系统能够实现货物的自动存取，运行速度快，提高了劳动生产率，降低了工作人员的劳动强度，合理减少库存，加快了企业资金周转。
