1、本科毕业论文（20 届）巷道式双立柱堆垛机控制系统设计TYPE DOUBLE PILLAR OF ROADWAY STACKER CONTROL SYSTEM DESIGN所在学院 专业班级 矿山机电 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 辽宁工程技术大学本科毕业设计（论文）学生诚信承诺保证书本人郑重承诺： 巷道式双立柱堆垛机控制系统设计 毕业设计（论文）的内容真实、可靠，系本人在 指导教师的指导下，独立完成。如果存在弄虚作假、抄袭的情况，本人承担全部责任。学生签名：年 月 日辽宁工程技术大学本科毕业设计（论文）指导教师诚信承诺保证书本人郑重承诺：我已按学校相关规定对 同学的毕业设
2、计（论文）的选题与内容进行了指导和审核，确认由该生独立完成。如果存在弄虚作假、抄袭的情况，本人承担指导教师相关责任。指导教师签名：年 月 日I摘要在现代的物流仓储系统中，自动化立体仓库应用日益广泛。而堆垛机性能的优劣，对整个立体库的正常运行起着重要的作用。本文主要内容通过对堆垛机作业流程的分析，提出了立体仓库电气控制系统的总体设计方案。利用工业控制计算机作为调度、管理、监控主机，利用可编程逻辑控制器(PLC)作为堆垛机的运动控制器件，根据系统需要进行了 PLC 模块、电机及电机驱动器的选型，并给出了系统供电原理图以及部分设备接线图。本文详细阐述了本控制系统的设计思想，以及整个系统的硬件实现和软
3、件设计。本文首先对自动化立体仓库系统做了系统的介绍。根据本设计的实际需求，堆垛机为立体仓库系统的主要作业机械，担负着出入库的重要任务。通过对堆垛机作业流程的分析，提出了自动化立体仓库系统的总体控制方案。本系统利用计算机作为监控主机，采用可编程逻辑控制器 PLC 作为堆垛机运行的控制器件。采用激光测距技术和变频调速技术相结合的方式实现对堆垛机运行的高精度的定位控制和速度控制。在软件设计方，本系统釆用模块化的程序设计方法，利用西门子公司的编程软件 Step7 编制 PLC 程序，使本系统实现货物出入库的自动和手动控制。对自动化立体仓库系统的 PLC 程序设计，进行模块化程序设计及 I/O 分配及模
4、块建立提高执行效率。关键词：堆垛机；PLC ；电气控制IIAbstractIn the modern logistics warehousing system, automated stereoscopic warehouse application is becoming more and more widely. And the performance of stacker, for the normal operation of the entire three-dimensional library plays an important role.Main content in thi
5、s paper, by analyzing the working flow of stacker, put forward the warehouses overall design scheme of electric control system. Using industrial control computer as the scheduling, management, monitoring the host, the use of programmable logic controller (PLC) as the movement of the stacker control
6、device, according to the requirements of the system has carried on the PLC module, motor and drive selection, and gives the principle diagram of the system of power supply wiring diagram and some of the equipment.This paper expounds the design idea of this control system, and the implementation of t
7、he whole system hardware and software design. This article first made system for automatic stereo warehouse system is introduced. According to the actual needs of the design, stacker for stereo warehouse system main operating machinery, loading and unloading of shoulder the important task. Through a
8、nalyzing the working flow of stacker, the paper puts forward the overall control scheme of the automatic stereo warehouse system. This system USES computer as a monitoring host, USES the programmable logic controller PLC as the control device stacking the chance. Using laser ranging technology and f
9、requency conversion speed regulation technology of combining the way of stacking chance the high precision positioning control and speed control. In the software design, this system adopt modularization program design method, using the Siemens Step7 programming software of PLC program, make the syst
10、em achieve the automatic and manual control directly. PLC program design of automated multi-layered storehouse system, carries on the modular program design and allocation and I/O module to establish improve the execution efficiency.Key words:stracker;PLC;Electrical control目录摘要 .IAbstract.II1 绪论 .11
11、.1 设计的背景及国内外设计现状 .11.1.1 设计背景 .11.1.2 堆垛机系统在国内外的设计现状 .11.2 本课题设计目的及设计意义 .21.2.1 目的： .21.2.2 意义： .32 堆垛机系统的方案设计 .42.1 自动化立体仓库系统概述 .42.1.1 堆垛机的分类 .42.1.2 堆垛机的组成 .42.2 堆垛机作业流程分析 .62.2.1 系统总体控制结构 .73 自动化立体仓库控制系统设计 .93.1 PLC 简介 .93.1.1 PLC 的定义 .93.2 硬件选型 .93.2.1 PLC 的选型及模块的选择 .93.2.2 输入输出点分配 .103.2.3 堆垛机
12、控制系统 PLC 外部电路设计 .123.2.4 电机及其驱动器的选择 .123.3 电控系统总体结构 .133.4 堆垛机运行系统的位置控制 .143.4.1 认址方式选择 .143.4.2 激光测距技术及原理 .163.4.3 激光测距传感器选型 .173.5 光电开关 .193.6 堆垛机运行系统的速度控制 .193.6.1 变频器的选型 .203.6.2 变频调速技术概况 .203.6.3 堆垛机运行速度的闭环控制 .213.7 检测传感器的选择 .223.7.1 货架有无货物检测 .223.7.2 货物位置检测 .233.8 堆垛机的定位控制方案 .244 PLC 程序设计 .254
13、.1 PLC 的工作原理 .254.2 PLC 的编程软件和编程语言 .254.2.1 编程软件 .254.2.2 编程语言 .264.3 自动化立体仓库系统的 PLC 程序设计 .264.3.1 模块化的程序设计 .264.4 功能划分及主要模块流程图 .274.4.1 主要功能模块程序流程 .284.5 自动方式下的堆垛机运行控制 .324.5.1 列向运行 PLC 程序实现 .334.5.2 行向运行 PLC 程序实现 .354.5.3 货叉伸缩控制 PLC 程序实现 .365 结论 .39致谢 .40参考文献 .41附录 A 译文 .43附录 B 外文文献 .51辽宁工程技术大学毕业设
14、计（论文）11 绪论自动化立体仓库是物料搬运、仓储科学的一门综合科学技术工程。它以高层立体货架为主要标志，以成套先进的搬运设备为基础，以先进的计算机控制技术为主要手段，是实现搬运、存取机械化、自动化，储存管理现代化的新型仓库。它具有占地面积小、储存量大、周转快的优点，是集信息、存储、管理于一体的高技术密集型机电一体化产品。将自动化立体仓库应用在立体库中，利用它自身的优势，可以实现货物的自动存取。1.1 设计的背景及国内外设计现状1.1.1 设计背景立体仓库的产生和发展是现代物流体系发展的要求和信息技术进步的结果。随着立体仓库的越来越多，立体仓储技术已成为一门新兴的学科。堆垛机是自动化仓库的主要
15、作业机械，担负着出库，入库等任务，是立体仓库的核心部件。自动化仓库的发展就是以堆垛机的发展为主要标志的，目前巷道式堆垛机为主要发展方向。1.1.2 堆垛机系统在国内外的设计现状目前，堆垛机产品己经走入系列化，运行噪声低，备有各种安全保护装置，调速性能好，一般都具有完善的货物位置检测和货物尺寸检测等功能。国外立体仓库普遍采用抗干扰能力强、工作可靠的可编程控制器来控制巷道堆垛机以及出入库系统，并且用计算机进行货位管理和库存管理，仓库管理计算机与上级管理机联网并能与控制系统相接，实现在线控制。而在堆垛机方面，不断推出具有新的物理外形和更高性能的设备。最新的开发包括提高电子和控制技术，在使堆垛机具有更
16、高定位精度的同时，提高搜索能力和运行速度，以期获得更短的操作周期和更大的生产能力。目前，巷道式堆垛机的起升速度己经可以达到 90m/min，运行速度达到 240m/min，货叉伸缩速度达到 30m/min。在有的高度较大的立体仓库中，已采用上、下两层分别用巷道堆垛机进行搬运作业的方法提高出入库的能力。我国是从 20 世纪 70 年代初期开始研究采用巷道式堆垛机的立体仓库。1980 年，由北京机械工业自动化研究所等单位研制建成了我国第一座自动化立体仓库，并在北京汽车制造厂投产。从此以后，立体仓库在我国得到了迅速的发展。目前，浙江海通集团是国内最早建造 2000 吨立体自动化低温冷库的企业，其中采
17、用了由电脑程序控制、5 台自动巷道堆垛机无人操作自动进出库等先进技术。2目前，在国内立体仓库堆垛机的驱动机构中，电机减速机普遍采用德国、日本、意大利的产品，也有少数采用国内的电机减速机。由于堆垛机是立体仓库中最重要的运输设备，各项技术参数和综合性能的要求都非常严格，如无故障率应大于 97,停准精度10mm，以及噪音要求等。这就要求电机减速机的可靠性非常高。因此，现阶段在驱动机构中电机减速机的选用上，多选用国外先进的产品，以保证堆垛机的整机性能。随着现代工业生产的发展，堆垛机技术在不断地提高和完善。世界主要工业国家都把着眼点放在开发性能可靠的新产品和采用高新技术上，更加注重实用性和安全性。因此，
18、我们应当看到自身与世界先进技术的差距，总结经验，找出不足，打破传统思路推出具有新的外形和更高性能的堆垛机。在使堆垛机具有更高定位精度的同时，提高运行速度，以获得更短的操作周期和更大的生产能力。相信通过我们的不断努力，更加高速、安全、可靠的堆垛机将不断从国外引进消化到国内，使我国的堆垛机技术发展到一个新的阶段。1.2 本课题设计目的及设计意义1.2.1 目的：综合运用调控速度、PLC 控制、位置检测等技术，为堆垛机的正常运行设计一套比较完整的控制系统，使其更好地担负起出、入库的任务。本论文将基于未来立体仓库发展的要求，立足于工作循环周期短、换速平稳、停准精确，结合现代计算机技术、通信技术、自动控
19、制等技术，着重研究立体仓库堆垛机行走系统的自动寻址、精确定位、速度调节及控制。论文包括了以下主要内容：配合使用较为成熟的中低档型 PLC S7- 200，使整个堆垛机的控制即在性能上满足设计要求，又符合企业低造价的要求。(1)根据立体仓库的控制要求与相关参数，从可靠性、停准精度、系统成本等方面出发，得出适应大型立体仓库的电控系统结构。(2)对堆垛机在水平方向与垂直方向上运行时进行速度控制，对巷道式堆垛机的调速，改善堆垛机的动态性能。并在应用新的定位方式的基础上，采用闭环速度控制方案，并解决新方案中的硬件配置问题。(3)编制 PLC 程序并调试。(4)在监控系统中，组态软件监控界面的建立，实时反映执行机构的运行情况及货位的存储情况，对执行机构实时控制。(1)通过对堆垛机现有，构建交流变频调速控制系统；
