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基于PLC的堆垛机控制系统设计说明.doc
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基于PLC的堆垛机控制系统设计说明.doc
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. . . .
基于 的堆垛机控制系统设计
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。而堆垛机是立
体仓库的关键组成部分,堆垛机性能的优劣对整个立体仓库的运行起到至关重
要的作用,所以设计与开发自动化程度较高的堆垛机控制系统成为当前立体仓
库的发展趋势,开展与此有关的研究具有重要的理论和应用价值。本文基于现
代物流技术的应用和发展要求,介绍自动化立体仓库的应用与其功能和作用,
结合现代科技的发展,着重研究自动化立体仓库堆垛机控制系统的控制技术。
本文详细阐述了本控制系统的设计思想,以与整个系统的硬件实现和软件设计。
论文依据立体仓库的有关设计参数,对堆垛机电气控制的硬件系统进行了
设计,为了提高堆垛机的性能,本文采用了转速、位置反馈的双闭环控制,以
满足系统的调速要求。系统的水平认址采用激光测距传感器定位,垂直认址采
用光电开关和认址片组合定位。变频调速系统由 与其扩展模块
通过变频器 控制交流电动机,采用光电编码器反馈转速信号,
实现转速闭环控制。货叉伸叉系统由 通过步进电动机驱动器
控制二相混合式步进电动机。根据系统的控制要求进行了 、变频器、
电机和电机驱动器的选型,并给出了系统的硬件接线图,然后利用西门子的编
程软件 设计了堆垛机控制程序。
关键词自动化立体仓库, 堆垛机,
Stacker control system design based
on PLC
Abstract
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目 录
摘 要...............................................................................................................................I
Abstract...........................................................................................................................I
第 1 章 绪论...................................................................................................................1
1.1 本课题设计的背景和意义.......................................................................................................1
1.2 本课题设计的研究现状概述...................................................................................................1
1.3 本课题设计完成的主要容.......................................................................................................2
第 2 章 系统控制方案的确定.......................................................................................2
2.1 自动化立体仓库的概述...........................................................................................................3
2.1.1 自动化立体仓库的组成....................................................................................................3
2.1.2 自动化立体仓库的优点....................................................................................................4
2.1.3 自动化立体仓库的发展....................................................................................................4
2.2 堆垛机概述...............................................................................................................................4
2.2.1 堆垛机的发展....................................................................................................................5
2.2.2 堆垛机技术的研究现状....................................................................................................5
II / 41
. . . .
第 3 章 堆垛机控制系统的硬件设计...........................................................................6
3.1 控制技术要求和系统总体设计...............................................................................................6
3.2 堆垛机位置控制.......................................................................................................................8
3.2.1 定位控制............................................................................................................................8
3.2.2 认址检测方式....................................................................................................................8
3.2.3 认址方式确认....................................................................................................................9
3.2.4 堆垛机速度曲线分析......................................................................................................11
3.3 PLC 与资源配置.....................................................................................................................11
3.3.1 S7-200 系列 PLC 概述.....................................................................................................11
3.3.2 CPU 型号选择.................................................................................................................12
3.3.3 PLC 模块选型..................................................................................................................13
3.4 堆垛机变频调速系统设计.....................................................................................................14
3.4.1 变频器的选型..................................................................................................................14
3.4.2 水平方向变频调速系统设计..........................................................................................15
3.4.3 垂直方向变频调速系统设计..........................................................................................17
3.5 堆垛机货叉控制系统设计.....................................................................................................18
3.6 安全检测传感器的应用.........................................................................................................20
3.7 元器件的选型.........................................................................................................................20
3.8 通信方案的确定.....................................................................................................................21
3.9 输入输出点分配.....................................................................................................................22
3.10 本章小节...............................................................................................................................23
第 4 章 堆垛机控制程序设计.....................................................................................24
4.1 堆垛机自检和复位/归位程序................................................................................................25
4.1.1 堆垛机自检程序..............................................................................................................25
4.1.2 堆垛机复位/归位程序.....................................................................................................26
4.2 自动方式下的堆垛机运行控制.............................................................................................27
4.2.1 列向运行 PLC 程序实现.................................................................................................27
4.2.2 行向运行 PLC 程序实现.................................................................................................29
4.2.3 货叉伸缩控制 PLC 程序实现.........................................................................................30
4.3 手动方式下的堆垛机运行控制.............................................................................................32
4.4 本章小节.................................................................................................................................34
总结..............................................................................................................................34
参考文献......................................................................................................................35
致..................................................................................................................................36
III / 41
. . . .
第 6 章 绪论
6$6本课题设计的背景和意义
自动化立体仓库是物流中的重要组成部分,它是在不直接进行人工干预的
情况下自动地存储和取出物流的系统。它是现代工业社会发展的高科技产物,
对提高生产效率、降低成本有着重要意义768。近年来,随着企业生产与管理的
不断提高,越来越多的企业认识到物流系统的改善与合理性对企业的发展非常
重要。自动化立体仓库用于存储配件、半成品、产品、工具、夹具和模具等。
在现代集成 制造系统( "!(!
")中,对原材料、设备与半成品的存储运输占产品整个生产周期的大
部分时间,对自动化立体仓库相关技术的研究,将会极提高 系统的生产
效率和自动化水平。
巷道堆垛机是自动化立体仓库中的核心物流设备,是随着自动化立体仓库
的出现而发展起来的专用起重机,它是仓库中使用最广泛的物料搬运设备,也
是物流仓储系统的最重要设备,其用途是在自动化立体仓库的货架巷道间来回
穿梭运行,将位于巷道口的货物存入货格,或者相反取出货格的货物运送到巷
道口。巷道堆垛机是实现整个仓库系统“自动”功能的关键设备。对其控制系统
的研究具有广泛的应用前景。
6$ 本课题设计的研究现状概述
在现代物流系统中,自动化立体仓库是一个重要的组成部分,它是一种新
型的仓储技术。自动化立体仓库又称为自动存储9 检索系统(%!
:5,"%95)。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,配以成套的先进搬运设备,以
先进的计算机控制技术为主要手段,由此组成高频率、大容量的科学存储,以
适应现代化生产、物资交流和仓储的需求。
在国,从 ; 年代末 年代初已开始研究探索 立体仓库技术,直到改革
开放以后,特别是近四五年,才有了突飞猛进的发展。但其多数均为手动或半
自动操作,仓库账目还是人工管理;真正采用计算机管理与控制系统自动连接
进行入9出库作业的很少。
现在,自动化立体仓库技术已日趋成熟,并随着科学技术尤其是计算机技
术的发展而不断向前发展。< 年代中期起,我国先后在,和等地出现多座利用
微机控制巷道堆垛机的自动化仓库。但是,这些普通微机对环境和电源要求较
高,不适合在工业现场和堆垛机上直接使用。可编程控制器 的引进和广泛
使用,使国产自动立体仓库的性能日趋完善。 是带处理器的通用工业控制
器,其可靠性大大高于普通微机装置,适合在恶劣的现场使用,可直接在堆垛
机的电气柜与接触器由同一电网供电。采用 作为实时控制装置已成为当前
各先进工业国家一致的发展方向。在国外,自动化立体仓库的计算机管理系统
可以与工厂信息管理系统(例如 5 系统)以与生产线进行实时通信和数据交
换,这样自动化立体仓库成为 (计算机集成制造系统)与 =(柔性制
造系统)必不可少的关键环节。结合不同类型的仓库管理软件、图像监控与调
1 / 41
. . . .
度软件、条码识别跟踪系统、搬运机器人、%3> 小车、货物分拣系统、堆垛机
认址系统、货位探测器等,可实现立体仓库的单机手动、单机自动、联机控制、
联网控制等多种立体仓库运行模式,实现仓库货物的立体存放、自动存取、标
准化管理,可大大降低储运费用,减轻劳动强度,提高仓库空间利用率。
现代化的自动化立体仓库集起重运输机械、自动控制、计算机管理与遥感
技术于一体,整个系统实行计算机分级管理,通常由管理级,监控级和操作级
组成,各个部分的基本组成服电动机。在精度不是需要特别高的场合就可以使
用步进电机,步进电机可以发挥其结构简单、可靠性高和成本低的特点。
以自动化功能齐全的立体化仓库取代传统的普通房式仓库已经成为生产物
流建设发展的潮流。将自动化仓库与加工过程相连,可构成柔性加工系统。而
自动化仓库作为生产物流系统的一个枢纽和核心,是生产物流系统实现物流合
理化的关键所在,在国民经济中有着举足轻重的地位。随着 技术的应用和
发展,自动化立体仓库的实时性和可靠性会越来越高,其控制也会越来越完善。
6$ 本课题设计完成的主要容
本系统中堆垛机运行机构由水平运行的行走机构,垂直运行的起升机构与
取送货的伸叉机构三部分组成。水平部分运动电机和垂直部分运动电机分别采
用三相交流异步电动机和单相交流异步电动机,由 通过变频器进行控制。
伸叉机构电机采用两相混合式步进电机,由 通过步进电机驱动器进行控制。
由堆垛机运行机构特点与工作要求可知,能否保证堆垛机的稳定作。关键在堆
垛机的三位位置移动定位的精确性。
主要技术指标和主要设计参数
堆垛机运行的速度围:
水平方向:9~9?
垂直方向:9~<9?
货叉:9~;9?
本文堆垛机的控制方式有自动和手动控制,通过 编程实现。
本文设计的堆垛机控制系统上位机完成的只是数据输入和传送,主要控制
任务由 来完成。
@作业命令处理
A位置技术与判断
B速度调整和准确停车
C作业任务的顺序逻辑控制
第 章 系统控制方案的确定
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