基于PLC的堆垛机定位控制系统的设计.doc
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1、基于PLC的堆垛机定位控制系统的设计摘要: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。堆垛机是自动化立体仓库的主要作业机械,是自动化立体仓库的核心部件。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阔的应用前景.本设计以西门子公司S7200系列PLC为例,设计了巷道式堆垛机的定位控制系统,通过控制系统的硬件和软件的设计,实现了货物入库出库等控制的目的.该系统具有操作简便, 自动化程度高, 运行速度快、可靠性高等特点.关键词:立体仓库;PLC;巷道式堆垛机;定位方法Design ofPositionControl System of Stack
2、er on PLCZhao LihuaCollege of Physics and Electronic Information Electrical Engineering and Automation No: 060544081Tutor: Wang XijuanAbstract: The creation and development of stereoscopic warehouse is the request of modern logistics system development and the result of information technique progres
3、s。Stacker is the core part of automation stereoscopic warehouse,which carries on many main missions for the automation stereoscopic warehouse.The most important part of the whole warehouse system is laned type of stacker.The research of its controlling system has wildly application foreground。This p
4、aper took the example of Siemens companys S7200 series PLC, it researched the position control system of laned type of stacker。 Using PLC as controller,realizedtheresultofautocontrolintridimensionaldepositorybydesigninghardwareandsoftwareofcontrolsystem。Thecontrolincludesinputgoods,outputgoods,andso
5、on.This system had a feature of easy to operate, automatic, high speed and high reliable operation.Key words: Stereoscopic warehouse ; PLC ;Laned type of stacker ; Posotioning method目录摘要11 引言31。1 自动化立体仓库定义31。2 主要设计内容32 巷道式堆垛机定位控制的总体设计32。1 巷道式堆垛机概况32。2 巷道堆垛机机械结构42.3 定位控制系统总体设计43 定位控制系统的硬件设计53。1 PLC的选
6、型和资源配置63.1。1 S7200系列PLC概述63.1。2 CPU型号的选择73。1。3 其他功能模块的配置83。2 堆垛机位置的定位方法83。3 系统硬件设计93。4 PLC的I/O资源配置104 定位控制系统的软件设计124。1 程序流程图124。2 定位控制系统的控制程序134。2.1 主控制程序OB1134.2。2 机械手自动控制程序SBR0154。2。3 机械手手动控制程序SBR1175 结论18参考文献191 引言自动化立体仓库是自控技术在物流管理上的一个很好的应用,它不仅具有节省用地、减轻劳动强度、提高物流效率、降低储运损耗、减少流动资金积压等功能,而且在沟通物流信息、保证生
7、产均衡、合理利用资源、进行科学储备与生产经营决策等方面发挥着独特的作用.自动化立体仓库融计算机网络数据库管理技术、自动控制技术、通讯技术、机电技术为一体,科技含量高,具有一定的复杂性。本设计的对象堆垛机是自动化立体仓库的主要存取设备,直接执行出、入库等任务的操作,控制系统的灵活性和稳定性直接影响着整个系统的运行状况.11。1 自动化立体仓库定义在现代物流系统中,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,它以高层货架,成套先进的搬运设备,和先进的计算机控制技术组成了高效率和大容量的存储系统,适应了现代化生产的需求。自动化立体仓库由PLC、堆垛机、计算机、货架、出入库输送机等设备
8、构成.其中PLC是控制核心,堆垛机是立体仓库的主要存取设备,它是由机架、行走机构、升降机构、载货台、机械手(货叉)构成。堆垛机执行PLC命令去存取货物,同时在上位机可进行实时监控.与传统的货物仓库相比, 自动化立体仓库大大提高了空间利用率,加快了货物的存取, 提高了生产效率.21.2主要设计内容本设计主要设计PLC在巷道式堆剁机定位控制系统中的应用。其中堆剁机设计成4自由度的系统,货物放在升降台的机械手(货叉)上能实现上下、左右及前后的运动,输入对应的仓库号就可以存/取货物。2 巷道式堆垛机定位控制的总体设计2。1巷道式堆垛机概况堆垛机是自动化立体仓库中的主要设备,仓库中所有货物的入库、出库等
9、作业都必须通过堆垛机完成。自动化立体仓库具有占地面积小、自动化程度高等优点,它可以由上位机管理系统对整座仓库进行统一调度和控制,有着十分广泛的应用。堆垛机控制系统的工作效率、可靠性及稳定性等的好坏在自动化立体仓库系统中起着至关重要的作用。随着微电子技术的应用和发展,计算机控制的堆垛机日益增多,电子技术和控制技术都有了很大的提高,使堆垛机在精确定位的同时提高了搜索能力和运行速度,得到了更短的操作周期和更大的生产能力。现在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.现在运用的控制方式用PLC(可编程控制器)作执行机的控制器控制。P
10、LC具有可靠性高、通用性强、维护工作量小等优点,它由于可读性好,可靠性高,编程简单在实际中已经大量应用。342。2 巷道堆垛机机械结构堆垛机基本结构主要由机架、行走机构、升降机构、载货台、机械手(货叉)、等装置组成。机架:堆垛机的机架是由立柱、上横梁及下横梁组成的长方形机架结构。机架沿天地轨运行,为防止机架倾倒,在横梁上都装有导向轮。行走机构:行走机构由电机变速箱、行走轮、导向轮等组成。在下横梁下有行走轮,其侧面有导向轮,保证堆垛机能正常行驶。升降机构:升降机构主要由驱动链轮,升降链轮,升降链条等组成。升降链条与载货台相连接,与升降链轮,上下横梁的链轮及载货台组成封闭结构。载货台: 载货台为装
11、载平台,在侧面有导向轮以保证其能正常行驶在升降轨道上。机械手:机械手能实现上下、左右及前后的运动,主要完成存取货物的操作。52.3定位控制系统总体设计随着企业现代化生产规模的不断扩大,立体仓库成了生产物流系统中的一个重要的环节。立体仓库以它很小的占地面积和很高的空间利用率,逐渐代替了平面仓库。为满足现代化生产和流通的需要,就采用了以计算机控制技术为主要控制手段的自动化立体仓库。自动化立体仓库是一种多层存放货物的高层仓库系统,是现在物流系统的主要设备。作为一个定位控制系统,必须实现的目标如下:(1)能满足控制系统要求的自动、手动控制功能;(2)能根据使用者发出的指令做出相应的动作;(3)能够根据
12、实际的情况进行自动的校正。本设计的智能立体仓库主要有货架、堆垛机、自动控制装置等部分组成,有自动和手动两种操作方式。堆垛机是可以三维运动的门框式巷道堆垛机,它由固定在小车上的门式框架、沿门式框架上的垂直导轨作上下运动的升降台和在升降台上作伸缩运动的机械手(货叉)等三部分组成。货物放在升降台的货叉上能实现上下、左右及前后的运动。本设计将整个定位控制的全过程分成多个阶段:小车前进到指定的货架列的过程,将货物抬升到指定的行的过程,机械手放置或取回货物的过程,放置或取回货物之后返回的过程。前进的过程:在这个过程中,无论是自动状态还是手动状态,小车都是从起始点出发,经过位置的校对,到达预先指定的货架的列
13、。抬升货物的过程:在这个过程中,货物被抬升到指定的行。存取货物的过程:在这个过程中,通过控制机械手的运动,使机械手到达预先指定的位置,然后根据实际的需要完成存放或者取得货物的操作。返回的过程:在完成制定的操作之后,返回到起始的位置.673 定位控制系统的硬件设计PLC操作、维护简单,程序直观,设计周期短,电路简单的特点很适合堆剁机控制系统.它对环境要求不高,抗干扰性强,对操作人员和维护人员的要求也不高,安装、调试相对简单且设备数量少,因此选PLC为定位控制单元。定位控制方式分为自动控制操作和手动控制操作。其中自动和手动之间互锁.当有存取操作时,PLC会接收和分析操作人员在控制面板按钮或上位机输
14、入的指令,做出合理的控制安排:判断检测元件的状态,读取仓库机械驱动部分的信息;然后,将信息反馈到执行元件,实现其位置移动,完成货物的存取操作。本设计中PLC主要完成对货叉位置及运行状态的检测和存取的操作。用各种光电开关、行程开关检测位置状态,用接触器、继电器执行对拖动电机的起停控制。对机械手的操作就是控制小车电机(横移电机)和升降电机,使它们在不同时间实现正反转,然后再通过伸缩手臂来抓取货物.而且升降、横移动作和机械手的伸缩动作必须是互锁的,即当前进或者升降动作时,机械手不能进行伸缩动作,当机械手进行伸缩动作时,不能进行前进或者升降动作.水平方向的前后运动,由小车电机进行驱动,小车电机为220
15、W的三相交流异步电动机。堆垛机的垂直方向,由升降电机驱动升降台做升降运动,提升速度小于5m/min,提升功率也是220W的三相交流异步电动机。固定在升降台上的机械手可以带动货物一起做伸缩运动,伸缩量为左右各300mm,用于货物的存取操作。同时,通过键盘可以输入作业地址(某个仓库号)、作业指令(存、取),在输入作业地址、作业指令时操作面板可以马上显示出来,实现了简单的人机对话,保证了输入的作业地址和作业指令的准确性,提高了堆垛机运行的可靠性.用数字和指示灯来显示各种信息,输入的数值和指令马上可以显示出来,校对容易.另外,为了更好地进行自动或手动操作,在每个仓库上加一个检测开关,这些开关均接个显示
16、灯,用来检测某个仓库是否有物.83.1 PLC的选型和资源配置根据实际的控制点数和系统需要实现的控制要求,在本设计中选用西门子的S7200系列的PLC作为控制系统。3.1。1 S7-200系列PLC概述S7-200系列PLC是德国西门子公司生产的一种超小型PLC,超小型是指其功能具有大、中型PLC的水平,而价格却和小型PLC的价格一样.可以单机运行,也可以输入/输出扩展。它结构小巧,可靠性高,运行速度快,继承和发挥了它在大、中型PLC领域的技术优势,又有极丰富的指令集,具有强大的多种集成功能和实时特性。S7200硬件系统的主机中包含一定数量的I/O输入输出,同时还可以扩展各种功能模块。(1)基
17、本单元 基本单元有时又称作CPU模块、主机或本机,它包括CPU、存储器、基本输入输出点和电源等,是PLC的主要部分.它是一个完整的控制系统,可以单独地完成一定的控制任务.(2)扩展单元 主机I/O数量不能满足控制系统的要求时,用户可以根据需要扩展各种I/O模块,所能连接的扩展单元的数量和实际所能使用的I/O点数是多种条件共同决定的。(3)特殊功能模块 当需要完成某些特殊功能的控制任务时,特殊功能模块可以与SIMATIC S7200主机相连,它是为完成某种特殊的控制任务而设制的一种装置.(4)相关设备 相关设备是为了充分和方便的利用SIMATIC S7200系统的硬件和软件资源而开发和使用的一些
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