自动化立体仓库设计

自动化立体仓库设计 题 目: 自动化立体仓库设计 学院(系): 机械工程学院 专业: 机械电子 班级: 1101 学号: 35 学生姓名: 指导老师: 完成日期: 2014年12月30日 xx工程学院 课程设计任务书 设计题目: 自动化立体仓库设计 姓名 机械学院 专业 机械电子 班级 系别 学号 指导老师 教研室主任 一、基本任务及要求 1(设计任务 (1)仓储机架设计，确定自动化立体仓库的设计 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ，设计一个有四层、12仓位的立体仓库， 其中0号位为停车起始位置，1到12号分别为停车位。 (2)控制系统硬件设计，控制器采用可编程控制器;设计PLC硬件电路图及元器件选型配置。 (3)控制系统软件设计，立体仓库系统具有自动和手动工作方式，有必要的连锁保护， PLC程序 流程图 破产流程图 免费下载数据库流程图下载数据库流程图下载研究框架流程图下载流程图下载word 、以及程序设计，包括手动控制和自动控制、取货物、送货物等程序。 2(要求 (1)绘制机架机械结构图，硬件接线图;控制流程框图及其它原理图。 (2)撰写设计说明书，并附程序清单及其功能注释。 (3)调试控制程序。 二、进度安排及完成时间 1(设计时间 三周(从2014年12月15至2015年1月4 日) 2(进度安排 第1周 布置设计任务;查阅资料;熟悉设计任务和方案;设计并绘制硬件电路图;设计控 制软件流程框图; 第2周 选择控制电机;设计输送带传动装置。 第3周 编写主程序、功能子程序;调试主要功能子程序;并记录存在的问题和解决问题 的 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 ;整理设计资料;按格式撰写设计说明书;上交设计作业(打印稿及电 子文档);并参加答辩。 目录 第一章 绪论 ………………………………………………………………………1 1.1引言 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1 1.2发展现状及特点 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1 1.3 设计目的及意义 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2 1.4基本任务及要求 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2 第二章 自动化立体仓库机械部分设计 ………………………………………4 2.1引言 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4 2.2 货架设计方案 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 4 2.2.1 货架结构尺寸 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4 2.2.2 立体仓库设计参数 „„„„„„„„„„„„„„„„„„5 2.3堆垛机结构设计方案 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6 2.3.1步进电机的选型 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„7 2.3.2步进电机驱动器的选择 „„„„„„„„„„„„„„„„„9 第三章 系统硬件设计 ………………………………………………………11 3.1 微动开关的选择 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„11 3.2 限位开关的选择 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„11 3.3 开关按键的选择 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„12 3.4 PLC的选型 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„13 3.4.1 PLC选型的必要 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„13 3.4.2 机型选择的原则 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„13 3.4.3 PLC容量的选择 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„14 3.4.4 I/O口模块的选择 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„15 3.5 PLC输入输出分配表 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„17 3.6 元器件清单 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„19 3.7 PLC硬件接线图 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„20 3.8系统控制面板图 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„21 第四章 系统软件设计 ……………………………………………………………22 4.1系统控制流程图设计 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„22 4.2系统程序设计 „„„„„„…„„„„„„„„„„„„„„„23 总结 …………………………………………………………………………………27 参考文献 …………………………………………………………………………28 附录 …………………………………………………………………………………29 第一章 绪论 1.1 引言 随着生产力的发展, 生产规模的扩大和产品结构的调整, 客观上要求作为工业企业物资供应基地的物资仓库进行改建或扩建。但由于现有工业企业的用地受到限制,物资仓库用地难以扩展,所以只能充分挖掘潜力,有效利用现有库区面积,并向空间发展,向空间要货位。其主要途径是变单层库房为多层库或立体库。我国自70年代以来多层库有了较快的发展，立体库也有一定的发展。根据我国的实际情况,从今后的发展趋势看,多层库和立体库都会继续得到发展。并且，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提高生产率，降低成本非常重要。 自动化立体仓库是实现物流系统合理化的关键。它具有空间利用率高、便于实现自动化管理、实时自动结算库存货物种类和数量、立体仓库信息库可以和中央计算机系统联网运行等许多优点，对加快物流速度、提高劳动生产率、降低生产成本都有重要意义，已开始应用于汽车、电子、医药、烟草、建材、邮电等许多行业。而堆垛机对立体仓库的出人库效率有重要影响，是立体仓库能否达到设计要求和体现其优点的关键设备之一。 有轨巷道堆垛起重机是随着立体仓库的出现而发展起来的专用起重机，是在高层货架的窄巷道内作业的起重机，通常简称为堆垛机。堆垛机是立体仓库中最重要的起重运输设备，可大大提高仓库的面积和空间利用率，是自动化仓库的主要设备，是代表立体仓库特征的标志。堆垛机的功能是堆垛机接受计算机指令后，能在高层货架巷道中来回穿梭，把货物从巷道口出人库货台搬运到指定的货位中，或者把需要的货物从仓库中搬运到巷道口出人库货台，再配以相应的转运、输送设备通过计算机控制实现货物的自动出人库。在立体仓库中的搬运设备有高位叉车、工业机器人、桥式堆垛机和有轨巷道式单双立柱堆垛机。有轨巷道式双立柱堆垛机由于效率高，高度可达30-40 m，便于实现无人操作，行走稳定，载货量大，噪声小，在目前的立体仓库中得到广泛应用。 1.2 发展现状及特点 1 随着经济全球化步伐的口益加快和信息技术的快速发展，传统行业和消费方式正发生着深刻的变化，物流在经济活动中的作用越来越受到企业的重视，物流人才的需求也在口益增长。目前，物流人才已经被列为我国12大类紧缺人才之一，有报道称“物流人才的需求已超过600万”。物流实验室的建设正是要搭建一座理论与实践的桥梁，目前，我国许多高校已经建立了物流实验室，据不完全统计，已经有160多所高校建立了自己的物流实验室。物流实验室为学生提供实训平台，深化学生对现代物流理论的理解，提高学生的操作能力，内融机械、电气、电子及计算机等技术于一体的综合技术，在这种技术中，不同领域和层次的知识与能力融会在一起。 另外，为了更好的模拟货物在自动化立体仓库各仓储单元内存储的物流过程，研究提高物流效率以及堆垛机性能和作业效率方法，许多物流研究中心业纷纷建立起来。山东大学现代物流控制实验中心是目前我国第一个现代的物流控制实验室，在物流调度、物流控制、机械手拣选控制和机器视觉的综合研究和开发应用方面目前处于国内领先地位。 1.3 设计目的及意义 仓储自动化建设是一项系统工程，物资储运作业自动化是其重要的内容。实现仓库物资储运作业自动化，仓储机械设备、设施及管理、信息、人才系统配套、协调发展是重要的发展趋势。 通过引入计算机、自动控制技术和人工智能等高新技术对仓储机械的技术该做，仓储机械的技术性能将较大提高。载重量大、机动性强、操作方便、可维修性好的叉车、无人叉车、牵引车、托盘运输车、堆高车、堆垛机、码垛机、管道输送机、带状输送机、自动拣选机等先进的装卸搬运机械设备将广泛应用于仓储系统。 本设计通过设计用于仓储货架的堆垛机，完成堆垛机水平行走机构、起升机构、载货台及货叉机构、机架和电气设备的设计，能及时、准确地把物品自动送到指定位置，从而加深对堆垛机的认识与了解。 1.4 基本任务及要求 有轨巷道堆垛机的内容包括: 第一， 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 、论述目前堆垛机堆垛的原理、方法，堆垛机的设计思路，探讨 2 各种解决途径。 第二，论述本设计采用的方法、原理及可行性，进行结构设计、运动学计算和强度计算。 第三，堆垛机的工作方式及货物识别控制原理。 第四，绘制堆垛机总装图和主要零部件图及控制电气原理图。 有轨巷道堆垛起重机的设计要求包括: 1，结构简单、操作方便。 2，堆垛方式准确可靠。 3，结构紧凑坚固，使用维护方便，外形美观。 3 第二章 自动化立体仓库机械部分设计 2.1 引言 机械部分主要包括电动机的选择及减速机构选择、传动链选择 、导轨设计、货架、轴的设计、链轮设计、车轮设计、支撑链机构、连杆设计。 本章通过对内部货架和堆垛机的设计分析，合理选用了货架系统以及堆垛机的运行、存取、传动、控制系统，通过分析比较确定出了整套装置的设计方案。 2.2 货架设计方案 2.2.1 货架结构尺寸 1、宽度B=2e，b2+b1+b3，其中e为支柱宽度。 2、货格长度A=a1+a2+a3+2e。 3、货架顶层与房顶的距离H1，取决于堆垛机是否为载人搭乘型。非搭乘型的H1为1.2米，搭乘型的H1为2.2米;货架第一层距离地面的高度H2一般为0.5米，由堆垛机和轨道的高度决定。本次课题取H1为200mm，H2为500mm。 4、货架的总高度H=H1+H2+4x(h1+h2，h4)+4×e 货架总共4层、3列，采用尺寸450x400x450;托盘尺寸450x300mm;每一货格左右留50mm间隙。采用数据如下:e=50mm、a1=300mm、a2,a3,75mm、H1=2O0mm、H2=500mm、h1=300mm、h2=50mm、h4=100mm、bl=300mm、b2=100mm、b3=50mm。 综上货架参数如下: 总高H=H1+H2+4x(h1+h2，h4)+4×e=200+500+4×450+4×50=2700mm 总宽B=2×e+bl+b2+b3=100+400=500mm )×3+5×e=450×3+5×50=1600mm 总长L=(a1+a2，a3 具体货架与货物的尺寸情况如图2.1所示:(单位:毫米) 4 图2.1 货架与货物的尺寸关系 a1-货物长 a2-左侧向间隙 a3-右侧向间隙 h1-货物宽 h2-货物上部间隙 h4-托盘高 度 h5-有水平拉杆的货格高度 e-支柱宽度 2.2.2 立体仓库设计参数 立体仓库设计参数如下表2.1所示: 表2.1立体仓库具体参数 出/入货柜台最重物品 20Kg 每个仓位的高度 450mm 仓位的上下距离 50mm 仓位的平行距 50mm 可编程控制器(PLC)电源 24V DC 堆垛机电源 220V AC,50Hz 立体仓库构造如图2.2所示: 5 图2.2 立体仓库构造 2.3 堆垛机结构设计方案 堆垛机采用低层型，下部驱动式，因为货架高度总高H=5900mm<6000mm,所以选用 桅杆式的。具体结构情况如图2.3所示: 6 图2.3堆垛机总体示意图 2.3.1 步进电机的选型 步进电机是数字控制系统中的执行电动机，当系统将一个电脉冲信号加到步进电机定子绕组时，转子就转一步，当电脉冲按某一相序加到电动机时，转子沿某一方向转动的步数等于电脉冲个数。因此，改变输入脉冲的数目就能控制步进电动机转子机械位移的大小;改变输入脉冲的通电相序，就能控制步进电动机转子机械位移的方向，实现位置的控制。具体情况如图2.4所示: 图2.4步进电机驱动组成 7 由于我们使用螺栓机构的定位装置，已知条件和要求条件为: 移动部分总重 M=25kg 外力 Fa=4kg?cm 磨擦系数 μ=0.04 螺栓机构的效率 η=0. 9 螺栓轴径 D=1.2cm B 螺栓长 L =42cm B 螺距 P=3mm 分辨率 L=0.01mm ,移动距离 =0.0075mm/步 速度 V=2m,min 计算: 设拟选用2相、1.8?步距角的HB型电动机 速比(设使用直接驱动方式) i=m×θb/(360×L)=2×1.8,(360×0.01)=1 轴向力 F=Fa+μM=4+0.04×25=5kg?cm 负载转矩 T=F×P,(2 πη)+(μ×F×P)/2π l00 =5×0.3,(2 ×3.14×0.9)+ (0.3×1.67× 0.3)/(2 ×3.14) =0.289kg?cm 螺栓的惯量 4J=(π×ρ×L×D)/32 BBB -34=(3.14×7.9×10×42×1.2)/32 2=0.0675kg?cm 移动体的惯量 2Jt=M × (P/ 2π) 2=25 ×(0.3/6.28) 2=0.0571 kg?cm 负载惯量为 J=J+J LBt 8 =0.0675+0.00571 2 =0.1246kg?cm 2根据以上计算可以初步选定步进电动机，其惯量为J =0.03 kg?cm，空载M 起动频率f=3000H。 s 由要求的速度可求出运行的频率: f=V,L=2000,(60×0.01)=3333HZ 可知需要加减速的驱动方式。 ,齿轮比:G=360?/θL=0.0075 ×360?/ (1.8?×0.01)=150 b 换算到电机轴的负载转矩为 T=G×L(T+F)/ 2 πη l =150×0.01×(0.289+5)/(6.28×0.9) =1.40 kg?cm 对首次设计的装置来讲，所选用的电动机通常留有2,3倍的余量，所以电机转矩T=3T=3×1.40=4.2 kg?cm =0.41N?M N 根据以上的计算，在该立体仓库控制系统中的步进电动机采用北京斯达特机电科技发展有限公司生产的2相8拍混合式步进电机，型号为:42BYGHl01。其具体数据如图表2.2所示: 表2.2步进电机的电气技术数据 电机型号 相数 步距角 相电流 驱动电压 额定转矩 重量 042BYGH101 2 1.8 1.7A DC24V 0.44N?M 0.24kg 2.3.2 步进电机驱动器的选择 步进电机的运行要有一电子装置进行驱动，这种装置就是步进电机驱动器，所有型号驱动器的输入信号都相同，共有三路信号，它们是:步进脉冲信号CP、方向电平信号DIR、脱机信号FREE。它们在驱动器内部的接口电路都相同，OPTO端为三路信号的公共端，三路输入信号在驱动器内部接成共阳方式，参见图2.5和图2.6。在该立体仓库中由于FP0提供的电平为24V，而输入部分的电平为5V，所以须外部另加1.8K的限流电阻R。所以我采用SH系列步进电动机驱动器，型号为SH-2H057，主要由电源输入部分、信号输入部分、输出部分组成。 9 图2.5 输入信号接口电路 图2.6外接限流电阻R (1)此步进电机驱动器的电气技术数据为: 表2.3 步进电机驱动器的电气技术数据 细分数 最大 驱动器型号 相数 类别 通过拨位 相电流 工作电源 开关设定 开关设定 一组直流 SH-2H057 二相或四相 混合式 二相八拍 3.0A DC(24V-40V) (2)步进电机驱动器接线示意图见图2.7所示: 图2.7步进电机驱动器接线示意图 10 第三章 系统硬件设计 3.1 微动开关的选择 微动开关是一种施压促动的快速转换开关，因为其开关的触点间距比较小，故名微动开关，又叫灵敏开关。电气文字符号为:SM。 微动开关的工作原理:外机械力通过元件(按销、按钮、杠杆、滚轮等)将力作用于动作弹簧片上，当动作簧片位移到临界点时产生瞬时动作，使动作簧片末端的动触点与定触点快速接通或断开。 当传动元件上的作用力移去后，动作簧片产生反向动作力，当传动元件反向行程达到簧片的动作临界点后，瞬时完成反向动作。微动开关的触点间距小、动作行程短、按动力小、通断迅速。其动触点的动作速度与传动元件动作速度无关。 在该立体仓库控制系统中共有13个仓位(四层十二个仓位加0号仓位)分别采用13只微动开关作为货物检测，当有货物时相应开关动作，其信号对应PLC的输入点是X21-X34，0号仓位的输入点是X37。 根据设计要求，我选择KW10系列的KW10-01型号。 原理图如图3.1所示: 图3.1微动开关原理图 3.2 限位开关选择 限位开关又称行程开关，可以安装在相对静止的物体(如固定架、门框等，简称静物)上或者运动的物体(如行车、门等，简称动物)上。当动物接近静物时，开关的连杆驱动开关的接点引起闭合的接点分断或者断开的接点闭合。由开 11 关接点开、合状态的改变去控制电路和机。 限位开关分工作限位开关和极限限位开关，工作限位开关是用来给出机构动作到位信号的。极限限位开关是防止机构动作超出设计范围而发生事故的。工作限位开关安装在机构需要改变工况的位置，开关动作后，给出信号，进行别的相关动作。极限限位开关安装在机构动作的最远端，用来保护机构动作过大出现机构损坏。 在本设计中用到了两个限位开关，及下限位SQ1，后限位SQ2，用来控制堆垛机的返回和防止堆垛机超出范围。由于本设计的堆垛机受载不大，所以，可以选用由欧姆龙公司生产的D4CC小型限位开关。此限位开关为滚珠摇杆型。 结构原理图如图3.2所示: 图3.2 限位开关的结构图 3.3 开关按键的选择 开关按键按钮主要安装在控制面板上，是操作人员能够够好的操作系统，更容易实现人机对话。本系统设计中，总共用到了23个按键来控制系统运行。 其中SB11-SB22分别控制12-1号仓位选择键，由于系统要求在选择仓位时，对应的指示灯点亮，所以，我们要选择带LED灯的按钮。所以可以选择由韩国KOINO(建兴)公司所生产的带灯按钮，型号KH2204EB-2 220VAC。 还有启动按钮1个，控制堆垛机前进、后退、上升、下降运动，伸叉伸出和收回 12 动作的按钮6个，控制送货和取货按钮各一个，这9个按钮都不用自锁，只需要点动即可，没有很高的要求，从经济方面考虑，我们还是可以选择由韩国KOINO(建兴)公司所生产的点动按钮，型号KH2022EB。 手动/自动的档位控制开关，可以选择由长信生产的万能转换开关，型号LW12。 急停按钮我在本系统中采用旋钮式，需要急停时，直接按下断开系统，恢复时旋动开关，所以可以选择由韩国KOINO(建兴)公司所生产的急停旋转复位开关，型号KPB25ER,30ER。 3.4 PLC的选型 3.4.1 PLC选型的必要 随着PLC的推广普及，PLC产品的种类越来越多，而且功能也日趋完善。PLC的品种繁多，其结构形式、性能、容量、指令系统、编程方法、价格等各不相同，适用场合也各有侧重。因此，合理选择PLC，对于提高PLC控制系统的技术经济指标起着重要的作用。 3.4.2 机型选择的原则 机型选择的基本原则是在满足控制功能要求的前提下，保证系统工作可靠、维护使用方便及最佳的性能价格比。具体应考虑的因素如下所述: (1)结构合理 对于工艺过程比较固定、环境条件较好、维修量较小的场合，选用整体式结构的PLC;否则，选用模块式结构的PLC。 (2)功能强、弱适当 对于开关量控制的工程项目，若控制速度要求不高，一般选用低档的PLC。 对于以开关量控制为主、带少量模拟量控制的工程项目，可选用含有A/D转换的模拟量输入模块和含有D/A转换的模拟量输出模块，以及具有加减乘除运算和数据传输功能的低档机的PLC。 对于控制比较复杂、控制要求比较高的工程项目，如要实现PID运算、闭环控制、通信联网等，可根据控制规模及复杂程度的程度，选用中档机或高档机。其中高档机主要用于大规模过程控制、全PLC的分布式控制系统和整个工厂的自动化等。 13 当系统的各个控制对象分布在不同地域时，应根据各个部分的具体要求来选择PLC，以组成一个分布式的控制系统。 (3)机型统一 PLC的结构分为整体式和模块式两种。整体式结构把PLC的I/O和CPU放在一块印刷电路板上，并封装在一个壳体内，省去了插接环节，因此体积小、价格便宜。但由于整体式结构的PLC功能有限，只适合于控制要求比较简单的系统。一般大型的控制系统都使用模块式结构，这样功能易扩展，比整体式灵活。 (4)是否在线编程 PLC的特点之一是使用灵活。当被控设备的工艺过程改变时，只需用编程器重新修改程序，就能满足新的控制要求，给生产带来很大方便。 (5)PLC的环境适应性 由于PLC是直接用于工业控制的工业控制器，生产厂家都把它设计成能在恶劣的环境条件下可靠地工作。尽管如此，每种PLC都有自己的环境技术条件，用户在选用时，特别是在设计控制系统时，对环境条件要进行充分的考虑。 一般PLC及其外部电路(I/O模块、辅助电源等)都能在下列环境条件下可靠工作: 温度 工作温度0,55? 储存温度 -40?,+85? 温度 相对湿度5%,95%(无凝结霜) 振动和冲击 满足国际电工委员会标准 电源 交流220V，允许变化范围为-15%,+15%，频率为47,53Hz， 瞬间停电保持10ms 环境 周围空气不能混有可燃性、爆炸性和腐蚀性气体 对于需要应用在特殊环境下的PLC，要根据具体的情况进行合理的选择。 3.4.3 PLC容量的选择 PLC容量包括两个方面:一是I/O的点数;二是用户存储器的容量(字数)。 PLC容量的选择除满足控制要求外，还应留有适当的裕量，以做备用。根据经验，在选择存储容量时，一般按实际需要的10%,25%考虑裕量。对于开关量控制系统，存储器字数为开关量乘以8;对于有模拟量控制功能的PLC，所需存储器字数为模拟内存单元数乘以100。通常，一条逻辑指令占用存储器一个字。 14 计时、计数、移位及算术运算、数据传输等指令占用存储器两个字。各种指令占存储器的字数可查阅PLC产品使用手册。 I/O点数也应留有适当裕量。由于目前I/O点数较多的PLC价格较高，若备用的I/O的点的数量太多，将使成本增加。根据被控对象的输入和输出信号的总点数，并考虑到今后的调整和扩充，通常I/O点数按实际需要的10%,15%考虑备用量。 3.4.4 I/O模块的选择 PLC是一种工业控制系统，他的控制对象是工业生产设备或工业生产过程他的工作环境是工业生产现场。他与工业生产过程的联系是通过I/O接口模块来实现的。 通过I/O接口模块可以检测被控生产过程的各种参数，并以这些现场数据作为对被控对象进行控制的依据。同时控制器又通过I/O接口模块将控制器的处理结果送给工业生产过程中的被控设备，驱动各种执行机构来实现控制。外部设备或生产过程中的信号电平各种各样，各种机构所需的信息电平也是各种各样的，而PLC的CPU所处理信息只能是标准电平，所以I/O接口模块还需实现这种转换。PLC从现场收集的信息及输出给外部设备的控制信号都需经过一定距离。为了确保这些信息的正确无误，PLC的I/O接口模块都具有较好的抗干扰能力。根据实际需要，PLC相应有许多种I/O接口模块，包括开关量输入模块、开关量输出模块、模拟量输入及模拟量输出模块，可以根据实际需要进行选择使用。 标准的I/O模块用于同传感器和开关(如按钮、限位开关等)及控制(开/关)设备(如指示灯、报警器、电动机起动器等)进行数据传输。典型的交流I/O信号为24,240V(AC)，直流I/O信号为0,10V(DC)。 I/O点数的确定要充分的考虑到裕量，能方便的对功能进行扩展。对一个控制对象， 由于采用不同的控制方法或编程水平不一样，I/O所用的点数就可能有所不同，现具体分析如下: (1)开关量输入模块输入电压的选择 输入模块的输入电压一般为DC24V 和 AC220V。直流输入电路的延迟时间较短，可以直接与接近开关、光电开关等电子输入装置连接。交流输入方式的触点接触可靠，适合于在有油雾、粉尘的恶劣环境下使用。 15 (2)开关量输出模块的选择 继电器型输出模块的触点工作电压范围广，导通压降小，承受瞬时过电压和过电流的能力较强，但是动作速度较慢，寿命有一定的限制。如果系统的输出信号变化不是很频繁，选用继电器型。 选择时应考虑负载电压的种类和大小、系统对延迟时间的要求、负载状态变化是否频繁等，还应注意同一输出模块对电阻性负载、电感性负载和白炽灯的驱动能力的差异。输出模块的输出电流额定值应大于负载电流的最大值。 本系统设计中根据实际选用的是AC220V开关量输入模块和继电器型输出模块。以此为依据，本系统的设计选用三菱公司的FX2N系列(表3.1)可编程序控制器。FX2N是FX系列中功能最强、速度最高的微型可编程序控制器，完全符合此设计的要求。 (3)PLC的类型 FX2N系列可编程控制器主机分为16、24、32、64、80、128点六档，还有各种输入和输出扩展单元，这样在增加I/O点数时，不必改变机型，可以通过扩展模块实现，降低了经济投入。根据本课题的设计控制要求，现估算本系统所需要用到的I/O点数共56个，及输入38个，输出18个。所选PLC必须要留有一定的余地，结合实际情况，选择所选I/O点为80点。因此，我所选型号为FX2N-80MR。 (4)经济性的考虑 选择PLC时，应考虑性能价格比。考虑经济性时，应同时考虑应用的可扩展性、可操作性、投入产出比等因素，进行比较和兼顾，最终选出较满意的产品。 输入输出点数对价格有直接影响。当点数增加到某一数值后，相应的存储器容量相应增加，因此，点数的增加对CPU选用、存储器容量、控制功能范围等选择都有影响。在估算和选用时应充分考虑，使整个控制系统有较合理的性能价格比。本课题所设计的立体仓库属于小型控制系统，结合经济性的考虑因此选择整体型PLC。根据我组设计的立体仓库其输入点数为38点、输出电数为18点，所以选择三菱FX2N-80MR。 16 表3.1 FX系列基本单元 2N 型 号 输 入 输 出 扩展模块 点 数 点 数 可用点数 继电器输出 可控硅输出 晶体管输出 FX2N-16MR-001 FX2N-16MS FX2N-16MT 8 8 24,32 FX2N-32MR-001 FX2N-32MS FX2N-32MT 16 16 24,32 FX2N-48MR-001 FX2N-48MS FX2N-48MT 24 24 48,64 FX2N-64MR-001 FX2N-64MS FX2N-64MT 32 32 48,64 FX2N-80MR-001 FX2N-80MS FX2N-80MT 40 40 48,64 基本单元:FX-80MR(输入点38点，输出点18点) 2N 在确定了控制对象的控制任务和选择好PLC的机型后，即可安排输入、输出的配置，并对输入、输出进行地址编号。分配I/O地址时要注意以下问题: (1) 设备I/O地址尽可能连续;相邻设备I/O地址尽可能连续; (2) 输入/输出I/O地址分开; (3) 每一框架I/O地址不要全部占满，要留有一定的余量，便于系统扩展和工艺流程的更改，但不宜保留太多，否则会增加系统成本; (4) 充分考虑控制柜与控制柜之间、框架与框架之间、模块与模块之间的信号联系，合理地安排I/O地址，减少它们之间的内部连线。 3.5 PLC输入输出分配表 根据本课题PLC输入输出的控制要求，得出PLC输入输出I/O分配，如表3.2所示。 17 表3.2 PLC输入输出I/O分配 输入 输出 元件 端子 名称 元件 端子 名称 元件 端子 名称 SB0 X0 启动 - X24 4号仓位检测 - Y0 前进 SB2 X1 手动/自动 - X25 5号仓位检测 - Y1 后退 SB24 X2 取货 - X26 6号仓位检测 - Y2 上升 SB23 X3 送货 - X27 7号仓位检测 - Y3 下降 SB1 X4 急停 - X30 8号仓位检测 - Y4 伸叉 SB22 X5 1号仓位键 - X31 9号仓位检测 - Y5 收叉 SB21 X6 2号仓位键 - X32 10号仓位检测 LED1 Y11 显示1号仓位 SB20 X7 3号仓位键 - X33 11号仓位检测 LED2 Y12 显示2号仓位 SB19 X10 4号仓位键 X34 12号仓位检测 LED3 Y13 显示3号仓位 SB18 X11 5号仓位键 SQ1 X35 下限位开关 LED4 Y14 显示4号仓位 SB17 X12 6号仓位键 SQ2 X36 后限位开关 LED5 Y15 显示5号仓位 SB16 X13 7号仓位键 - X37 0号仓位检测 LED6 Y16 显示6号仓位 SB15 X14 8号仓位键 SB7 X40 前进 LED7 Y17 显示7号仓位 SB14 X15 9号仓位键 SB6 X41 上升 LED8 Y20 显示8号仓位 SB13 X16 10号仓位键 SB5 X42 下降 LED9 Y21 显示9号仓位 SB12 X17 11号仓位键 SB4 X43 后退 LED10 Y22 显示10号仓位 SB11 X20 12号仓位键 SB3 X44 伸叉 LED11 Y23 显示11号仓位 - X21 1号仓位检测 SB8 X45 收叉 LED12 Y24 显示12号仓位 - X22 2号仓位检测 - X23 3号仓位检测 18 3.6元器件清单 控制系统的元器件清单如表3.3所示: 表3.3系统元件清单如下: 名称 代号符号 个数 规格型号 可编程控制器 PLC 1 FX2N-80MR 步进电机 M 3 42BYGHl01 步进电机驱动器 3 SH-2H057 微动开关 SM 13 KW10-01 限位开关 SQ 2 D4CC 带灯按钮 SB 12 KH2204EB-2 220VAC 转换按钮 SB 1 LW12 急停按钮 SB 1 KPB25ER,30ER 点动按钮 SB 9 KH2022EB 19 3.7 PLC的硬件接线图 如下图3.3所示: 图3.3 PLC硬件接线图 20 3.8系统控制面板图 如下图3.4所示: 图3.4 系统控制面板图 21 第四章 系统软件设计 4.1 系统控制流程图设计 系统控制流程图如下: 图4.1 系统流程图 22 4.2 系统程序设计 根据系统流程图，我们可以设计此立体仓库的程序。 (1)控制方式的选择;主控M100为自动控制，主控M200为手动控制。 (2)堆垛机的定位程序;M0、M1、M2分别代表定位第一列、第二列、第三列;C0、C1、C2分别代表步进电机步进到所需列的步数。M3、M4、M5、M6分别代表定位第一行、第二行、第三行、第四行;C3、C4、C5、C6分别代表步进电机步进到所需行的步数。下图为第一列和第一行的扫描。 23 (3)送货和取货送货的互锁程序设计;X37为0号仓位检测开关，有货时闭合状态，无货时断开状态，M50、M60分别为检测仓位有、无货标志，X2为取货，X3为送货，取货和送货不能同时按通，当仓库有货，0号仓位无货时，取货可以按通，当仓库无货，0号仓位有货时，送货可以按通。 (4)伸叉动作程序;M31、M30分别为堆垛机的行列到达标志，当两者都得电时，说明已经到达指定仓位，伸叉动作。M10为伸叉伸出到位标志，到位后停留1.5秒再收叉。M11为伸叉伸出标志，M12为伸叉收回标志。 24 (5)堆垛机返回程序;伸叉收回到位后驱使堆垛机的返回的标志C10，堆垛机自动下降到下限位，X35闭合后驱使堆垛机后退返回至0号仓位，直至压下后限位X36。 (6)按键互锁;每次只能按下一个仓位键，其余11个仓位不能按动。 (7) 手动程序的设计;标志位M20、M21、M22、M23、M24、M25分别标志前进、上升、下降、后退、伸叉、收叉。前进和后退互锁，上升和下降互锁，伸叉和收叉互锁，伸叉动作时，堆垛机不能运动。 25 26 总结 历时2周的课程设计也算是圆满的结束了，虽然有点累，有点苦，但更多的是收获了许多新的知识，同时巩固了我往日的所学，可以说这次的课程设计的实行，完完全全是一个帮助我们的过程。从简单的书面知识到运用实践，即开拓了我们的所学，也培养了我们的认知度～ 通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关方面的知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。实践出真知，通过亲自动手制作，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。课程设计诚然是一门专业课，给我很多专业知识以及专业技能上的提升，同时又是一门讲道课，一门辩思课，给了我许多道，给了我很多思，给了我莫大的空间。同时，设计让我感触很深。使我对抽象的理论有了具体的认识。通过这次课程设计，我掌握了PLC的识别和测试;熟悉了PLC;了解了运用PLC方法;以及如何提高PLC的性能等等，掌握了PLC的方法和技术，通过查询资料，也了解了PLC内部原理。 次此真心感谢帮助我完成这个课程设计的各位老师们，是老师们严谨细致、一丝不苟的作风使我课程设计完成的游刃有余;老师们循循善诱的教导和不拘一格的思路给了我更加开阔的想象空间;这次课程设计的每个实验细节和每个数据，都离不开老师们的细心指导。 同时，我也要感谢我的同组同学，没有他们的帮助我觉得我在硬件设计这方面还是完不成的，正是在他们的细心指导下使我做的更加完美了～ 当然，我也知道我自己的能力也是有限的，课程设计就是一个学习的过程嘛～每个人都不可能十全十美，只有努力的学习，团结合作方能使自己有一个提高。完成任务的那天才是我们值得骄傲的一天，没有什么是值得我们通过自己的努力而得到成功值得去品位的了～我更希望这样的课程设计多一点，好让我得到一个更加深层次的提升～ 27 参考文献 [1] 汤自春主编. PLC原理及应用技术[M]. 高等教育出版社, 2006 [2] 吴明亮、蔡夕忠主编. 可编程控制器实训教程 [M]. 化学工业出版社, 2005 [3] 贾德胜等编著. PLC应用开发实用自程序[M]. 人民邮电出版社, 2006 [4] 严盈富主编. PLC入门[M]. 人民邮电出版社, 2005 [5] 孙政顺、曹京生主编. PLC技术[M]. 高等教育出版社, 2005 [6] 周伯英主编.工业机器人设计[M].机械工业出版社，1995.6. [7] 龚振帮编主编.机器人机械设计[M].电子工业出版社，1995. [8] 成大光编.机械设计图册(,)[M].化学工业出版社，1999. [9] 何存兴编.液压传动与气压传动[M].华工科技大学出版社，2000 [10] 沈鸿主编.机械工程手册(10)[M].机械工业出版社，2005 [11] 马振福主编.液压与气动传动[M] 机械工业出版社，2006 [12] 余雷声编著(电气控制与PLC应用(北京:机械工业出版社，1996 [13] 洪忠渝编著(可编程序控制器的原理及应用(青岛:青岛海洋大学，1988 [14] 朱绍祥编著.可编程控制器原理及应用.上海:上海交通大学出版社，1988 [15] 王兆义编著.可编程控制器教程.可编程控制器教程.北京:机械工业出版社，2001 28 附录 29 30 31 32 33 34 35 36