毕业设计（论文）自动立体仓库存储系统一体化设计

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1、中原工学院信息商务学院毕业论文（设计）毕业论文（设计）题 目：自动立体仓库存储系统一体化设计系部名称： 机械工程系 专业班级： 学生姓名： 学 号： 指导教师： 教师职称: 讲 师 2011年06月06日摘 要随着我国经济和科学技术的不断发展，现代物流技术在我国也得到了很大的提高，特别是作为现代物流技术典范的自动化仓库技术尤其令人关注。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。本文运用方案对比优化的方法，对各种

2、方案进行理论和计算的分析，提出了采用低层分离式自动化立体仓库的方案，根据设计说明书的参数要求，认为采用该方案可以造价低，交货短，最大效率地实现货物的出入库和存储操作。构建了由低层巷道式双轨堆垛机，托盘货架以及周边机械构成的分离式自动化立体仓库系统。通过对各种方案的分析计算对比，得出了采用分离式自动化立体仓库的结论。关键字：分离式自动化立体仓库，托盘货架，低层巷道式双轨堆垛机ITitle（Automatic Three-dimensional Warehouse Storage SystemsIntegrational Design）AbstractAs Chinese economy and

3、the continuous development of science and technology, Modern Logistics Technology in China have been greatly improved.Especially as a model of modern logistics technology for automated warehouse technology is of particular concern. Automated Warehouse, is the key to achieving the rationalization of

4、logistics system. It has a high utilization of space, facilitate the automated management. Automated clearing inventory in real time the type and quantity of goods. Warehouse and the central repository for network computer systems to run many other advantages. It is very meanimgful to Accelerate the

5、 pace of logistics and improve labor productivity, reduce production costs. This optimization method is the use of the program compared, the various programs of theoretical and computational. Proposed by using low-level discrete automated warehouse solution. According to the design specification of

6、the parameters required. Consider that the use of the program can be low cost, short delivery, the goods to achieve maximum efficiency out of storage and storage operations. The lower roadway was constructed by the dual stacker.Keywords: Separateautomated warehouse PalletRack Lowerroadwaydualstacker

7、35目 录绪 论11 自动化立体仓库设计简介21.1 自动化立体仓库发展的意义21.2自动化立体仓库设计简介21.3自动化立体仓库国内外发展状况72 总体方案设计82.1.1 选择仓库类型82.1.2 选择货架结构82.1.3 选择堆垛机类型82.1.4 控制系统的选型82.1.5 周边机械的选择93 各系统的设计及计算103.1. 托盘货架的基本参数设定103.2. 托盘的参数设定103.3. 堆垛机的详细设计与计算103.3.1 框架的弯矩和挠度113.3.2 堆垛机走行轮的设计153.3.3 走行装置的电机、减速器的选取153.3.4 升降机构164 电气控制系统设计174.1 控制方案

8、的确定174.2 系统调速方式184.2.1 调速方式选用184.2.2 变频器的简介194.3 硬件选择204.3.1 电动机选择204.3.2 位置的定位方法204.3.3 PLC的I/O资源配置214.3.4电气原理图及元器件的选择225 控制系统程序的设计255.1 堆垛机的运行程序255.1.1 堆垛机自动运行255.1.2 货叉的上升和下降265.1.4 货叉的伸缩275.2 PLC梯形图和语句指令表295.2.1 PLC控制梯形图295.2.2 语句指令表29结 论33致 谢34参考文献35绪 论自动化立体仓库又称立库、高层货架仓库自动仓储AS/RS(Automatic Stor

9、ageRetrieval System)。它是一种用高层立体货架（托盘系统）储存物资，用电子计算机控制管理和利用自动控制堆垛运输车进行存取作业的仓库。仓库的功能从单纯的进行物资的储存保管，发展到担负物资的接受，分类，计量，包装，分拣配送，存档等多种功能。这有助于实现高效物流和大容量储藏，能适应现代化生产和商品流通的需要。自动化立体仓库是生产物流的重要组成部分，生产物流是从原材料采购开始，经过基本制造过程的转换活动，立体仓库，它首先应具有储存的功能，在自动化系统的管理和控制下，能对物料进行科学的管理，使物料在存储的过程中合理的利用各种资源，提高处理效率，适应多种存储要求。目前，装卸和储存作业，及

10、物流作业在国民经济中占用了大量的劳动力，仓储技术的机械化和自动化的主要优点，在于提高劳动生产率和节省劳动资源。立体仓库是一种设置有高层货架，并配置有仓储机械和自动控制、计算机管理系统，以实现物料搬运、存储机械自动化，存储管理现代化的一种新型仓库。它充分利用仓库空间，集信息、存储、管理与一体化，利用微电子自动控制技术实现仓储作业的自动化，采用先进的计算机管理系统实现管理现代化。与普通平库相比，它有无可比拟的优越性。由于采用自动控制技术及计算机管理系统，极大的提高了仓库吞吐效率和管理水平。其存储作业迅速准确，使作业过程中的货损大大的减少；通过对仓库物资的优化管理，可减少库存、缩短物资的周转期，提高

11、资金的周转率，从而提高经济效益。1 自动化立体仓库设计简介1.1 自动化立体仓库发展的意义自动化技术是当代最引人瞩目的高技术之一。严格地说，自动化就是指在没有人的直接参与下，机器设备所进行的生产管理过程。那么什么是自动化立体仓库呢？根据上海以华电气技术有限公司的定义，自动化立体仓库是一种功能多、规模大、利用率高的物资配运中心，广泛地运用于大型仓库，能按照编制的入库单/出库单自动地把物件从入口处搬运到目的货位或从指定货位把物件搬运到出口处。完成这一搬运任务的堆垛机是该系统的关键部份，它在高层固定货架巷道中运行。根据这一定义，自动化立体仓库有这几个主要标志：高层堆垛机、高层货架以及计算机控制系统，

12、能自动储存和输出物料。简言之：自动化立体仓库是由多层货架、运输系统、计算机系统和通讯系统组成的，集信息自动化技术、自动导引小车技术、机器人技术和自动仓储技术于一体的集成化系统，可以实现存储入库、存储出库、搬运拆箱及空箱叠放全过程的自动化。自动化立体仓库是现代物流系统中迅速发展的一个重要组成部分, 它具有节约用地、减轻劳动强度、消除差错、提高仓储自动化水平及管理水平、提高管理和操作人员素质、降低储运损耗、有效地减少流动资金的积压、提高物流效率等诸多优点。与厂级计算机管理信息系统联网以及与生产线紧密相连的自动化立体仓库更是当今CIMS(计算机集成制造系统)及FMS(柔性制造系统)必不可少的关键环节

13、。自动化研究所围绕自动化仓储系统开发了多种自动化系统硬件设备及软件产品, 如: 不同类型的库存管理软件、系统仿真软件、图形监控及调度软件、堆垛机输送机控制软件、条形码识别跟踪系统、搬运机器人、码垛机械手、自动运行小车、货物分选系统、堆垛机认址检测系统、堆垛机控制系统、货位探测器、高度检测器、输送系统、码垛系统、自动输送小车等产品。1.2自动化立体仓库设计简介自动化立体仓库（Automatic Storage Retrieval System）的设计步骤，一般分为以下几步：（一）、收集、研究用户的原始资料，明确用户所要达到的目标，这些原始资料包括： 1、明确自动化立体仓库与上游、下游衔接的工艺过

14、程，2、物流要求：上游进入仓库的最大入库员、向下游转运的最大出库量以及所要求的库容量；3、物料的规格参数：物料的品种数、物料包装形式、外包装尺寸、重量、保存方式及其它物料的其它特性；4、立体仓库的现场条件及环境要求；5、用户对仓库管理系统的功能要求；6、其它相关的资料及特殊要求。（二）、确定自动化立体仓库的主要形式及相关参数所有原始资料收集完毕后，可根据这些第一手资料计算出设计时所需的相关参数，包括：对整个库区的出入库总量要求，亦即仓库的流量要求：货物单元的外形尺寸及其重量；仓库储存区（货架区）的仓位数量：结合上述三点确定储存区（货架厂）货架的排数、列数及巷道数目其它相关技术参数。（三）、合理

15、布置自动化立休仓库的总体布局及物流图一般来说，自动化立体仓库包括：入库暂存区、检验区、码垛区、储存区、出库暂存区、托盘暂存区、不合格品暂存区及杂物区等。规划时，立体仓库内不一定要把上述的每一个区都规划进去，可根据用户的工艺特点及要求来合理划分各区域和增减区域。同时，还要合理考虑物料的流程，使物料的流动畅通无阻，这将直接影响到自动化立体仓库的能力和效率。（四）、选择机械设备类型及相关参数，如下：1、货架货架的设计是立体仓库设计的一项重要内容，它直接影响到立体仓库面积和空间的利用率。货架形式：货架的形式有很多，而用在自动化立体仓库的货架一般有：横梁式货架、牛腿式货架、流动式货架等。设计时，可根据货

16、物单元的外形尺寸、重量及其它相关因素来合理选取。货格的尺寸：货格的尺寸取决于货物单元与货架立柱、横梁（牛腿）之间的间隙大小，同对，在一定程度上也受到货架结构型式及其它因素的影响。图1-1托盘货架2、堆垛机堆垛机是整个自动化立体仓库的核心设备，通过手动操作、半自动操作或全自动操作实现把货物从一处搬运到另一处。它由机架（上横梁、下横梁、立柱）、水平行走机构、提升机构、载货台、货叉及电气控制系统构成。 堆垛机形式的确定：堆垛机形式多种多样，包括单轨巷道式堆垛机、双轨巷道式堆垛机、转巷道式堆株机、单立柱型堆垛机、双立柱型堆垛机等等。 堆垛机速度的确定：根据仓库的流量要求，计算出堆垛机的水平速度、提升速

17、度及货叉速度。其它参数及配置：据仓库现场情况及用户的要求选定堆垛机的定位方式、通讯方式等。堆垛机的配置可高可低，视具体情况而定。图1-2 堆垛机的构成图3、输送系统根据物流图，合理选择输送机的类型，包括：辊道输送机、链条输送机、皮带输送机、升降移载机、提升机等。同时，还要根据仓库的瞬时流量合理确定输送系统的速度。 4、其它辅助设备根据仓库的工艺流程的一些要求，增加一些辅助设备，包括：机械手，手持终端、叉车、平衡吊。立体仓库其模型如图：图1-3二、自动化仓库主要技术性能（1）控制系统： 技术先进，采用现场控制总线直接通讯的方式，真正做到计算机只监不控，所有的决策、作业调度和现场信息等均由堆垛机、

18、出入库输送机等现场设备通过相互间的通讯来协调完成。 每个货位的托盘号分别记录在堆垛机和计算机的数据库里，管理员可利用对比功能来比较计算机的记录和堆垛机里的记录，并进行修改，修改可自动完成和手动完成。系统软、硬件功能齐全，用户界面清晰，便于操作维护。 堆垛机有自动召回原点的功能，即无论任何情况，只要货叉居中且水平运行正常时，可按照下达的命令自动返回原点。这意味着操作人员和维护人员可以尽量不进入巷道。 智能的控制系统，可以实现真正的自动盘库功能，避免了以往繁重的人工盘库工作，减轻了仓库管理人员的工作强度，同时保证了出库作业的出错率为零。（2）监控管理系统包括数据管理、入库管理、出库管理、查询、报表

19、、单据与盘库、报警、监控与动画等模块自动化立体仓库作为一种自动化物流设施，在我国社会主义建设事业中发挥着非常重要的作用。（3）入出库系统：货物入库存储是在入库站台上进行的。夹抱车将货物送到入库站台的托盘上，待人工确认货物品牌后，入库过程自动完成。输送线自动将托盘送到货架端部，堆垛机将货物送到由主控计算机预先分配好的货位上进行存储，货物的出库是由生产管理人员向主控计算机输入出库指令，计算机按一定的原则根据出库单的品种，控制堆垛机将相应的库存货物从货位上取出。输送线自动将货物输送到出库站台。同时出库的托盘经叠放机将空托盘五个一组叠好送到货架存放或送到入库站台备用。 （4）电气控制设备自动化立体仓库

20、的各种设备都具有手动控制、集中控制以及与管理计算机接口的联机自动控制等各种控制方式，可供用户选择。（5）计算机系统应具备以下主要功能：信息的输入及预处理。包括对货箱条形码的识别,认址检测器、货格状态检测器信息的输入及预处理。出入库运输机的计算机控制，从通讯监控机接受到一批作业命令以后，取出作业命令中的巷道号，完成对这些巷道数据的处理，以便控制分岔点的停止器最终实现货箱在出入库运输机上的自动分岔。 立体仓库的计算机管理。它是自动化立体仓库进行物资管理、帐目管理、货位管理及信息管理的中心。入库时将货箱合理分配到各个巷道作业区；出库时能按“先进先出”的原则，或其他排队原则出库。同时还要定期地或不定期

21、地打印报表。当系统出现故障时，可以通过总控制台的操作按钮进行运行中的动态改帐及信息修正，并判断出发生故障的巷道，及时封锁发生故障的巷道，暂停该巷道的出入库作业等。 1.3自动化立体仓库国内外发展状况由于自动化立体仓库具有占地面积少，差错少，节省人力等优点，伴随国际贸易的增加和全球化浪潮的兴起，自动化立体仓库技术逐渐有民用化趋势。因为自动化立体仓库可靠性高，节省劳动力，零件容易维修更换，操作简单方便，导致了工业生产中的生产物流成本下降，建设费用和土地资源都得到有效节约。在美国各个地区都掀起了自动化立体仓库的热潮。正确的理论一经掌握，便成为了推动社会发展的一大动力。进入70年代以后，日本通过采用自

22、动化立体仓库的建筑技术，整个70年代，日本劳动人民在自动化技术和机器人技术的帮助下，先后建设了2000多座自动化立体仓库，数量和整个欧洲的自动化立体仓库数量相同。这一运动有效节约了整个日本国内的劳动力和土地资源，为之后日本国内的物流系统现代化奠定了基础。2 总体方案设计自动化立体仓库的建设是涉及机械、电子、电气、土建和管理等多学科、多专业的工程。而且现代化仓库的构成是复杂的，它是一个由彼此相互作用的诸因素和各个环节所构成的综合系统。研究这些因素的性质并弄清它们的相互作用，是建立自动化立体仓库的一个重要步骤。通过总结分析，可以取得综合解决下列问题的必要资料，即：自动化管理的组织结构和职能机构的建

23、立，最佳参数和技术装备能力的确定，以及仓库的合理平面布置的选择等。自动化立体仓库设计的一般顺序为：1收集、研究原始资料；2选择仓库类型；3确定主要参数；4选择货架方案；5选择机械设备类型；6计算机械设备的类型；7传动部分的计算；8立柱的刚度计算，9零件的强度校核。2.1.1 选择仓库类型分离式自动化立体仓库和整体式立体仓库相比，其使用钢材要少得多，相同高度的整体式立体仓库和分离式自动化立体仓库相比，后者用钢量为6090/，前者用钢量为62.575/；前者的机械设备为堆垛机、周边机械、电气控制和计算机，而后者机械设备为叉车，分离式自动化立体仓库的货架独立存在，在现有的建筑物内也可以改造为自动化立

24、体仓库，也可将货架拆除，用于其他目的，节省材料，方便快捷，故选用分离式立体仓库。2.1.2 选择货架结构根据设计要求，装载货物的货架高度不必要太高，所以采用木质结构托盘货架，托盘式货架具有装卸方便，货物放到货架上之后，不再需要移动，直接可以由巷道式堆垛机入库，成本低，效率高。2.1.3 选择堆垛机类型堆垛机按规模分为：低层型，中层型和高层型，根据设计要求，货物尺寸为600600800,所以经过初步计算可得，堆垛机的最大举高为2500，所以应选用低层巷道式下部驱动双立柱堆垛机。2.1.4 控制系统的选型本设计中主要采用四门子系列PLC可编程控制器，通过通信模块与一台上位机连接，从而达到计算机控制

25、整个自动化立体仓库的运行。通过PLC可编程控制器接入堆垛机、升降台、传送带、电动机，使系统按操作员的指令正常运行。PLC系统组成图如下图所示。在自动化立体仓库的物流输送过程中，堆垛机实现货物在各出入库端到货格的搬运，其基本功能包括以下几个部分：(1) 三维动作控制 控制堆垛机在水平、垂直、左右方向的运行；(2) 位置控制 控制堆垛机以适合的速度运行并精确的定位在货格或入出库口处；(3) 通讯功能 堆垛机与上位机和其它仓库设备的通讯；(4) 保护功能 提供各种电气和机械保护，保证堆垛机在高速、频繁的运行和取送货过程中不会发生事故；(5) 人机界面 通过HMI或其它输入和显示设备，提供本机或遥控操

26、作及向操作人员提供堆垛机。2.1.5 周边机械的选择根据仓库的工艺流程以及设计任务书的一些特殊要求，适当增加一些辅助设备：手持终端、叉车、平衡吊等。3 各系统的设计及计算3.1. 托盘货架的基本参数设定托盘货架尺寸为：19206403000；托盘堆放载重：平均值8000N，最大值1000N；货架规模为：1排3层3列=9个托盘：货架自重：500N；计算由载荷加到货位和支柱上的力：货重：W= 托盘堆放最大重力 充实率水平力：F = W 振动系数托盘支承所受的垂直力：中间支柱：F/2 + F/2；端支柱：F/23.2. 托盘的参数设定托盘基本尺寸：500700130；托盘强度的参考如下表：表3-1

27、托盘的强度内容允差压缩强度变形量9.5KN,满足要求。升降机构的电机减速器的选取将载荷W+货台的自重G以速度v米/分提升时的功率为：=KW由此，选取电机型号为Y315S-10，额定功率为55KW，效率为92%，转速为1400r/min,选取安装型式为B3，国际标准机座号为315S75。则减速器的传动比为i=59。4 电气控制系统设计4.1 控制方案的确定对于本次设计来说对于链条机的控制为顺序控制，需要与货物检测系统连网。通信协议不想复杂化，兼容性要好，DCS虽然控制器功能强，数据通讯能力强、具有灵活性和安全性，但是成本高，兼容性差各公司产品成不能互换，不能互操作，所以不选用。FCS是全数字化，

28、智能、多功能性控制、特别适合危险区域、易变过程和非常环境。核心是总线协议，基础是数字智能现场装置，本质是信息处理现场化。FCS的优点是进行闭环控制，但是总线协议、相关的关键技术及设备是相互关联的比较复杂。PLC是模块化结构、开关量顺序控制、10ms巡检周期、 拥有多种通讯模式。具有高可靠性、拥有很高的电磁兼容性和抗冲击、耐振动性能，是理想 的现场控 制器, 通过和上位机通讯可以实现多种控制功能。同时对PLC进行编程可以使用“梯形图”，这是一种图形化了的编程语言。它使用各种图形表示条件以及命令，这样可以使用户的编程界面更加友好；由于采用了按功能分段, 既压缩了程序长度, 又便于根据用户不同要求进

29、行编写,这样也使得程序的编制更加方便。用PLC做从站，与出入库系统的PLC够成PLC网络较为容易：编程的时候不需知道通信协议只要按照说明书格式写就可以了。由于传感器布置的点较多，用PLC的I/O可以满足。而且由于PLC技术较为成熟，编程也较为简单直观，介绍PLC的书籍较多，最终决定选用西门子的S7-200系列的PLC作为控制系统。本次设计PLC要满足的要求见下图图4-14.2 系统调速方式4.2.1 调速方式选用本次设计由于需要调速，电动机为三相交流异步电动机，而异步电动机调速的方法主要有变极调速，变阻调速和变频调速。变频调速使通过平滑改变异步电动机的供电频率来调节同步转速，从而实现无级调速，

30、这种方法由于调节同步转速，效率高，调速范围大，精度高，使交流电动机比较理想的调速方法。使用专用变频器可以实现异步电动机的变频调速控制。4.2.2 变频器的简介 变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。也就是把工频电源(50Hz或60Hz)变换成各种频率的交流电源，以实现电机的变速运行的设备，其中控制电路完成对主电路的控制，整流电路将交流电变换成直流电，直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波，逆变电路将直流电再逆变成交流电。对于如矢量控制变频器这种需要大量运算的变频器来说，有时还需要一个进行转矩计算的CPU以及一些相应的电路。实际应用中对电机的速度变化的要求

31、是十分普遍的, 因此变频器在实际应用是广泛的, 而且具有重要的意义.a)变频器优点简述1便于安装, 进行参数设置和调试。 2牢固的EMC 设计.。3参数涉及的范围全面而具有综合性,经过适当 的配置, 其适用范围非常广泛。4电缆连接简便。5可以通过模拟方式进行控制, 也可以通过USS 串行通讯方式进行控制。 6采用较高的调制脉冲频率时, 电动机运行的噪 声很小。7装有基本操作板(BOP, 选件)时, 可以显示变频 器运行的状态信息和报警信息。8 DIP开关使变频器的电源频率设置(50Hz 或60Hz) 非常方便。 9采用RS485 串行通讯(USS) 控制方式的情 况下, DIP 开关使总线终端

32、 (总线最末端的 变频器)的设置非常方便。10 RS485 串行通讯接口(仅指USS 控制方式) 便于与驱动系统联网。 11变频器在电源电压消失或出现故障后重新上电 时的自动再起动功能, 提高了设备的可用性。电动机交流变频调速技术是当今节电，改善工艺流程以提高产品质量和改善环境，推动技术进步的一种主要手段。变频调速以其优秀的调速性能和起制动平稳性能，高效率，高功率和节电效果，广泛的适用范围及其它许多优点，已被国内外公认为有发展前途的调速方式。b)变频器的分类变频器的分类方法有多种，按照主电路工作方式分类，可以分为电压型变频器和电流型变频器；按照开关方式分类，可以分为PAM控制变频器、PWM控制

33、变频器和高载频PWM控制变频器；按照工作原理分类，可以分为V/f控制变频器、转差频率控制变频器和矢量控制变频器等；按照用途分类，可以分为通用变频器、高性能专用变频器、高频变频器、单相变频器和三相变频器等。4.3 硬件选择4.3.1 电动机选择Y系列（三相异步电动机其特点是效率高、节能、堵转转距高、噪声低、振动小、运转安全可靠。安装尺寸和功率等级完全符合IEC标准和DIN42673标准。它是全国联合设计的基本系列电动机产品。本系列一般采用B级绝缘，外壳防护等级为IP44，冷却方式为ICO141。Y系列电机的转速有双速、三速、四速三种。该系列电机采用改变绕组的接法来改换电机的极数和输出功率，使与机

34、械设备的负载特性相匹配，以简化其变速系统，节省投资， 广泛应用于冶金、矿山、机械、机床和纺织等行业。本设计的主要参数为：1输送货物额定重量为：500kg2最大输送速度为：20m/min3台升降速度：4m/min参照以上参数，水平运行和起升运行电机功率约为1000W左右,根据需要,选择Y802-2型电动机,功率为1100W，满载转速2825r/min,额定转矩2.2最大转矩2.3质量17kg。巷道口处控制水平运行的电机功率小些，但相差不大，这里同样选择Y802-2型电动机。4.3.2 位置的定位方法堆垛机的定位主要有认址装置组成，认址装置由认址片和认址器组成。认址器目前多为红外传感器或者光电开关

35、，发射和接收红外光在同侧时用反射式认址片，否则用透射式的，认址原理如下图3-1所示。1.认址片 2.光电接收管 3.认址器 4.光电发射管图4-2认址原理图光电开关是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的。红外线光电开关是利用人眼不可见(波长为780nm-lmm)的近红外线和红外线来检测、判别物体。通过光电装置瞬间发射的微弱光束能被安全可靠的准确的发射和接收。光电开关的重要功能是能够处理光的强度变化:利用光学元件，在传播媒介中间使光束发生变化；利用光束来反射物体，使光束发射经过长距离后瞬间返回。光电传感器在一般情况下，有三部分构成，它们分为:发送器，接收器和检测电路（如图4-3）。图

36、4-3 光电传感器原理发送器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于半导体光源，发光二极管(LED)和激光二极管。光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度。接收器由光电二极管或光电三极管组成。在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等。在其后面是检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号。此外，光电传感器的结构元件中还有发射板和光导纤维。三角反射板是结构牢固的反射装置，它由很小的三角锥体反射材料组成，能够使光束准确地从反射板中返回，具有实用意义。它可以在与光轴0到25的范围改变发射角，使光束几乎是从一根发射线，经过反射后，还是从这根反射线返回。光导纤维(LWL)，它扩大了光电传感器的使用范围，形成了特殊的

37、嵌装式收发装置。它可以在特殊的环境中使用，检测微小的物体。4.3.3 PLC的I/O资源配置由于需要采集外部检测信号（所经的列、行），控制电机的起停，选择自动或是手动控制状态，前后列向运动、升降行向运动、机械手的伸缩运动、货物的抓取、存放等。系统资源分配如表4-1所示。表4-1 I/O分配输入部分输出部分I0.0十六进制显示键盘值1位Q0.0机械手控制脉冲I0.1键盘值2位Q0.1机械手方向改变I0.2键盘值3位Q0.2升降台上升I0.3键盘值4位Q0.3升降台下降I0.4机械手到位限位Q0.4小车向前运动I0.5机械手回位限位Q0.5小车向后运动I0.6货台是否有物Q0.6存物指示灯I0.7

38、自动/手动（1/0）Q0.7取物指示灯I1.0小车前限Q1.1BCD输出显示BCD码1位I1.1小车后限Q1.2BCD码2位I1.2升降台上限Q1.3BCD码3位I1.3升降台下限Q1.4BCD码4位I1.4层寻址1Q1.5小车停止向前运动I1.5层寻址2Q1.6小车停止向后运动I1.6列寻址1Q2.0手动时层到位指示灯I1.7列寻址2Q2.1手动时列到位指示灯4.3.4 电气原理图及元器件的选择主要的元器件的选择如下表3-3所示。表4-2 元器件使用表名称代号符号个数规格型号备注PLCPLC1个S7-200 CPU224加特殊功能模块EM253接触器KM6个CJ20-100线圈电压220V限

39、流保护器FR2个JRS4-140365d整定电流80-104A熔断器FU6个RLS1-100额定电压380V额定电流50-100A指示灯HL11个AD16-22GLED显示，220V三相交流电机M2个Y250M-4额定电压380V,额定功率55W行程开关SQ17个LF-0124LB额定电压10-30VDC,DC型二线制常闭光电传感器4个RPI-1391透射式二相混合式步进电机M11个86BYG250AN-SAFRBL-0361步距角0.9/1.8步进电机驱动器1个SH-20806CN24-70VDC电气原理图如下：图4-45 控制系统程序的设计5.1 堆垛机的运行程序5.1.1 堆垛机自动运行

40、控制系统设计时，首先考虑的是小车处于前进或者是存放货物的过程，还是完成了预定任务返回在的过程。但是由于PLC程序的执行特点是逐行扫描，所以仅仅判断小车是处于前进过程还是返回过程是不够的，因为在返回过程中，还有货叉从货架上缩回、升降台下降到初始位置等过程，所以，必须要在程序中能够将这3种不同的运动区分开来。根据这种要求，在编写程序的时候加入了3个不同的BOOL类型的变量M20.1、M20.3、M20.5，分别作为小车沿运行到位标志、升降台运行标志、货叉到位标志。当变量为ON时，表示已完成该项动作，为OFF时表明小车还没有完成动作。Q0.6是开关量输出，表示启动小车前进，小车开始向前运动。程序如下

41、所示，表5-2为网络的注释表。网络1：列向自动运行LD SM0.0 LPSAN M20.7AN M20.1A M0.0A M10.0S Q0.4, 1 / 置Q0.4为ON，Q0.4为小车前向运行输出LPPA M20.7AN M20.5A M0.0A M10.0S Q0.5, 1/ 置Q0.5为ON，Q0.5为小车后退运行输出表5-2 网络1注释表地址 注释 M20.7小车是否处于执行动作过程中；为ON则表示执行动作过程中 SM0.0该值始终为1 M10.0手、自动状态 Q0.5小车向后状态 M20.1列到位标志 Q0.4小车向前运行 M20.5物品到位标志 M0.0运行状态 5.1.2 货叉

42、的上升和下降货叉运动是由三个光电开关定位，货叉定位原理与堆垛机运行定位原理相似，区别在于，存货开始或是取货结束时，升降台货叉停在高位置，下面两个光电开关处于认址片内；取货开始或存货结束时，货叉停在低位置，此时上面两个光电开关处于起升认址片内，在定位停准后，存在货叉的上浮和下移动作。程序如下所示，表5-3为网络2注释表。网络2 货叉上升和下降LD SM0.0LPS LD I0.3 AN M20.7AN M20.3A M10.0A C1A I2.2LDN I0.3AN M20.7AN M20.3A M10.0A C1A I2.0OLD A M0.0ALD= Q2.0S M20.3, 1LPPA M

43、20.7AN M20.6A M0.0A M10.0A C2S Q2.1, 1表5-2 网络2注释表地址注释M20.7堆垛机是否处于执行动作过程中，ON表示执行动作SM0.0该值始终为1M10.0手、自动状态I0.3出入库选择 M20.1堆垛机到位标志 5.1.4 货叉的伸缩货叉控制的基本原理与前面相似，不再详细说明，仅对不同于前面两种运动的情况进行说明。M20.5是伸缩到位标志。为ON时，表示货叉到达指定位置，为OFF时表示未达到指定位置。如果定时器标志T37为ON，表示定时器已经达到了预定的时间，说明货叉已经前伸到了指定的深度所以停止前伸的运动。程序如下所示，表5-4为网络3注释表。网络3

44、货叉伸缩LD SM0.0/ 始终为1LPSAN M20.7A M20.1A M20.3A M0.0A M10.0A T37S I1.6, 1= Q2.4/ 定时到，停止前伸LPPA M20.7A M20.1A M20.3A I1.6A M0.0LD I0.3A I2.0LDN I0.1A I2.2OLDALDA M10.0A T37R I1.6, 1= Q2.5/ 定时到，停止回缩表5-4网络3注释表地址注释M20.7小车是否处于执行动作过程中，ON表示是SM0.0该值始终为1M10.0手、自动状态I4.3货位虚实检测开关I0.3出入库选择M20.1列到位标志M20.3行到位标志M0.0运行状

45、态Q2.5停止回缩5.2 PLC梯形图和语句指令表5.2.1 PLC控制梯形图5.2.2 语句指令表LD SM0.0 LPSAN M20.7AN M20.1A M0.0A M10.0S Q0.4, 1 LPPA M20.7AN M20.5A M0.0A M10.0S Q0.5, 1LD SM0.0LPS LD I0.3 AN M20.7AN M20.3A M10.0A C1A I2.2LDN I0.3AN M20.7AN M20.3A M10.0A C1A I2.0OLD A M0.0ALD= Q2.0S M20.3, 1LPPA M20.7AN M20.6A M0.0A M10.0A C2S Q2.1, 1LD SM0.0LPSAN M20.7A M20.1A M20.3A M0.0A M10.0A T37S I1.6, 1= Q2.4LPPA M20.7A M20.1A M20.3A I1.6A M0.0LD I0.3A I2.0LDN I0.1A I2.2OLDALDA M10.0A T37R I1.6, 1= Q2.5结 论本次自动化立体仓库存储系统一体化设计从机械设备设计选取以及几