基于PLC的立体仓库控制系统设计摘要:随着我国经济的快速发展和城市建设的不断加强多技术集成的机械立体仓库已成为解决城市停车问题的必然途径。本文以立体仓库为研究对象从仓库的机械结构、控制系统和车辆进出调度优化等方面对立体仓库进行了研究。首先阐述了机械立体仓库的总体结构。介绍了立体仓库主钢架、起升机构、横向机构和转盘的结构和工作原理。分析了步行车的类型步行车是仓库的关键部件。在分析了以往步行车的结构和运行特点的基础上设计了两种液压步行车。它们各自的结构特点、运动过程和工作原理。对立体仓库技术的研究具有一定的参考意义。其次基于分布式控制系统的理论分析了仓库的运动特性和功能需求确定了控制系统的总体方案。系统总体方案以集散控制系统的思想为基础以集中控制和分散管理为指导原则选用工控机和PLC作为上位机和下位机的结构形式以实现系统的控制目标。主机硬件采用1PC作为主机完成主机的用户界面和通信程序的编程。通信硬件采用基于RS232/RS485的点对多点串行通信网络并设置通信协议保证上下位机之间的通信畅通。下位机的功能主要是完成各运动机构的定位控制。首先完成下位机ALC的总体布局、1/0点分配和电路设计。然后对硬件组件进行了选择。最后实现了硬件电路的连接和软件程序的编制。对控制系统进行了整体调试实现了控制功能。最后由于道路堆垛仓库车辆出入口数量相对较少用户平均等待时间较长堆垛机工作量较大。在分析调度策略的基础上利用改进的遗传算法建立了以总访问时间为目标函数的数学模型。利用改进的OX交叉算子对三维仓库进行混合编码调整。学位战略的优化。通过对仿真实验的分析和比较得到了一个较好的访问顺序使总访问时间最小化。改进道路立体仓库的进入策略具有一定的意义。关键词机械式三维立体仓库行走小车集散控制系统存取调度优化Design of three-dimensional Warehouse Control system based on PLCAbstract:With the devel opment of economy and urban construction in China, the m echanicaltri lim ensional garage integrated a variety of techmologies has become an inevitableway to solưtion the city parking. In this paper, it studie s the me chanic a1 structure, thecontro1 system and vehicle scheduing optimization of the tri dim ensi onal gar age.First of al1, expatiated the overall structure of garage, and introduced the structureand operati on principl e about the steel fr am e, 1ifting mechari sm, sliding m echani smand turntab1e in detail. After analysis of the structure and oper ati on chara cteristics ofthe handlig device, it is desi gned tw o hydr aulic handling devices, and focused on thestructur a1 char acteristic s and oper ating principle respectively. It is si gnifñcant to studythe gar age technology.Secondly, ba sed on the di stributed contro1 system theory, and analysis themovem ent char acteristic s and functi on dlem andđ of the garage, the overal1 project ofcont o1 system is determ ined. B ased. on the ide a of centralized contro1 anddecentralized m anagem ent as a gui ding princip1e, constitute the form of IPC and PLCin order to a chieve the contro1 goal. PC har dware chooses the IPC as a host computer,and. com plete man-m achine inteiface anđ com municati on procedures. B ased on.point- to-m ultipoint comm uni cati on netw ork, comm unic ati ons system selects theRS232/RS485 com municati ons har dw are, set up a com muni cati on protocol to ensuresum ooth comm uni cation betwe en up and down position.The di stributed devicecomplete the movem ent position of m echani sm s, it is de signed the over al1 1ayout ofPLC, di stribution I 10 point , and cir cuit di agram, and selected the har dw are theothers com ponents, and finally realized the connecti on har dware, softw are procedure s.The over all contro1 system w as dlebugged to the contr o1 function.Key words:Mechanical three-dimensional; three-dimensional garage; walking car; distributed control system; access scheduling optimization目录第一章 引言 51.1研究的背景 51.2仓库控制系统的现状 7(1)零部件加工质量低 7(2) 控制系统主要元器件性能还不过关 7(3)立体仓库效率低 71.3设计任务与要求 91.4课题研究主要内容 10第二章PLC的概述 102.1PLC的简介 102.2PLC的基本结构 112.3PLC的工作原理 112.4PLC的特点 122.5PLC的应用 13第三章 立体仓库的结构设计 133.1立体仓库的主要功能 133.2立体仓库的分类 133.3立体仓库的制作方法: 143.4立体仓库结构设计 153.5执行单元的确定 16第五章 立体仓库机械结构设计 175.1仓库机械结构的总体设计 175.1.1各类仓库结构特点比较 175.1.2仓库的选型 18第六章结论 18参考文献 21引言1.1研究的背景所谓立体仓库就是把控制系统集成的东西再一个个单元化将一件件的物料按照一定的模式堆码成垛以便实现物料的存储、搬运、装卸运输等物流活动。人类在很久以前就以人工立体仓库的形式完成立体仓库作业了最简单的例子莫过于小孩搬砖问题:三块砖要从甲地搬往乙地如果每次只搬运一块那就要往返三次但是如果把三块砖叠在一起搬运那就只需要一次即可。在现代生产中人工立体仓库常常存在。搬运东西方便场子比较小的时候采用人工立体仓库方案算是一个比较好的方式特别是我们国际的人力资源比较雄厚这些应用场合基本上都是采用人工立体仓库的。然而在工作量恒定的情况下长时间的这种人工劳动是会非常累的从我们现在比较先进的人机工程学的角度来考虑需要增加一些符合人工和机器相结合方面的设施纯机械化的运作等。作为物流自动化领域的一门新兴技术最近这几年立体仓库技术获得了飞速的发展。一方面随着企业的集团化生产能力越来越规范就是对我们这种机械化的程度要求是越来越高了使传统的线上操控模式立体仓库机发展的非常迅速另一方面由于企业产品由卖方市场进入了买方市场企业生产正在向着多品种少批量的方向发展生产企业不能够承担一条生产线只生产单-产品的代价往往需要一线多产品的生产线这就要求作为厂里面人工智能方面的的立体仓库机必须具有处理多种产品的能力另外配送大型物资的厂房的出现需要为成千上万的用户按定单配送产品这就要求我们这个立体仓库需要有储存多种东西的能力所有这些都为自动立体仓库机的发展提供了机会再70年代末的时候日本引进了人工机器自动立体仓库机的研究开发获得了迅速的发展立体仓库的内部质量越来越高发展速度也越来越快价格不断下降。我们中国的钢材行业就钢材外包装这一块对比国外的外包装来说是差很多的一般都是人工堆起来的那种。存在诸多缺点:一、生产效率低使轧制生产与包装产生脱节造成中间库存大。二、劳动强度大人工费用高。三、包装质量差很难达到咬合堆垛。2003年10月一些企业开始强强联手准备对仓库的控制系统的内部进行改善。改造后该设备将满足人工智能堆钢材这样就减少了人工的使用量,大大节约了成本还提高了包装的质量这是一举两得啊又增强市场的竞争力还提高了经济效益和社会效益创造了良好的条件。1.2仓库控制系统的现状从60年代开始,在工业发达的德国、意大利、日本等国家已相继研制出半自动、全自动立体仓库机再后来对这个立体式的仓库的结构方面也是投入巨大的心血的使其发展的越来越完善。国产立体仓库机从80年代开始研制开发到现在已经历了20年左右的时间。到目前为止我国生产的立体仓库机机型、品种规格、设备性能和产品质量等各方面有很大的发展和提高并在很多方面已逐步接近或达到国外同类型立体仓库机的技术性能及各项参数大体上能够应对大中型企业对钢材外包装的要求但与国外先进水平相比还存在一一定的差距其主要问题是:(1)零部件加工质量低我们国家自己产的一些零部件的规格要求还未达到国外的那种标准目前还处于单件生产阶段一-般加工精度和质量与国外同类型产品相比还有一定的差距。因此投产后维修工作量较多使用寿命较短特别是对动作频繁的关键零部件还缺少专用设备进行批量加工生产的条件。如气垫盘的加工制造目前仍采用较简易的加工手段和方法因此投产后有的气垫盘的气密性不够有漏气现象有的液压机构还有漏油等现象因此维修工作量较大。控制系统主要元器件性能还不过关目前立体仓库机选用的国产控制系统元器件与国外先进的元器件相比其性能和使用寿命还有一定的差距。有的定位不准造成操作失灵;因此在生产过程中的维修、更换工作量较多。(3)立体仓库效率低国产型钢立体仓库机的立体仓库能力-般保持在12-15捆/小时左右尚能保证正常稳定生产的要求;如要达到30捆/小时以上的生产能力还需用作进一步的改进和提高。纵观国内立体仓库机的设计、制造和生产使用情况其发展前景是很光明的。特别是目前国内已拥有一批专门从事立体仓库机研究的单位积累了一定的生产使用经验为发展、完善和提高立体仓库机的生产技术水平打下了良好的基础因此我们国家发展这个立体式仓库是很有前景的。加之在当前形势下各级领导对国产化工作的重视因此,再这样的大数据下已是大势所趋、人心所向。预计在今后3~5年内全面采用国产化立体仓库是完全可能的。当前发展国产化立体仓库机的主要有利条件有如下几方面:(1)国内已有一批专业科技队伍目前国内一些科研、设计和生产单位已拥用一批专门从事科研、设计和制造立体仓库机的技术队伍他们通过近20年左右的摸索、研制、和生产实践已积累了较丰富的经验现在已具备设计和研制出符合国情和先进水平的立体仓库机所必需的条件。(2)已有一批专业制造单位目前国内已有4~5家生产立体仓库机的主要专业制造厂(所)其中主要生产厂家有宜昌机械厂、常州机械厂、北京航空航天大学、哈尔滨工业大学机器人研究所等。其技术和装备已具有制造一流水平立体仓库机的能力和条件。加上有关控制元器件配套厂的共同努力在最近3~5年内我国将能够生产出接近或达到国际先进水平的立体仓库机。(3)国产机型已基本能满足生产需要目前国内几个厂生产的立体仓库机从机型外观内部构造来看已初步形成系列产品可基本满足国内大、中型企业生产的要求有些机型的结构设计还比较简单实用、制造质量也较高从机械性能等到方面看也能保证安全、正常稳定运转的要求;但在型钢自动立体仓库机方面除邯钢、通刚外自动立体仓库机大多从国外引进对国外产品有一定的依赖性。这与我国冶金行业自动化水平有关相信通过我们进一步努力根据生产的需要进行控制系统的自动化改造和完善可逐步接近国外的自动立体仓库机生产水平。(4)已能生产与立体仓库机配套的控制元器件自20世纪80年代以来国内一些仪器厂已生产出用于立体仓库的控制元件并已投入生产经营。目前国内同类型零部件与国外同类产品的先进水平还存在一定差距主要是由于使用寿命较短。然而人们认为通过不断的努力国内成分可能会逐渐接近或达到外国的水平。目前为了提高立体仓库机械的整体技术水平国内一些立体仓库机械制造商采用了从国外引进控制系统的主要部件、敏感部件和气动系统工程的主要部件的方法。ch也是过渡措施之一。(5)国产立体仓库机有明显的价格优势目前国内立体仓库机的价格在540-75万元之间。其中气垫自动立体仓库机约54万元。辊道式立体自动仓储机约75万元/台。国产自动化立体仓库机的价格介于上述两种机型之间。因此与国外同类产品相比国内自动仓储机的价格仅为国外同类产品价格的12-1/3左右。因此选择国产立体仓库机更经济合理可以节省大量的外汇。(6)国产立体仓库机的备品备件容易解决国产仓储机投产后所需的备件供应渠道畅通易于解决经济效益好。(7)售后服务周到及时目前国内主要生产立体仓库机械的厂家有更周到、及时的售后服务。一般来说厂家可以积极协助用户进行安装调试为用户培训技术操作人员有的厂家有一套稳定的售后技术队伍保证生产单位对立体仓库机械生产线的管理。1.3设计任务与要求1为保证自动堆垛系统的连续正常运行在对矫直型钢进行台架检查时应保证钢与钢之间有一定的距离。这就要求每完成一次1拉钢机检查台上的链条移动一定距离以确保钢材的检查、秤钢的收集以及将单钢或双钢送入输送辊。2由于型钢中槽钢堆垛要求每层三根相咬合在一起角钢堆垛需要先三根后两根通过平移和翻转交替动作完成为此需要可靠、准确的分组、定位机构。以满足不同品种、规格型钢的堆垛。3由于型钢堆垛在翻转过程中0-90型钢设备重力与翻转动力方向相反而在90-180°时型钢及设备重力与翻转动力相同这样就有一个向下的加速度如果任其自然翻转翻转过程中产生剧烈抖动容易造成事故以至该设备不能正常使用。因此在设计中采用了液压阀进行保压。系统的工作压力为P8-10Mpa。根据实际情况可调整。4型钢堆垛时垛台每放一层钢必须自动下降一定高度保证垛台平面始终保持在原始高度。1.4课题研究主要内容通过对“通钢”型钢连轧厂型钢立体仓库机控制系统的改造本文主要有以下工作:1完善工艺流程对液压系统采用先导式溢流阀保持系统压力的稳定。(2)设计整个系统的电气原理图硬件电路的设计与设备选型。(3)完成PLC流程图编写梯形图。(4)变频调速系统的设计与编程。(5)现场调试出现的问题及相应的解决方案。第二章PLC的概述2.1PLC的简介可编程控制器是计算机的一部分是为工业控制而发明的。旧的可编程控制器也称为PLC。它是继继电器之后的一种新技术控制器。随着技术的飞速发展这种可编程控制器已经超越了控制逻辑。现在这种控制器被称为可编程控制器。PLC的简称。2.2PLC的基本结构PLC仅用于工业计算机的控制。它的硬件结构与计算机几乎相同。在该系统中PLC的功率是非常重要的。电源要可靠PLC厂家要做好。交流电压波动通常在10%到15%之间。PLC可以直接连接到网络而无需任何其他帮助。中央处理器CPU的中央处理器CPU是PLC的核心。根据PLC系统程序的独特功能接收来自编程器的数据信息并检查电源、存储器、IO和报警定时器的工作状态。也可以找到编程语言中的错误。使用PLC时首先对现场设备进行扫描接收现场设备的数据信息并在其图像区记录设备的相关信息和状态。在解释了这些命令之后这些设备的数据和状态可以很好地存储在图像区域中。在用户的读取内存中逐个读取用户的数据信息。逻辑和数据根据命令发送到存储器。所有用户程序完成后IDO图像区域中的每个数据都将传输到输出机器缓慢停止直到完全停止。PLC的可靠性逐步提高。近年来两个CPU被用来构成一个大型的可编程控制器。另一种方法是使用三个计算机核心组成一个可编程控制器。存储系统软件的机器也称为存储程序软件的机器。可以存储用户的内存也可以用于存储其他数据。电路1的入口和出口。电路的进出口由光耦合电路的进出口和小型机器的进出口组成。它的功能是PLC的命令工具和现场的一些接口。这个区域的电路与数据存储机、控制它们的机器以及自动切断电源的电路相结合。PLC使用的电路将一些相关信息发送到现场执行。例如计算和测量这些函数。信息传输包括以太网、通信模块等。2.3PLC的工作原理当PLC开始移动时工作过程有以下步骤输入采样、操作用户数据和传递新事物。完成这三个步骤所需的时间是一个周期。在执行上述步骤时PLC的工作速度必须是恒定的。(1)把采样穿进去这个阶段就是输入采样阶段PLC根据数据来慢慢的把这些采样传送进去在图像的某个地方把它们保留起来。采样传输后将采样发送给用户数据系统进行操作和传输新事物。在这两个步骤中传输模式和传输的对象发生了变化因此传输模式和在图像区域中传输的对象将保持不变。所以传输是一个固定信号固定信号的大小必须大于扫描时间以保证每次都能被扫描进去。(2)在操作用户的系统时这是操作用户程序的一个阶段PLC会有自己的逻辑来按照它的顺序进行扫描。扫描每个梯形图像时它是一个与梯形左侧的点组接触的位置。这些触点形成左、右、上、下的顺序然后根据相应的逻辑工作对应于系统中存储的RAM的某些区域或对应于图像区域中传输的刷新物和线圈。也可以在梯形图中确定特定的命令操作。也就是说当人们操作时图像区域中传输点的状态和信息不会改变。图像区域也可以在系统中改变或其它传输点和机器设备也可以改变。一个梯形对象其运算结果将工作在梯形图上的回路由导线制成或下一次使用的数据。与下面的梯形图不同由新导线制成的回路的状态或数据将仅用作一个函数在该函数中它处于下一个时间段的开始。如果使用该指令则在使用程序时可以直接访问该指令。这样如果您使用这个指令就不需要更新处理后的图像您可以立即从模块中得到它也可以同时更新传输后的图像这不是直接传输进来的。(3)程序被扫描好了以后传送出新的阶段后就可以开始进行刷新阶段。此时计算机处理核心根据图像的状态和相关信息传输新的电路然后传输电路的驱动器和一些相关的机器设备然后由输出电路驱动相应的外围设备。2.4PLC的特点1可靠性高抗干扰能力强2通用性高使用方便3程序设计简单易学易懂4模块技术是领先的使用起来特别的方便5系统设计周期短6安装简便调试方便维护工作量小7适合各种工业的生产应用方面比较广泛2.5PLC的应用1.开关的逻辑设计由PLC完成。他打败了传统的继电器电路。逻
