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1、某学院自动化专业毕业设计任务书设计题目设计题目设计题目设计题目：:基于基于基于基于PLC的立体仓库堆垛机操纵系统设计的立体仓库堆垛机操纵系统设计的立体仓库堆垛机操纵系统设计的立体仓库堆垛机操纵系统设计二、毕业设计的目的毕业设计的目的毕业设计的目的毕业设计的目的1.设计一个立体仓库堆垛机操纵系统；2.水平移动、垂直移动及伸叉机机构分别由220W的三相交流异步电动机、200W的单相交流异步电动机与二相混合式步进电机驱动；3.上述电机由西门子S7-226型PLC操纵，其中水平移动、垂直移动由PLC通过变频器操纵，步进电机由步进驱动模块进行自动操纵。三、要紧设计内容要紧设计内容要紧设计内容要紧设计内容
2、1.变频调速系统设计；2 .货叉伸缩操纵；3 .PLC操纵程序编写与调试；四、重点研究问题重点研究问题重点研究问题重点研究问题PLC操纵，确定设计方案，完成各功能单元的结构设计，参数计算与元件选择。五、要紧技术指标或者要紧设计参数要紧技术指标或者要紧设计参数要紧技术指标或者要紧设计参数要紧技术指标或者要紧设计参数堆垛机运行的速度范围：水平方向：2m/min-360m/min；垂直方向：2m/min-80m/min：货叉：2m/min-60m/min六、设计成果要求设计成果要求设计成果要求设计成果要求L毕业设计论文要求字数为IooOo-15000字，论文格式参照华北水利水电学院关于本科毕业设计论
3、文格式要求；2 .系统电气原理图，要求用0#图纸（按国标要求绘制）：3 .各部分环节的工作原理及调试故障分析及排除方法；4 .毕业设计论文内插图务必用电脑制作；工华北水利水电学院毕业设计说明书I基于基于基于基于PLC的立体仓库堆垛机操纵系统设计的立体仓库堆垛机操纵系统设计的立体仓库堆垛机操纵系统设计的立体仓库堆垛机操纵系统设计摘摘摘摘要要要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构成部分，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，因此设计与开发自动化程度较高的堆垛机操纵系统成为当前立体仓库的进展趋势，开展与此有关的研究具有重要的理论与应用价值
4、。本文基于现代物流技术的应用与进展要求，介绍自动化立体仓库的应用及其功能与作用，结合现代科技的进展，着重研究自动化立体仓库堆垛机控制系统的操纵技术。本文全面阐述了本操纵系统的设计思想，与整个系统的硬件实现与软件设计。论文根据工体仓库的有关设计参数，对堆垛机电气操纵的硬件系统进行了设计，为了提高堆垛机的性能，本文使用了转速、位置反馈的双闭环操纵，以满足系统的调速要求。系统的水平认址使用激光测距传感器定位，垂直认址使用光电开关与认址片组合定位。变频调速系统由S7-226PLC及其扩展模块EM235通过变频器MM440操纵交流电动机，采用光电编码器反馈转速信号，实现转速闭环操纵。货叉伸叉系统由S7-
5、226PLC通过步进电动机驱动器SH-20403操纵二相混合式步进电动机。根据系统的操纵要求进行了PLC、变频器、电机与电机驱动器的选型，并给出了系统的硬件接线图，然后利用西门子的编程软件step7设计了堆垛机操纵程序。关键词关键词关键词关键词自动化立体仓库，堆垛机，PLCII华北水利水电学院毕业设计说明书IIAbstractInmodernlogisticswarehousingsystems,automatedstorageisincreasinglywidespread.Haystackersarethekeyequipments,Performanceofthestackerplays
6、animportantrole.DesignandDevelopmentofahigherdegreeofautomationStackerControlSystembecomeWarehousetrendofdevelopment.Thereforerelatedresearchhasimportanttheoryandapplicationvalue.ThispaperintroducesapplicationandperformanceofautomatedHigh-riseWarehousebasingapplication techniques. emphasis onand dev
7、elopmentAnd putsthe researchingrequirement of modern logisticsof control techniques in automated High-riseWarehouse stacker combiningmodernscienceandtechniques.Thispaperelaboratedonthedesignofthesystemofcontrol,aswellastheimplementationofthesystem*shardwareandthedesignofthesoftware.Basedontheparamet
8、errelatedtotheautomatedstorage,thispaperpresentedthehardwaresystemofstackerelectricalcontrol.Speedofthestackerwasthebasic.Inordertoimprovetheperformanceofthestacker,thesystemadoptsthespeed,position,doublefeedbackcontrol.Thehorizontalrecognizeaddressesofsystemusinglaserrangefindersensorpositioning,an
9、dverticalrecognitionusingphotoelectricswitchesandaddresspiececombinationaddressing.Speed-adjustedsystembyS7-226PLCanditsextensionmoduleEM235throughtransducerMM440controlacmotor.GoodsforksystemisbyS7-226PLCbinarysystemthroughsteppingmotordriverSH-20403controltwo-phasehybridsteppingmotor.Accordingtoth
10、erequirementsofthecontrolsystem,thispapercompletedtheselectionofPLC,frequencyconverter,themotoranditscontroller.Andpresentsthesystemhardwarehookup.ThenusethesoftwareofSiemensstep7designsthestackercontrolprocedures.KeyWords:AutomatedStorageandRetrievalSystem,Stacker,PLC1华北水利水电学院毕业设计说明书目目目目录录录录摘IAbstr
11、actII第一章绪论11.1自动化立体仓库的概述11.1.1 自动化立体仓库的构成11.1.2 自动化立体仓库的优点21.1.3 自动化立体仓库的进展21.2 堆垛机概述31.2.1 堆垛机的进展31.2.2 堆垛机技术的研究现状31.3 本文研究的要紧内容4第二章堆垛机操纵系统的硬件设计52.1 操纵技术要求与系统总体设计52.2 堆垛机位置操纵72.2.1 定位操纵72.2.2 认址检测方式82.2.3 认址方式确认92.2.4 堆垛机速度曲线分析102.3 PLC及资源配置112.3.1 S7-200系列PLC概述112.3.2 CPU型号选择122.3.3 PLC模块选型132.4 堆
12、垛机变频调速系统设计142.4.1 变频器的选型142.4.2 水平方向变频调速系统设计152.4.3 垂直方向变频调速系统设计172.5 堆垛机货叉操纵系统设计192华北水利水电学院毕业设计说明书2.6安全检测传感器的应用202.7 元器件的选型212.8 通信方案的确定222.9 输入输出点分配232.10 本章小节24第二章堆垛机操纵程序设计253.1 堆垛机自检与复位/归位程序273.1.1 堆垛机自检程序273.1.2 堆垛机复位/归位程序283.2 自动方式下的堆垛机运行操纵293.2.1 列向运行PLC程序实现293.2.2 行向运行PLC程序实现313.2.3 货叉伸缩操纵PL
13、C程序实现323.3 手动方式下的堆垛机运行操纵343.4 本章小节35总结36参考文献.37致谢38附录一外文翻译39附录二堆垛机入库作业流程图481华北水利水电学院毕业设计说明书第1页第一章第一章第一章第一章绪论绪论绪论绪论1.1自动化立体仓库的概述自动化立体仓库的概述自动化立体仓库的概述自动化立体仓库的概述在现代物流系统中，自动化立体仓库是一个重要的构成部分，它是一种新型的仓储技术。自动化立体仓库又称之自动存储/检索系统(AutomatedStorage&RetrievalSystem,ASRS)o它是物料搬运与仓储科学中的一门综合科学技术工程。它以高层货架为要紧标志，配以成套的先进搬运
14、设备，以先进的计算机操纵技术为要紧手段，由此构成高频率、大容量的科学存储，以习惯现代化生产、物资交流与仓储的需求。1.1.1自动化立体仓库的构成自动化立体仓库的构成自动化立体仓库的构成自动化立体仓库的构成立体仓库是指：使用高层货架储存货物，用起重、装卸、运输机械设备进行货物出库与入库作业的仓库。这类仓库要紧通过高层货架充分利用空间进行存取货物，因此被成为立体仓库。目前，立体仓库最大高度能达到40多米，最大库存数可达数万个货物单位，能够实现按计划入库与出库的全自动化操纵，与无人操作的计算机网络化管理。其要紧的构成部分有高层货架、仓储机械设备、操纵及管理设施。（I）货架仓储技术的进展由平面转向高层
15、立体化以后，高层货架为仓库的主体与标志，货架越高，存储量越大。货架在物流及仓储中占有非常重要的地位，目前的货架具有多种功能，以满足机械化与自动化的要求。要紧的货架类型有单元式货架、贯穿式货架与旋转式货架。为了提高货物装卸、存取效率，自动化立体仓库通常使用货箱或者托盘盛放货物。货箱与托盘的基本功能是盛放小件物料，同时还应便于运输车与堆垛机的插取与存放。（2）仓储机械设备自动化立体仓库的要紧搬运设备是巷道式堆垛机，其要紧用途是在高层货架的巷道内来回穿梭运行，将位于巷道口的货物存放入货格中，或者者将货物取出运送到巷道口。输送系统务必是具有高度的可靠性，在立体仓库中通常只有一套输送系统，因此应保证输送
16、系统各个环节上的设备可靠、耐用、维修方便，同时还应该对输送系统设置手动操纵做后备。自动化立体仓库中的货物输送装置要紧有传送带、各类流淌小车及AGV等，短距离的传送还能够使用机器人。2华北水利水电学院毕业设计说明书第2页（3）操纵及管理设施操纵管理系统使用分布式操纵，即由管理计算机、中央操纵计算机与直接操纵堆垛机、入/出库输送机等现场设备的操纵器构成操纵系统。管理计算机是立体仓库的管理中心，承担着入/出库管理、盘库管理、查询、打印及显示、经济技术指标的计算分析等功能，包括在线管理与离线管理；中央操纵计算机是立体仓库的操纵中心，他沟通并协调管理计算机、堆垛机、入/出输送机等设备之间的联系，操纵与监
17、视着整个立体仓库系统的运行。1.1.2自动化立体自动化立体自动化立体自动化立体仓库的优点仓库的优点仓库的优点仓库的优点事实证明使用自动化立体仓库能够产生巨大的经济效益与社会效益，要紧表现在下列几个方面：（1）层货架：立体仓库由于使用了高层货架存储货物，存储区能够大幅度的向空间进展，充分利用了仓库的空间，提高了空间利用率。（2）自动存取：自动化立体仓库使用机械与自动化设备，运行与处理速度快，提高了作业效率。（3）计算机操纵与管理：计算机能够准确无误的对仓库的各类信息进行存储与管理，不仅降低了操作人员的劳动强度，还减少了货单处理与信息处理过程中的差错，从而提高了仓库的管理水平。（4）节约成本：作业
18、效率的提高势必会降低货物储存的成本费用，由此也提高了企业的现代化物流意识。1.1.3自动化立体仓库的进展自动化立体仓库的进展自动化立体仓库的进展自动化立体仓库的进展高层货架仓库的出现与进展是第二次世界大战以后生产技术进展的结果。在生产发张的实际需要与科技水平进展的现实可能下，五十年代初开始出现了自动化立体仓库。1950年美国首先产生手动操纵的桥式堆垛机起重机，与此同时提出了高层货架的概念，被认为是自动化仓库的雏形。1960年以后巷道式堆垛机逐步代替了桥式堆垛机，此后堆垛机的使用范围与性能有了很大的进展，特别是在日本，自动化立体仓库进展迅速，目前Fl本的自动化仓库技术与自动化仓库的拥有量都位居世
19、界前列。自动化技术在仓储领域中的进展分为五个阶段：人工仓储阶段、自动化仓储阶段、集成化仓储阶段与智能化阶段。其中智能自动化仓储在九十年代后期与二十一世纪的若干年内，是仓储自动化技术的要紧进展方向。3华北水利水电学院毕业设计说明书第3页我国对自动化立体仓库及其物料搬运设备的研制并不晚，1963年研制成第一台桥式堆垛起重机（机械部北京起重运输机械研究所），1973年开始研制我国第一座由计算机操纵的自动化立体仓库（高巧米，机械部起重所负责），该库1980年投入运行。1.2堆垛机概述堆垛机概述堆垛机概述堆垛机概述堆垛机是自动化立体仓库系统的重要构成部分，它是整个系统的执行部件，存货时将货物从出入货台准
20、确的存放到货位里，取货时将货物从货位中取回到出入货台。不管何种类型的堆垛机，通常都由水平行走机构、起升机构、载货台及货叉机构、机架与电气设备等基本部分构成。它是在所谓高层、高速、高密度储藏的概念下的产物。尽管各厂家各有独创，结构形式有些差异，但能够说大同小异，所有的堆垛机都不外乎由机架、载货台、伸缩货叉、轨道与操纵系统等部分构成。1.2.1堆垛机的进展堆垛机的进展堆垛机的进展堆垛机的进展初期的立体仓库使用的堆垛机以桥式起重机为基础，这种堆垛机是从起重机的大梁上悬挂一个门架，利用门架的上下与旋转来搬运货物。1960年左右在美国出现了巷道式堆垛机，随后巷道式堆垛机逐步替代了受重量与跨度限制的桥式堆
21、垛机。1967年日本安装了高度1015米的高层堆垛机，1969年出现了联机全自动化仓库，我国是在上世纪70年代初期开始研究使用巷道式堆垛机的立体仓库。目前的堆垛机技术取得了重大的进展，操纵技术、定位精度、运行速度都得到了很大程度的提高。巷道式堆垛机的起升速度已经能够达到90mmin,运行速度达到240mmin,在有的立体仓库中使用上、下两层分别用巷道堆垛机进行搬运作业的方法提高出入库能力。1.2.2堆垛机技术的研究现状堆垛机技术的研究现状堆垛机技术的研究现状堆垛机技术的研究现状按现行机械行业标准，有轨巷道式堆垛机分类方式很多，如按支承方式、用途、操纵方式、结构、运行轨迹等分类。不管何种类型的堆
22、垛机通常都由水平行走机构、起升机构、载货台及货叉机构、机架与电气设备等基本部分构成。表达堆垛机动态性能优劣的指标要紧有：运行速度、提升速度、货叉速度、平稳性、认址精度等。随着科学技术的不断进步，自动化立体仓库的技术水平与仓储机械设备的动态性能也在不断提高。比如，堆垛机的运行驱动己由20世纪70年代的子母电动机改为变频调速，速度由550mmin提升至4160mmin,国外小载重量的堆垛机最高可达300mmin;4华北水利水电学院毕业设计说明书第4页提升驱动己由20世纪70年代的双速电动机改进为变频调速，速度由4-lmmin提升至0-25mmin;货叉运行也由单速电动机驱动改进为变频调速，速度由8
23、mmin提升至4-35mmin;在堆垛机自动操纵方面还使用闭环操纵变频调速系统、PgfibUS总线操纵等先进技术。尽管如此，目前国产堆垛机的运行速度最高仍保持在160mmim提升速度在080mmin;货叉速度一直保持在030mmin;认址使用光电探测，精度不足，认址差错率高。1.3本文研究的要紧内容本文研究的要紧内容本文研究的要紧内容本文研究的要紧内容课题的研究目标是设计安全可靠，具有经济性能与操作性能良好的堆垛机操纵系统。要紧内容如下：(1)介绍自动化立体仓库与堆垛机的通常概念与基本组，与国内外立体仓库与堆垛机的进展现状，简单介绍了立体仓库的进展方向。(2)对堆垛机在水平方向与垂直方向运行进
24、行速度操纵，根据运行的目的地址与当前地址之间的比较，选择合适的变频器，对电机的运行速度进行操纵。并在应用新的定位方式的基础上，对变频调速系统进行位置速度双闭环操纵，并解决新方案中的硬件设置问题。由PLC输出高速脉冲与货叉方向改变信号操纵步进电动机左伸与右伸，与货叉的伸缩速度。(3)设计了堆垛机运行系统的操纵程序，包含堆垛机各类工作方式下的操纵程序。5华北水利水电学院毕业设计说明书第5页第二章第一早第一早第二章堆垛机操纵系统的硬件设计堆垛机操纵系统的硬件设计堆垛机操纵系统的硬件设计堆垛机操纵系统的硬件设计2.1操纵技术要求与系统总体设计操纵技术要求与系统总体设计操纵技术要求与系统总体设计操纵技术
25、要求与系统总体设计(1)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及取送货的伸叉机构三部分构成。水平部分运动电机与垂直部分运动电机分别使用220W的三相交流异步电动机与200W的单相交流异步电动机，由西门子S7-200PLC通过变频器进行控制。伸叉机构电机使用两相混合式步进电机，由西门子S7-200通过步进电机驱动器进行控制。由堆垛机运行机构特点及工作要求可知，能否保证堆垛机的稳固工作，关键在堆垛机的三维位置移动定位的精确性。要紧技术指标与与要紧设计参数堆垛机运行的速度范围：水平方向：2mmin-360mmin;垂直方向:2mmin-80min;货叉：2mmin60min(
26、2)本文堆垛机的操纵方式有自动与手动操纵。手动方式通过堆垛机的转换开关及按钮操纵堆垛机水平与提升运动及货叉伸缩。同时运动速度也能够手动选择。手动操作时，系统应给予相应的警示信号。同时系统将解除大部分的保护操纵。手动操作要紧用于安装、调试与排除故障。单机自动用人机界面对堆垛机进行全自动的操纵，操纵系统根据用户输入的参数进行全自动的取送货动作。界面操作时，应具备对货物的单送、单取操作。人机界面应具备实时显示设备运行工况，故障及历史故障查询等功能。(3)在本文设计的堆垛机操纵系统中上位机完成的只是数据输入与传送，要紧的控制任务是由PLC来完成。作业命令处理：确定作业状态时自动还是手动；确定作业指令是
27、存货入库还是取货出库；确定作业地址包含列地址与层地址。位置技术及推断：沿着堆垛机的行进方向与载货台的升降方向设置认址片，PLC通过检测认址片来推断堆垛机位置与载货台的位置，每通过一个认址片，PLC的高速计数器就自动计数一次，前进加一，后退减一，上升加一，下降减一。到达预定位置后，堆垛6华北水利水电学院毕业设计说明书第6页机停车。速度调整与准确停车：根据堆垛机与目标位置的距离，PLC输出速度调整的操纵信号给变频器，通过变频器操纵电机的转速，在停车之前先把堆垛机的运行速度降低到低速档，使堆垛机以低速接近目标位置，保证堆垛机的稳固性。作业任务的顺序逻辑操纵：按照入库、出库的作业顺序，确定各输出点的得
28、电状态，完成作业顺序的逻辑操纵。安全保护：水平行走、载货台升降及货叉的伸缩等都有限位保护。PLC还有工作故障报警功能。本系统由上位监控级与直接操纵级构成。监控级对通讯、流程进行操纵，并进行实时图像显示，直接操纵级是由PLC（可编程序操纵器）构成的操纵系统对各设备进行单机自动操作。使用组态王6.52建立监控界面，同时将运行系统的状态反馈到监控计算机。堆垛机使用西门子公司的S7-200型PLC操纵，与变频器结合对堆垛机进行变频调速。系统结构拓扑图如图2.1所示。图2.1系统结构拓扑图监控计算机S7-200PLC堆垛机水平认址系统堆垛机纵向认址系统堆垛机纵向变频系统堆垛机水平变频系统堆垛机货叉操纵系
29、统堆垛机纵向运行机构堆垛机水平运行机构堆垛机货叉运行机构堆垛机货物检测系统堆垛机限位保护系统7华北水利水电学院毕业设计说明书第7页2.2堆垛机位置操纵堆垛机位置操纵堆垛机位置操纵堆垛机位置操纵由堆垛机的作业流程分析，堆垛机是由水平运行机构、纵向起升机构与货叉伸缩机构三部分构成的，水平运行机构与垂直起升机构使堆垛机到达目标位置，货叉伸缩机构完成存取货任务。要完成对堆垛机自动操纵系统的设计，首先要保证堆垛机能够准确到达目标位置，因此在设计堆垛机自动操纵系统时，关键在于准确可靠的认址与定位保证堆垛机准确无误的定位在目标货位。另外为了提高存取效率与保证堆垛机的稳固性，务必对堆垛机三个机构的速度进行合理
30、有效的操纵，其中速度位置检测是堆垛机自动操纵系统的关键部分。堆垛机速度位置操纵的实现方法如图2.2所示，操纵系统由PLC操纵器、调速系统、编码器、认址片与认址器构成，实现位置与速度的双闭环操纵。执行机构输入编码器速度检测位置检测图2.2堆垛机位置速度操纵框图2.2.1定位操纵定位操纵定位操纵定位操纵定位操纵就是确定堆垛机停止在目标货位的功能。自动仓库的认址检测系统有两项任务：一是实现自动寻址，使堆垛机自动找到被指定到达的位置；二是自动准确停准，即堆垛机停准位置不超出规定的精度。为此，货架上的每个货位务必具有堆垛机能识别的编码，因此将货架两侧编成XI、X2,沿堆垛机运行方向将货架编为0Y歹J,垂
31、直方向编为0Z层。这样每个货位就有了独立的三维坐标地址，堆垛机自动检测目前的坐标地址，使其能到达目标位置。由于货架两侧分为XI、X2,只有两个方向，反应到堆垛机上只是货叉左伸、右伸运动，此方向不用检测，因此实际上堆垛机位置的检测只是对Y、Z位置的检测。操纵器调速系统认址器8华北水利水电学院毕业设计说明书第8页2.2.2认址检测方式认址检测方式认址检测方式认址检测方式要紧的认址检测方式有下列几种：(1)绝对认址：绝对认址是将每一个货位给予唯一的开关状态，给每个货位制作一个专用的认址片，堆垛机上相应安装一个识别器，通常是二进制编码板与一组光电开关的组合，通过读取认址片的代码来推断堆垛机的当前位置。
32、(2)相对认址：相对认址：相对认址时每个货位的认址片结构相同。每通过一个货位，就对地址编码进行加1或者减1,一直移动到与预定位置号一致时停止运行。(3)编码器定位法：编码器定位方式要紧有两种：从动轮与轨道旋转计数测定方式、链轮与链条旋转计数测定方式。从动轮与轨道旋转计数测定方式。堆垛机的从动轮上配有同轴旋转编码器，从动轮与轨道近似纯滚动，因此通过对旋转编码器的转角的转换，能够得到堆垛机的相对运行位置。(4)激光测距定位：激光测距定位是近年来应用于堆垛机准确定位的新技术，用激光测距仪通过测量堆垛机到基准点的距离与事先存储的位置数据比较来确定堆垛机的当前位置。这种方法的精度很高，但是使用时堆垛机与
33、激光发射器与反射板之间不同意有物体，否则会遮挡住激光的传输路径，使系统无法准确定位。以上是四种常见的认址检测方式，四种方式各有优劣，下面的表格2-1是他们之间的比较参照:2-1认址方式对比表认址器光电开关旋转编码器激光测距传感器认址方式相对认址 可靠性 较低 认址精度格绝对认址绝对认址绝对认址高较高最高格mmmm系统成本低高高较高数据接口无无多种多种定位方式反射式反射式接触式反射式使用寿命短短较长长9华北水利水电学院毕业设计说明书第9页2.2.3认址方式确认认址方式确认认址方式确认认址方式确认为完成对堆垛机的位置操纵，务必能检测出堆垛机的运行位置，本文设计的堆垛机系统认址方式如下：（1）水平认
34、址系统水平方向使用激光测距传感器，当前数据为位移值，通过PLC计算后的数据为当前速度值。激光测距传感器安装在堆垛机上，目标放射板安装在巷道末端。在立体仓库巷道通道中的激光测距范围（激光发射器与反射板之间）内不得有任何物体遮挡激光光线。激光测距的原理是通过发射出的激光光线长度来测定距离，其光线就好比一把光尺，假如物体遮挡激光光线，让它脱离原标准原点的测定位置，将影响实际要求的测定距离，从而使道堆垛机走位偏离所设定的位置.，产生货义取/存储错位或者起始点撞击巷道堆垛机端部缓冲制动器的情况。因此，在巷道堆垛机工作时不同意有任何物体遮挡激光光线，关于激光光线通道应采取隔离保护措施，保证激光测距的准确性
35、与自动化系统的安全性。（2）纵向认址系统堆垛机纵向方向的层定位使用光电开关与认址片组合定位，即在堆垛机的上下安装两个光电开关，在每层的货位上安装认址片。低位为取货开始伸叉或者放货完毕收叉的位置，高位为放货开始伸叉或者取货完毕收叉的位置。为使货叉能完成作业，堆垛机在垂直方向上务必要提供使货叉能停在高位或者低位的检测装置。因此在堆垛机的升降台上安装三个光电开关，与升降台一起上升下降，中间的一个共用，其他两个分别为上位置与下位置。存货开始或者取货结束时，升降台货叉停在高位置，下面两个光电开关处于认址片内；取货开始或者存货结束时，货叉停在低位置，如今上面两个光电开关处于认址片内，如图2.3所示。上对准
36、光电下对准光电低位置中间计数光电上对准光电中间计数光电下对准光电高位置图2.3堆垛机垂直方向认址传感器分布图10华北水利水电学院毕业设计说明书第10页其认址状态如表22所小：表2-2认址状态表上升下降传感器存货高位取货低位存货高位取货低位Al计数、减速、定位定位、停止A2计数、减速、定位定位、停止定位、停止计数、减速、定位A3计数、减速、定位2.2.4堆垛机速度曲线分析堆垛机速度曲线分析堆垛机速度曲线分析堆垛机速度曲线分析常见的速度运行曲线有三种，分别为三角形与梯形速度曲线、抛物线与直线形速度曲线、正弦形速度曲线。本文使用最常用的梯形速度曲线。如图2.4所示，梯形速度曲线堆垛机以加速度ma启动
37、加速，当匀加速到最大运行速度mv时，保持该速度运行一段时间，再以ma匀减速运行，直到零速停靠。VABCSlS2S3S图2.4梯形速度曲线11华北水利水电学院毕业设计说明书第11页2.3PLC及资源配置及资源配置及资源配置及资源配置根据实际的操纵点数与系统需要实现的操纵要求，在本设计中选用西门子的S7-200系列的PLC作为操纵中心。2.3.1S7-200系列系列系列系歹UPLC概述概述概述概述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PLe的水平，而价格却与小型PLC的价格一样。能够单机运行，也能够输入/输出扩展。它结构小巧，可靠性高，运行速度快
38、，继承与发挥了它在大、中型PLC领域的技术优势，又极丰富的指令集，具有强大的多种集成功能与实时特性，配有功能丰富的扩展模块，性能价格比非常高。因此，它一经推出，即受到了广泛的关注。特别是S7-200CPU22*系列PLC（它是21*系列的替代产品），由于它具有多种功能模块与人机界面可供选择，能够很容易的构成PLC网络。同时具有功能齐全的编程与工业操纵组态软件，使得S7-22*系列PLC来完成操纵系统的设计时更加简单，系统的集成非常方便，几乎能够完成任何功能的操纵任务。S7-200硬件系统的配置方式使用整体式加积木式，即主机中包含一定数量的I/O输入输出，同时还能够扩展各类功能模块。（1）基本单
39、元：基本单元有的时候又称作CPU模块，也有的称之为主机或者本机。特包含CPU、存储器、基本输入输出点与电源等，使PLC的要紧部分。它实际上就是一个完整的操纵系统，能够单独的完成一定的操纵任务。（2）扩展单元：主机工/0数量不能满足操纵系统的要求时，用户能够根据需要扩展各类I/O模块，所能连接的扩展单元的数量与实际所能使用的工/。点数是多种因素共同决定的。（3）特殊功能模块：当需要完成某些特殊功能的操纵任务时，可与SIMATICS7-200主机相连，已完成某种特殊的操纵任务而特制的一种装置。（4）有关设备：有关设备是为了充分与方便的利用S工MAT工CS7-200系统的硬件与软件资源而开发与使用的
40、一些设备，要紧有编程设备、人际操作界面与网络设备等。（5）工业软件：工业软件是为更好的管理与使用这些设备而开发的与之相配套的程序，它要紧有标准工具、工程工具、运行软件与人机接口等几大类构成。12华北水利水电学院毕业设计说明书第12页2.3.2CPU型号选择型号选择型号选择型号选择（1）西门子CPU的介绍SIMATICS7-200的CPU模块包含一个中央处理单元、电源与数字1/0点，这些都被集成在一个紧凑、独立的设备中。CPU负责执行程序，以便对工业自动化操纵任务或者过程进行操纵。输入部分则输出操纵信号，操纵工业过程中的设备。西门子第二代产品的CPU模块位CPU22*,是在本世纪初投放市场的。其
41、速度快，具有极强的通讯能力。它具有四种不一致结构配置的CPU单元。CPU221:CPU221具有6输入/4输出，共计10个点的1/0,无扩展能力，有6KB程序与数据存储空间。还具有4个独立的30kHz高数计数器，2路独立的20kHz高数脉冲输出端，一个RS-485通讯/编程端口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议与自由通讯方式。非常适合小点数的操纵系统。CPU222：CPU222除了具有CPU221的功能外，其不一致在于：它有8输入/6输出,共计14点I/O,能够扩展8路模拟量与最多64个I/O,因此使更广泛的全功能操纵器。CPU224：它在CPU222的基础上使主机的输入输出点数增为24点，
42、最大可扩展为168点数字量或者者35点模拟量的输入与输出；存储量也进一步增加，还增加了一些数学指令与高数计数器的数量，具有较强的操纵能力。CPU226:这种模块在CPU224的基础上功能又进一步增强，主机输入与输出点增加到40点，最大可扩展为248点数字量与35点模拟量；增加了通讯口的数量，通讯能力大大增强；它可用于点数较多、要求较高的小型或者中型操纵系统。（2） CPU型号的选择根据操纵点数来计算，能够选用CPU-226这个型号的CPU,CPU226有24输入/16输出，最大能够扩展为248点数字量或者35点模拟量。其特点如下：集成的24V电源：可直接连接到传感器与变送器、执行器，可用作负载
43、电源。高速脉冲输出：具有2路高速脉冲输出端，输出脉冲频率可达20KHZ,用于操纵步进电机或者伺服电机，实现定位任务。通信口：CPU226具有2个RS-485通信口，支持PPI、MPI协议，有自由口通信能力。模拟电位器：CPU226有两个模拟电位器，用来改变特殊寄存器中的数值，以改变程序运行的参数，如定时器、计数器的预设值，过程量的操纵参数。中断输入同意以极快的速度对过程信号的上升沿做出响应。数字量输入/输出点：CPU226具有24输入/16输出，输出点为24V直流双向偶看13华北水利水电学院毕业设计说明书第13页光电耦合输入电路，输出有继电器与直流两种类型，可扩展模块为7个。CPU226有6个
44、30KHZ的高速计数器，用于捕捉比CPU扫描频率更高的脉冲信号。2.3.3PLC模块选型模块选型模块选型模块选型由于S7-200-CPU226的集成24输入/16输出不能满足设计的要求，因此又选用了EM221扩展模块与EM235扩展模块，正好满足设计的需要。所选模块型号如表2-3所示。表2-3扩展模块选型表系列号类别描述选型型号数量EM221输入扩展模块DI166ES7221-1BH22-0XA01EM235输入/输出扩展模块AI4A016ES7235-0KD22-0XA02由于CPU226的输入点只有24个，不能满足设计的输入点的需要，因此加入一个EM221模块，该模块有16个数字输入点，总
45、体上能够满足系统输入的要求。另外加入两个EM235模拟量输入/输出模块是为操纵水平与垂直运行的交流电机。系统总体结构图如2.5所示：上位机CPU226EM221EM235EM235输入区手动开关光电编码器限位开关指示灯、继电器步进电机驱动器MM440变频器MM440变频器二相混合式步进电机三相交流异步电动机单相交流异步电动机输出区RS-485图2.5系统总体结构图14华北水利水电学院毕业设计说明书第14页2.4堆垛机变频调速系统设计堆垛机变频调速系统设计堆垛机变频调速系统设计堆垛机变频调速系统设计为了实现堆垛机的准确定位，提高存取效率与保证堆垛机的稳固性,务必对堆垛机三个机构的速度进行合理有效
46、的操纵，由于水平与垂直运行电机分别使用三相交流异步电动机与单相交流异步电动机，因此对这两个方向的速度操纵使用闭环变频调速操纵。2.4.1变频器的选型变频器的选型变频器的选型变频器的选型(1)变频的概念变频器的工作原理是通过改变交流电频率方式实现交流电的操纵。变频器的电路通常由整流、中间直流环节、逆变与操纵4个部分构成。整流部分为三相桥式不可控整流器，逆变部分为工GBT三相桥式逆变器，旦输出为PWM波形，中间直流环节为滤波、直流储能与缓冲无功率。要紧特点如下：通过改变变频器的输出频率实现对异步电动机的调速操纵。在利用变频器进行调速操纵时，只需改变变频器内部逆变电路换流器件的开关顺序即可达到对输出进行换向的目的，不需要设置专门的切换装置。高速驱动是变频器调速操纵的一个显著优点。假如变频器的容量同意的话，能够使用一台
