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江蘇工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于PLC的立體倉庫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）
設(shè)計(jì)題目：
基于PLC的立體倉庫的設(shè)計(jì)
專 業(yè)：
班 級(jí)：
學(xué) 號(hào)：
姓 名：
指導(dǎo)老師：
起訖日期
年 月 日 ～ 年 月 日
摘 要
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PLC作為一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī),具有模塊化結(jié)構(gòu)、配置靈活、高速的處理速度、精確的數(shù)據(jù)處理能力、多種控制功能、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和優(yōu)越的性價(jià)比等性能,是目前廣泛應(yīng)用的控制裝置之一。自動(dòng)化立體倉庫的出現(xiàn),實(shí)現(xiàn)了倉庫功能從單純保管型向綜合流通型的轉(zhuǎn)變，而且自動(dòng)化立體倉庫是現(xiàn)代物流與倉儲(chǔ)系統(tǒng)的重要組成部分，具有貨物存取效率高和自動(dòng)化程度高、很強(qiáng)的入出庫能力等優(yōu)點(diǎn)。而PLC功能強(qiáng)大，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，維修方便，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化。完全滿足立體倉庫工作環(huán)境和控制系統(tǒng)的要求。但是由于立體倉庫前期投入大，需要專業(yè)人才從事維護(hù)，維持費(fèi)用高， 只有資本雄厚的企業(yè)才會(huì)重視立體倉庫，成本成為立體倉庫發(fā)展的限制因素，因此如何降低立體倉庫的成本或者設(shè)計(jì)中小型立體倉庫自然成為重中之重更利于推廣與普及。
本文采用三菱PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)立體倉庫的控制系統(tǒng)，因?yàn)椴捎肞LC控制系統(tǒng)對(duì)立體倉庫的操控很簡單，抗干擾能力強(qiáng)，輸入和輸出接口，運(yùn)行速度快，穩(wěn)定可靠，維護(hù)和維修方便，此外，該立體倉庫控制系統(tǒng)具有高可靠性，低功耗，長壽命，良好的環(huán)境適應(yīng)性，適用于立體倉庫的開發(fā)，以及立體倉庫利潤也很高，從而使PLC的機(jī)可以得到更好的發(fā)展，因此，本次的基于PLC的立體倉庫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在某種程度上面來說具有重大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)意義。
關(guān)鍵詞：立體倉庫 資源 PLC 意義
Abstract
With development of all kind of science technology and global economy, Pneumatic manipulator is a automated devices that can mimic the human hand and arm movements to do something，aslo can according to a fixed procedure to moving objects or control tools. It can replace the heavy labor in order to achieve the production mechanization and automation, and can work in dangerous working environments to protect the personal safety.Therefore widely used in machine building, metallurgy, electronics, light industry and atomic energy sectors.The pneumatic part of the design is primarily to reasonablepneumatiatcompressedneceengththdirectionprocedurework.The?inverted?pendulum?is?a?typical?high?order?system,?with?multi?variable,?non-linear,? strong-coupling,?fleet?and?absolutely?instable.?It?is?representative?as?an?ideal?model?to?prove?new?control?theory?and?techniques.?During?the?control?process,?pendulum?can?effectively?reflect?many?key?problems?such?as?equanimity,?robust,?follow-up?and?track,?therefore.
This?paper?use Plc?control?method?of?double?inverted?pendulum?.This several?test?matrix?value?the?results?are?not?satisfactory?response,?then?we?optimize?matrix?by?using?Genetic?Algorithm.?Simulation?results?show:?The?system?response?can?meet?the?design?requirements?effectively?after?Genetic?Algorithm?optimization.?Small twisted paper broken machine for ordinarhome.
Keywords：sewingmachine, assembly,Plc,meaning
I
目 錄
摘 要 I
目 錄 II
1 緒 論 1
1.1自動(dòng)化立體倉庫的發(fā)展趨勢 1
1.2應(yīng)用PLC控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn) 2
1.3本課題的研究內(nèi)容 5
1.4本課題的研究意義及研究目的 7
2 PLC控制系統(tǒng)簡介 9
2.1 PLC簡介 12
2.2 PLC的分類 14
2.3 PLC的控制過程 15
3 基于PLC的立體倉庫控制系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì) 16
3.1 步進(jìn)電機(jī)的選擇 18
3.1.1 步進(jìn)電機(jī)的原理 19
3.1.2 步進(jìn)電機(jī)的選擇 21
3.2步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的選擇 22
3.3傳感器的選擇 23
3.4 PLC 輸入輸出分配表 24
3.5電氣原理圖的設(shè)計(jì) 24
4 基于PLC的立體倉庫控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) 25
4.1梯形圖程序的設(shè)計(jì) 26
4.2系統(tǒng)工作流程圖的設(shè)計(jì) 27
結(jié) 論 28
致 謝 29
參考文獻(xiàn) 30
1 緒 論
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隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，柔性制造系統(tǒng)(FlexibleManufacturing System)、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(Computer Integrated Manufacturing System)和工廠自動(dòng)化(Factory Automation)對(duì)自動(dòng)化倉庫提出更高的要求。射頻數(shù)據(jù)通信、條形碼技術(shù)、掃描技術(shù)和數(shù)據(jù)采集越來越多地應(yīng)用于倉庫堆垛機(jī)、自動(dòng)導(dǎo)引車和傳送帶等運(yùn)輸設(shè)備上，移動(dòng)式機(jī)器人也作為柔性物流工具在柔性生產(chǎn)、倉儲(chǔ)和產(chǎn)品發(fā)送中日益發(fā)揮重要的作用。實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的柔性化，靈活的傳輸設(shè)備是實(shí)現(xiàn)物流和倉儲(chǔ)自動(dòng)化的趨勢。
美國學(xué)者J．A．White將自動(dòng)化立體倉庫的發(fā)展分為五個(gè)階段：人工倉儲(chǔ)階段、機(jī)械化倉儲(chǔ)階段、自動(dòng)化倉儲(chǔ)階段、集成化倉儲(chǔ)階段和智能自動(dòng)化倉儲(chǔ)階段。目前，智能自動(dòng)化倉儲(chǔ)技術(shù)雖然還處于初級(jí)發(fā)展階段，但它將是主要的發(fā)展方向。
立體倉庫的產(chǎn)生和發(fā)展是第二次世界大戰(zhàn)之后生產(chǎn)和技術(shù)發(fā)展的結(jié)果。50年代初，美國出現(xiàn)了采用橋式堆垛起重機(jī)的立體倉庫；50年代末60年代初出現(xiàn)了司機(jī)操作的巷道式堆垛起重機(jī)立體倉庫；1963年美國率先在高架倉庫中采用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，建立了第一座計(jì)算機(jī)控制的立體倉庫。此后，自動(dòng)化立體倉庫在美國和歐洲得到迅速發(fā)展，并形成了專門的學(xué)科。60年代中期，日本開始興建立體倉庫，并且發(fā)展速度越來越快，成為當(dāng)今世界上擁有自動(dòng)化立體倉庫最多的國家之一。
我國對(duì)立體倉庫及其物料搬運(yùn)設(shè)備的研制開始并不晚，1963研制成第一臺(tái)橋式堆垛起重機(jī)（機(jī)械部北京起重運(yùn)輸機(jī)械研究所），1973開始研制我國第一座由計(jì)算機(jī)控制的自動(dòng)化立體倉庫（高15米，機(jī)械部起重所負(fù)責(zé)），該庫1980年投入運(yùn)行。到2003年為止，我國自動(dòng)化立體倉庫數(shù)量已超過200座?，F(xiàn)在，自動(dòng)化物流技術(shù)和成套設(shè)備的研發(fā)已經(jīng)發(fā)展成了一個(gè)龐大的產(chǎn)業(yè)。目前，國外自動(dòng)化立體倉庫采用掃描技術(shù)， 提高信息的傳輸速度和準(zhǔn)確性：采用射頻數(shù)據(jù)通信技術(shù)，數(shù)據(jù)的采集、處理和交換能夠在搬運(yùn)工具與中央計(jì)算機(jī)之間快速進(jìn)行，使物品的存取和發(fā)送信息做到快速、實(shí)時(shí)、可靠和準(zhǔn)確。另外，近年來迅猛發(fā)展的多媒體技術(shù)也在自動(dòng)化立體倉庫中得到越來越廣泛的應(yīng)用，普遍應(yīng)用于人員培訓(xùn)、操作指導(dǎo)、遠(yuǎn)程現(xiàn)場監(jiān)視、異地故障分析和診斷及防火防盜等方面。
但是國內(nèi)的自動(dòng)化立體倉庫系統(tǒng)具有一定的局限性，主要以單機(jī)為主，系統(tǒng)整體的集成能力和集成水平低；因?yàn)橘Y金不足，許多外圍設(shè)備如AGV系統(tǒng)、碼垛和拆垛等無法應(yīng)用于物流系統(tǒng)，從根本上限制了這些設(shè)備的研制和發(fā)展；倉儲(chǔ)作業(yè)的計(jì)算機(jī)管理水平較低。因此不論從自動(dòng)化物流系統(tǒng)的設(shè)備品種及技術(shù)水平，還是在應(yīng)用的廣度和深度上與國際水平都還存在著相當(dāng)大的差距。
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1.1 自動(dòng)化立體倉庫的發(fā)展趨勢
隨著自動(dòng)化技術(shù)和信息技術(shù)在自動(dòng)化立體倉庫廣泛運(yùn)用，自動(dòng)化立體倉庫的發(fā)展將呈現(xiàn)以下趨勢：
(1)倉儲(chǔ)作業(yè)管理自動(dòng)化水平將會(huì)逐步提高。
(2)智能技術(shù)將會(huì)獲得應(yīng)用。
(3)倉庫作業(yè)向柔性化方向發(fā)展。
(4)建設(shè)自動(dòng)化立體倉庫方面更加注重實(shí)用性和安全性
1.2 應(yīng)用PLC控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)
自動(dòng)化立體倉庫又叫做高架倉庫或者高架庫，一般所指定都是幾層，十幾甚至幾十層高度的貨架儲(chǔ)存貨物單元，用相對(duì)應(yīng)的貨物搬運(yùn)設(shè)備進(jìn)行貨物的出入庫作業(yè)的倉庫。自動(dòng)化倉庫的出現(xiàn)是對(duì)原有的傳統(tǒng)倉儲(chǔ)方式的一種顛覆，它是由高層貨架，堆垛機(jī)，輸送機(jī)構(gòu)，下位控制系統(tǒng)以及計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)等部件組成，可以在上位機(jī)控制系統(tǒng)和下位機(jī)的控制下完成貨物的自動(dòng)存取作業(yè)。自動(dòng)化立體倉庫最早出現(xiàn)在50年代的美國，而現(xiàn)在對(duì)它應(yīng)用最廣的是日本。我國在70年代開始研究由計(jì)算機(jī)控制的自動(dòng)化倉庫系統(tǒng)，
該系統(tǒng)是子啊80年代投入使用的。經(jīng)過大致的統(tǒng)計(jì)，到2010年底，我國的自動(dòng)化立體倉庫已超過1000座。自動(dòng)化倉庫在我國應(yīng)用很廣，幾乎所有的行業(yè)都會(huì)用到自動(dòng)化立體倉庫的身影。主要應(yīng)用行業(yè)有機(jī)械，化工，航天醫(yī)藥，食品加工，機(jī)場，港口等。自動(dòng)化立體倉庫的研究和應(yīng)用在我國經(jīng)過了4個(gè)主要階段：（1) 20世紀(jì)70年代，我過立體倉庫的研究處于初級(jí)階段，系統(tǒng)的研究和使用已經(jīng)完成，但是受迫于當(dāng)時(shí)的經(jīng)濟(jì)條件，所以應(yīng)用十分有限。
(2) 20世紀(jì)80-90年代，屬于中級(jí)應(yīng)用階段，通過對(duì)國外技術(shù)的吸收以及和國內(nèi)技術(shù)的融合，完成了第二代的技術(shù)研發(fā)，主要是基于PLC控制的立體倉庫的系統(tǒng)。
（3）20世紀(jì)末至21世紀(jì)前5年，我國處于高速發(fā)展階段，以聯(lián)想公司為代表的自動(dòng)化物流系統(tǒng)為起點(diǎn)，基于第三代檢測技術(shù)得到全面的應(yīng)用。使這一時(shí)期的立體倉庫得到了更加廣泛的應(yīng)用，使其發(fā)展速度有了質(zhì)飛躍，每年有40左右的增長。
（4）21世紀(jì)初頁，立體倉庫進(jìn)過了成熟應(yīng)用階段，每年有90套左右，到10年底，市場保有量1000套。我國的自動(dòng)化倉儲(chǔ)技術(shù)已經(jīng)基本成熟了，已經(jīng)進(jìn)入應(yīng)用階段。與國外的先進(jìn)技術(shù)的差距主要是速率，工藝和可靠性等方面。與傳統(tǒng)的立體倉庫控制系統(tǒng)相比，PLC立體倉庫控制系統(tǒng)有以下幾個(gè)方面：
（1）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，抗干擾能力強(qiáng)的PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。
（2）配套齊全的功能，強(qiáng)大的PLC發(fā)展到今天的應(yīng)用，已經(jīng)形成了大，中，小規(guī)模的系列產(chǎn)品?？稍诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能，最現(xiàn)代的PLC的具有完美的數(shù)據(jù)計(jì)算功能，可以在各種數(shù)字控制區(qū)域使用。
（3）易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎PLC作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是工業(yè)控制設(shè)備的工礦企業(yè)。這是很容易的界面，編程語言，很容易為工程技術(shù)人員接受。
1.3 本課題的研究內(nèi)容
本課題主要研究中小型自動(dòng)化立體倉庫的自動(dòng)控制系統(tǒng)，具有專用的人機(jī)信息交流界面控制面板，可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)和自動(dòng)貨物存取功能。存取貨物還可以實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)，為節(jié)省PLC成本，采用三菱的矩陣輸入指令等高級(jí)宏指令，擴(kuò)展了PLC的輸入和輸出點(diǎn)數(shù)。而且利用PLC軟件實(shí)現(xiàn)貨架上有無貨物的檢測，節(jié)省了貨物檢測傳感器的成本投入，步進(jìn)電機(jī)也是通過PLC軟件進(jìn)行控制其正轉(zhuǎn)、翻轉(zhuǎn)和加減速。
根據(jù)自動(dòng)化立體倉庫運(yùn)行的基本原理，通過大學(xué)階段所學(xué)的知識(shí)設(shè)計(jì)一套基于PLC的自動(dòng)化立體倉庫運(yùn)動(dòng)的控制系統(tǒng)，具有根據(jù)用戶的輸入，三個(gè)坐標(biāo)方向電機(jī)能夠準(zhǔn)確移動(dòng)、定位以實(shí)現(xiàn)物品的正確存放功能。具體完成的任務(wù)如下： （1）?命令鍵盤的設(shè)計(jì)。
（2）?熟練掌握PLC程序設(shè)計(jì)方法。
（3）?應(yīng)用PLC完成硬件電路的設(shè)計(jì)。
（4）?設(shè)計(jì)出相應(yīng)的程序，并且通過調(diào)試。
（5）?在立體倉庫模型上進(jìn)行物品裝卸試驗(yàn)。
通過對(duì)倉庫模型控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究，能夠?qū)ψ詣?dòng)化立體倉庫設(shè)計(jì)的基本工作原理有一定的認(rèn)識(shí)，并且對(duì)大學(xué)階段所學(xué)知識(shí)能夠進(jìn)一步的深化，對(duì)理論知識(shí)和實(shí)際應(yīng)用之間的相互轉(zhuǎn)化有更具體的理解，特別是對(duì)PLC技術(shù)、數(shù)字電路、機(jī)電一體化技術(shù)有了更進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。以及PLC的程序設(shè)計(jì)有了更認(rèn)真地學(xué)習(xí)和運(yùn)用。
1.4本課題的研究意義及研究目的
自動(dòng)化立體倉庫又稱立庫、自動(dòng)存取AS/RS(Automatic?Storage&?Retrieval?System)，是一種用高層立體貨架(托盤系統(tǒng))儲(chǔ)存物資，用電子計(jì)算機(jī)控制管理和用自動(dòng)控制堆垛運(yùn)輸車進(jìn)行存取作業(yè)的倉庫。
使用自動(dòng)化立體倉庫可以產(chǎn)生巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。它通過高層貨架存儲(chǔ)，使存儲(chǔ)區(qū)大幅度地向高空發(fā)展，提高了空間利用率；自動(dòng)化立體倉庫采用層積式存放，結(jié)合計(jì)算機(jī)管理，可以很容易實(shí)現(xiàn)先入先出，防止貨物的自然老化、變質(zhì)和損壞；通過自動(dòng)存取系統(tǒng)(AS/RS),加快了運(yùn)行和處理速度，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度；采用自動(dòng)化技術(shù)后，還能較好地適應(yīng)黑暗、低溫、污染、有毒和易爆等特殊場合的物品存儲(chǔ)需要；計(jì)算機(jī)控制能夠始終準(zhǔn)確無誤地對(duì)各種信息進(jìn)行存儲(chǔ)和管理，減少了貨物處理和信息處理過程中的差錯(cuò)；同時(shí)借助于計(jì)算機(jī)管理還能有效地利用倉庫存儲(chǔ)能力，便于清點(diǎn)和盤庫，合理減少庫存，加快資金周轉(zhuǎn)，節(jié)約流動(dòng)資金，從而提高倉庫的管理水平。自動(dòng)化倉庫的信息系統(tǒng)可以與企業(yè)的生產(chǎn)信息系統(tǒng)集成，實(shí)現(xiàn)企業(yè)信息管理的自動(dòng)化。同時(shí)，由于使用自動(dòng)化倉庫，促進(jìn)企業(yè)的科學(xué)管理，減少了浪費(fèi)，保證均衡生產(chǎn)，也提高了操作人員素質(zhì)和管理人員水平。
自動(dòng)化物流控制系統(tǒng)具有信息處理、系統(tǒng)控制、系統(tǒng)監(jiān)視、系統(tǒng)管理等多種功能，集信息流和物流于一體，是現(xiàn)代化企業(yè)物流和信息流管理的重要組成部分。
自動(dòng)化控制系統(tǒng)在現(xiàn)代物流系統(tǒng)中起著承上啟下的重要作用，根據(jù)上位調(diào)度管理計(jì)算機(jī)下達(dá)作業(yè)任務(wù)，控制系統(tǒng)自動(dòng)完成對(duì)設(shè)備的運(yùn)行、停機(jī)、故障、報(bào)警等各項(xiàng)過程的控制。同時(shí)將作業(yè)完成情況和設(shè)備狀況實(shí)時(shí)上報(bào)上位調(diào)度管理層，使上位系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀況、物流位置和物流數(shù)據(jù)的管理與監(jiān)控。自動(dòng)化控制系統(tǒng)作為自動(dòng)化物流系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分，對(duì)于提高物流系統(tǒng)的物流控制功能和作業(yè)效率，具有關(guān)鍵的作用。
自動(dòng)化立體倉庫是一個(gè)復(fù)雜的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)是現(xiàn)代物流技術(shù)領(lǐng)域中出現(xiàn)的一種新型倉儲(chǔ)方式。自動(dòng)化立體倉庫自誕生以來就受到了極大關(guān)注，對(duì)其相關(guān)技術(shù)和管理的研究從未停止過。在現(xiàn)代社會(huì)，隨著生產(chǎn)方式和技術(shù)革命性的變革，自動(dòng)化立體倉庫已經(jīng)成長為支持企業(yè)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的重要因素，其經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益逐漸被人接受，自動(dòng)化立體倉庫也成為企業(yè)和社會(huì)投資的重點(diǎn)。而且自動(dòng)化立體倉庫其優(yōu)越性是多方面的，對(duì)于企業(yè)來說,可從以下幾個(gè)方面得到體現(xiàn)：
1 提高空間利用率 ，早期立體倉庫的構(gòu)想，其基本出發(fā)點(diǎn)是提高空間利用率，充分節(jié)約有限且寶貴的土地。在西方有些發(fā)達(dá)國家，提高空間利用率的觀點(diǎn)已有更廣泛深刻的含義，節(jié)約土地，已與節(jié)約能源、環(huán)境保護(hù)等更多的方面聯(lián)系起來。有些甚至把空間的利用率作為系統(tǒng)合理性和先進(jìn)性考核的重要指標(biāo)來對(duì)待。 立體庫的空間利用率與其規(guī)劃緊密相連。一般來說，自動(dòng)化高架倉庫其空間利用率為普通平庫的2-5倍。這是相當(dāng)可觀的。
2 便于形成先進(jìn)的物流系統(tǒng)，提高企業(yè)生產(chǎn)管理水平
傳統(tǒng)倉庫只是貨物儲(chǔ)存的場所，保存貨物是其唯一的功能，是一種“靜態(tài)儲(chǔ)存”。自動(dòng)化立體倉庫采用先進(jìn)的自動(dòng)化物料搬運(yùn)設(shè)備，不僅能使貨物在倉庫內(nèi)按需要自動(dòng)存取，而且可以與倉庫以外的生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行有機(jī)的連接，并通過計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)和自動(dòng)化物料搬運(yùn)設(shè)備使倉庫成為企業(yè)生產(chǎn)物流中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。企業(yè)外購件和自制生產(chǎn)件進(jìn)入自動(dòng)化倉庫儲(chǔ)存是整個(gè)生產(chǎn)的一個(gè)環(huán)節(jié)，短時(shí)儲(chǔ)存是為了在指定的時(shí)間自動(dòng)輸出到下一道工序進(jìn)行生產(chǎn)，從而形成一個(gè)自動(dòng)化的物流系統(tǒng)，這是一種“動(dòng)態(tài)儲(chǔ)存”，也是當(dāng)今自動(dòng)化倉庫發(fā)展的一個(gè)明顯的技術(shù)趨勢。
本課題研究的目的在于，隨著自動(dòng)化立體倉庫系統(tǒng)控制技術(shù)的蓬勃發(fā)展，探索自動(dòng)化立體倉庫新的控制技術(shù)，結(jié)合現(xiàn)代科技的發(fā)展水平，用技術(shù)創(chuàng)新的思想，在實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化立體倉庫的Integrated(集成化)、Intelligent(智能化)、Information(信息化)方面進(jìn)行研究。為提高自動(dòng)化立體倉庫先進(jìn)性、可靠性，提高其經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，提高我國的物流技術(shù)水平做出我們應(yīng)有的貢獻(xiàn)。堆垛機(jī)控制系統(tǒng)和貨位的優(yōu)化分配研究已經(jīng)取得了較大的進(jìn)展，但隨著現(xiàn)代物流的發(fā)展，問題的復(fù)雜程度和求解精度要求的不斷提高，現(xiàn)有的研究方法還不能滿足現(xiàn)代物流的控制要求，需要發(fā)展更為高效的優(yōu)化方案。
2 PLC控制系統(tǒng)簡介
2.1 PLC簡介
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PLC指以計(jì)算機(jī)技術(shù)為新的工業(yè)控制設(shè)備的基礎(chǔ)。這是PLC可編程序控制器（可編程序控制器）在1987年，國際電工委員會(huì)頒布的可編程控制器PLC的標(biāo)準(zhǔn)草案作了如下定義的; PLC英文名稱可編程邏輯控制器，中國人的名字是一個(gè)可編程邏輯控制器，定義是：電子系統(tǒng)，在工業(yè)環(huán)境設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作應(yīng)設(shè)計(jì)。它使用了一種可編程存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)的程序，邏輯操作的實(shí)現(xiàn)，順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)和諸如面向用戶的指令的算術(shù)運(yùn)算，并通過數(shù)字或模擬輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程的。PLC是一個(gè)可編程邏輯控制電路，而且硬件和硬件語言的組合，在半導(dǎo)體有非常重要的應(yīng)用，它可以說是有半導(dǎo)體PLC上的地方。PLC在工業(yè)生產(chǎn)過程中的發(fā)展，大量的開關(guān)順序控制，它是按照邏輯 的動(dòng)作序列，并根據(jù)該鏈保護(hù)動(dòng)作控制之間的邏輯關(guān)系，并有大量離散變量 根據(jù)集合。在傳統(tǒng)上，這些功能是由氣動(dòng)或電氣控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。PLC的最基本 最廣泛使用的，在邏輯控制開關(guān)的，它取代了傳統(tǒng)的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)了邏輯控制，順序控制，它可以用于單個(gè)設(shè)備的控制，也可用于機(jī)器控制和自動(dòng)化生產(chǎn)線。如注塑機(jī)，印刷機(jī)，裝訂器，智能窗簾，粉碎，包裝等。目前，PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵，石油，化工，電力，建材，機(jī)械制造，汽車，紡織，交通，環(huán)保，文化娛樂等行業(yè)廣泛使用。隨著該領(lǐng)域的應(yīng)用越來越普遍，PLC技術(shù)及其產(chǎn)品的持續(xù)開發(fā)，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。現(xiàn)今，隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展,PLC由簡單的一位機(jī)發(fā)展到現(xiàn)在的16位和32位機(jī)的專用化PC，實(shí)現(xiàn)了多CUP多通道處理數(shù)據(jù)。PLC技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在已經(jīng)非常的成熟了，不但控制能力強(qiáng)，功耗底，體積小，成本低，可靠強(qiáng)，且編程方便。使其在工業(yè)控制方面得到了廣泛的應(yīng)用，并成為了控制技術(shù)中的大支柱行業(yè)。
目前，世界上有200多家PLC廠商，400多種各類型的PLC。其中，主要分為三大類，分別是美系，日系，歐系。他們占到了PLC市場份額的8成左右。而我國PLC產(chǎn)業(yè)經(jīng)過多年的發(fā)展，也有了30多家的生產(chǎn)廠家。PLC的未來的發(fā)展趨勢；
(1)體積大小在產(chǎn)品的研發(fā)中有著兩極分化的趨勢。一方面是向更小，性價(jià)比更高的方面發(fā)展；另一方面是向大型機(jī)，高速化，多CPU處理，大容量發(fā)展。
(2)向通訊網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展,分布式的協(xié)同合作。PLC網(wǎng)絡(luò)化控制是現(xiàn)在通訊網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展的主流。PLC與PLC之間的網(wǎng)絡(luò)通訊，PLC與上位機(jī)的聯(lián)網(wǎng)通信已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。各PLC制造商之間也在協(xié)商指定通用的通信標(biāo)準(zhǔn)，以構(gòu)成更大的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。PLC已成為集散控制系統(tǒng)不可缺少的組成部分。編程語言和工具的多樣化及其標(biāo)準(zhǔn)化，多種編程語言的并存、互補(bǔ)與發(fā)展是PLC軟件進(jìn)步的一種趨勢。
2.2 PLC的分類
自動(dòng)化立體倉庫通常有以下幾種分類方式，按建筑形式可以分為整體式和分離式；按自動(dòng)化倉庫與生產(chǎn)連接的緊密程度可分為獨(dú)立型(也稱離線型)、半緊密型和緊密型倉庫(在線型)；按貨物存取形式可以分為單元貨架式、揀選貨架式；按照在生產(chǎn)流通中的作用可以分為生產(chǎn)性倉庫和流通性倉庫；按貨架的結(jié)構(gòu)形式可以分為單元貨格式、貫通式、水平循環(huán)式和垂直循環(huán)式，其中以單元貨格式倉庫使用最廣。按容量和功能分為小型機(jī)、中型機(jī)、大型機(jī)。
小型PLC一般以開關(guān)量控制為主，它的輸入/輸出點(diǎn)數(shù)適合于接觸器、繼電器控制的場合，還能直接驅(qū)動(dòng)電磁閥等執(zhí)行元件。這類PLC價(jià)格低廉、體積小巧，適合于控制單臺(tái)設(shè)備，開發(fā)機(jī)電一體化產(chǎn)品。
中型PLC不僅有開關(guān)量和模擬量的控制功能，還具有數(shù)值計(jì)算能力。為了將溫度、壓力、流量等模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，一般都帶有A/D轉(zhuǎn)化器，中型機(jī)指令也比小型機(jī)豐富。還有微分、積分、比例、整數(shù)、浮點(diǎn)運(yùn)算等模塊功能。適用于有溫度控制和開關(guān)動(dòng)作復(fù)雜的機(jī)械及連續(xù)生產(chǎn)過程。
大型機(jī)已經(jīng)于工業(yè)控制計(jì)算機(jī)相近，它具有計(jì)算、控制和調(diào)節(jié)的功能，還具有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和通訊聯(lián)網(wǎng)能力。這類機(jī)型點(diǎn)數(shù)都在100點(diǎn)以上，內(nèi)存容量64K以上。大型機(jī)適用于設(shè)備自動(dòng)化控制，過程自動(dòng)化控制和過程監(jiān)控系統(tǒng)中。
可編程序控制器，英文稱ProgrammableController，簡稱PC。但由于PC容易和個(gè)人計(jì)算機(jī)（Personal Computer）混淆，故人們?nèi)粤?xí)慣地用PLC作為可編程序控制器的縮寫。它是一個(gè)以微處理器為核心的數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)裝置，專為在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用而設(shè)計(jì)，它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用以在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)/計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作指令，并通過數(shù)字式或模擬式的輸入、輸出接口，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC是微機(jī)技術(shù)與傳統(tǒng)的繼電接觸控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它克服了繼電接觸控制系統(tǒng)中的機(jī)械觸點(diǎn)的接線復(fù)雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點(diǎn)，充分利用了微處理器的優(yōu)點(diǎn)，又照顧到現(xiàn)場電氣操作維修人員的技能與習(xí)慣，特別是PLC的程序編制，不需要專門的計(jì)算機(jī)編程語言知識(shí)，而是采用了一套以繼電器梯形圖為基礎(chǔ)的簡單指令形式，使用戶程序編制形象、直觀、方便易學(xué)；調(diào)試與查錯(cuò)也都很方便。用戶在購到所需的PLC后，只需按說明書的提示，做少量的接線和簡易的用戶程序編制工作，就可靈活方便地將PLC應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐。
可編程序控制器一直在發(fā)展中，所以至今尚未對(duì)其下最后的定義。國際電工學(xué)會(huì)（IEC）曾先后于1982.11；1985.1和1987.2發(fā)布了可編程序控制器標(biāo)準(zhǔn)草案的第一，二，三稿。
在第三稿中，對(duì)PLC作了如下定義：可編程序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用了可編程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字的，模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)的外圍設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體、易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。
PC的用戶存儲(chǔ)器通常以字（16位/字）為單位來表示存儲(chǔ)容量。
注意：系統(tǒng)程序直接關(guān)系到PC的性能，不能由用戶直接存取，所以，通常PC產(chǎn)品資料中所指的存儲(chǔ)器形式或存儲(chǔ)方式及容量，是指用戶程序存儲(chǔ)器而言。
3.接口
輸入輸出接口是PLC與工業(yè)現(xiàn)場控制或檢測元件和執(zhí)行元件連接的接口電路。PLC的輸入接口有直流輸入、交流輸入、交直流輸入等類型；輸出接口有晶體管輸出、晶閘管輸出和繼電器輸出等類型。晶體管和晶閘管輸出為無觸點(diǎn)輸出型電路，晶體管輸出型用于高頻小功率負(fù)載、晶閘管輸出型用于高頻大功率負(fù)載；繼電器輸出為有觸點(diǎn)輸出型電路，用于低頻負(fù)載。
現(xiàn)場控制或檢測元件輸入給PLC各種控制信號(hào)，如限位開關(guān)、操作按鈕、選擇開關(guān)以及其他一些傳感器輸出的開關(guān)量或模擬量等，通過輸入接口電路將這些信號(hào)轉(zhuǎn)換成CPU能夠接收和處理的信號(hào)。輸出接口電路將CPU送出的弱電控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場需要的強(qiáng)電信號(hào)輸出，以驅(qū)動(dòng)電磁閥、接觸器等被控設(shè)備的執(zhí)行元件。
1)輸入接口
輸入接口用于接收和采集兩種類型的輸入信號(hào)，一類是由按鈕、轉(zhuǎn)換開關(guān)、行程開關(guān)、繼電器觸頭等開關(guān)量輸入信號(hào)；另一類是由電位器、測速發(fā)電機(jī)和各種變換器提供的連續(xù)變化的模擬量輸入信號(hào)。
以圖2所示的直流輸入接口電路為例，R1是限流與分壓電阻，R2與C構(gòu)成濾波電路，濾波后的輸入信號(hào)經(jīng)光耦合器T與內(nèi)部電路耦合。當(dāng)輸入端的按鈕SB接通時(shí)，光耦合器T導(dǎo)通，直流輸入信號(hào)被轉(zhuǎn)換成PLC能處理的5V標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)電平(簡稱TTL)，同時(shí)LED輸入指示燈亮，表示信號(hào)接通。微電腦輸入接口電路一般由寄存器、選通電路和中斷請求邏輯電路組成，這些電路集成在一個(gè)芯片上。交流輸入與交直流輸入接口電路與直流輸入接口電路類似。
圖2直流輸入接口電路
濾波電路用以消除輸入觸頭的抖動(dòng)，光電耦合電路可防止現(xiàn)場的強(qiáng)電干擾進(jìn)入PLC。由于輸入電信號(hào)與PLC內(nèi)部電路之間采用光信號(hào)耦合，所以兩者在電氣上完全隔離，使輸入接口具有抗干擾能力?，F(xiàn)場的輸入信號(hào)通過光電耦合后轉(zhuǎn)換為5V的TTL送入輸入數(shù)據(jù)寄存器，再經(jīng)數(shù)據(jù)總線傳送給CPU。
2)輸出接口
輸出接口電路向被控對(duì)象的各種執(zhí)行元件輸出控制信號(hào)。常用執(zhí)行元件有接觸器、電磁閥、調(diào)節(jié)閥(模擬量)、調(diào)速裝置(模擬量)、指示燈、數(shù)字顯示裝置和報(bào)警裝置等。輸出接口電路一般由微電腦輸出接口電路和功率放大電路組成，與輸入接口電路類似，內(nèi)部電路與輸出接口電路之間采用光電耦合器進(jìn)行抗干擾電隔離。
微電腦輸出接口電路一般由輸出數(shù)據(jù)寄存器、選通電路和中斷請求邏輯電路集成在芯片上，CPU通過數(shù)據(jù)總線將輸出信號(hào)送到輸出數(shù)據(jù)寄存器中，功率放大電路是為了適應(yīng)工業(yè)控制要求，將微電腦的輸出信號(hào)放大。
3)其它接口
若主機(jī)單元的I/O數(shù)量不夠用，可通過I/O擴(kuò)展接口電纜與I/O擴(kuò)展單元(不帶CPU)相接進(jìn)行擴(kuò)充。PLC還常配置連接各種外圍設(shè)備的接口，可通過電纜實(shí)現(xiàn)串行通信、EPROM寫入等功能。
4.編程器
編程器作用是將用戶編寫的程序下載至PLC的用戶程序存儲(chǔ)器，并利用編程器檢查、修改和調(diào)試用戶程序，監(jiān)視用戶程序的執(zhí)行過程，顯示PLC狀態(tài)、內(nèi)部器件及系統(tǒng)的參數(shù)等。
編程器有簡易編程器和圖形編程器兩種。簡易編程器體積小，攜帶方便，但只能用語句形式進(jìn)行聯(lián)機(jī)編程，適合小型PLC的編程及現(xiàn)場調(diào)試。圖形編程器既可用語句形式編程，又可用梯形圖編程，同時(shí)還能進(jìn)行脫機(jī)編程。
目前PLC制造廠家大都開發(fā)了計(jì)算機(jī)輔助PLC編程支持軟件，當(dāng)個(gè)人計(jì)算機(jī)安裝了PLC編程支持軟件后，可用作圖形編程器，進(jìn)行用戶程序的編輯、修改，并通過個(gè)人計(jì)算機(jī)和PLC之間的通信接口實(shí)現(xiàn)用戶程序的雙向傳送、監(jiān)控PLC運(yùn)行狀態(tài)等。
5.電源
PLC的電源將外部供給的交流電轉(zhuǎn)換成供CPU、存儲(chǔ)器等所需的直流電，是整個(gè)PLC的能源供給中心。PLC大都采用高質(zhì)量的工作穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)的開關(guān)穩(wěn)壓電源，許多PLC電源還可向外部提供直流24V穩(wěn)壓電源，用于向輸入接口上的接入電氣元件供電，從而簡化外圍配置。
2.4 三菱FX系列PLC簡介及型號(hào)說明
三菱公司的FX系列PLC是比較具有代表性的微型PLC，除具有基本指令表編程以外，還可以采用梯形圖編程及對(duì)應(yīng)機(jī)械動(dòng)作流程進(jìn)行順序設(shè)計(jì)的SFC（Sequential Function Chart）順序功能圖編程，而且這些程序可以相互轉(zhuǎn)換。在FX系列PLC中還設(shè)置了高速計(jì)數(shù)器、各種應(yīng)用指令及模塊，大大的擴(kuò)大
展了本系列PLC的功能和應(yīng)用領(lǐng)域。
2.3 PLC的控制過程
可編程控制器執(zhí)行程序的過程有三個(gè)階段。
(1) 輸入采樣階段 PLC通過掃描把輸入端口的輸入狀態(tài)按順序保存在輸入映像寄存器中，然后控制器對(duì)采集的信息進(jìn)行處理，因?yàn)檩斎胄盘?hào)存在輸入映像寄存器中，即使程序在執(zhí)行過程中輸入狀態(tài)發(fā)生了變化，對(duì)程序的執(zhí)行和處理也無任何影響。當(dāng)一次掃描結(jié)束，映像寄存器被刷新，輸入端信號(hào)才再次被采集進(jìn)入輸入映像寄存器中，進(jìn)行程序執(zhí)行。再次掃面刷新，再次執(zhí)行處理。
(2) 程序執(zhí)行階段 PLC梯形圖程序掃描遵循從左到右，從上到下的步驟順序執(zhí)行。所謂用戶程序的執(zhí)行，并非是系統(tǒng)將CPU的工作交由用戶程序管理，CPU仍執(zhí)行系統(tǒng)程序中的指令。輸入端每次采集數(shù)據(jù)都會(huì)寄存在輸入端映像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)，CPU執(zhí)行時(shí)將存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)的信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。當(dāng)用戶程序管理程序后，程序執(zhí)行一次掃描周期后進(jìn)行刷新，所有的輸出映像都被依次刷新，系統(tǒng)進(jìn)入下一輸出刷新階段。
(3) 輸出刷新階段 當(dāng)所有的指令執(zhí)行完畢后，元件映像寄存器中所有輸出繼電器的狀態(tài)在輸出刷新階段存到輸出鎖存器中，通過輸出端子和外部電源，驅(qū)動(dòng)外部設(shè)備。其中輸出鎖存器一直將狀態(tài)保持到下一個(gè)循環(huán)掃描周期的開始，所以輸出映像寄存器的狀態(tài)在程序執(zhí)行階段是動(dòng)態(tài)的。1 接通電源，將選擇開關(guān)置于手動(dòng)位置，分別按下↑、↓、←、→后觀察各方向運(yùn)動(dòng)情況，小車在高強(qiáng)度絲杠上運(yùn)行平穩(wěn)，在接近極限位置時(shí)，執(zhí)行限位保護(hù)。
2 將選擇開關(guān)置于自動(dòng)位置，通電狀態(tài)下，各機(jī)構(gòu)復(fù)位，即返回零位。立體倉庫坐標(biāo)定位以零位開始。
3 當(dāng)送貨的時(shí)候，選擇欲送貨物的倉位號(hào)，按動(dòng)倉位號(hào)對(duì)應(yīng)的按鈕，控制面板數(shù)碼管顯示倉位號(hào)。按送貨按鈕后，貨物自動(dòng)送入指定的倉位號(hào)對(duì)應(yīng)的倉庫位里。若被指定的倉位號(hào)里有貨物，則送貨命令不被執(zhí)行。送貨完成后，小車自動(dòng)返回原來的位置。
4 當(dāng)取貨的時(shí)候，選擇欲取貨物的倉位號(hào)后，在控制面板的數(shù)碼管里顯示出來，按動(dòng)取貨按鈕后，可以自動(dòng)將貨物取出。如果小車?yán)镉胸浳?，則取貨命令不被執(zhí)行。取貨與送貨裝有互鎖開關(guān)，防止發(fā)生故障。
5 取貨和送貨指令完成后，機(jī)構(gòu)自動(dòng)返回原來位置。
6 當(dāng)小車內(nèi)有貨物時(shí)，若無外部操作，就緒指示燈亮，十秒后程序把最大倉位號(hào)里的貨物轉(zhuǎn)運(yùn)至沒有放貨物的比它小的倉位號(hào)所對(duì)應(yīng)的倉位里。上述自動(dòng)優(yōu)化放貨只對(duì)1～6號(hào)倉庫適用。
7 需用手動(dòng)取貨時(shí)，必須在斷電狀態(tài)下進(jìn)行。
8 通過控制面板可以控制步進(jìn)電機(jī)，正反轉(zhuǎn)和加減速?？商岣咚拓浶?。
了保護(hù)人身、設(shè)備和貨物的安全，堆垛機(jī)必須具有完
善的安全保護(hù)措施：
1 ) 堆垛機(jī)在行走、載貨臺(tái)升降和貨又伸縮終端處都設(shè)有
機(jī)械和電氣限位裝置。
2 ) 貨物檢測載貨臺(tái)上設(shè)有貨物超高、超長和超寬檢測裝
置。在貨物進(jìn)入載貨臺(tái)時(shí)，當(dāng)檢測到貨物超過設(shè)定高度、長
度或?qū)挾葧r(shí)， 堆垛機(jī)便停止運(yùn)行并報(bào)警。 一般允許誤差為3 0 ～
4 0 m m，檢測元件采用對(duì)射或反射式光電傳感器。
3 ) 載貨臺(tái)上還設(shè)有檢測貨又是否回位、貨叉上有無貨物
和貨位中有無貨物的裝置。如貨叉沒有回位，堆垛機(jī)不能水
平運(yùn)行；如貨叉上已有貨物，則不能再取貨；入庫時(shí)，必須
檢測貨位中有無貨物，以避免發(fā)生事故。
4 ) 斷電保護(hù) 如載貨臺(tái)升降過程中忽然斷電， 則通過提升
電動(dòng)機(jī)制動(dòng)使載貨臺(tái)停在當(dāng)前位置，不會(huì)掉下來。
該立體倉庫結(jié)構(gòu)示意圖如下圖所示：
3 基于PLC的立體倉庫控制系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)
3.1步進(jìn)電機(jī)的選擇3.1.1 步進(jìn)電機(jī)的原理
步進(jìn)電機(jī)是數(shù)字控制系統(tǒng)中的執(zhí)行電動(dòng)機(jī)，當(dāng)系統(tǒng)將一個(gè)電脈沖信號(hào)加到步進(jìn)電機(jī)定子繞組時(shí)，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)一步，當(dāng)電脈沖按某一相序加到電動(dòng)機(jī)時(shí)，轉(zhuǎn)子沿某一方向轉(zhuǎn)動(dòng)的步數(shù)等于電脈沖個(gè)數(shù)。因此，改變輸入脈沖的數(shù)目就能控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子機(jī)械位移的大?。桓淖冚斎朊}沖的通電相序，就能控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子機(jī)械位移的方向，實(shí)現(xiàn)位置的控制。當(dāng)電脈沖按某一相序連續(xù)加到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)時(shí)，轉(zhuǎn)子以正比于電脈沖頻率的轉(zhuǎn)速沿某一方向旋轉(zhuǎn)。因此，改變電脈沖的頻率大小和通電相序，就能控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，實(shí)現(xiàn)寬廣范圍內(nèi)速度的無級(jí)平滑控制。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的這種控制功能，是其它電動(dòng)機(jī)無法替代的。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可分為磁阻式、永磁式和混合式，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的相數(shù)可分為：單相、二相、三相、四相、五相、六相和八相等多種。增加相數(shù)能提高步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的性能，但動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)電源就會(huì)復(fù)雜，成本就會(huì)增加，應(yīng)按需要合理選用。不管是那一種類型的步進(jìn)電機(jī)，其運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)都是相似的。均屬于開環(huán)控制系統(tǒng)，一般主要由步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制器（本設(shè)計(jì)中步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制器為PLC）、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和步進(jìn)電機(jī)三部分組成。?
本設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器主要包括環(huán)形分配器和功率放大器兩部分。其中環(huán)形分配器又稱脈沖分配器，它根據(jù)運(yùn)行指令按一定的邏輯關(guān)系分配脈沖，通過功率放大器加到步進(jìn)電機(jī)的各相繞組，使步進(jìn)電機(jī)按一定的方式運(yùn)行；并實(shí)現(xiàn)正、反轉(zhuǎn)控制和定位控制。由于輸出的功率極小，所以脈沖分配器不能直接驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)工作，必須通過功率放大器進(jìn)行放大，才能給步進(jìn)電機(jī)各相繞組提供足夠的電流。
步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制器則是控制系統(tǒng)的核心部分，它根據(jù)控制要求提供給步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)，該控制信號(hào)包括脈沖信號(hào)、脈沖方向信號(hào)、控制方式信號(hào)。運(yùn)動(dòng)控制器提供給步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)是標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)，不論哪種驅(qū)動(dòng)器都接受這樣的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，從而為開放式的控制提供了標(biāo)準(zhǔn)接口。這樣為步進(jìn)電機(jī)設(shè)計(jì)的運(yùn)動(dòng)控制器就可根據(jù)不同的需要與不同的驅(qū)動(dòng)器連接使用[21]。
為了控制的方便，步進(jìn)電機(jī)一般可以有兩種不同的控制模式可供選擇。控制模式就是由控制方式信號(hào)來設(shè)置的。一種是方向/脈沖模式，在這種控制模式下，脈沖信號(hào)控制的是步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)，脈沖方向信號(hào)控制的是步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)方向(即正、反轉(zhuǎn))；另一種是脈沖模式，此時(shí)這兩路信號(hào)分別控制步進(jìn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，這樣對(duì)于某些只需要一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用場合，可以省去一路信號(hào)，簡化設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)通過最終調(diào)試表明本控制系統(tǒng)能夠較為準(zhǔn)確地完成對(duì)貨物的存取功能，而且運(yùn)行比較靈敏、可靠、。但同時(shí)也暴露出了一系列問題，在具體應(yīng)用中可以采用半閉環(huán)控制，傳感器采用旋轉(zhuǎn)編碼器，旋轉(zhuǎn)編碼器安裝在傳動(dòng)絲杠軸端，既能判定速度，又能確定位置，比較精確可靠。驅(qū)動(dòng)采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，轉(zhuǎn)速可以提高，力矩也較大，靈敏度也高，更接近與實(shí)用。
另外在工作臺(tái)上安裝機(jī)械自鎖，以提高安全。在智能化上可以提高，在工作臺(tái)上安裝接近傳感器，防止工作臺(tái)與倉庫、存放貨物等相撞。增加記憶、邏輯判定、自動(dòng)存放、自動(dòng)提取、采用條形碼識(shí)別自動(dòng)執(zhí)行等方式。利用上位機(jī)編程組態(tài)軟件，來提高控制方式增加數(shù)據(jù)分析等工作能力。
3.1.2 步進(jìn)電機(jī)的選擇
（1） 、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)
①、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種作為控制用的特種電機(jī)，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度(稱為“步距角”)一步一步運(yùn)行的，其特點(diǎn)是沒有積累誤差(精度為100％)，所以廣泛應(yīng)用于各種開環(huán)控制。
②、步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與脈沖信號(hào)的頻率成正比
③、步距值不容易因?yàn)殡姎?、?fù)載、環(huán)境條件的變化而改變,使用開環(huán)控制(或半閉環(huán)控制)就能進(jìn)行良好的定位控制。
④、起制動(dòng)、正反轉(zhuǎn)、變速等控制方便。
⑤、價(jià)格便宜,可靠性高。
⑥、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的主要缺點(diǎn)是效率較低,并且需要配上適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)電源。
⑦、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)帶負(fù)載慣性的能力不強(qiáng),在使用時(shí)既要注意負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小,又要注意負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的大小,只有當(dāng)兩者選取在合適的范圍時(shí),電機(jī)才能獲的滿
意的運(yùn)行性能。
⑧、由于存在失步和共振，因此步進(jìn)電機(jī)的加減速的方法根據(jù)利用狀態(tài)的不同而復(fù)雜多變。
（2） 、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的基本組成
與交直流電動(dòng)機(jī)不同，僅僅接上供電電源，步進(jìn)電機(jī)不會(huì)運(yùn)行的。為了驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，必須由一個(gè)決定電動(dòng)機(jī)速度和旋轉(zhuǎn)角度的脈沖發(fā)生器（在該立體倉庫控制系統(tǒng)中采用PLC作脈沖發(fā)生器進(jìn)行位置控制）、一個(gè)使電動(dòng)機(jī)繞組電流按規(guī)定次序通斷的脈沖分配器、一個(gè)保證電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行的功率放大器，以及一個(gè)直流功率電源等組成一個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，如圖3-2所示。
（3）、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選擇計(jì)算
在選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)時(shí)首先考慮的是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的類型選擇，其次才是具體的品種選擇，在該立體倉庫控制系統(tǒng)中要求步進(jìn)電動(dòng)機(jī)電壓低、電流小、有定位轉(zhuǎn)矩和使用螺栓機(jī)構(gòu)的定位裝置，確定步進(jìn)電動(dòng)機(jī)采用2相8拍混合式步進(jìn)電機(jī)；在進(jìn)行步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的品種選擇時(shí)，要綜合考慮速比i、軸向力F、負(fù)載轉(zhuǎn)矩lT
、額定轉(zhuǎn)矩NT和運(yùn)行頻率yf，以確定步進(jìn)電機(jī)的具體規(guī)格和控制裝置。
由于我們使用螺栓機(jī)構(gòu)的定位裝置，已知條件和要求條件為：移動(dòng)部分總重M=25kg外力Fa=4kg.cm
磨擦系數(shù)=0.04
螺栓機(jī)構(gòu)的效率=O.9
螺栓軸徑BD=1.2cm
螺栓長BL=42cm
螺距P=3mm
分辨率L=0.01mm
移動(dòng)距離=0.0075mm/步速度V=2m／min
計(jì)算：設(shè)擬選用2相、1.8°步距角的HB型電動(dòng)機(jī)速比(設(shè)使用直接驅(qū)動(dòng)方式)
i=m×b/(360×L)=2×1.8／(360×O.01)=1
軸向力F=Fa+M=4+0.04×25=5kg.cm
負(fù)載轉(zhuǎn)矩lT=F×P／(2)+(0×0F×P)/2 =5×0.3／(2 ×3.14×0.9)+ (0.3×1.67× 0.3)/(2 ×3.14) =0.289kg.cm
螺栓的慣量BJ=（×BL×4BD）/32 =（3.14×7.9×310×42×42.1）/32 =0.0675kg.2Cm
移動(dòng)體的慣量tJ=M×2)2/(P=25×2)28.6/3.0(=0.0571 kg.2Cm
負(fù)載慣量為LJ=BJ+tJ=0.0675+0.00571 =0.1246kg.2cm
根據(jù)以上計(jì)算可以初步選定步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，其慣量為MJ=0.03 kg.2cm，空載起動(dòng)頻率sf=3000H。
由要求的速度可求出運(yùn)行的頻率： f=V／L=2000／(60×0.01)=3333HZ 可知需要加減速的驅(qū)動(dòng)方式。
齒輪比：G=360°/bL=0.0075 ×360°/ (1.8°×0.01)=150 換算到電機(jī)軸的負(fù)載轉(zhuǎn)矩為T=G×L(lT+F)/ 2 =150×0.01×(0.289+5)/(6.28×0.9) =1.40 kg.cm 對(duì)首次設(shè)計(jì)的裝置來講，所選用的電動(dòng)機(jī)通常留有2～3倍的余量，所以電機(jī)轉(zhuǎn)矩NT=3T=3×1.40=4.2 kg.cm =0.41N.
3.2步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的選擇
步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的選擇步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行要有一電子裝置進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，這種裝置就是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，它是把控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化為步進(jìn)電機(jī)的角位移，或者說：控制系統(tǒng)每發(fā)一個(gè)脈沖信號(hào)，通過驅(qū)動(dòng)器就使步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一步距角。所以步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與脈沖信號(hào)的頻率成正比。所有型號(hào)驅(qū)動(dòng)器的輸入信號(hào)都相同，共有三路信號(hào)，它們是：步進(jìn)脈沖信號(hào)CP、方向電平信號(hào)DIR、脫機(jī)信號(hào)FREE(此端為低電平有效，這時(shí)電機(jī)處于無力矩狀態(tài)；此端為高電平或懸空不接時(shí)，此功能無效，電機(jī)可正常運(yùn)行)。它們在驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部的接口電路都相同，見下圖。OPTO端為三路信號(hào)的公共端，三路輸入信號(hào)在驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部接成共陽方式，所OPTO端須接外部系統(tǒng)的VCC，如果VCC是+5V則可直接接入；如果VCC不是+5V則須外部另加限流電阻R，保證給驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部光耦提供8-1 5mA的驅(qū)動(dòng)電流，參見圖3-4和圖3-5。在該立體倉庫中由于FP0提供的電平為24V，而輸入部分的電平為5V，所以須外部另加1.8K的限流電阻R。
3.3傳感器的選擇
在該立體倉庫中采用歐姆龍EE-SPY402凹槽型、反射型接插件式傳感器作貨物檢測，它是日本歐姆龍公司的產(chǎn)品，采用能抗周圍外來光干擾的變調(diào)光式；采用變調(diào)光式，與直流光式比，不易受外來光干擾的影響；電源電壓為DC5-24V的大量程電壓輸出型；帶有容易調(diào)整的光軸標(biāo)識(shí)；帶有便于調(diào)整，動(dòng)作確認(rèn)的入光顯示燈；反射式傳感器的時(shí)間圖和輸出回路圖如圖3-9所示。
它有三根連接線(紅、藍(lán)、黑)，紅色接電源的正極、黑色接電源的負(fù)極、藍(lán)色為輸出信號(hào)，當(dāng)與擋塊接近時(shí)輸出電平為低電平，否則為高電平。需要注意檢測距離不要離傳感器太近，否則傳感器不能動(dòng)作；連接是采用接插件方式，千萬不要對(duì)端子(讀出頭)進(jìn)行焊接。它有三根連接線(紅、藍(lán)、黑)，紅色接電源的正極、黑色接電源的負(fù)極、藍(lán)色為輸出信號(hào)，當(dāng)與擋塊接近時(shí)輸出電平為低電平，否則為高電平。需要注意檢測距離不要離傳感器太近，否則傳感器不能動(dòng)作；連接是采用接插件方式，千萬不要對(duì)端子(讀出頭)進(jìn)行焊接。
3.4 PLC輸入輸出分配表
根據(jù)本課題PLC輸入輸出的控制要求，得出PLC輸入輸出I/O分配，如表3-4所示。
3.5 電氣原理圖的設(shè)計(jì)
根據(jù)立體倉庫的課題設(shè)計(jì)要求，得出如下圖3-11電氣原理圖。
4 基于PLC的中央空調(diào)控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)
4.1 梯形圖程序的設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)運(yùn)用SWOPC-FXGP/WIN-C編程軟件進(jìn)行梯形圖順控程序編寫，在編寫梯形圖的過程中遵循以下編程規(guī)則：
1．每個(gè)繼電器的線圈和它的觸點(diǎn)均用同一編號(hào)，每個(gè)元件的觸點(diǎn)使用時(shí)沒有數(shù)量限制。
2．梯形圖每一行都是從左邊開始，線圈接在最右邊（線圈右邊不允許再有觸點(diǎn)）。
3．線圈不能直接接在左邊母線上。
4．在一個(gè)程序中，同一編號(hào)的線圈如果使用兩次，稱為雙線圈輸出，它很容易引起誤操作，應(yīng)避免。
5．在梯形圖中沒有真實(shí)的電流流動(dòng)，為了便于分析PLC的周期掃描原理和邏輯上的因果關(guān)系，假定在梯形圖中有“電流”流動(dòng)，這個(gè)“電流”只能在梯形圖中單方向流動(dòng)——即從左向右流動(dòng)，層次的改變只能從上向下。
4.2系統(tǒng)工作流程圖的設(shè)計(jì)
根據(jù)以上分析，得出系統(tǒng)工作流程圖如下圖所示：
結(jié) 論
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目是多功能切菜機(jī)的設(shè)計(jì)，直到今天，畢業(yè)設(shè)計(jì)總算接近尾聲了，通過這次對(duì)于基于PLC的立體倉庫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，使我們充分把握的設(shè)計(jì)方法和步驟，不僅復(fù)習(xí)所學(xué)的知識(shí)，而且還獲得新的經(jīng)驗(yàn)與啟示，在各種軟件的使用找到的資料或圖紙?jiān)O(shè)計(jì)，會(huì)遇到不清楚的作業(yè)，老師和學(xué)生都能給予及時(shí)的指導(dǎo)，確保設(shè)計(jì)進(jìn)度，本文所設(shè)計(jì)的是基于PLC的立體倉庫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，通過初期的方案的制定，查資料和開始正式做畢設(shè)，讓我系統(tǒng)地了解到了所學(xué)知識(shí)的重要性，從而讓我更加深刻地體會(huì)到做一門學(xué)問不易，需要不斷鉆研，不斷進(jìn)取才可要做的好，總之，本設(shè)計(jì)完成了老師和同學(xué)的幫助下，在大學(xué)研究的最感謝幫助過我的老師和同學(xué)，是大家的幫助才使我的論文得以通過。
至此，感覺自己受益良深，在以后的工作中，我將繼續(xù)努力，以期做到更好。
致 謝
在此論文完成之際，我的心里感到特別高興和激動(dòng)，在這里，我打心里向我的導(dǎo)師和同學(xué)們表示衷心的感謝！因?yàn)橛辛死蠋煹恼佌伣虒?dǎo)，才讓我學(xué)到了很多知識(shí)和做人的道理，由衷地感謝我親愛的老師，您不僅在學(xué)術(shù)上對(duì)我精心指導(dǎo)，在生活上面也給予我無微不至的關(guān)懷支持和理解，在我的生命中給予的靈感，所以我才能順利地完成大學(xué)階段的學(xué)業(yè)，也學(xué)到了很多有用的知識(shí)，同時(shí)我的生活中的也有了一個(gè)明確的目標(biāo)。知道想要什么，不再是過去的那個(gè)愛玩的我了。導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，創(chuàng)新的學(xué)術(shù)風(fēng)格，認(rèn)真負(fù)責(zé)，無私奉獻(xiàn)，寬容豁達(dá)的教學(xué)態(tài)度都是我們應(yīng)該學(xué)習(xí)和提倡的。通過近半年的設(shè)計(jì)計(jì)算，查找各類基于PLC的立體倉庫控制系統(tǒng)的相關(guān)資料，論文終于完成了，我感到非常興奮和高興。雖然它是不完美的，是不是最好的，但在我心中，它是我最珍惜的，因?yàn)槲沂窃趺聪氲?，這是我付出的汗水獲得的成果，是我在大學(xué)四年的知識(shí)和反映。四年的學(xué)習(xí)和生活，不僅豐富了我的知識(shí)，而且鍛煉了我的個(gè)人能力，更重要的是來自老師和同學(xué)的潛移默化讓我學(xué)到很多有用的知識(shí)，在這里，謝謝老師以及所有關(guān)心我和幫助我的人，謝謝大家。
在這里，祝愿我的導(dǎo)師和同學(xué)們身體健康，萬事如意！
參考文獻(xiàn)
[1]?徐灝等.PLC控制原理[M](第二版）.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003??
[2]?程悅蓀.立體倉庫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，1981??
[3]?周紀(jì)良.立體倉庫PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1991??
[4]?吉林工業(yè)大學(xué)教研室編.立體倉庫的構(gòu)造[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，1982??
{5}?成大先主編.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊——減（變）速器·電機(jī)與電器[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1999?
[6]?朱冬梅.畫法幾何及機(jī)械制圖[M].北京：高等教育出版社，2000?
[7]?陳立德.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社，2002?
[8]?陳立德.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書[M].北京：高等教育出版社，2002?
[9]?劉勁.機(jī)械制圖國家標(biāo)準(zhǔn)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000?
[10]?陳立周.機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)方法[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1985??
[11]?《拖拉機(jī)》編輯部主編.立體倉庫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和計(jì)算[M].上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1980
[12]?周紀(jì)良.立體倉庫控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)型式和結(jié)構(gòu)圖譜[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，1979(2)：47-63?
[13] Charles W. Beardsly, Mechanical Engineering, ASME, Regents Publishing Company,Inc,1998.
25