基于PLC控制的自动化立体仓库运动控制系统的设计毕业论文.doc
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基于PLC控制的自动化立体仓库运动控制系统的设计
摘要:
随着社会经济的发展,科学技术的进步,人力资源成本上升。
近几年,我国自动化立体仓库发展日益迅速。
本论文主要设计自动化立体仓库的系统结构和PLC编程控制原理。
关键词:
立体仓库PLC电动机传感器
1自动化立体仓库的概述
1.1自动化立体仓库的定义及特点
自动化立体仓库的国际标准定义为自动化立体仓库是用高层货架配以货箱或托盘来存货物,以巷道式堆垛起重机存取货物及其他机械进行作业,并有电子计算机进行管理和控制,不需人工搬运而实现收发作业的仓库。
自动化立体仓库又称自动存储/自动检索系统(Automatedstorage/RetrievalSystem,简称为AS/RS),是一种新型的仓库技术,并且是物料搬运和仓储的一门综合科学技术。
它高层立体货架为主要标志,以成套的搬运设备为基础,以现进的计算机控制技术为主要手段,组成高效率的物流、大容量的存储,以适应现代化生产、物资交流和仓储的需要。
作为现代物流系统中的一个重要组成部分,自动化立体仓库是企业现代化的重要手段之一。
自动化立体仓库系统由多层货架、运输系统、计算机系统和通信系统组成,是集信息自动化技术、自动导引小车技术、机器人技术和自动仓库技术于一体的集成化系统。
它综合了物流分析、数据处理、货架存储机以及其他输送设备的设、先进的电力拖动技术、高度自动化水平的计算机控制管理技等。
自动化立体仓库具有普通仓库无可比拟的优越性,首先,它充分利用空间,减少占地面积;其次,他通过计算机控制技术有效的利用仓储能力,提高了仓库管理水平,减少了货损,优化了库存,缩短了储备资金周转期,能适应现代企业柔性化生产。
自动化立体仓库之所以受到青睐,是因为它具有以下几个优点:
1)占地面积小/由于使用高层货架存储货物,存储区可以大幅度地向高空发展,因此节省了库存占地面积,提高了空间利用率。
2)工作效率大幅度提高/由于采用计算机控制技术,能够准确无误地对信息进行存储和处理,减少货物与信息在处理过程中的差错。
同时,它的运行和处理速度快,提高了劳动生产率,降低了操作人员的劳动强度。
3)功能强/存放品种多、数量大,存取快捷方便,同时仓库已进行监控,便于自动调节温度,有利于防火、防盗、防腐等,并能改善劳动环境。
4)节能/库内作业几乎全部靠电力驱动,节省油量,而库内分拣作业等不需要大量照明设施因此节省了大量电能。
1.2系统的基本构成
自动化立体仓库PLC运动控制系统(以下简称为自动化立体仓库系统)主要由载货台、储备库和巷道起重机等组成,用于货物的送入和取出。
货物的送入(取出)是按照货物的类别,并将货物自动送入(取出)。
2自动化立体仓库的结构及工作原理
2.1系统的结构自动化立体仓库的结构
自动化立体仓库系统的结构
自动化立体仓库的结构示意图如1所示。
它由以下部分组成:
图1自动化立体仓库系统的实物图
(1)1号载货台1号载货台由电动机、托盘底座、链轮传动机构、滚子链、传感器组成。
1号载货台主要是实现货物的衔接和换向。
(2)2号储备库2号储备库作为主体仓库,设有12个库位。
(3)巷道起重机巷道起重机由丝杠驱动步进电机、丝杠、直流电动机、存取货物机构、滑杆、传感器等组成,主要是实现货物在仓库内的存取。
(4)2号载货台2号载货台的结构与1号载货台相同,其作用主要是通过巷道起重机把立体仓库储备库中的货物传送给下一系统单元。
(5)1号储备库1号储备库由8个库位,主要实现货物的存储。
2.2系统的工作原理
由码盘堆垛系统单元的托盘传送机构输出的载货托盘进入自动化立体仓库系统单元的1号载货台,使巷道起重机动作,再通过存取货物机构使货物准确进入预定的立体仓库储备库,且可由巷道起重机的存取货物机构把货物从立体仓库中取出并放入2号载货台,使货物被提取,然后进入下一个系统单元。
自动化立体仓库系统的工作流程图如图2所示。
1号载货台
巷道起重机
1号储备库
2号储备库
巷道起重机
2号载货台
图2自动立体仓库系统的工程流程图
3自动化立体仓库PLC运动控制系统硬件配置及控制原理
3.1方案设计要求
(1)T-3000E设备
TVT-3000E设备是一套开放式设备,用户可根据自己的需要选择设备组成单元的数量和类型,她最多可由8个单元组成,最少时1个单元即可自成独立的控制系统。
TVT-3000E设备的每个单元都采用PLC控制,在由多个单元组成的TVT-3000E系统中,综合应用了PLC运动控制技术,可完成货物的装箱、搬运、传输、仓储、管理、发运等。
TVT-3000E设备由8个作业单元模块组成,分别是机械手装配搬运作业单元、货物自动识别缓冲作业单元、码盘堆垛作业单元、自动化仓库作业单元、视觉检测作业单元、打码作业单元、货物流向控制作业单元、集装箱装箱作业单元。
TVT-3000E系统的自动化立体仓库主要由底盘、2个载物台、双侧20个仓位的库体、运动机构及电气控制机构等5部分组成。
机械部分主要由滚珠丝杠、滑杆、普通丝杆等机械部件组成,采用了步进电动机和直流电动机作为拖动元件;电气控制部分由松下电工生产的F∑型PLC、步进电动机驱动模块、开关式稳压电源、位置传感器等元器件组成。
TVT-3000E各单元的基本结构和功能如下:
1)机械手搬运作业单元该单元模块主要由框架式底板及支架、操作面板、可编程序控制器、井式供料机、传送带、转盘输送机、气动机械装配机、交流伺服控制四轴联动机械手搬运机等组成,可实现货物的搬运及装配。
2)货物自动识别缓冲作业单元该单元模块主要由框架式底板及支架、操作面板、可编程序控制器、带式供料机、斗式缓冲库、气动装料、移货系统、货物检测传感器等组成,可识别物体的属性,将不同属性的货物进行分类存储。
3)码盘堆垛作业单元该单元模块主要由框架式底板及支架、可编程序控制器单元、带式传送机、链式传送机、三相交流永磁同步机、变频调速系统、堆垛机、托盘供给器等组成,可完成货物的码盘与堆垛。
4)自动化仓储作业单元该单元模块主要由框架式底板及支架、可编程序控制器单元、两组单元货格式仓库组成。
单元或格式仓库主要由高层货架、具体位置控制闭环系统的巷道起重机、接送货物的载货台组成。
巷道起重机由运行机构、起升机构、货物托盘机构组成。
该单元可完成货物的存储。
5)视觉检测作业单元该单元模块主要由框架式底板及支架、操作面板、可编程序控制器单元、带式传送机单元、CCD摄像头单元、彩色图像处理器单元、编程器单元、专用环形LED光源单元、监视器单元等组成。
可对货物的加工、装配、质量进行检定和控制。
6)打码作业单元该单元模块由框架式底板及支架、操作面板、可编程序控制器单元、带式传送机单元、打码机等组成。
可模拟物料的打码过程。
7)货物流向控制作业单元该单元模块由框架式底盘及支架、可编程序控制器单元、链式传送机单元、转向机构单元、举升机构单元、监控单元等组成。
可完成货物的流向控制。
8)集装箱装箱作业单元该单元模块主要由框架式底板及支架、可编程序控制器单元、链式传送机单元、装箱单元、集装箱单元、货物检测单元组成。
可将货物自动装入集装箱。
(2)采用松下FP∑型PLC作为控制中心
最高输出频率:
4Mpps
启动速度:
0.005ms
(3)DM150-24型并联型开关稳压电源
输出功率大、体积小、重量轻、可靠性高,能适应较宽范围的的输入电压变动,具有完备的过电压保护功能;内置输入EMI滤波器,具有高抗干扰能力。
(4)E6B2-CWZ1X型号旋转编码器
电源电压范围:
5﹣24V
分辨率比较高,可以保证较精确的测量
(5)反射式传感器
电源电压范围:
5-24V
3.2系统的硬件配置
3.2.1并联型开关稳压电源的工作原理与选择
并联型开关稳压电源的工作原理并联型开关稳压电源是由开关晶体管VT和二极管VD及储能电感L、滤波电容C组成的。
除此之外,并联型开关稳压电源还有较为复杂的驱动电路、调节电路、保护电路、基准电路以及构成闭环回路的取样电路、放大电路和耦合电路等,用来对输出电压的大小及特性进行控制和调节。
并联型开关稳压电源的工作原理如图3所示
图3并联型开关稳压电源的工作原理
工作原理:
当开关晶体管VT处于导通状态时,输入电压U加到储能电感L的两端,二极管VD因被反向偏置而截止。
在此期间流过L的电流I为近似线性增加的锯齿波电流,并以磁能的形式储存在L中。
当开关晶体管VT截止时,储能电感L的两端的电压极性相反,此时二极管VD导通,储存在L中的能量通过二极管VD输送给负载电阻R和滤波电容C。
在此期间,L中的漏放电流I是锯齿波电流的现线性下降部分。
同理,当开关晶体管VT处于导通状态时,在储能电感L中增加的电流数值应该等于开关晶体管VT截止期间在储能电感L中减少的电流值,只有这样才能达到平衡,为负载电阻R提供一个稳定的输出电压。
并联型开关稳压电源的选择在该系统中,PLC和步进电动机驱动器都需要直流24V电源供电,故选用了DM150-24型并联型开关稳压电源。
DM150系列开关电源输出功率大、体积小、重量轻、可靠性高,具有高抗干扰能力;采用端子方式连接,全金属外壳,有卧式和立式两种安装方式。
3.2.2PLC的工作原理与选择
PLC的基本组成PLC主要由CPU(CentralProcessingUnit)、存储器(RAM和ROM)和专门设计的输入/输出接口电路等组成。
其结构示意图如图4所示。
图4PLC的结构示意图
PLC的工作原理PLC是以微处理器为核心的数字式电子自动控制装置,是一种专用计算机。
PLC虽具有计算机的许多特点,但它的工作方式却与计算机有很大的不同。
计算机一般采用等待命令的工作方式,如常见的键盘扫描方式或
I/O扫描方式,有键被按下或I/O动作时则转入相应的子程序,无键被按下时则继续扫描;而PLC采用循环扫描工作方式,在PLC中,用户程序按先后顺序存放,如图5所示。
图5用户程序的存放顺序
CPU从第一条指令开始执行程序,直至遇到结束符后返回第一条程序,并周而复始地不断循环。
这种工作方式是在系统软件的控制下顺次扫描各输入点的状态,按用户程序进行运算处理,然后顺序向输出点发出相应的控制信号。
整个工作过程可分为5个阶段:
自诊断,与编程器、计算机等的通信,输入采样,执行用户程序,输出刷新。
其工作框图如图6所示。
图6PLC工作过程框图
1)每次扫描用户程序之前,都先执行用户自诊断程序。
自诊断内容为I/O部分、存储器、CPU等,发现异常停机则显示出错。
若自诊断正常,继续向下扫描。
2)PLC检查是否有与编程器、计算机等的通信请求,若有则进行相应的处理,如接收由编程器送来的程序、命令和各种数据,并把要显示的状态、数据、出错信息等发送给编程器进行显示。
如果有与计算机等的通信请求,也在这段时间内完成数据的接受和发送任务。
3)PLC的中央处理器对各个输入端进行扫描,将输入端的状态送到输入状态寄存器中,这就是输入采样阶段。
4)中央处理器CPU将指令逐条调出并执行,以对输入和原输出状态(这些状态统称为数据)进行处理,即按程序对数据进行逻辑、算数运算,再将正确的结果送到输出状态寄存器中,这就是执行用户程序阶段
5)当所有的指令执行完毕时,集中把输出状态寄存器的状态通过输出部件转换成被控设备所能接收的电压信号和电流信号,以控制设备,这就是输出刷新状态。
PLC经过这5个阶段的工作过程,成为一个扫描周期。
完成一个扫描周期后,PLC又重新执行上述过程,周而复始地扫描。
3.2.3传感器的工作原理、应用与选择
(1)微动开关该系统中共用了24个微动开关,其中20个用于仓位的检测,仓位上有货物时,相应的开关动作并将信号送入PLC。
工作原理图如图7所示。
图7
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