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毕业论文—小型立体仓库电气控制系统的设计.doc

发布时间：2022-06-16 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.71M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    综合毕业实践报告 综合毕业实践题目： 小型立体仓库电气控制系统的设计 系 部: 电气工程系 所学专业： 现代应用电器与电子 学生姓名： *** 班级： 440310 学号： ******** 起迄日期： 实践地点： 2013.2 至 2013.6 ****************** 指导教师： *** 专业技术职务： 讲师 顾问教师： 2013 年 6 月
    小型立体仓库电气控制系统的设计 摘 要 随着国民经济的飞速发展,自动化立体仓库必然会在各行各业中得到越来越 广泛的应用。自动化立体仓库是现代物流系统的重要组成部分，是一种多层存放 货物的高架仓库系统，由自动控制与管理系统、高位货架、巷道堆垛机、自动入 库、自动出库、计算机管理控制系统以及其他辅助设备组成。 本课题的电气控制是由日本三菱公司生产的 FX2 型可编程序控制器(PLC)、步 进电机驱动电源模块、开关电源、位置传感器等器件组成。该电气控制系统分手 动和自动两种方式。它实现的功能主要有：取（由零位出发到指定仓位号取货并 送到入货台）；入（到零位取货并送入指定仓位号）等等，在执行完任务后自动返 回到零位等待下一个指令。 本文首先对该课题的可行性及课题实现的现实意义和价值进行了介绍；其次 对该系统的硬件组成、结构、原理进行了阐述和分析；再次对本控制系统的核心 ——软件进行了编写，论文中即有梯形图又有相应的语句表；最后对设计本课题 所学到的知识和结论进行归纳和总结，并对本论文有待完善的地方进行扼要的说 明。 关键词:立体仓库 电气控制 PLC 步进电机 物流管理
    小型立体仓库电气控制系统的设计 目 录 第 1 章 绪论………………………………………………………………………1 1.1 立体仓库在自动化生产过程中………………………………………………1 1.2 此课题的设计内容及主要思路………………………………………………1 1.3 设计此课题的可行性…………………………………………………………2 1.4 设计此课题的实用价值及现实意义…………………………………………3 第 2 章 硬件部分 ………………………………………………………………4 2.1 立体仓库的基本结构…………………………………………………………4 2.2 立体仓库的硬件原理…………………………………………………………5 2.2.1 步进电机的原理…………………………………………………………5 2.2.2 步进电机驱动器的原理…………………………………………………5 2.2.3 传感器的工作原理………………………………………………………6 2.2.4 开关型稳压电源的原理…………………………………………………6 第 3 章 元器件的选择 ………………………………………………………9 3.1 步进电机的选择 ……………………………………………………………9 3.2 步进电机驱动器的选择 ……………………………………………………12 3.3 传感器及微动开关的选择 …………………………………………………16 3.4 PLC 的选择 …………………………………………………………………18 3.4.1 I/O 点的选择 …………………………………………………………18 3.4.2 PLC 型号的选择 ………………………………………………………18 第 4 章 软件部分 ………………………………………………………………20 4.1 I/O 地址分配表 ……………………………………………………………20 4.2 PLC 设计的梯形图 …………………………………………………………21 4.3 PLC 的语句表 ………………………………………………………………31 第 5 章 结论与展望 …………………………………………………39 5.1 结论 ………………………………………………………………………39 5.2 展望 ………………………………………………………………………39 参考文献 …………………………………………………………………………41 致谢 ………………………………………………………………………………42
    小型立体仓库电气控制系统的设计 第一章 绪 论 随着国民经济的飞速发展,自动化立体仓库必然会在各行业中得到越来越广 的应用。自动化立体仓库是现代物流系统的重要组成部分，是一种多层存放货物 的高架仓库系统，由自动控制与管理系统、高位货架、巷道堆垛机、自动入库、 自动出库、计算机管理控制系统以及其他辅助设备组成。通过出入输送系统将货 物送至仓库货架前，由巷道堆垛机实现自动出库和入库存，整个过程通过计算机 网络化管理和自动控制系统。 1.1 立体仓库在自动化生产过程中的重要性 自动化立体仓库具有普通仓库无可比拟的优越性。首先是节约空间、节约劳 力。据国际仓库自动化会议资料：以库存 11000 托盘、月吞吐 10000 托盘的冷库 为例，自动化立体仓库与普通仓库比较情况为：用地面积为 13%、工作人员为 21.9%、 吞吐成本为 55.7%、总投资为 63.3%。立体仓库的单位面积储存量为普通仓库的 4-7 倍。其次是提高仓库管理水平，减少货损，优化、降低库存，缩短周转期，节约 资金。近年来，特别在冷冻行业，自动化立体仓库的发展极快。 自动化立体仓库（以下简称立库）系统，能在计算机的控制下，实现自动化 入库管理、在库管理、出库管理、盘库管理、具有自动查询管理功能。系统管理 计算机能与上位（工厂）中心计算机连通，能与全厂计算机相互通讯，及时汇总 提供库存信息；监视货物流向；具有经济情报分析功能；具有先进的功能及设备 进行故障检测和查询显示功能。立库可充分利用空间，减少占地面积，有效利用 仓储能力，合理减少库存，高速存取,加快储备资金周转，适应现代企业的柔性化 生产。可广泛应用于医药、电子、汽车、机械、化工等行业。 1.2 此课题的设计内容及主要思路 该立体仓库主体由底盘、四层十二仓位库体、运动机械及电气控制等四部分 组成。 机械部分采用滚珠丝杠、滑杠、普通丝杠等机械元件组成，采用步进电机作 为拖动元件。 该控制系统主要由日本三菱公司生产的 FX2 型可编程序控制器(PLC)、步进电 机驱动电源模块、开关电源、位置传感器等器件组成。小型立体仓库的电气控制 1
    小型立体仓库电气控制系统的设计 系统由 PLC 来实现，控制系统分手动和自动两种方式。 此系统实现的功能主要有：取（由零位出发到指定仓位号取货并送到入货台）； 入（到零位取货并送入指定仓位号）等功能，在执行完任务后自动返回到零位等 待下一指令。 小型立体仓库的应具备的功能主要有几下几点： 1、开机时首先要回零位操作，这样的目的就是给堆垛机有个工作参考点； 2、堆垛机（机械手）要有三个自由度，即：前进、后退；上、下；左、右； 3、堆垛机的运动由步进电机驱动，伸缩由直流电机控制（Y 方向）； 4、堆垛机前进（或后退）运动和上（或下）运动可同时进行； 5、堆垛机前进、后退和上、下运动时必须有超限位保护； 6、每个仓位必须有检测装置（微动开关），当操作有误时发出错误报警信号； 7、仓位共有 12 个，3 行 4 列； 8、当按完仓位号后，没按入或取前，可以按取消键进行取消该操作。 9、整个电气控制系统必须设置急停按钮，以防发生意外。 本系统设计的主要思路是：第一、对系统进行整体规划，此阶段主要进行资 料搜集和阅读工作；第二、对系统的硬件原理的理解和消化并对其进行合理地选 择；第三、对系统软件的编写并在模拟系统中进行软件的核对；第四、在时间允 许的情况下对系统进行运行调试；最后、整理资料进行论文撰写工作。 1.3 此课题设计的可行性 由于仓储物流设备是在通用的场合使用，工作并不很繁重，因此具有操作方 便，易维护并具有耐久性、无故障性和良好的经济性，以及较高的安全性、可靠 性和环保性。这类设备批量较大、用途广，考虑综合效益，可降低外型高度，简 化结构，降低造价，同时也可减少设备的运行成本。随着物流的多样性，物流活 动的系统性、一致性、经济性、机动性和快速化，要求一些设备向专门化方向发 展，又有一些设备向通用化、标准化方向发展。 此课题的控制系统主要由 PLC 来控制，目前 PLC 生产厂商较多易于购买，且 使用寿命和低故障率是世人所共认的。又因 PLC 控制程序能够实现生产过程的优 化，降低物流系统的故障率，提高生产质量和生产效率。而 PLC 所用的电力线是 覆盖范围最广的网络，它的规模是其他任何网络无法比拟的。PLC 不用进行额外 布线可以直接利用已有的配电网络作为传输线路，从而大大减少了网络的投资， 2
    小型立体仓库电气控制系统的设计 降低了成本。从硬件设备购置方面来说已备设计条件；其次此课题从设计时间和 系统的调试角度考虑也完全可以做到，因为该课题有四个月左右的时间，设计时 间应该足够；再次，此课题的设计是在具有四年 PLC 设计和维护工作经验的侍寿 永老师的指导下进行的，并在我校实验室已有设备的基础上设计和调试的。从这 以上几个方面来说，此课题的设计是完全可行的。 1.4 设计此课题的实用价值及现实意义 1、低成本 利用电力线上网，最大的优点就是成本低。由于利用电力线上网， 直接使用现有电力网就可以实现通信，而不需要另外铺设电话线、光电缆等，大 大地减少了在基础网络上的投资。 2、范围广 无所不在的电力线网络也是这种技术的优势。电力线是最基础的 网络，它的规模之大，是其他任何网络无法比拟的。因为家家都有电力线，由此， 运营商就可以轻松地把这种网络接入服务渗透到每一个家庭.因此，这一技术一旦 进入商业化阶段，将会促进电信市场的变革，并给互联网普及带来极大的发展空 间。 3、高 速 利用电力线上网能够提供高速传输。德国最大的电力设备生产商 RWE 承诺，运用他们的电力线上网技术，其速度要比 ISDN 拔号上网快 30 多倍, 比 ADSL 更快！足以支持现有网络上的各种应用。更高速率的 PLC 产品正在研制之中。 4、便 捷 不管在家里的哪个角落,只要连接到房间内的任何电源插座上，就 可立即拥有 PLC 带来的高速网络享受! 5、永远在线 PLC 属于"即插即用"，不用烦琐的拨号过程，接入电源就等于 接入网络！ 6、结构灵活 通过 PLC 技术实现 Internet 接入，可以灵活扩展接入端口数 量，使资源保持较高的利用率。目前还未有效解决电力线信号通过变压器的技术， 因此，电力线通信设备都是集中在 220V 线路变压器的用户端。 7、家庭数字化 PLC 技术能够通过电力线将整个家庭的电器与网络联为一体， 在室内的设备之间构筑起可自由交换信息的局域网，使人们能够通过网络来控制 自己家里的电器设备。 3
    小型立体仓库电气控制系统的设计 第 2 章 硬件部分 2.1 立体仓库的基本结构 立体仓库主体由底盘、四层十二仓位库体、运动机械及电气控制等四部分组 成。 机械部分采用滚珠丝杠、滑杠、普通丝杠等机械元件组成，采用步进电机、 直流电机作为拖动元件。 电气控制是由日本三菱公司生产的 FX2 型可编程序控制器(PLC)、步进电机驱 动电源模块、开关电源、位置传感器等器件组成。 图一 控制面板上的开关及按钮功能 图二 控制面板上的仓位号 表一、控制面板上的按钮功能表 按键号 功能选择 定义 1 2 3 4 5 选择 1 号仓位 机构水平向左移动 选择 2 号仓位 机构垂直向下移动 选择 3 号仓位 机构水平向右移动 选择 4 号仓位 机构水平向后移动 选择 5 号仓位 机构垂直向上移动 自动 手动 自动 手动 自动 手动 自动 手动 自动 手动 4
    小型立体仓库电气控制系统的设计 自动 手动 自动 手动 自动 手动 自动 手动 自动 手动 自动 手动 自动 手动 选择 6 号仓位 机构水平向前移动 选择 7 号仓位 无意义 选择 8 号仓位 无意义 选择 9 号仓位 无意义 选择 10 号仓位 无意义 选择 11 号仓位 无意义 选择 12 号仓位 无意义 6 7 8 9 10 11 12 2.2 立体仓库的硬件原理 2.2.1 步进电机的原理 步进电机是数字控制系统中的执行电动机，当系统将一个电脉冲信号加到步 进电机定子绕组时，转子就转一步，当电脉冲按某一相序加到电动机时，转子沿 某一方向转动的步数等于电脉冲个数。因此，改变输入脉冲的数目就能控制步进 电动机转子机械位移的大小；改变输入脉冲的通电相序，就能控制步进电动机转 子机械位移的方向，实现位置的控制。当电脉冲按某一相序连续加到步进电动机 时，转子以正比于电脉冲频率的转速沿某一方向旋转。因此，改变电脉冲的频率 大小和通电相序，就能控制步进电动机的转速和转向，实现宽广范围内速度的无 级平滑控制。步进电动机的这种控制功能，是其它电动机无法替代的。步进电动 机可分为磁阻式、永磁式和混合式，步进电动机的相数可分为：单相、二相、三 相、四相、五相、六相和八相等多种。增加相数能提高步进电动机的性能，但电 动机的结构和驱动电源就会复杂，成本就会增加，应按需要合理选用。 2.2.2 步进电机驱动器的原理 当物体相对于传感器移动时，反射回来的信号与原先的信号相比较，产生频 移，集成电路再把微弱的频移信号进行放大，再经多普勒检测、放大、限幅等措 5
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