基于PLC的立体仓库堆垛机控制系统设计(3)

(3) 设计了堆垛机运行系统的控制程序，包括堆垛机各种工作方式下的控制程序。

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第二章 堆垛机控制系统的硬件设计

2.1 控制技术要求和系统总体设计

（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组成。水平部分运动电机和垂直部分运动电机分别采用220W的三相交流异步电动机和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。伸叉机构电机采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定工作，关键在堆垛机的三维位置移动定位的精确性。

主要技术指标和和主要设计参数 堆垛机运行的速度范围： 水平方向：2m/min~360m/min； 垂直方向：2m/min~80/min； 货叉：2m/min~60/min

（2）本文堆垛机的控制方式有自动和手动控制。

① 手动方式通过堆垛机的转换开关及按钮控制堆垛机水平和提升运动及货叉伸缩。同时运动速度也可以手动选择。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控制。手动操作主要用于安装、调试和排除故障。

② 单机自动用人机界面对堆垛机进行全自动的控制，控制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控制系统中上位机完成的只是数据输入和传送，主要的控制任务是由PLC来完成。

① 作业命令处理：确定作业状态时自动还是手动；确定作业指令是存货入库还是取货出库；确定作业地址包括列地址和层地址。

② 位置技术及判断：沿着堆垛机的行进方向和载货台的升降方向设置认址片，PLC通过检测认址片来判断堆垛机位置和载货台的位置，每经过一个认址片，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

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机停车。

③ 速度调整和准确停车：根据堆垛机和目标位置的距离，PLC输出速度调整的控制信号给变频器，通过变频器控制电机的转速，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，保证堆垛机的稳定性。

④ 作业任务的顺序逻辑控制：按照入库、出库的作业顺序，确定各输出点的得电状态，完成作业顺序的逻辑控制。

⑤ 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。 ⑥ PLC还有工作故障报警功能。

本系统由上位监控级与直接控制级组成。监控级对通讯、流程进行控制，并进行实时图像显示，直接控制级是由PLC(可编程序控制器)组成的控制系统对各设备进行单机自动操作。采用组态王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。堆垛机采用西门子公司的S7-200型PLC控制，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

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2.2 堆垛机位置控制

由堆垛机的作业流程分析，堆垛机是由水平运行机构、纵向起升机构和货叉伸缩机构三部分组成的，水平运行机构和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控制系统的设计，首先要保证堆垛机能够准确到达目标位置，所以在设计堆垛机自动控制系统时，关键在于准确可靠的认址和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和保证堆垛机的稳定性，必须对堆垛机三个机构的速度进行合理有效的控制，其中速度位置检测是堆垛机自动控制系统的关键部分。

堆垛机速度位置控制的实现方法如图2.2所示，控制系统由PLC控制器、调速系统、编码器、认址片和认址器组成，实现位置和速度的双闭环控制。

执行机构

位置检测

图2.2 堆垛机位置速度控制框图

2.2.1 定位控制

定位控制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，货架上的每个货位必须具有堆垛机能识别的编码，所以将货架两侧编成X1、X2，沿堆垛机运行方向将货架编为0~Y列，垂直方向编为0~Z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。因为货架两侧分为X1、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，所以实际上堆垛机位置的检测只是对Y、Z位置的检测。

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主要的认址检测方式有以下几种：

（1）绝对认址：绝对认址是将每一个货位赋予唯一的开关状态，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和一组光电开关的组合，通过读取认址片的代码来判断堆垛机的当前位置。

（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。每经过一个货位，就对地址编码进行加1或减1，一直移动到和预定位置号一致时停止运行。

（3）编码器定位法：编码器定位方式主要有两种：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，可以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和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，但是使用时堆垛机和激光发射器和反射板之间不允许有物体，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是他们之间的比较对照：

表2-1 认址方式对比表

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为完成对堆垛机的位置控制，必须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）水平认址系统

水平方向采用激光测距传感器，当前数据为位移值，经过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，如果物体遮挡激光光线，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，产生货叉取/存储错位或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允许有任何物体遮挡激光光线，对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和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采用光电开关和认址片组合定位，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放货完毕收叉的位置，高位为放货开始伸叉或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必须要提供使货叉能停在高位或低位的检测装置。所以在堆垛机的升降台上安装三个光电开关， …… 此处隐藏：2602字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……