自动立体仓库的控制系统设计.docx

摘要自动化立体仓库（简称AS/RS）产生于二十世纪五十年代也就是第二次世界大战之后，是用自动化物料搬运设备进行货物出库和入库作业操作的仓库，是现代物流供应链中最为揖耍的网络结点之一，它在社公的各种不同行业中得到了多种形式的应用.自动化立体仓库作为现代化物流系统中的重婴组成部分，可实现仓库高以合理化，存取自动化，操作简便化：自动化立体仓库，是当前技术水平较高的形式。自动化立体仓库的主体由货架，巷道式堆垛起重机、入（出）库工作台和自动运进（出）及管理控制系统组成。优架是钢结构或钢筋混凝土结构的建筑物或结构体，货架内是标准尺寸的货位空间.巷道堆垛起武机穿行于货架之间的巷道中，在计算机管理下，能按指令自动完成货物的存取作业，并能对库存的货物进行自动化管理.本论文以目前自动化立体仓库中主要使用的搬运设备一巷道式堆垛机为研究对象，对堆垛机控制系统、自动化立体仓库计算机管理系统进行探讨和钻研.主要研究内容如下：（D介绍自动化立体仓库的概念、发展历史、分类和组成。（2）从总体上介绍了一般的自动化立体仓库的构成，并结合本课题介绍r系统的硬件构成和控制结构。在对移动货架和堆垛机的控制系统的功能进行了分析的基础上，进行了硬件系统的设计和实现，编制了P1.C的程序，实现了货架多段速运行及堆垛机的准确认址和平秘、高效的速度控制.关键词：自动化立体仓库：仓库堆垛机：控制系统；P1.CAbstractAutomatedwarehouse(ASRS)produccdin1950si$theSecondWor1.dWar,istheuseofautomatedmateria1.hand1.ingCqUiPmCnIforstorageandwarehousingOPCraIiOnSofIhewarchousc.isamodem1.ogisticssupp1.ychainisthemostimportantoneofthenetworkn<1.cs.ithasbeenapp1.iedinvariousformsinvariousindustriesinthesociety.Automatedwarehouseisanimportantpartofmodem1.ogisticssystcm.canrea1.izethewarehousetoprationa1.ization,accessauto11ation,sin1.eo)erationautomatedwarehouse,isthecurrenttechnica1.1.eve1.ishigherintheform.utomatedwarehouseconsistsofshe1.ves.tunne1.typeStuckingcrane.（八）intothedatabase(ab1.eandau1.omativa1.1.yinto(outOfMhCcompositionandmanagementcontro1.system.Theshe1.fisstee1.orreinforcedconcretestructureofabui1.dingorstructure.theshe1.fisastandardsizestoragespace.stackercranethroughthetunne1.cancomp1.eteaccesstomanagementoftheinvcntorjofgoods.Inthispaper.themainuseoftheautomatedwarehouseinthehand1.ingofaroadwaystackercraneastheresearchobjcct.thcstackercontro1.systcm.automatcdwarehousecomputermanagementsystemtoexp1.oreands1.1.y.Tcmainresearchcontentsarcasfo1.1.ows:(1)introducetheConCePt.deve1.opmenthistoy,c1.assificationandcompositionofautomatedwarehouse.(2)thispaperintroducesthegenera1.structureoftheautomatedwarchousc.andintroducesthehardwarestructureandcontro1.structureofthesystem.areana1.yzedinthecontro1.systemofthemobi1.eshe1.fandstackerfunction.thcdesignandimp1.ementationofhardwaresystem,compi1.edP1.Cprogram.accurateandstab1.eandefficientaccesscontro1.Thespeedofshe1.frunningands1.ackingmachine.Keywords:Automatedwarehouse;Warchouses1.ackercontro1.SyS1.Cm:P1.C1绪论1.1 自动化立体仓库系统概述自动化技术是当代最引人瞩目的高技术之一。严格地说，自动化就是指在没有人的直接参与下，机器设符所进行的生产管理过程.自动化立体仓库也不例外,能自动完成物料的储存和输出，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储技术于一体的集成化系统。自动化立体仓库是物流仓储中出现的新概念，也是现代物流系统中迅速发展的一个重要组成部分，它具有节约用地、减轻劳动强度、消除差错、提高仓储自动化水平及管理水平、提高管理和操作人员素质、降低储运损耗、有效地减少流动资金的枳压、提高物流效率等诸多优点。1.1.1 自动化立体仓库的概念自动化立体仓库也称高层货架仓库、自动存取系统(AUtomatedStorageandSystem,AS/RS),一般指采用几层、卜几层甚至几卜层高的货架，在不直接进行人1：处理的情况下，通过系统自动调度自动化物料搬运设备进行货物出、入库作业的多层仓库存储系统。所说的自动化仓库是指由电子计算机进行管理和控制，不需要人工搬运作业，而实现货物收发作业的仓库。立体仓库是指采用高层货架以货架或托盘存取货物,用管道堆垛机及其他机械进行作业的仓库。将两种仓库的作业技术结合称为自动化立体仓库。它具有占地面积小，存储技大、周转快的优点，是集信息、存储、管理于一体的高技术密集型机电一体化产品。1.2 2自动化立体仓库的组成自动化立体仓库(A&RS)是由高层货架、托盘或货箱、巷道堆垛机、出入库输送系统、通讯系统、堆垛机控制系统、计算机监控系统、计第机管理系统以及火他辅助设备组成的史杂的自动化系统。(1)货架货架用于存放货物。货架的高度通常在之间。货架越庙，所占用的面枳越少，同时，对货架的要求也越高货架的形式有很多种：从货架的制造工艺分为焊接式货架和组合式货架两种。从货架的结构形式来分，乂可分为单元式货架、贯通式宽架、旋转式货架和悬皆式货架。(2)托盘自动化立体仓库采用托盘作为载体来存放货物.各种外形不规则的货物和零散的货物,采用货箱存放大型的规则的货物用托盘存放。使用托盘或货箱方便货物的管理和存储，还可以保护物品免受损伤。托盘多为钢制、木制或塑料制成。(3)巷道堆垛机堆垛机在立体仓库货架区的巷道内往夏运行，存取货物，又称巷道堆垛机。堆垛机是整个自动化立体仓库的核心设备，通过手动操作、半自动操作或全自动操作实现把货物从一处搬运到另一处。巷道堆垛机是随着立体仓库的应用而发展起来的专用起重机，通常一个巷道配备一台堆垛机，有时两个巷道或多个巷道共同使用一台堆垛机。管道式堆垛机有多种不同的分类形式：（八）按结构形式分为单立柱型和双立柱型。(b)按支撵方式分类可分为地面支撑型、悬挂型和货架支捽型。(0按作业方式可分为单元型和拣选型。(4)出入库输送系统出入库输送系统是货架与货物出入库口的联结输送系统,出入库输送设备有根式输送机、链式输送机、出入库站台小车、自动引导小车等。(5)通讯系统自动化立体仓库是一个第杂的自动化系统，它是由众多子系统组成的。在自动化仓库中,为了完成规定的任务，各系统之间、备设备之间要进行大量的信息交换。(6)堆垛机控制系统控制系统是自动化仓库运行成功的关键。没有好的控制，系统运行的成本就会很高，而效率很低。为了实现自动运转，自动化仓库内所用的各种存取设备和输送设备本身必须配番各种控制装置。(7)计算机监控系统监控系统是自动化仓库的信息枢纽，它在整个系统中起着举足轻重的作用，它负员协调系统中各个部分的运行。自动化仓库系统使用了很多运行设备，各设备的运行任务、运行路径、运行方向都需要由监控系统来统一高度，按照指挥系统的命令进行货物搬运活动。通过监控系统的监视画面可以直观地看到各设备的运行情况0(8)计算机管理系统计算机管理系统是自动化仓库的核心，相当于人的大脑，它指挥着仓库中各设备的运行。它主要完成整个仓库的账目管理和作业管理，并且负担与上级系统的通信和企业信息管理系统的部分任务.1.1.3自动化立体仓库的分类自动化立体仓库是一个复杂的综合自动化系统，不同的立体仓库，高度、宽架形式、通道宽度都和现代化仓库是不同的，仓库内设备的配置应与仓库的类型相适应。(1)按照货架高度：（八）低层立体仓库：低层立体仓库的建设高度在5米以下，一般都是通过老仓库进行改建的。中层立体仓库：(b)中层自动化立体仓库的建设高度在5米至15米之间，这个仓库对于仓储设备的要求并不是很高，造价合理，受到很多用户的吉睐。(C)高层立体仓库：高层的高度能够达到15米以上，对仓储机械设备要求较高，建设难度还是较大的。(2)按照货架结构：（八）货格式立体仓库：货格式自动化立体仓库应用范围比较广泛，主要特点是每一层货架都是由同一个尺寸的优格组合而成的，开口是面向货架通道的，便于堆垛车行驶和存取货物。(b)贯通式立体仓库：贯通式立体库的货架之间是没有间隔的，没有通道，整个货架组合是一个整体。货架是纵向贯通的，存在一定的坡度，每层货架都安装了滑道，能够让货物沿着滑道从高处移动。(0自动化柜式立体仓库：自动化庵主要适合小型的仓储规模，可移动，特点就是封闭性较强、智能化、保密性较强。(d)条形货架立体仓库：条形式仓库主要就是专门用于存放条形的货物的。(3)按照建筑形式:（八）整体式立体仓库：整体式自动化立体仓库也叫一体化立体库，高层货架和建筑是林建设的，不能分开，这样永久性的仓储设施采用钢筋混凝土构造而成，使得高层的货架也具有秘固性。(b)分离式立体仓库：分离式仓库就是与整体是相反的，货架是单独建设的，是与建筑物分离的。(4)按所起的作用:（八）生产性仓库：生产性仓库是工厂内部为了协调工序和工序、车间和车间、外购件和自制件物流的不平衡而建立的仓库。(b)流通型仓库：流通性仓庵是一种服务性仓库，是为J'协调生产厂和用户间的供需平衡而建立的仓库。这种仓库进出货物比较频繁.吞吐呈较大。1.3 国内外自动化立体仓库的发展及现状1.3.1 立体仓库的历史与发展高层货架仓库的出现和发展是第二次世界大战以后生产和技术发展的结果。五十年代初开始出现j'自动化立体仓库，并在实践中显示出我优越性，随即得到迅速的推广和发展.1950年美国首先产生了手动控制的桥式堆垛起重机，这种起重机的大梁悬挂一个门架立柱，利用门架的上下和旋转运动来搬运货物，与此同时也提出了高层货架的新概念，被认为是自动化仓库的雏形。I960年左右在美国开始出现了由人工操作的巷道式堆垛机。随着立体仓库的发展，巷道式堆垛机逐渐代杵了桥式堆垛机。1963年美国的一个食品厂在仓库工作中采用电子计算机，成为世界上最早的全自动化仓库。此后，在欧洲各国，由于用地紧张，开始计划建造25到30米的高.层自动化化仓库。从1967年开始，相继完成了一些计算机管理和计算机控制的全自动化仓库，1970年安装了了由货架支承式改变为地面支承式的高度达40米的堆垛机。70年代还提出了采用50米高堆垛机的可能性.进入90年代后，堆垛机在使用范围和性能上有了很大的发展。1.2. 2我国自动化立体仓库的发展历程我国对自动化立体仓库及其物料搬运设番的研制并不晚，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克机控制的自动化立体化仓库(高15米，机械部起重所负奏)，该库1980年投入运行。1995年建成的仪征化纤工业联合公司涤纶自动化立体仓库是由国内独立设计和制造的综合自动化程度最高的立体仓库。近些年，我国自动化仓库技术发展很快，已实现了与改他信息决策系统得集成，并正在做智能控制和模糊控制的研究工作。总体而言，国内的自动化仓库具有一定的局限性，系统成套的能力较差。由于城市用地日趋紧张，物流速度日益加快，仓库建设向自动化和智能化发展己迫在眉畦，建设自动化立体仓库是今后发展的必然趋势。1.2.3自动化立体仓库的使用意义历史和现实已充分证明，使用自动化立体仓库能够产生巨大的社会效益和经济效益。效益主要来自以下几方面：(1)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，充分利用仓库地面和空间，提高了空间利川率。采用高层货架储存并结合计免机管理，可以实现货物的先入先出原则，防止货物的自然老化、变质、生锈或发冷。(2)自动存取使用机械和自动化设备，运行和处理速度快，提高了劳动生产率，降低操作人员的劳动强度。同时，能方便地纳入企业的物流系统，使企业物流更趋合理化。(3)计算机控制能够始终准确无误地时各种信息进行存储和管理，与人工相比减少了信息处理过程中的差错。同时借助管理还能有效地利用仓库储存能力，便于清点和盘库，合理减少库存，加快资金周转，节约流动资金。自动化仓库的信息系统可以与企业的生产信息系统联网，实现企业信息管理的自动化.总之，由于使用自动化仓库，促进了企业的科学管理，减少了浪费，保证了均衡生产。1.3本课题的研究背景、意义和主要内容1.3.1本课题的研究背景早在70年代初期，我国开始研究采用巷道式堆垛机的立体仓库.1980年，由北京机械工业自动化研究所等单位研制建成的我国第一座自动化立体仓库在北京汽车制造厂投产。从此以后，立体仓库在我国得到了迅速的发展.据不完全统计，目前我国已建成的立体仓库已超过了100O座，虽然这个数量看起来还不错，但是我国的立体仓库大部分是简易的、中低层的仓库，系统集成化的能力较差。由于城市用地日趋紧张，物流速度日益加快，对立体仓库的需要日益加大，仓库建设向自动化和智能化发展己迫在眉睫，建设自动化立体仓库是今后发展的必然超势。1.3. 2本课题的研究意义在全球化和市场化的国际经济活动中，流通是联系生产和消费的纽带。自动化立体仓庵在现代化的物流配送中心中起到了求大的作川，它可以给企业带来巨大的经济效益和社会效益。因此，深入研究仓储技术与信息自动化技术，提高对物资的管理和控制的实时、协调和一体化，优化仓库布局和提高仓库的作业效率，并开发相应的管理控制软件的意义十分重要。1.4. 3本课题的研究内容本课题以实验室的自动化立体仓库模型为实验平台对自动化立体仓库进行研究和开发。本文详细探讨了立体仓库的控制系统设计部分的过程。本课题研究的内容主要是：基于P1.C的自动化立体仓库控制系统.1.5. 章小结本堂概要介绍分析自动化立体仓库系统的定义、特点和研究背兔，阐述了自动化立体仓库系统的发展情况，并概括本文的主要内容。2自动化立体仓库的总体构成2.1 自动化立体仓库的系统组成立体仓库是集机械、电子、通信网路、计算机、传感器和自动控制技术于一体，以搬运机械化、控制自动化、管理微机化、通信网络化为特征的现代化物流系统中牛产和储存的枢纽。自动化立体仓库设计是由土建、机械、电气和计算机技术等多专业的综合工程，这些专业技术在立体仓库的设计和施工中互相配合，互相交叉。自动化立体仓库从功能角度主要由货物存储系统、货物存取传送系统、控制和管理三大系统组成。在实际应用中，一个完整的自动化立体仓库还包括供电系统、空调系统、消防报警系统、称重计量系统、信息通信系统等。2.1.1 自动化立体仓库的实体构成一个的自动化立体仓库系统基本的三大功能就是货物存储、货物传送存取和控制管理，与之对应的二大系统即货物存储系统、货物存取传送系统、控制和管理二大系统,此三大系统及其周边设备组成共同实现了对货物自动化保管和计算机智能管理.1、货物存储系统本系统主要指立体货架。货架有悬臂货架、流动货架和货格式货架等形式，其中单元格式货架比较常见，本课题所使用的货架即为可移动单元格式货架.作为种承重结构，货架必须具有足够的强度和稔定性。托盘和货箱是作为仓库的货位单元存放器具，基本功能是装物料。2、货物存取传送系统本系统承担货物存取、出入仓库的功能，它由有轨或无轨堆煤机、出入库输送机、装卸机械组成。其中，堆躲机是立体仓库中重要的搬运设备，是立体仓库的心脏部分，是实现整个立体仓库系统“自动”功能的关键设备，影响着自动存储的作业效率和工作循环周期。堆躲机存取货物是由行走机构、升降机构、货叉伸缩机构联合运动完成作业的胃堆躲机由行走机构、起升机构、装有存取机构的载货台、机架车身和电气设备五部分组成。3、控制和管理系统如果说堆垛机是自动和立体仓库的心脏部分，那么其控制和管理系统就是它的大脑和神经系统。管理计算机是自动和立体仓库的信息管理中心，承担入库管理、出库管理、盘库管理、查询、打印及显示、仓库经济技术指标计算分析管理功能等。中央控制计算机是自动化立体仓库的控制中心。它沟通并协调管理计算机、堆垛机、出入库输送机等的联系：控制和监视整个自动化立体仓库的运行，并根据管理计算机或自动键盘的命令组织流程，以及监视现场设备运行情况和现场设备状态、监视货物流向及收发货显示，与管理计算机、堆垛机和现场设备通信联系，还具有对设备进行故障检测及查询显示等功能。直接控制是P1.C操作的单机自动控制器，它直接应用于堆垛机和出入库输送设备的控制系统，实现堆躲机从入库取货送到指定的货位，或从指定的货位去出货放置到出库取货台的功能。2.1.2自动化立体仓库功能结构自动化立体仓库系统的结构在不同企业和行业具有不同的特点，从功能层次看，可以将自动化立体仓库系统分为3个层次：管理层、监控层、执行层。图2.1系统功能层次框图具体到每一个层次所要实现的功能可以描述如下：1、管理层的主要功能：管理层是计算机物流管理系统，是自动化仓储系统的中枢，它主要有以下功能：接受上级系统生产系统、销传系统的指令：调度出入库作业，根据当前出入库任务的执行情况形成出入库指令和最佳作业路径：管理立体仓库的库存、入庵、出库管理和出、入库协调管理：统计分析物流设备利用率、立体仓库库存状态和设备的运行情况等。2、监控层的主要功能：它接受来自管理层的指令，控制物流设备完成指令所规定的任务。监控层的另一任务是实时监控物流系统的状态，将监控到的信息反馈到管理层，为管理层调度决策提供参考。3、执行层的主要功能：接受控制层的指令,控制设备执彳J各种操作。目前一般采用来实现动作控制。2.1.3自动化立体仓库的物流结构在自动化立体仓库中的物流就是货物进出仓库的流动过程。在货物到达入库口时，首先搬运车将之运送到入库台，在入库台上由人工或机械设备将货物放到堆躲机上，之后堆躲机再把货物送到指定的货格，这就是入库过程。相反方向即为出库过程。物流过程如下图2.2所示：堆垛机图2.2物流结构框图2.2本自动化立体仓库的硬件构成2. 2.1本系统采用的软硬件平台 管理系统开发软件：De1.phi7.0数据库开发软件：ACCeSS2000 P1.C编程软件：欧姆龙CX-PrOgranner6.0 硬件平台的组成：单元货格式仓库、欧姆龙可编程控制器、光电传感器、旋转编码器、红外通讯设备、变频潞、触摸屏、伺股电机及其驱动器等.2.2.2本系统的硬件结构组成本系统所研究的自动化立体仓库由移动货架、悬挂式堆躲机、两者的运动控制系统和其它配套设备组成。其示意图如图2.3所示:登货台图2.3立体仓库示意图1、移动货架本课题的货物存储系统为单元格式移动货架。本系统由4排沿X轴方向移动的货架组成，如图。货架底部装有三相异步电动机、滚轮、齿轮、连轴器和机械设备，电机通过带动链、齿轮、连轴器使滚轮转动进而使货架在导轨上自由移动。可以条每排货架包括4层4列共16个单元格,第元格尺寸为45Omm*31Omm*60Om1.n货架间可产生3个巷道,但由于移动货架的特点，只需空出一个挂道给堆垛机提供活动空间。在无操作时4排货架会密集排列在一起。这种货架的特点是仅需设置一条通道来进行堆垛机或叉车对货物的存取工作，在提高搬运频率的同时也可达到提高库存能力、优化物流和采用计兑机支持盘货的目的。但工作效率受货架移动速度的影响，适用于出入库频率较低的仓库。2、堆垛机堆垛机是货物传送系统中最重要的搬运设备，其控制系统性能影响着自动存储的作业效率和工作循环周期。在堆垛机多种行走方式中，本系统采用顶部驱动悬挂式堆躲机。天车是架在仓库立体架上的可沿、方向移动的运动装置，它带动堆躲机在X、Y方向自由运行。沿X、Y方向移动的机构是堆垛机的起升机构。起升机构由电动机、制动落、减速机、链轮组成。存取机构是块可伸缩的取货板。起升机构由电机拖动能条，带动存取机构沿方向运动。以下是堆垛机简图：图2.4堆垛机简图3、运动控制系统本自动化立体仓库的控制系统主要包括两部分：移动货架运动控制系统、堆垛机运动控制系统。两个控制系统的控制瑞都采用了PICProgmmmab1.e1.ogicContro1.1.er),即可编程控制黑。P1.C是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术发展起来的一种新型工业控制器，它具有可靠性高、环境适应性强、灵活通用、使用方便、维护简单等优点，已广泛应用于工业过程和位置自动控制中。大多数自动化立体仓库厂家都采川P1.C作为控制单元，只是在品牌、型号上有些差异。本课题根据实际佶况采用欧姆龙公司的CPH1.P1.C分别作为两个控制系统的控制器。在控制系统的其他部分，移动货架运动控制系统通过变须器来控制电机的运转，而堆垛机运动控制系统通过伺服驱动潜来控制伺服电机的运转。在反馈部分都采用了编码器。以下是两个运动控制系统的框图：移动货架运动控制系统：图2.5移动货架控制系统框图堆躲机运动控制系统：图2.6堆躲机控制系统框图两个控制系统都采用半用环控制系统。这种控制方案由于没有位移环，编码器直接和变频器相连，大大的减少了和上位控制机的运算地，实时性更好。同时配合光电开关停准，不受主控机运算速度影响，停准精度高。但由于位移开环控制，为了停准，可将最小速度的运行距离设置大一些，这样运行效率会受一点影响。4、其他在自动化立体仓库系统中，采用计算机管理系统完成整个仓库系统帐目管理和作业管理，并负贡与上级系统的通讯和企业信息管理系统的部分任务.另外，它还可以通过监控系统统一调度，通过监控画面可以直观的看到各设备的运行情况。在本系统中计算机管理系统由IPC(Industr),Persona1.COmPU1.er.简称工控机)及其配套的网络设备组成。自动化立体仓库系统为了实现对各种作业设备的控制和对各种数据信息采集，必须使用多种检测仪器。本系统所用到的检测设备有编码器、认址检测器、限位开关、货物位置异常检测装置、双重货位检测装置、光电开光、接近开关等。2.2.3自动化立体仓库的控制框图本系统以管理计并机为信息管理中心，以中央控制计算机为控制和监控中心，通过各种通信接1.1.来控制P1.q和机械设备实现准确存取货物的功能。以下是自动化立体仓库的控制框部省理计算机位置检测:货义触S,击落;图2.7系统控制框图2.3本章小结本章从总体上介绍了自动化立体仓库的实体结构、功能结构和物流结构。并I1.分析了本文所研究的自动化立体仓库的硬件结构组成和控制结构：移动货架、堆垛机及其运动控制系统和其他配套设备。3自动化立体仓库控制系统设计3.1 移动货架控制系统设计移动式货架是将带货架的底盘放置在轨道上，在底盘底部设置弱动和传动装置，靠屯机或其它装置使货架沿轨道横向移动的机械装置.当不需.要出入库作业时，各货架之间没有通道相隔，紧密排列：当需要存取货物时，自动或手动使货架移动，在相应的货架前开启一定的空间成为巷道堆垛机等设备的通道。完成货架移动的过程包含三大功能：自由移动、变速运行和位置检测。3.1.1 系统主要硬件介绍I、可编程控制器(P1.C)本系统所选用的控制器为欧姆龙CP1.H系列的种，型号为CP1.H-XA40DR-A.,它是欧姆龙公司在2005年推出的一款具有高度可扩展性，小型一体化可编程控制器，能涧足工业控制领域对设备的高性能、高集成度及提高维护性能的需求。如图31所示：图31CP1HP1.C此系列支持多种通讯方式，利用1个USB接口可以与电脑连接进行编程和调试，利用2个RS232或RS485可进行上位机连接、无协议通信、串行P1.C连接(最多9台)等，所以客户可根据实际情况进行自由连接，有利于简化程序，提局响能力。2、变频器变顼器是利用电力半导体器件的通断作用把工扬电源(50HZ或60HZ)变换成各种频率的交流电源，以实现电机的变速运行的控制装置.变频器基本原理为：交流电源经整流、滤波后变成直流电源，控制回路有规则逆变器的导通与截止，使之输出电压和频率可变的电源，驱动电动机运行.在木系统中，变频器用于货架控制系统对三相电机转速进行控制。所选用的变频器为欧姐龙3G3MZ-A4007型号，如图3.2所示：图3.23G3MZ-4007变频器3、编码耦图33E6C2-CWZ6CE编科器编码器是将机械角度物理盘的变化转换为电信号的种装置,本系统用的是旋转式增量型编码器。它的工作原理为：编码耦每旋转360°就提供一定数量的明或暗线脉冲(即分辨率)，此脉冲组合成相差90度的A、B、C、D四相的正弦波。本系统的货架控制系统中所选用的编码器是欧姆龙E6C2-CWZ6C.如图3.3所示。此系列编码器坚固简单，采用密封轴承、防满和防油性能好，增强r轴的带负载能力。轴的允许力为径向最大允许50N,轴向最大允许最大30N.其相关参数如下：(D电源电压：5-5%VDC-24+1.5%VDC.2)消耗电流：70mA以下.(3)输出项:A,B,Z项.(4)分辨率：600pr4、其它硬件设备除了以上介绍的设备之外，系统中还包括触摸屏、控制柜、空气开关、接触开关、按钮、接触器、指示灯、维电器等。3.1.2系统硬件结构为完成货架移动的各项功能，每个货架需要一台三相异步电动机，以P1.C为控制器，通过变频器对货架的运行进行控制，并且用编码器和接近开关进行反馈.如此本系统形成闭环控制系统，实现了货架自由移动、变速运行和位置检测。货架移动硬件结构图3.4如下：图34移动货架硬件结构框图3.1.3功能分析本系统主要有以卜几个主要功能：(1)移动控制：货架的前后移动、启动和停止.(2)变速运行控制：货架可在一定条件下低速或者高速状态下切换.(3)位置检测：货架在运行过程中可以实时检测自己所处位置以不至于和其他货架相撞。对于系统的移动控制和变速运行控制功能的实现，关键在于对变频器的运用。欧姆龙3G3MZ-A4OO7变频器可提供多段速运行，通过对变频器参数设置后选择相应的端子进行组合可实现不同频率的输出。以卜是变频器3G3MZ-A4007标准接线图：3相，100VACXA-C人一八_0-OA；R1.1.S12!Tu多功能输入1证卷伸D.多咖皤入2(反加停S1多功入1傍常输出)-M*-,a接点M3一b½缸IMC泠蟒热异特出多功能输入3(外部异常厂IS2多功能输入K异常及阳-53多功力蹄t入5(多段速指令，多功能输入6(多段速指令力SB一s6一SC邦率领翎衿辄V源端产A)舲多功幽瞬六微二黑M工ACRS4侬暄.用搭图3.5变频器363亿出4007标准接线图将SI和S2设置为电机正反转的控制端，将S5和S6设置为控制不同频率输出端的组合。下表3.6为变频器多段速运行部分的参数设置：参数设定值备注n4.O1.02线序（SI端子：正转/件止，S2端子：反转/停止）M071输入端rs5设定为多段速指令1n4.082输入端子S6设定为多段速指令2n5.0030频率指令1n4.0110频率指令2图3.6变频粉部分的参数设置其中，S5和S6可通过P1.C输入点的通断可组合出高、低频率输出，实现多段速控制：S5通，并且S6断开时为频率1输出,即高速运行：S5断开,并且S6通时为频率2输出,即低速运行。S1.和S2分别接到P1.C的正、反转控制输入点来控制电机的正反转。由此，由P1.C分别向S1.、S2、S5和S6输入通断信号的组合可实现货架的启停、前后移动和高低速运行。货架分为高、低速运行是为了在货架间的距离不是太近时可以快速运行以提高效率，在货架间距窗较小时低速运行而不致发生碰撞。因此，货架间的距离成了高低速切换的依据。在本系统中，货架的距圈通过接在电机轴上的编码器来测盘。在一个货架运行区间确定后，编码器所测量的脉冲数与货架所处位置是时应的，所以脉冲数可以反应运行距离的大小。在本设计中，一个货架运行区间的脉冲数为6000个，以下图表表示了区间内高低速运行的分段：包墩高速-低速0100O50006000脉冲数图3.7移动货架速度分段在货架刚启动运行时以低速运行，待运行100o脉冲所对应距离时转入高速运行，在区间还剩100O脉冲距离时再转入低速。在运行区间末端有接近开关进行检测，以保证货架不会发生碰搔.接近开关在与金属之间距离小于8mm时会产生控制佶号传送到P1.C,最后P1.C发出停止命令使电机停转。3.1.4P1.C程序实现根据功能分析，在P1.C中编制程序即可实现功能要求。主程序如下所示:KJCfa.H'v-Sfi11图3.8移动货架速度控制主程序程序中，利用PRV来接收脉冲并在存储第元中存入脉冲数据。通过2个CMP指令来识别货架运行距离，将运行区间分段，在不同分段按相应速度运行。最后一条MOV指令用来保存每次运行完或者中途伴止运行所处的位置，以便下次运行时系统按照当前所处位置继续运行.另外，本程序还考虑到触摸屏和上位机时货架进行操作，设置了对应的存储单元以供操作。3.2堆垛机控制系统设计3.2.1系统主要硬件介绍I、可编程控制器(P1.jC)本堆垛机控制系统所选用的控制器也为欧姆龙系列型号为CP1.H-XA40DR-AP1.Cji2、伺服驱动器和伺服电机图3.9伺服驱动器和伺服电机(D伺股驱动器本系统采用MADDTI207的A型伺服驱动器对伺服电机进行控制。输入电源：单相240-240V50HZ6()HZ0控制信号：输入10点,输出6点。脉冲信号：输入4点，输出4点。通讯功能:RS232主机1:1,RS485主机1.n(n<16).功能：速度控制、位置控制、转矩控制。(2)伺服电机伺服电机是在伺服系统中控制机械元件运转的发动机，是种补助马达间接变速装置，它可以控制速度和位置，并且精度非常准确。其将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。伺服电机可靠脉冲来定位，伺服电机接收到“个脉冲，就会旋转1个脉冲对应的角度，从而实现位移。伺服电机配合编码器可以使得伺服电机每旋转一个角度，都会发出对应数量的脉冲。这样，和伺服电机接受的脉冲形成了呼应，或者叫闭环，这样就能够很精确的控制电机的转动，从而实现精确的定位。在本系统中，控制堆垛机行走和升降所用的伺服电机为A4系列的MSMDo22P1.C型号。其特点为：而性能的实时自动调整增益：根据负载惯重的变化，与自适应滤波器配合，从低刚性到高刚性都叮以自动调整增益。高速高响应能力，速度响应频率最高囚KHZ.内置有瞬时速度观测器，可以高速、向分辩率地枪测出电机的转速；内置自适应源波器,可以根据机械共振频率不同而自动地调整陷波滤波器的频率。其相关参数如下：额定功率：0.2KW。额定转速：3000rmin.最高转速：5000rmin,制动器：DC24V电源“编码器：2500P/R增量式。3.2.2系统功能分析简单的说，堆燥机是一套主要对固定货架的货位进行定位，然后对货位内的货物进行存取操作的控制装置。在本系统中，堆躲机的运行由来控制，控制系统要的功能有：(1)作业命令处理：确定作业状态是自动还是手动：确定作业指令是取存货入库还是取货出库：确定作业地址包括货架排数、列地址和层地址。(2)位置检测：在堆垛机的行进方向和载货台的升降方向安装检测装置，检测装置向愉入检测信号以此可以判断堆躲机位芭和载货台位乱到达预定位置时，堆躲机自动停车。(3)速度控制及准确停车：根据堆垛机到目标位芭的距离，输出相应速度控制信号到伺服电机，在距目标不同距离产生不同运行速度以达到平稳启、停和运行.如在停车之前，要先把运行机构的速度降至螺动速度接近目标位置，以使能平稔制动停车。(4)安全保护：水平行走、载货台升降及货叉伸缩等都应该有限位保护。堆垛机的主要工作过程为:在控制系统接受上位机发送的控制命令之后，首先确定是入库还是出库操作。接着堆躲机由巷道口进入巷道,同时其升降台作升降运动到达界定的层数，当运动到指定的货位后，货叉开始运动，执行存取操作。然后货叉回位，堆垛机由此位置返回巷道口初始位置。堆垛机要实现正确的存取货物操作的关键在于其准确可靠的认址和定位，因此，必须保证其准确无误地定位在指定的货格。另外,为了准确定位和提高存取效率，必须对堆垛机的行列行走速度进行合理的控制。堆垛机是自动化仓库中最主要的搬运设备，若使堆躲机准确可就得存取货物，准确的认址定位是要解决得关键技术问题.，在研究堆垛机运行系统的问题时，首先要解决堆躲机的自动定位问题，即堆燥机必须具备自动认址及精确定位的功能。当前自动化立体仓库的应用中位置检测方式有很多，其中最普遍的有光电开关检测、数字编码器检测和激光测距仪检测。堆垛机的认址按照定位方式可分为绝对认址和相对认址两种。1、绝对认址(D门牌式门牌式绝对认址是在优格每一列上安装的红外光电开关，在立柱每一层距离安装起升光电开关，进行位置检测和自动寻址.堆垛机每次在巷道行走时，认址档板对光电开关挡光或透过，光电开关会产生通、断两种状态,进而形成一组位的2进制编码。这种认址方法P1.C的编程简堆，认址可靠，但由于货格数量多而导致光电开关太多，使得硬件成本较高，调试安装狂杂。绝对认址根据工作原理分为光电开关绝对认址、旋转编码器认址、条形码认址，(2)数字式数字绝而认址方式主要仃：旋转编码器认址、激光测距认址和条码带位置认址方式。旋转编码器认址方式：堆垛机运行使用伺服电机或所用的电机配有