自动化立体仓库系统.docx

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自动化立体仓库系统

摘要

自动化立体仓库系统（AutomatedStorageandRetrievalSystemshortedforAS/RS）是现代物流系统的一个重要组成部分，广泛应用于各行各业中。

目前，它已经成为企业生产和管理信息化的标志之一。

本文在立体仓库的规划设计方面提供了利用仿真辅助设计的方法，对提高立体仓库作业的效率，合理配置立体仓库的物流设备，以及检验整个流程设计的合理性有着很大的实际应用价值。

本文内容分为以下四个部分：

第一部分是立体仓库的构成特点和功能.还有立体仓库的设计原则和步骤,是以下几个部分的研究基础,这部分内容主要体现在第1章。

第一部分是对PLC的介绍，主要体现在第2章。

第三部分是立体仓库的设计阶层，阐述了自动化立体仓库的仿真与建模理论，介绍了基于三菱PLC所设计的立体仓库的功能及控制原理，主要体现在第3章。

第四部分是步进电机及其驱动器，介绍了步进电机的选型和其驱动器的工作原理及其型号。

主要体现在第4章。

此次设计的效果可以改变参数输入，通过模拟生产情况及波动对系统造成的冲击，从而避免了在理想化状态下系统设计所无法预料的各种因素，对系统的堵塞有着形象和直观的解决方案.

总之，立体仓库因其较小的占地面较佳空间利用率，应用正逐渐普及。

为满足现代化生产和流通的需要,就必须采取以计算机控制主要手段的自动化立体仓库.

关键词:

立体仓库；PLC；物流

Abstract

AS/RS（AutomatedStorageandRetrievalSystemshortedforAS/RS）isanimportantpartofmodernmaterialflowsystemandiswidelyappliedtoeverywalkoflife。

Presentlyithasbecomeoneofthesignsinenterpriseproductionautomationandmanagementinformation。

ThisarticleputsforwardthewaytodesignandlayoutAS/RSassistedbycomputersimulation，andithasverygreatpracticalapplicationvaluetoimprovetheoperationefficientofthestereoscopicwarehouse，todistributethelogisticsequipmentsofthatwarehouserationally，andtotestthewholedesignoftheMaterialflowandInformationflow.

Thecontentofthearticleiscomposedofthefollowfourparts：

Thefirstpart,whichisthebasisofthestudy,concludesthestatementofthestructureofAS/RS，thecharacteristicofAS/RS,thefunctionoftheAS/RSandtheprincipleandstepofdesign.Thefirstpartisexplainedinthechapterone。

Thesecondpart,whichistheintroducedofPLC.Thesecondpartisexplainedinthechaptertwo.Thethirdpart，whichisthestudyoftheoryofdesignofAS/RS.expatiatesonthetheoryofsimulationandmodeling,introducestheobjectsandmodeling，andintroducesthefunctionsoftheAS/RSwhichdesignofPLC。

Thethirdpartisexplainedinthechapterthree.ThefourthpartisintroducesofsteppermotorandactuatorabouttypeandPrinciple，Thefourthpartisexplainedinthechapterfour。

Wecanalseseetheplacewheretheblockandbottle—neckhavetakenplaceandstatehowtheydevelop,reflectingbythesystemofsimulation。

Bychangingtheinputoftheparametersandsimulatingtheprocessofproductionandtheimpulsionofsystemarosedbyflactuation，wecanavoidvariousunforeseenfactorsofsystemdesigninthestateofidealization，havevisualandintuitionisticsolvingwayfortheblockofthesystem。

。

Inconclusion，Theapplicationofautomaticwarehousewithlessfloorspaceandbetterspaceutilizationratiohasbeenpopularizinggradually.Tomeettherequirementofthemodernproductionandnegotiation，itshouldusethewarehousewiththecomputercontroltechnology

KeyWords：

AS/RS；PLC；Logistics

引言

第1章概述

1。

1自动化立体仓库的发展情况概述

1。

2自动化立体仓库的发展过程及其发展趋势

第2章可编程控制器的介绍

2.1PLC的功能简述

2.2PLC的优势

2.3PLC的分类

2.4PLC的选型

25三菱FX系列PLC简介

2。

5.1FX2,FX2C系列PLC

2。

5.2FX2N系列PLC

第3章立体仓库的设计

3。

1立体仓库的系统功能及特点

3。

2立体仓库的设计原则及设计过程

3.3立体仓库的基本组成

3.4立体仓库的控制系统的设计

3。

4。

1/O分配与功能

3。

4.2控制系统设计

3。

4。

3直流电机的控制

3.4.4译码器与LED显示器

第4章步进电机及其驱动器

4。

1步进电机驱动器

4。

2步进电机

4。

2.1步进电机选型

4.2。

2步进电机控制

4。

3步进电机转速和转向的检测

第5章结论

参考文献

致谢

附录A

附录B

附录C

插图清单

表格清单

引言

随着经济的发展和技术的进步，企业物资仓储的手段在不断地改善,自动化立体仓库己成为当今企业发展的强劲趋势。

近年来，随着物流内涵的不断扩展，物流管理手段、技术都在不断地改善和提高,缩短物流时间、节省物流费用、提高物流效率、使物流组织合理化是经济发达国家物流发展的共同特征。

为了实现物流对国民经济发展的支持目标，各国政府在物流活动的各个环节投入巨额资金,以便扩大基础设施规模、提高基础设施质量,使物流业水平不断提高，目前已拥有了现代化的物流业基础设施

为适应我国经济的快速增长的势头,自动化立体仓库起到不可磨灭的作用，此次设计用PLC作为控制机灵活、方便也就是为了适应其步伐。

随着国民经济持续快速发展,我国物流也呈现出快速增长的势头。

国民经济发展对物流的依赖程度越来越高。

物流增加值增长继续快于服务业的发展速度，现代物流已经成为加快发展第三产业，推动经济结构调整的必不可少的重要措施。

另一方面，由于我国物流刚刚摆脱计划经济体制的束缚，目前还没有形成一个比较完整的体系。

另外，我国物流企业与物流组织的总体水平低，设备陈旧，损失率大、效率低，运输能力严重不足,效率偏低，制约了物流的发展。

因此，从总体来说,我国的物流的发展仍处于起步阶段。

现代科技的发展对立体仓库的要求也越来越高了主要体现在几个方面:

（l）自动化程度不断提高，近年来采用可编程控制器（PLC）和微机控制搬运设备的仓库和采用计算机管理与PLC联网控制的全自动化仓库在全部立体仓库中的比重不断增加。

在生产企业，自动化仓库作为全计算机集成制造系统（CIMS）的一部分与全厂计算机系统联网的应用也日益增多，成为今后的趋势。

（2）大型自动化仓库系统己不再是发展方向。

为了适应工业发展的新形势,出现了规模更小，反应速度更快，用途更广的自动化仓库系统。

它结合先进的控制技术，应用到分段输送和按预定线路输送方面，保持了高度的柔性和高生产率，满足了工业库搬运的需要。

（3）应用领域日趋广泛，从制造工厂、商场、机场、港口、军需部门到地下室冷库等各行各业均有采用.仓库存储货物品种类也日益多样化，除了大多数仍是制成品外，储存品种越来越多.大到6m以上、重4至10t的钢板、钢管等长、大件,小到电子原器件的立体仓库，还有专门用作汽车存储的立体仓库等均己出现。

（4）提高仓库运转的可靠性与安全性.在仓库自动控制与信息传输中采用高可靠性的硬、软件，增强抗干扰能力.国外自动化仓库这方面发展的一个方向是普遍采用扫描技术，提高信息的传输速度和准确性，采用射频数据通信技术，数据的采集、处理和交换能够在搬运工具与中央计算机之间快速进行，使货物的存取和发送信息做到快速、实时、可靠和准确。

本次设计既着眼与未来又考虑到现在，通过PLC对步进电机及直流电机的控制实现了各个方向的进给。

步进电机有其专门的驱动器来驱动，通过人机界面可以模拟控制同时也可以遥控。

第1章绪论

1.1立体仓库的发展情况概述

自动化立体仓库作为现代化物流的重要组成部分，具有提高仓储自动化水平及管理水平、提高物流效率等诸多优点,是一种多层存放货物的高架仓库系统，主要由多排高层货架、巷道、若干台巷道堆垛机、出入库输送设备、自动控制与管理系统所组成。

巷道堆垛机及出入库辅助设备能够在计算机管理下，自动完成。

货物的出入库作业、对货物进行自动化管理,实施综合库房管理并与上级管理系统联网,实现管理现代化，是企业实现现代化管理的重要手段。

1.2自动化立体仓库的发展过程及其发展趋势

立体仓库的产生和发展是第二次世界大战之后生产和技术发展的结果。

50年代初，美国出现了采用桥式堆垛起重机的立体仓库;50年代末60年代初出现了司机操作的巷道式堆垛起重机立体仓库；1963年美国率先在高架仓库中采用计算机控制技术，建立了第一座计算机控制的立体仓库。

此后，自动化立体仓库在美国和欧洲得到迅速发展，并形成了专门的学科。

60年代中期，日本开始兴建立体仓库，并且发展速度越来越快，成为当今世界上拥有自动化立体仓库最多的国家之一。

总结其过程，到现在大致经历了四代的发展，并逐步向第五代过渡.

（1）20世纪60年代产生的第一代机械式立体仓库系统（MechanicalHigh—riseWarehouseSystem）中，操作人员可通过一些电器按钮和开关来控制一些机械设备进行入、出库作业，实现了搬运的机械化；

（2）到了70年代末期，随着可编程控制器PLC、自动存取AS/RS（AutomaticStorageandRetrievalSystem），自动导向小车AGVSAutomaticGuidedVehicles）条形码阅读器,（Bar-—codeScanner）等设备在立体仓库中的应用,第二代自动化仓库系统（AutomatedHigh—riseWarehouseSystem）实现了控制自动化;

（3）到上世纪80年代末，计算机技术的异军突起及其在自动化仓库系统中的成功应用，导致了第三代集成化立体仓库系统（IntegratedHigh—riseWarehouseSystem）的诞生，形成了由管理级、监控级、控制级组成的三级分布式控制结构，上位管理机协调控制整个仓库系统的出、入库作业和库存管理，并且与上位工厂计算机信息管理网相联结,实现管理微机化;

（4）进入90年代，出现了第四代智能型立体仓库系统（IntelligentHigh-riseWarehouseSystem），该类仓库系统不仅实现了对出、入库任务和仓库信息的全自动处理，而且还可根据生产计划报表分析、制定出所需材料与劳动力，并依据物资的现有库存量提出外购建议，当某些物资库存量不能满足生产需要时，系统还可根据现有在库物资适当修改生产计划，并上报工厂相关部门，诸如此类人工智能己逐步溶入了立体仓库系统中;

（5）此外，随着电子数据交换EDI（ElectronicDataInterchange）技术的日臻完善,目前，自动化仓库系统逐步向第五代“3I”（Intelligent，Integrated,Information）仓库系统过渡.

总之，随着经济的发展和技术的进步，企业物资仓储的手段在不断地改善，自动化立体仓库己成为当今企业发展的强劲趋势。

未来自动化立体仓库的发展趋势主要表现为：

（l）自动化程度不断提高,近年来采用可编程控制器（PLC）和微机控制搬运设备的仓库和采用计算机管理与PLC联网控制的全自动化仓库在全部立体仓库中的比重不断增加.日本1991年投产的1628座自动化仓库中，64%是计算机管理和控制的全自动化仓库，而人工操纵的一座都没有。

在生产企业，自动化仓库作为全计算机集成制造系统（CIMS）的一部分与全厂计算机系统联网的应用也日益增多，成为今后的趋势.

（2）大型自动化仓库系统己不再是发展方向。

美国Hallmark公司安装的多达120个巷道的系统己达到了顶峰,甚至10至20个巷道的系统也经常不是首选。

为了适应工业发展的新形势，出现了规模更小，反应速度更快,用途更广的自动化仓库系统。

它结合先进的控制技术，应用到分段输送和按预定线路输送方面，保持了高度的柔性和高生产率，满足了工业库搬运的需要。

（3）在堆垛机方面，不断推出具有新的物理外形和更高性能的设备。

最新的开发包括提高电子和控制技术，在使堆垛机具有更高定位精度的同时,提高搜索能力和运行速度，以期获得更短的操作周期和更大的生产能力。

目前，巷道式堆垛机的起升速度己经可以达到90m/min，运行速度达到240m/min,货叉伸缩速度达到30m/min。

在有的高度较大的立体仓库中，采用上、下两层分别用巷道堆垛机进行搬运作业的方法提高出入库能力。

（4）应用领域日趋广泛，从制造工厂、商场、机场、港口、军需部门到地下室冷库等各行各业均有采用。

仓库存储货物品种类也日益多样化，除了大多数仍是制成品外，储存品种越来越多。

大到6m以上、重4至10t的钢板、钢管等长、大件，小到电子原器件的立体仓库，还有专门用作汽车存储的立体仓库等均己出现。

（5）提高仓库运转的可靠性与安全性.在仓库自动控制与信息传输中采用高可靠性的硬、软件，增强抗干扰能力。

国外自动化仓库这方面发展的一个方向是普遍采用扫描技术，提高信息的传输速度和准确性，采用射频数据通信技术，数据的采集、处理和交换能够在搬运工具与中央计算机之间快速进行，使货物的存取和发送信息做到快速、实时、可靠和准确。

在仓库安全性方面,采用自动消防系统，货架涂刷耐火涂层,开发新的更可靠的检测与认址器件。

（6）在拣选作业自动化方面，各国正加紧研究开发可供实用的拣选自动化设备和系统,但尚未真正达到能可靠实用阶段。

目前提高拣选作业自动化程度的途径仍只限于计算机指导拣选，包括优选作业路线、自动认址、提示挑选品种和数量等等，而拣选动作大多仍由人工完成。

第2章可编程控制器的介绍

可编程控制器（ProgrammableController）是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。

早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController），简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。

随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC.但是为了避免与个人计算机（PersonalComputer）的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC。

国际电工委员会给PC作了如下定义：

“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。

它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制,定时,计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入输出控制各种类型的机械或生产过程。

可编程控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。

”

2.1PLC的功能简述

2.1.1PLC的主要特点

1、高可靠性

所有的I/0接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与PLC内部电路之间电气上隔离.

各输入端均采用R—C滤波器，其滤波时间常数一般10—20ms.

各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰。

采用性能优良的开关电源。

对采用的器件进行严格的筛选。

良好的自诊断功能,一旦电源或其他软，硬件发生异常情况，CPU立即采用有效措施，以防止故障扩大。

大型PLC还可以采用由双CPU构成冗余系统或有三CPU构成表决系统，使可靠性更进一步提高。

2、丰富的I/O接口模块

PLC针对不同的工业现场信号,如:

交流或直流；开关量或模拟量；电压或电流:

脉冲或电位；强电或弱电等.有相应的Il0模块与工业现场的器件或设备，如:

按钮、行程开关、接近开关、传感器及变送器、电磁线圈、控制阀等直接连接。

另外为了提高操作性能，它还有多种人—机对话的接口模块；为了组成工业局部网络，它还有多种通讯联网的接口模块，等等。

3、采用模块化结构

为了适应各种工业控制需要，除了单元式的小型PLC以外，绝大多数PLC均采用模块化结构。

PLC的各个部件,包括CPU，电源，I/O等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。

4、编程简单易学

PLC的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式，对使用者来说，不需要具备计算机的专门知识,因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。

5、安装简单，维修方便

PLC不需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接运行。

使用时只需将现场的各种设备与PLC相应的I/O端相连接，即可投入运行。

各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。

由于采用模块化结构，因此一旦某模块发生故障，用户可以通过更换模块的方法，使系统迅速恢复运行.

2.1.2基本控制功能

随着自动化技术、计算机技术及网络通信技术的发展,使PLC的功能日益增多，不仅能实现单机控制，而且能实现多机群控制;不仅能实现逻辑控制，还能实现过程控制、运动控制和数据处理等。

其主要功能有：

1、基本控制功能：

PLC提供与、或、非等各种逻辑指令，可实现继电器触点的串联、并联和串并联等各种联结的开关量控制.同时PLC提供的定时、计数指令可实现定时、计数功能，其定时值和计数值可由用户在编程时设定，又可用数字拨盘开关来设定，其值可在线修改,操作十分方便。

2、步进控制功能：

PLC提供专门用于步进控制的步进指令，编程使用方便。

所谓步进控制,即多工步控制中，按照一定的顺序分步动作,也就是上一个工序完成后，才开始下一个动作。

3、模拟控制功能:

PLC提供各种智能模块,如模拟输入模块、模拟输出模块、模拟输入输出模块、热电阻用模拟输入模块、热电偶用模拟输入模块等，通过使用这些模拟输入输出模块，可实现温度、流量、压力、速度、位移等模拟量的控制.

4、定位控制功能:

PLC提供高速计数模块、定位模块、脉冲输出模块等智能模块，以实现各种要求的定位控制。

联等各种联结的开关量控制。

同时PLC提供的定时、计数指令可实现定时、计数功能,其定时值和计数值可由用户在编程时设定，又可用数字拨盘开关来设定，其值可在线修改,操作十分方便。

5、网络通信功能:

通过RS232C接口可与各种RS232C设备进行通信,如可与PC、打印机、条形码读出器等具有RS232C接口的外部设备相连;通过RS422接口可与数据存储单元

（DU）、人机界面（GOT）相连：

通过RS485通讯适配器和机能扩充板，可用计算机作主机，PLC作就地控制机，形成一个PLC网络系统,对PLC进行集中监视管理，从而对整个生产线，乃至整个工厂进行监视。

6、自诊断功能：

PLC本身具有较强的自诊断功能，保证在CPU,RAM,UO总线等核心硬件都下沉的情况下，执行用户控制程序。

一旦出现故障,立即给出出错信息,并采取相应的处理措施。

为了提高PLC的可靠性,在硬件，采用屏蔽、滤波、隔离、电源保护以及模块式结构等措施；在软件上，采取定期进行故障检测，注意对出现偶发性故障时的信息保护和恢复，加强对程序的校验和死循环的检查以及对程序和动态数据的电池后备等措施。

7、显示监控功能：

借助于编程器或数据设定单元，可直观的显示有关部分的运行状态，并可方便的调整定时器、计数器的设定值，为调试和维护提供方便。

2。

2PLC的优势

PLC与传统的继电器控制系统相比，具有以下优点:

1、用性好，接线简单,通过选配相应的模块便可适用于各种工业控制系统.继电器控制系统是针对各种控制要求专门设计的，只要控制要求改变，其接线就要跟着改变。

因而专用性强、通用性差。

而PLC是专为工业控制而设计的,通过选配相应的模块就可以适应各种不同的工业控制系统。

当生产工艺改变或生产设备更新时，不必更改PLC硬件，只要修改用户程序就可以满足控制要求:

同一台也可用于不同的控制系统中,只需要改变程序即可实现不同的控制要求。

2、功能强.

现代PLC使用程序可实现任意复杂的控制功能，PLC不仅具有逻辑运算和逻辑控制功能外，还具有模拟量控制、顺序控制、位置控制、高速计数以及网络通信等功能。

这些都是传统的继电器控制系统实现不了或很难实现的。

3、可靠性高。

PLC是以面向用户、面向现场的需要而设计的，其大量的开关动作由无触点的电子电路来完成的，大部分的继电器和复杂的连线都被软件所取代,因而可靠性高，寿命长。

此外在硬件的设计和制造上采用了电磁屏蔽、滤波、光电隔离等一系列抗干扰措施；在软件上,采用故障检测、信息保护和恢复、设置警戒时钟、加强对程序的检查和校验、对程序和动态数据进行电池后备等措施，进一步提高其可靠性和抗千扰能力。

而在继电器控制系统中，由于使用大量的机械触点，连线复杂，触点在开闭时易受电弧的损害，因而继电器易受触点寿命和接触不良的限制.

4、接线和编程简单,使用方便。

PLC是一种为适应工业环境而设计的专计算机，其输入输出接口都已做好.使用时可与控制系统的用户设备直接相连。

输入接口可与各种开关、按钮、传感器相连，输出接口具有较强的驱动能力，可以直接与继电器、接触器、电