自动化立体仓库的控制装置说明书

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中北大学信息商务学院 2011 届毕业设计说明书 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。 我国对立体仓库及其物料搬运设备的研制开始并不晚，1963 年研制成第一台桥式堆 垛起重机，1973 年开始研制我国第一座由计算机控制的自动化立体仓库，该库 1980 年 投入运行。到目前为止，我国自动化立体仓库数量已超过 200 座。立体仓库由于具有很 高的空间利用率、很强的入出库能力、采用计算机进行控制管理而利于企业实施现代化 管理等特点， 已成为企业物流和生产管理不可缺少的仓储技术， 越来越受到企业的重视。 自动化仓库应用范围很广，几乎遍布所有行业。在我国，自动化仓库应用的行业主 要有机械、冶金、化工、航空航天、电子、医药、食品加工、烟草、印刷、配送中心、 机场、港口等。 1969 年美国数字设备公司（DEC）研制书世界第一台可编程控制器，并成功地应用 在美国（GM）的生产线上。但当时只能进行逻辑运算，故称为可编程逻辑控制期，简 称 PLC（programmable logic controller） 。 70 年代后期，随着微电子技术和计算机的迅猛发展，使 PLC 从开关量的逻辑控制扩 展到数字控制及生产过程控制域，真正成为一种电子计算机工业控制装置，故称为可编 程 控 制 器 ， 简 称 PC （ programmable controller ） . 但 由 于 PC 容 易 与 个 人 计 算 机 （programmable computer）相混淆，故人们仍习惯地用 PLC 作为可编程器的缩写。 1985 年国际电工委员会（IEC）对 PLC 的定义如下： 可编程控制器是一种进行数字运算的电子系统，是专为在工业环境下的应用而设计 的工业控制器，它采用了可以编程的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控 制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字或模拟式的输入和输出，控制各 种类型机械的生产过程。 PLC 是继电器逻辑控制系统发展而来，所以它在数学处理、顺序控制方面具有一定 优势。继电器在控制系统中主要起两种作用： （1）逻辑运算（2）弱电控制强电。 PLC 是集自动控制技术，计算机技术和通讯技术于一体的一种新型工业控制装置， 已跃居工业自动化三大支柱（PLC、ROBOT、CAD/CAM）的首位。可编程控制器，简 称 PLC。它在集成电路、计算机技术的基础上发展起来的一中新型工业控制设备。 具 有 1.可靠性高、 抗干扰能力强 2.设计、 安装容易， 维护工作量少 4.功能强、 通用性好 5. 开发周期短，成功率高 6.体积小，重量轻、功耗底等特点。已经广泛应用于自动化控制
中北大学信息商务学院 2011 届毕业设动存取系统，它是一种用高层立体货架（托盘 系统）存储
物资，用自动控制堆垛机进行存取作业，用计算机控制管理的仓库。自动化立体仓库除 了具有传统仓库的基本功能外，还具有分拣、理货的功能，以及在不直接进行人工处理 的情况下，自动存储和取出物料的功能。 自动化立体仓库也称立库， 是在不直接进行人工参与的情况下自动地存储和取出物 料的系统。它是采用高层货架存储货物，用专门的仓储作业设备进行货物出入库作业的 仓库。 与传统继电器接触装置相比， PLC 具有体积小、 抗干扰能力强和可靠性高等优点。 现代意义上的立体仓库，是物流机械和计算机技术地完美结合，仓库作业全部实现自动 化. 可编程控制器(Programmable Logic Controller)，简称 PLC。它是 20 世纪 70 年代 以来，在集成电路、计算机技术基础上发展起来的一种新型工业控制设备。由于它具有 功能强、可靠性高、配置灵活、使用方便以及体积小、重量轻等优点，国外已广泛应用 于自动化控制的各个领域，并已成为实现工业生产自动化的支柱产品。近年来，国内在 PLC 技术与产品开发应用方面发展很快， 除有许多从国外引进的设备、 自动化生产线外， 国产的机床设备已越来越多地采用 PLC 控制系统取代传统的继电-接触器控制系统。与 继电—接触器系统相比系统更加可靠；占位空间比继电—接触器控制系统小；价格上能 与继电—接触器控制系统竞争；易于在现场变更程序；便于使用、维护、维修；能直接 推动电磁阀、接触器与于之相当的执行机构；能向中央执行机构；能向中央数据处理系 统直接传输数据等。 1.1 立体仓库概述 1.1.1 立体仓库发展历史 立体仓库一词起源于“高层货架”，一般是指采用几层、十几层乃至几十层高的货 架储存单元货物，随着科技的发展，人们逐渐采用起重、装卸、运输机械设备等相应的 物料搬运设备进行货物入库和出库作业的仓库。由于这类仓库能充分利用空间储存货 物，故常形象地将其称为“立体仓库” 。 早在 20 世纪 50 年代初期，美国就出现了使用桥式堆垛起重机的仓库。这种起重机
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中北大学信息商务学院 2011 届毕业设计说明书 其中自动化的立体仓库更是具有广阔市场前景。它集机械、电子、控制、计算机技 术于一体， 具有科技含量高， 货物存取效率高和自动化程度高等优点， 在物流监控技术、 计算机应用技术、通信技术、货位优化管理等技术领域都有很好的应用。从制造工厂、 商场、机场，到港口、军需部地下室冷库到都少不了立体仓库的身影，特别是随着人们 生活水平的提高，自我国的机动车数量日益猛增，传统的停车场已经不能满足人们的需 求，于是人们将立体仓库这一理念和技术应用于停车库，很多城市都相继出现了立体停 车库，使停车难的问题逐渐得以缓解，所以为了更好的合理利用资源、保证产需均衡、 提高物流效率，我们对于自动化立体仓库的研究迫在眉睫。 1.3.2 科技意义 近些年我国自动化仓库技术发展很快，尽管如此，至今在我国已建成的集成化仓储 系统还不多，我国的自动化立体仓库与国外发达国家相比，无论是从数量上还是从建设 水平上都有着比较大的差距，究其原因，自动化程度不够是一个很大的缺陷。 对此能较有效的改善这一缺陷的方法就是在控制系统中采用 PLC 控制器，因为 PLC 功能强大，可靠性高，抗干扰能力强，维修方便，易于实现机电一体化，可以完全满足 立体仓库工作环境和控制系统的要求。 通过 PLC 控制的立体仓库克服了继电接触控制系 统中的机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用 了微处理器的优点，又照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯，特别是 PLC 的程序 编制，不需要专门的计算机编程语言知识，而是采用了一套以继电器梯形图为基础的简 单指令形式，使用户程序编制形象、直观、方便易学，调试与查错也都很方便。 另外，当前各领域中使用的立体仓库往往是很庞大的系统，研制立体仓库往往需要 投入很大的人力和财力，这给立体仓库的研究带来很大难度，令很多科技研发和教学研 究机构望而却步，针对这一难题，可以通过设计制作小型的立体仓库模型，对其加入控 制系统，并通过对其进行模拟调试，再将其研究成果应用于立体仓库的生产研制，这样 一来既节约成本，提高效率，也可以更为广泛的开展对于立体仓库的研究。事实证明， 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，如德国 Veltins 啤酒厂制酒仓库，还有 Metzler optik partner AG 公司的小件仓库，通过提高运送速度和加快工作循环，达到 了惊人的仓库利用率。
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中北大学信息商务学院 2011 届毕业设计说明书 是在通用桥式起重机的小车上装设堆取货物的装置，从地面上用按钮进行操纵，其结果 是使货架间的通道大大减小，单位面积的储存量平均增加了 50%多。此后立体仓库在美 国和西欧得到迅速发展。 1963 年美国某公司首先在仓库业务中采用计算机控制， 仓库高 度已达 12 米。 20 世纪 60 年代中期， 日本开始兴建立体仓库， 而且发展的速度越来越快， 据日本“产业机工”的统计，到 1982 年，日本已拥有各种立体仓库 3257 座，几乎相当 于欧美国建拥有量得总和。 立体仓库由于具有很高的空间利用率、很强的入出库能力、采用计算机进行控制管 理又利于企业实施现代化管理等特点，已成为企业物流和生产管理不可缺少的仓储技 术，越来越受到企业的重视。 1.1.2 立体仓库的组成 立体仓库一般由高层货架、 仓储机械设备、 建筑物及控制和管理设施等部分组成 。 货架的形式有很多，材料一般用钢材或钢筋混凝土制作。钢货架的优点是构件尺寸小， 仓库空间利用率高，制作方便，安装建设周期短。而且随着高度的增加，钢货架比混凝 土货架的优越性更加明显。为了提高货物装卸、存取效率，自动化立体仓库一般使用货 箱或托盘盛放货物。货箱与托盘的基本功能是盛放小件物料，同时还应便于运输车和堆 跺机的插取和存放。搬运设备是自动化仓库中的重要设备，它们一般由电力驱动，通过 手动或自动控制，实现把货物从一处搬运到另一处。输送系统必须具有高度的可靠性。 在立体仓库内， 一般只有一套输送系统， 一旦发生故障， 就会使整个仓库工作受到影响。 所以，要求输送系统的各个环节上的设备可靠、耐用、维修方便。对输送系统设置手动 控制做后备。 1.2 国内外研究现状 立体仓库一般是指采用几层、十几层乃至几十层高的货架储存单元货物，用相应的 物料搬运设备进行货物入库和出库作业的仓库。由于这类仓库能充分利用空间储存货 物，故常形象地将其称为“立体仓库” 。 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 1963 年美国率先在高架仓库中采用计算机控制技术， 道式堆垛起重机立体仓库； 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
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中北大学信息商务学院 2011 届毕业设计说明书 的各个领域，并已成为实现工业生产自动化的支柱产品。与继电——接触器系统相比系 统更加可靠；占位空间比继电——接触器控制系统小；价格上能与继电——接触器控制 系统竞争；易于在现场变更程序；便于使用、维护、维修；能直接推动电磁阀、触器与 于之相当的执行机构；能向中央执行机构；能向中央数据处理系统直接传输数据等[3]。 自上世纪 60 年代以来，美日欧等国家和地区设计和投入使用的立体仓库越来越多， 立体仓储技术已成为一门新兴的学科。据不完全统计，美国有各种类型的自动化立体仓 库 20000 多座，日本有 38000 多座，德国有 10000 多座，英国有 4000 多座，前苏联有 1500 多座。 堆跺机是自动化立体仓库的主要作业机械， 担负着出库、 进库、 盘库等任务， 是自动化立体仓库的核心部件， 自动化立体仓库的发展就是以堆跺机的发展为主要标志 的，目前巷道式堆跺机为主要发展方向[1]。 1963 年研制成第一台桥式堆垛起 在我国， 立体仓库的发展是从 70 年代初期开始的， 重机，1973 年开始研制我国第一座由计算机控制的自动化立体仓库（高 15 米，机械部 起重所负责） ，该库 1980 年投入运行，由北京机械工业自动化研究所等单位研制建成我 国第一座自动化立体仓库，并在北京汽车制造厂投产[9]。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，目前我国己建成的立体仓库近 300 个，其中全自动化 1995 年建成的仪征化纤工业联合公司涤纶长丝自动化立体仓库， 的立体仓库有 30 多个。 是目前我国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，己实现了与其它信息决策系统的集成，并正在做智能控制和模糊控制的 研究工作。尽管如此，至今在我国已建成的集成化仓储系统还不多，我国的自动化立体 仓库与国外发达国家相比，无论是从数量上还是从建设水平上都有着比较大的差距。 因此， 进行立体仓库的 PLC 控制系统的设计， 可以推动机械手行业的发展， 扩大 PLC 在自动控制领域的应用，具有一定的经济和理论研究的价值。 1.3 立体仓库的研究意义 1.3.1 社会意义 立体仓库的特点在于以高层立体货架为标志，以成套先进搬运设备为基础，以先进 的计算机控制技术为主要手段， 高效率地利用仓储空间， 节约时间和人力进行各种作业， 具有巨大地社会效益和经济效益， 因此被普遍应用于机器制造业、 电器制造业、 航空港、 轻工和化工企业、商储业、军需部门等各行各业。