立体仓库电控系统的研究

第1章绪论自动化立体仓库又称立库、高层货架仓库、自动仓储AS/RS(Automatic1959年美国开发了世界上最早的自动化立体仓库，并在1963年最早使用计算机进行自动化立体仓库的控制管理。后来动化立体仓库。进入20世纪80年代，自动化立体仓库在世界各国发展迅速，1974年在郑州纺织机械厂建成我国第一座自动化立体仓库，但我国在这和机械监视器等控制设备运行。机械化满足了人们第三阶段—自动化仓储技术阶段：50年代末和60年代，采用自动导引小车(AGV)、自动货架、自动存取机器人、自动识别和自动分拣等系统。70年代和80年代，旋转式货架、移动式货架、巷道式堆垛机和其他搬运设备也加入了自系统有机协作，这样的总体效益和生产应变能力远远超过各部分独立效益的总个巷道的系统己达到了顶峰，甚至10~20个巷道的系统也库独立型仓库也称为"离线"仓库，它是指从操作流程及经济性等方面来说都机的大梁上悬挂一个门架(立柱),利用门架的上下和旋转来搬运倒。1967年日本开始安装了高度20-25m高层堆垛机，1969年出现了联机全自动化仓库。1973年建成了世界上第一座一40℃的极低温用于贮藏生鲜食品的自机随之逐渐的取代了桥式起重机。我国是在70年代初期开始研究采用巷道式堆自动的立体仓库有30多个。轨)运行。通过下部两组水平轮沿轨道运行导向，在堆己由20世纪70年代的子母电动机改为变频调速，速度由550m/min提升至4-160m/min,国外小载重量的堆垛机最高可达300m/min;提升驱动己由20世纪70年代的双速电动机改进为变频调速，速度由4-16m/min提升至0-25m/min;货叉运行也由单速电动机驱动改进为变频调速，速度由8m/min提升至4-35m/min;在堆垛机自动控制方面还采用了激光测距定位系统、闭环控制变频调速系统、根据市场预测，传统技术制造的20世纪70年代水平的堆垛机将被淘汰，高噪音低于84dB等综合性能的提高，需要多项技术的创新和改进，更需要新技术1~20列1~8列为保持磁通φm恒定，在基频以下调速时，需协调控制E1和fl,而感应电质。转差频率控制就是在气隙磁通幅值保持恒定的条件下此控制方式同样是在进行U/f=恒定控制的基础上，通过检测异步电动机的子电流矢量及两个分量间的相位，对通用变频器的输出频率f进行控制的。基于机定子绕组上的电压的频率使励磁电流(或者磁通)和转矩电流的指令值和检测异步电动机的参数，有的通用变频器在使用时需要准确地输入异步电动机的参变频器在驱动异步电动机进行正常运转之前可以自动地对异步电动机的参数进用数字式自动电压调整(AVR)控制技术的控制方式，已实用化并取得良好的效要求堆垛机到达某一目的地址时，根据激光测距仪反馈回来的堆垛机的距离信激光测距2.3.1现场总线PROFIBUS在自动化系统中的位置BUS-DP/PA控制系统位于工厂自动化系统中的底层，即现场级与车间级。现场总线PROF工BUS是面向现场级与车间级的数字化通信网络。如下图2.3所示。工厂级工厂级车间级现场级总线循环时间<10ms图2.3三级网络结构图机或其它控制器)负责总线通信管理及所有从站的通信。总及打印设备。车间级监控网络可PROFIBUSFMS下步骤，逐一考虑后作出选择，是否应用PROF工BUS技术构成自动化控(1)现场被控设备分散是决定使用现场总线技术的关键。现场总线技术适合(2)系统对底层设备有信息集成要求。现场总线技术适合对数据集成有较高(3)系统对底层设备有较高的远程诊断、故障报警及参数化要求。现场总线(4)系统有实时性要求。所谓系统的实时性是指现场设备之间，在最坏情况或系统实时性影响到产品加工精度以及现场设备之间构成闭环控制系统等都会与2之间的配合比3与4之间的配合具有更好的实时性。(6)在一条总线上的设备比经过网桥或路由的设备具有更好的实时性。如图2.4所示：3与4在同一段PROFIBUS-DP上，而3与5位于两段不同的PROF工BUS-DP上，因此，3与4之间的配合比3与5之间的配合具有更好的时性。同理，3或4与5之间的实时性是最差的。(7)有时主站应用程序的大小、计算复杂程度也影响系统响应时间，这与主采用总线技术。对PROFIBUS-DP,以下数据仅供参考。当总线具有32个从站，数据传输速率为12M时，总线循环时间为1毫秒。见图2.5:图2.4单机控制I/0方式图2.5总线响应曲线2.4.1系统接口形式直接读取从站数据和完成远程参数化工作。监控站所需的从站数据只能从PLCPROIBUS总线上。这种结构类型，监控站在PROFIBUS+SOFTPLC的结构形式。如果上述方案中PC机换成一台坚固式PC机近来出现一种称为SOFTPLC的软件产品PC上，形成一个PLC与监控站一体的控制器工贵的电线；快速传输1千字节的输入数据和1千字节的输出数据所需时间<<2ms;车间级智能主站间通用的面向对象的通信；FMS提供一个MMS一功能子集议和IEC1158-2传输技术，适用于代mA层FMS的监控站，监控站的监控软件包具有一个在线监控数据库，这个数据库第3章系统硬件设计管理计算机红外通讯监控计算机2#出货台2#出货台1#堆垛机HMI2#堆垛机自动化立体仓库中的计算机通过网络数据传输命令，使堆垛机自动运行，必①位置控制------为了存取货物，堆垛机必须准确地停止在指定货位处，其停止精度在士5mm范围内。②速度控制-----为了提高作用效率，防止货物倾倒和堆垛机的冲击，确保停止精度，必须进行速度控制。按照自动化立体仓库的实际形状、行走方向的地址数和高度方向的货位数，选择恰当的行走速度和升降速度是极其重要的。行走速度一般分为高速、中速和低速三档，低速为5m/min。③货叉控制------使货叉能准确无误地从货位中取出货物以及把货物放入货位中。货叉速度有高速和低速两档。当货物较轻且不易倾倒时采用高速。④控制信息的接收-----计算机对堆垛机和输送机等搬运机械发送出入库指令的同时，控制和监视出入库作业是否正确进行。因为堆垛机是在高速移动，在搬运物品时必须监控货物和机械的状态。检测这种状态的传感器和堆垛机上的信息接收系统必须具备高的可靠性，否则计算机不能充分发挥作用。为了达到上述要求，本系统采用由数据管理计算机和监控计算机组成的上位机，将用户下达的命令通过MPI网络下达给SIEMENS的S7-300型PLC.S7-300将处理后的数据通过PROFIBUSDP总线网络，经S工CK的红外通讯单元将命令下达给下位S7-200型PLC,实现对立体仓库全自动智能化控制。3.4控制方式细述本堆垛机控制采用手动、单机自动及联网自动控制方式。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。用触摸屏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。触摸屏操作时，应具备对货物的单送、单取、批送、批取、盘货等操作。触摸屏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)联网自动控制方式监控计算机根据作业计划发出作业命令，经过CP5611卡由MPI网络传输到S7-300的PLC内，S7-300将接收到的数据进行处理，通过无线红外通讯装置，将命令通过PROFIBUS-DP网传给指定的堆垛机内的PLC。堆垛机上的PLC接到指令后，控制执行机构自动完成作业。同时堆垛机上的PLC及时将堆垛机的运行状态返回监控机，监控机通过大屏幕彩色监视器显示堆垛机的工作状态。3.5信号传输方式的选择为了控制无人运转堆垛机，必须向堆垛机发送运转和作业的信息。如果一个指令执行完了之后，必须从堆垛机向地面发送响应信号，即确认信号，之后才能执行下一个指令。堆垛机的信息传递顺序是：①堆垛机首先接受的作业信息是从什么地方取货，之后把它存入什么货位。②堆垛机控制盘在收到作业信息之后向地面控制盘发出响应信息。③堆垛机根据作业信息进行作业。④作业完了之后，向地面发出“作业结束”信息。这样把一系列作业进行完了之后，成为等待下一个作业信息的待机状态。根据收发信息的方法，控制系统可分为以下几种方式：对于大型自动化立体仓库来说，因行走速度为60~160m/min,软电缆的机械强度中流动的信息是电信号。设置在堆垛机上的天线mm这种方法是结合前两种方法的优势，通过地面上的控制装置来选择目的地认址片认址片后对准光电计数光电前对准光电图3.2水平方向认址如图3.2所示。堆垛水平方向定位时，三个上对准光电上对准光电上对准光电一下对准光电上浮位置下浮位置通过接触器互相切换(切换时应确保变频器信号输入端无信号输入)。TO:货叉电机从静止到50Hz所用的加速时间，不应大于5s;T2:货叉由高速到低速的减速时间，不应大于3s;提升电机采用三段速控制，如图3.6所示。通过当前层数与目地层数之间的图3.6提升电机速度控制曲线TO:堆垛机从静止到50Hz所用的加速时间。在5s左右；T2:堆垛机从50Hz切换到25Hz所用的减速时间，应不少于3s;T4:堆垛机从25Hz切换到10Hz所用的减速时间，应不少于2s;冲击，从而使用了安川G7变频器中的S字特性，消除速度切换时的尖角。同时3.9安全保护措施(1)巷道堆垛机水平运行驶过货架两端头货位并向货架外运行时，水平运行速度被强制变为慢速，距地轨端头固定挡块0.15m处停车，控制开关均为双保(2)巷道堆垛机两端头设有聚氨酷缓冲器，在出现故障时，实现巷道堆垛机(3)在高位、满载、高速运行时，紧急制动可以在2000mm距离内停车。车(4)巷道堆垛机垂直升降作业设有紧急极限限制开关，当载货台向上行驶超过货架最高层载货面50mm时，上限位制动开关触发，载货台将停止向上运行。设置强制减速开关，当载货台向下运行距底层货架200mm时，限制载货台只能(5)巷道堆垛机设有垂直升降的安全保险系统，当钢丝绳松动、断裂巷道堆(7)垛机的载货台设有货叉中位双保险限位开关，防止货叉在堆垛机行走或(8)巷道堆垛机设有拉力传感器控制系统，对堆垛机实现松绳、断绳和超载(9)当货位有货时，系统会拒绝再次在此货位存入货物。同理，堆垛机上无1)电压：:380伏士10%2)频率：50士1赫兹3)总功率：60千瓦第4章系统软件设计采用安川矢量型变频器，其标准规格见表4.1。实现对表4.1标准规格级出性变频器容量(KVA)|3相380/400/415/440/460/480V|电|额定输入电压源|控|控制方式|正弦波PWM控制(带PG矢量，无PG矢量1/2,无PG|制V/F,带PGV/F,通过参数选择)|起动转矩|150%/0.3Hz(无PG矢量控制2)150%/OHz(带速度控制范围|1:200(无PG矢量2),1:1000(带PG矢量)|速度精度士0.2%(无PG矢量控制1/2,25℃士|0.2%(带PG矢量控制，25℃士100C,)|转矩限制I参数设定4象限限制(仅限矢量控制)频率精度|数字指令：士0.01%G10-+40℃)特|频率设定分辨率|数字指令：0.OIHz模拟指令：0.03Hz/60Hz性|主要功能增 |过载|50%额定电流1分钟，200%额定电流0.5分钟 |瞬停保护|15ms以上停车(工厂设定)2秒内持续工作|失速防止|加/减速时失速防止、运转中失速防ItN变频器变频器3~纵向电机3~3~ires水平电机货叉电机图4.1主电路图正转启动反转启动中速度高速度第二减速公共点故障输出G7-1图4.2控制电路图(3)速度反馈电路：:如图4.3所示。1OV23A45B6图4.3反馈电路图4.3反馈电路变频器的面板及调试运行(1)变频器的面板：如图4.4所示。E-RUNENTER>QUICx:aUick程序模式ADV:ADVANCED程序换式YERFY;校输模式图4.4G7变频器面板图(2)变频器的调试运行流程：如图4.5所示。电源电压选择插座的设定(使用QUICK程序模式)应用设定(使用ADVANCED程序模式)带负载运行图4.5变频器调试流程图4.2PLC类型的选用容量容量输输地入出软件可以对所有的CPU221/222/224/224XP/226功能进行编程。可以通过图4.6理想加减速特性运行距离。设S3在2个货格和3个货格长度之间S2为堆垛机开始以V2运行时与目的货格的距离S1为堆垛机开始以V1运行时与目的货格的距离S0为堆垛机开始以Vmin运行时与目的货格的距离根据以上分析，提出堆垛机控制程序流程如图4.7所示。开始开始目的地址光电测距加速模块1加速模块减速模块加速模块减速模块减速模块NNS=0以Vain运行停准结束YN平稳运行N图4.7控制流程图在STEP7中，有几个编程语言可以用来编程。根据特定的规则，用语句表(2)STL语句表包含STEP7指令，可以自由地使用STL编程。对其他编“与”逻辑操作)。即使一个过程工程师一样的“非程序员”也可以使用这种编程语言。功能块图在STEP7V3.0版本后提供。程序分成不同的块，每个块包含了一些设备和任务的逻辑指令。组织块中的指令决定是否调用有关的控制程序模块。例如，一个模块程序包含有一个被控加工过程的各个操作模式。在组织块(OB1)中的指令决定控制程序的模块的执行。模块化编程功能制程序。这些块相当于主循环程序的子程序。特点：在模块化编程中，在