立體倉(cāng)庫(kù)與碼垛機(jī)設(shè)計(jì)

論文課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)一、課程設(shè)計(jì)目的機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)方向?qū)I(yè)課程設(shè)計(jì)是機(jī)械電子工程專業(yè)的學(xué)生在完成機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)等專業(yè)課程的學(xué)習(xí)之后，進(jìn)行綜合性設(shè)計(jì)訓(xùn)練的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。目的是在老師的指導(dǎo)下，使學(xué)生通過(guò)課程設(shè)計(jì)，對(duì)所學(xué)課程理論知識(shí)進(jìn)行一次系統(tǒng)的回顧檢查、復(fù)習(xí)和提高，并運(yùn)用所學(xué)理論，通過(guò)調(diào)研，設(shè)計(jì)一個(gè)機(jī)電控制方面的系統(tǒng)，受到從理論到實(shí)踐應(yīng)用的綜合訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立運(yùn)用所學(xué)理論解決具體問(wèn)題的能力。具體為以下幾個(gè)方面：1. 能夠正確運(yùn)用機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)等課程的基本理論和相關(guān)知識(shí)，掌握機(jī)電系統(tǒng)（產(chǎn)品）的功能構(gòu)成、特點(diǎn)和設(shè)計(jì)思想、設(shè)計(jì)方法，了解設(shè)計(jì)方案的擬定、比較、分析和計(jì)算，培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，使學(xué)生具有機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的初步能力。2. 通過(guò)機(jī)械部分設(shè)計(jì)，掌握機(jī)電一體化系統(tǒng)典型機(jī)械零部件和執(zhí)行元件的設(shè)計(jì)計(jì)算、選型和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法和步驟。3. 通過(guò)控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)，掌握機(jī)電系統(tǒng)控制系統(tǒng)的硬件組成、工作原理，和軟件編程思想。4. 通過(guò)檢索查閱運(yùn)用有關(guān)手冊(cè)、標(biāo)準(zhǔn)及參考資料，培養(yǎng)起學(xué)生檢索查閱資料、使用資料的方法和能力。5. 通過(guò)回顧查閱課程理論知識(shí)、運(yùn)用所學(xué)的基礎(chǔ)課,專業(yè)技術(shù)課和專業(yè)課知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生根據(jù)實(shí)際問(wèn)題正確設(shè)計(jì)總體方案, 分析具體問(wèn)題、進(jìn)行工程設(shè)計(jì)的能力。二、課程設(shè)計(jì)內(nèi)容課程設(shè)計(jì)題目：碼垛機(jī)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)。主要設(shè)計(jì)內(nèi)容：柔性制造系統(tǒng)簡(jiǎn)介，介紹系統(tǒng)整體功能、系統(tǒng)組成、功能單元組成、總控平臺(tái)與各分站功能 單元、系統(tǒng)接口定義等；碼垛機(jī)簡(jiǎn)介，介紹碼垛機(jī)發(fā)展、碼垛機(jī)總體結(jié)構(gòu)與功能分析等；碼垛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括碼垛機(jī)起升機(jī)構(gòu)、傳送結(jié)構(gòu)、載貨臺(tái)設(shè)計(jì)、關(guān)鍵構(gòu)件結(jié)構(gòu)校核等；出入庫(kù)平移臺(tái)設(shè)計(jì)，包括平移臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、導(dǎo)軌設(shè)計(jì)、平移臺(tái)驅(qū)動(dòng)方式與執(zhí)行部件選擇等；碼垛機(jī)與立體倉(cāng)庫(kù)的配合工作，包括立體倉(cāng)庫(kù)簡(jiǎn)要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析、導(dǎo)軌設(shè)計(jì)等；碼垛機(jī)電氣控制部分設(shè)計(jì)，包括控制方式，執(zhí)行部件選取與運(yùn)動(dòng)學(xué)分析、電氣原理圖等；其他設(shè)計(jì)內(nèi)容，如系統(tǒng)保養(yǎng)與維護(hù)，系統(tǒng)改進(jìn)等。根據(jù)各子題目設(shè)計(jì)內(nèi)容不同，每個(gè)設(shè)計(jì)小組 67 名學(xué)生進(jìn)行設(shè)計(jì)。允許學(xué)生自己擬定題目和實(shí)施要點(diǎn)，經(jīng)指導(dǎo)老師同意后實(shí)施。由組長(zhǎng)細(xì)分小組成員需承擔(dān)的任務(wù)。論文三、進(jìn)度安排1. 熟悉任務(wù)，查閱資料； 1 天2. 確定方案； 2 天3. 詳細(xì)設(shè)計(jì)（機(jī)械部分選型及設(shè)計(jì)計(jì)算、控制部分硬件原理圖及軟件流程圖）；5 天4. 整理設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，答辯。 2 天四、基本要求1. 課程設(shè)計(jì)應(yīng)在教師的指導(dǎo)下由學(xué)生獨(dú)立完成，嚴(yán)格地要求自己，不允許相互抄襲；2. 認(rèn)真閱讀課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)，明確題目及具體要求；3. 認(rèn)真查閱題目涉及內(nèi)容的相關(guān)文獻(xiàn)資料、手冊(cè)、標(biāo)準(zhǔn)；4. 大膽創(chuàng)新，確定合理、可行的總體設(shè)計(jì)方案；5. 機(jī)械部分和驅(qū)動(dòng)部分設(shè)計(jì)思路清晰，計(jì)算結(jié)果正確，選型合理；6. 控制系統(tǒng)方案可行，硬件選擇合理，軟件框圖正確；7. 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算，控制系統(tǒng)電氣原理，圖紙符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，布圖合理，內(nèi)容完整表達(dá)清晰。8. 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)手寫(xiě)和打印均可。課程設(shè)計(jì)第一天由各設(shè)計(jì)小組組長(zhǎng)根據(jù)指導(dǎo)教師給的電子任務(wù)書(shū)擬定出適合本小組的課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)，并統(tǒng)一打印后分發(fā)各組員。機(jī)械電子系2011.08.20第一章 柔性制造系統(tǒng)簡(jiǎn)介1.1 FMS系統(tǒng)整體功能論文在成組技術(shù)的基礎(chǔ)上，以多臺(tái)(種) 數(shù)控機(jī)床或數(shù)組柔性制造單元為核心，通過(guò)自動(dòng)化物流系統(tǒng)將其聯(lián)接，統(tǒng)一由主控計(jì)算機(jī)和相關(guān)軟件進(jìn)行控制和管理，組成多品種變批量和混流方式生產(chǎn)的自動(dòng)化制造系統(tǒng)。1.2系統(tǒng)組成1.2.1加工設(shè)備加工設(shè)備主要采用加工中心和數(shù)控車(chē)床，前者用于加工箱體類和板類零件，后者則用于加工軸類和盤(pán)類零件。中、大批量少品種生產(chǎn)中所用的FMS，常采用可更換主軸箱的加工中心，以獲得更高的生產(chǎn)效率。1.2.2儲(chǔ)存和搬運(yùn)儲(chǔ)存和搬運(yùn)系統(tǒng)搬運(yùn)的的物料有毛坯、工件、刀具、夾具、檢具和切屑等；儲(chǔ)存物料的方法有平面布置的托盤(pán)庫(kù)，也有儲(chǔ)存量較大的桁道式立體倉(cāng)庫(kù)。毛坯一般先由工人裝入托盤(pán)上的夾具中，并儲(chǔ)存在自動(dòng)倉(cāng)庫(kù)中的特定區(qū)域內(nèi)，然后由自動(dòng)搬運(yùn)系統(tǒng)根據(jù)物料管理計(jì)算機(jī)的指令送到指定的工位。固定軌道式臺(tái)車(chē)和傳送滾道適用于按工藝順序排列設(shè)備的FMS，自動(dòng)引導(dǎo)臺(tái)車(chē)搬送物料的順序則與設(shè)備排列位置無(wú)關(guān)，具有較大靈活性。工業(yè)機(jī)器人可在有限的范圍內(nèi)為14臺(tái)機(jī)床輸送和裝卸工件，對(duì)于較大的工件常利用托盤(pán)自動(dòng)交換裝置(簡(jiǎn)稱APC)來(lái)傳送，也可采用在軌道上行走的機(jī)器人，同時(shí)完成工件的傳送和裝卸。磨損了的刀具可以逐個(gè)從刀庫(kù)中取出更換，也可由備用的子刀庫(kù)取代裝滿待換刀具的刀庫(kù)。車(chē)床卡盤(pán)的卡爪、特種夾具和專用加工中心的主軸箱也可以自動(dòng)更換。切屑運(yùn)送和處理系統(tǒng)是保證 FMS連續(xù)正常工作的必要條件，一般根據(jù)切屑的形狀、排除量和處理要求來(lái)選擇經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)方案。1.2.3信息控制FMS信息控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成形式很多，但一般多采用群控方式的遞階系統(tǒng)。第一級(jí)為各個(gè)工藝設(shè)備的計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置(CNC)，實(shí)現(xiàn)各的口工過(guò)程的控制；第二級(jí)為群控計(jì)算機(jī)，負(fù)責(zé)把來(lái)自第三級(jí)計(jì)算機(jī)的生產(chǎn)計(jì)劃和數(shù)控指令等信息，分配給第一級(jí)中有關(guān)設(shè)備的數(shù)控裝置，同時(shí)把它們的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況信息上報(bào)給上級(jí)計(jì)算機(jī)；第三級(jí)是FMS的主計(jì)算機(jī)(控制計(jì)算機(jī)) ，其功能是制訂生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃，實(shí)施FMS運(yùn)行狀態(tài)的管理，及各種數(shù)據(jù)的管理；第四級(jí)是全廠的管理計(jì)算機(jī)。性能完善的軟件是實(shí)現(xiàn)FMS功能的基礎(chǔ)，除支持計(jì)算機(jī)工作的系統(tǒng)軟件外，數(shù)量更多的是根據(jù)使用要求和用戶經(jīng)驗(yàn)所發(fā)展的專門(mén)應(yīng)用軟件，大體上包括控制軟件(控制機(jī)床、物料儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)、檢驗(yàn)裝置和監(jiān)視系統(tǒng))、計(jì)劃管理軟件 (調(diào)度管理、質(zhì)量管理、庫(kù)存管理、工裝管理等 )和數(shù)據(jù)管理軟件(仿真、檢索和各種數(shù)據(jù)庫(kù))等。為保證FMS的連續(xù)自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，須對(duì)刀具和切削過(guò)程進(jìn)行監(jiān)視，可能采用的方法有：測(cè)量機(jī)床主軸電機(jī)輸出的電流功率，或主軸的扭矩；利用傳感器拾取刀具破裂的信號(hào)；利用接觸測(cè)頭直接測(cè)量刀具的刀刃尺寸或工件加工面尺寸的變化；累積計(jì)算刀具的切削時(shí)間以進(jìn)行刀具壽命管理。此外，還可利用接觸測(cè)頭來(lái)測(cè)量機(jī)床熱變形和工件安裝誤差，并據(jù)此對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償。論文1.3功能單元組成碼垛機(jī)與立體倉(cāng)庫(kù)，傳送帶，視覺(jué)檢測(cè)，串聯(lián)機(jī)器人，并聯(lián)機(jī)器人，裝配，自控制臺(tái)，1.4總控平臺(tái)與各分站功能單元整個(gè)系統(tǒng)包括：碼垛機(jī)與立體倉(cāng)庫(kù)從站單元、CCD圖象檢測(cè)從站單元、并聯(lián)加工中心從站單元、串聯(lián)搬運(yùn)從站單元、傳送帶控制從站單元、條碼掃描從站單元、條碼掃描從站單元、以及主控服務(wù)器單元。其中并聯(lián)加工中心單元和串聯(lián)搬運(yùn)單元采用PC104嵌入式控制器控制，CCD圖象檢測(cè)單元（2個(gè)）和條碼掃描單元采用PB-OEM4-PCI從站卡控制，碼垛機(jī)與立體倉(cāng)庫(kù)單元采用PLC控制，傳送帶控制單元和機(jī)械手單元采用PLC控制。主站單元通過(guò)PROFIBUS總線控制其他從站單元，如圖1-1所示。 論文系統(tǒng)特點(diǎn)：系統(tǒng)采用以PROFIBUS、串口通訊，大量使用嵌入式和PLC控制設(shè)計(jì)，用戶可以從中選擇相關(guān)內(nèi)容滿足不同層次的教學(xué)實(shí)驗(yàn)需要。模塊化結(jié)構(gòu)，靈活、緊湊，完全滿足實(shí)驗(yàn)的要求；控制系統(tǒng)采用Windows系列操作系統(tǒng)，二次開(kāi)發(fā)方便、快捷，適于教學(xué)實(shí)驗(yàn)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用工業(yè)DCS控制方式、具有高可靠性、開(kāi)放性、易維護(hù)性、協(xié)調(diào)性等特點(diǎn)。1.5系統(tǒng)接口定義因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)總線是應(yīng)用在工廠內(nèi)的測(cè)量和控制機(jī)器間的數(shù)字通訊為主的網(wǎng)絡(luò)，也稱現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)。也就是將傳感器、各種操作終端和控制器間的通訊及控制器之間的通訊進(jìn)行特化的網(wǎng)絡(luò)。原來(lái)這些機(jī)器間的主體配線是ON/OFF、接點(diǎn)信號(hào)和模擬信號(hào)，通過(guò)通訊的數(shù)字化，使時(shí)間分割、多重化、多點(diǎn)化成為可能，從而實(shí)現(xiàn)高性能化、高可靠化、保養(yǎng)簡(jiǎn)便化、節(jié)省配線（配線的共享） 。據(jù)此功能，現(xiàn)場(chǎng)總線能夠很好地完成自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的接口定義及連接。論文第二章 碼垛機(jī)簡(jiǎn)介1.1 碼垛機(jī)概述碼垛機(jī)是立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)的重要組成部分，它是整個(gè)系統(tǒng)的執(zhí)行部件，存貨時(shí)將貨物從出入貨臺(tái)準(zhǔn)確的存放到貨位里，取貨時(shí)將貨物從貨位中取回到出入貨臺(tái)。無(wú)論何種類型的碼垛機(jī)，一般都由水平行走機(jī)構(gòu)、起升機(jī)構(gòu)、載貨臺(tái)及貨叉機(jī)構(gòu)、機(jī)架和電氣設(shè)備等基本部分組成。它是在所謂高層、高速、高密度儲(chǔ)藏的概念下的產(chǎn)物。盡管各廠家各有獨(dú)創(chuàng)，結(jié)構(gòu)形式有些差異，但可以說(shuō)大同小異，所有的碼垛機(jī)都不外乎由機(jī)架、載貨臺(tái)、伸縮貨叉、軌道和控制系統(tǒng)等部分組成。體現(xiàn)碼垛機(jī)動(dòng)態(tài)性能優(yōu)劣的指標(biāo)主要有：運(yùn)行速度、提升速度、貨叉速度、平穩(wěn)性、認(rèn)址精度等。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，立體倉(cāng)庫(kù)的技術(shù)水平和倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)械設(shè)備的動(dòng)態(tài)性能也在不斷提高。1.2 碼垛機(jī)的發(fā)展初期的立體倉(cāng)庫(kù)使用的碼垛機(jī)以橋式起重機(jī)為基礎(chǔ)，這種碼垛機(jī)是從起重機(jī)的大梁上懸掛一個(gè)門(mén)架，利用門(mén)架的上下和旋轉(zhuǎn)來(lái)搬運(yùn)貨物。1960 年左右在美國(guó)出現(xiàn)了巷道式碼垛機(jī)，隨后巷道式碼垛機(jī)逐漸替代了受重量和跨度限制的橋式碼垛機(jī)。1967 年日本安裝了高度 1015 米的高層碼垛機(jī)，1969 年出現(xiàn)了聯(lián)機(jī)全自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)，我國(guó)是在上世紀(jì) 70年代初期開(kāi)始研究采用巷道式碼垛機(jī)的立體倉(cāng)庫(kù)。目前的碼垛機(jī)技術(shù)取得了重大的發(fā)展，控制技術(shù)、定位精度、運(yùn)行速度都得到了很大程度的提高。巷道式碼垛機(jī)的起升速度已經(jīng)可以達(dá)到 90m/min，運(yùn)行速度達(dá)到 240m/min，在有的立體倉(cāng)庫(kù)中采用上、下兩層分別用巷道碼垛機(jī)進(jìn)行搬運(yùn)作業(yè)的方法提高出入庫(kù)能力。按現(xiàn)行機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，有軌巷道式碼垛機(jī)分類方式很多，如按支承方式、用途、控制方式、結(jié)構(gòu)、運(yùn)行軌跡等分類。無(wú)論何種類型的碼垛機(jī)一般都由水平行走機(jī)構(gòu)、起升機(jī)構(gòu)、載貨臺(tái)及貨叉機(jī)構(gòu)、機(jī)架和電氣設(shè)備等基本部分組成。論文第三章 碼垛機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1碼垛機(jī)的總體機(jī)構(gòu)碼垛機(jī)是由三個(gè)直線電控工作臺(tái)以及一個(gè)旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)外加貨叉組成。然后整體放置在底座上，用地腳螺栓固定在地面。其中軸采用了鏈傳動(dòng)，直線導(dǎo)軌支撐結(jié)構(gòu)形式。外面采用柔性風(fēng)琴防護(hù)罩進(jìn)行保護(hù)。軸除行程不一致外，本身結(jié)構(gòu)形式完全不同，采用了直線導(dǎo)軌支撐，滾珠絲杠傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是承載能力高，安裝方便。軸因?yàn)橄鄬?duì)承載低，故此采用光軸直線導(dǎo)軌支撐，滾珠絲杠傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)。三個(gè)軸互成直角組合搭建而成。也就是典型的直角坐標(biāo)機(jī)器人。工業(yè)上經(jīng)常用到這種結(jié)構(gòu)。軸為旋轉(zhuǎn)軸，通過(guò)支架與軸活動(dòng)平臺(tái)連接。結(jié)構(gòu)為蝸輪蝸桿形式。所有直線工作臺(tái)在系統(tǒng)中可采用伺服電機(jī)或者步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)聯(lián)軸器與絲杠端連接。在大型柔性制造及物流系統(tǒng)中，這種碼垛機(jī)結(jié)構(gòu)應(yīng)該是相對(duì)較復(fù)雜的，不僅因?yàn)樗旧斫Y(jié)構(gòu)復(fù)雜，還因?yàn)榘ㄖR(shí)面比較多，有電機(jī)控制、尋零復(fù)位操作、點(diǎn)位控制、精度測(cè)量等重要問(wèn)題。包裝碼垛生產(chǎn)線機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜， 零部件較多。其傳動(dòng)形式多為鏈傳動(dòng)和帶傳動(dòng)，其執(zhí)行元件多為氣缸，本章簡(jiǎn)化了機(jī)械本體的設(shè)計(jì)，方便實(shí)現(xiàn)后續(xù)的自動(dòng)化控制。論文3.2 升降機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)升降機(jī)是實(shí)現(xiàn)分層碼垛的關(guān)鍵部機(jī)之一，其結(jié)構(gòu)如圖所示。主要由升降平臺(tái)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和配重體組成。升降平臺(tái)主要由托盤(pán)支架，一對(duì)導(dǎo)向滾輪、一對(duì)限位滾輪等構(gòu)件組成。托盤(pán)支架是由縱梁、橫梁組成的一個(gè)四方形的平面框架，導(dǎo)向滾輪、限位滾輪用滾輪支架裝在框架四角處。滾輪與高架平臺(tái)主機(jī)架的四根立柱上的導(dǎo)軌相配合，保證了升降平臺(tái)運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)與靈活。平臺(tái)通過(guò)四個(gè)調(diào)節(jié)螺桿與四根單排傳動(dòng)鏈條相連，傳動(dòng)鏈條通過(guò)主傳動(dòng)軸上的鏈輪與配重體相連。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是升降平臺(tái)3實(shí)現(xiàn)升降運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力源。主要由軸裝式減速電機(jī)4、傳動(dòng)軸5、鏈輪鏈條及托板組成。減速電機(jī)的正、反旋轉(zhuǎn)，使升降平臺(tái)上、下運(yùn)動(dòng)。配重體由鋼板焊接而成，其重量是根據(jù)升降機(jī)承載的最大負(fù)荷確定的。這樣可以減少電機(jī)的驅(qū)動(dòng)力和掣動(dòng)力，并增加平臺(tái)運(yùn)行的平穩(wěn)性。論文3.3 載貨臺(tái)設(shè)計(jì)1、尾座板2、深溝球軸承3、隔套24、直線導(dǎo)軌5、絲杠螺母副6、滑塊7、連接塊8、隔套19、深溝球軸承10、圓螺母11、軸承壓蓋12、軸承座13、聯(lián)軸器14、底座15、電機(jī)座板16、驅(qū)動(dòng)電機(jī)17、硬限位18、開(kāi)關(guān)支架底板19、機(jī)械限位開(kāi)關(guān)20、開(kāi)光撞片21、底板122、連接板23、零位開(kāi)關(guān)24、底板2如圖為二軸工作臺(tái)整體效果圖，驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器與絲杠連接，絲杠兩端軸承支撐，屬于固定- 支撐安裝方式，即一端固定住，一端浮動(dòng)支撐。因兩端固定要求的加工精度及安裝精度很高。絲杠螺母與連接塊螺釘連接在一起，兩個(gè)直線導(dǎo)軌螺釘安裝在底板上，然后直線導(dǎo)軌上滑塊與連接塊一起與連接板也就是活動(dòng)平臺(tái)螺釘連接。工作臺(tái)設(shè)有兩個(gè)機(jī)械限位開(kāi)關(guān)以及一個(gè)零位開(kāi)關(guān)，兩端還有機(jī)械硬限位擋塊。機(jī)械限位開(kāi)關(guān)作用是限制工作臺(tái)左右行程范圍。為了避免操作失誤或者過(guò)沖，結(jié)構(gòu)上必須設(shè)置硬限位，避免造成設(shè)備損壞和危險(xiǎn)。在工作臺(tái)設(shè)計(jì)過(guò)程中，一直需要貫穿考慮的問(wèn)題還有走線問(wèn)題，因?yàn)殡姍C(jī)、各類開(kāi)關(guān)、氣管等為了整體美觀及線路安全，一般工業(yè)或者教學(xué)都用托鏈保護(hù)。需要考慮安裝方式不和其他運(yùn)動(dòng)及各軸干涉，以及運(yùn)動(dòng)過(guò)程中內(nèi)部無(wú)擠壓等現(xiàn)象，防止氣管堵住及電論文線損壞。3.4 托盤(pán)倉(cāng)的設(shè)計(jì)托盤(pán)倉(cāng)是存儲(chǔ)托盤(pán)和向托盤(pán)輸送機(jī)供給托盤(pán)的部機(jī)，其結(jié)構(gòu)如上圖所示。托盤(pán)倉(cāng)主要由機(jī)架1、叉板2、主氣缸3、光電開(kāi)關(guān)4和6、霍爾開(kāi)關(guān)5組成。機(jī)架主要采用鋼板、槽鋼和角鋼焊接而成，能保證托盤(pán)倉(cāng)有足夠的強(qiáng)度和剛度。叉板采用鋼板焊接而成。保證了叉板有足夠的強(qiáng)度、剛度支承托盤(pán)，叉板上裝有橡膠墊，起到一定的緩沖作用。主氣缸用以頂起托盤(pán)。側(cè)面還裝有兩個(gè)小氣缸，小氣缸控制叉板開(kāi)合，保證托盤(pán)的提取。光電開(kāi)關(guān)采用對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)，檢測(cè)托盤(pán)倉(cāng)內(nèi)托盤(pán)的存儲(chǔ)量，以保證托盤(pán)的及時(shí)供給。霍爾開(kāi)關(guān)與主氣缸同步運(yùn)動(dòng)，不同位置的霍爾開(kāi)關(guān)都將發(fā)出信號(hào)，以控制主汽缸的運(yùn)動(dòng)，并保證主汽缸與托盤(pán)倉(cāng)叉板動(dòng)作的協(xié)調(diào)。論文第四章 立體倉(cāng)庫(kù)出入庫(kù)平移臺(tái)設(shè)計(jì)4.1平移臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)通常包括：絲杠（或稱螺桿）、導(dǎo)軌、底面、臺(tái)面、電機(jī)、聯(lián)軸器等部件；影響電移臺(tái)機(jī)械性能的主要因素有：絲杠、導(dǎo)軌、機(jī)體材質(zhì)、加工質(zhì)量和裝配工藝等電控位移系統(tǒng)通常由三部分組成：位移臺(tái)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、控制器。驅(qū)動(dòng)電機(jī)及控制器主要決定驅(qū)動(dòng)扭矩、加減速度、信號(hào)處理、使用功能（如掃描，圓弧插補(bǔ)）等性能參數(shù)，隨著電機(jī)控制技術(shù)的提升，除了電移臺(tái)機(jī)械部件以外，電機(jī)和控制器也從很大程度上影響電移臺(tái)的振動(dòng)、噪音及電移臺(tái)的定位精度。其結(jié)構(gòu)分解圖如下所示：4.2導(dǎo)軌設(shè)計(jì)根據(jù)立體倉(cāng)庫(kù)的出入庫(kù)設(shè)計(jì)需求及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和有關(guān)規(guī)范如導(dǎo)向精度、精度保持性、運(yùn)動(dòng)靈敏度和定位精度、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性、抗震性和穩(wěn)定性、機(jī)構(gòu)工藝等，我們選擇直線導(dǎo)軌做為出入庫(kù)的導(dǎo)軌型號(hào)選擇。直線導(dǎo)軌又稱線軌、滑軌、線性導(dǎo)軌、線性滑軌，用于直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)場(chǎng)合，擁有比直線軸承更高的額定負(fù)載， 同時(shí)可以承擔(dān)一定的扭矩，可在高負(fù)載的情況下實(shí)現(xiàn)高精度的直線運(yùn)動(dòng)。直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的作用是用來(lái)支撐和引導(dǎo)運(yùn)動(dòng)部件，按給定的方向做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。依按摩擦性質(zhì)而定，直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌可以分為滑動(dòng)摩擦導(dǎo)軌、滾動(dòng)摩擦導(dǎo)軌、彈性摩擦導(dǎo)軌、流體摩擦導(dǎo)軌等種類。論文直線軸承主要用在自動(dòng)化機(jī)械上比較多,像德國(guó)進(jìn)口的機(jī)床,紙碗機(jī),激光焊接機(jī)等等,當(dāng)然直線軸承和直線軸是配套用的.像直線導(dǎo)軌主要是用在精度要求比較高的機(jī)械結(jié)構(gòu)上。第五章 立體倉(cāng)庫(kù)的配合工作5.1 立體倉(cāng)庫(kù)簡(jiǎn)介自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)，也叫自動(dòng)化立體倉(cāng)儲(chǔ)，物流倉(cāng)儲(chǔ)中出現(xiàn)的新概念，利用立體倉(cāng)庫(kù)設(shè)備可實(shí)現(xiàn)倉(cāng)庫(kù)高層合理化，存取自動(dòng)化，操作簡(jiǎn)便化：自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)，是當(dāng)前技術(shù)水平較高的形式。自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的主體由貨架，巷道式堆垛起重機(jī)、入(出)庫(kù)工作臺(tái)和自動(dòng)運(yùn)進(jìn)(出)及操作控制系統(tǒng)組成。貨架是鋼結(jié)構(gòu)或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的建筑物或結(jié)構(gòu)體，貨架內(nèi)是標(biāo)準(zhǔn)尺寸的貨位空間，巷道堆垛起重機(jī)穿行于貨架之間的巷道中，完成存、取貨的工作。管理上采用計(jì)算機(jī)及條形碼技術(shù)。5.2 立體倉(cāng)庫(kù)發(fā)展倉(cāng)庫(kù)的產(chǎn)生和發(fā)展是第二次世界大戰(zhàn)之后生產(chǎn)和技術(shù)發(fā)展的結(jié)果。50年代初，美國(guó)出現(xiàn)了采用橋式堆垛起重機(jī)的立體倉(cāng)庫(kù)；50年代末60年代初出現(xiàn)了司機(jī)操作的巷道式堆垛起重機(jī)立體倉(cāng)庫(kù)；1963年美國(guó)率先在高架倉(cāng)庫(kù)中采用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，建立了第一座計(jì)算機(jī)控制的立體倉(cāng)庫(kù)。此后，自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)在美國(guó)和歐洲得到迅速發(fā)展，并形成了專門(mén)的學(xué)科。60年代中期，日本開(kāi)始興建立體倉(cāng)庫(kù)，并且發(fā)展速度越來(lái)越快，成為當(dāng)今世界上擁有自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)最多的國(guó)家之一。 對(duì)立體倉(cāng)庫(kù)及其物料搬運(yùn)設(shè)備的研制開(kāi)始并不晚，1963年研制成第一臺(tái)橋式堆垛起重機(jī)（機(jī)械部北京起重運(yùn)輸機(jī)械研究所） ，1973年開(kāi)始研制我國(guó)第一座由計(jì)算機(jī)控制的自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)（高15米，機(jī)械部起重所負(fù)責(zé)） ，該庫(kù)1980年投入運(yùn)行。到2003年為止，我國(guó)自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)數(shù)量已超過(guò)200座。立體倉(cāng)庫(kù)由于具有很高的空間利用率、很強(qiáng)的入出庫(kù)能力、采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制管理而利于企業(yè)實(shí)施現(xiàn)代化管理等特點(diǎn)，已成為企業(yè)物流和生產(chǎn)管理不可缺少的倉(cāng)儲(chǔ)技術(shù)，越來(lái)越受到企業(yè)的重視。 5.3立體倉(cāng)庫(kù)總體結(jié)構(gòu)與功能分析其基本系統(tǒng)有四個(gè)組成部分：儲(chǔ)存貨架、存取設(shè)備、輸入輸出設(shè)備、控制系統(tǒng)。分配如下圖所示；論文在立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)模塊中，人機(jī)接口界面采用一個(gè)控制臺(tái)，上面有操作人員操控立體倉(cāng)庫(kù)的控制面板；控制器采用松下電工生產(chǎn)的EPO控制器；電機(jī)制動(dòng)裝置分別采用兩個(gè)不進(jìn)電機(jī)和一個(gè)直流電機(jī)；驅(qū)動(dòng)裝置是給步進(jìn)電機(jī)配以相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路；機(jī)械部件主要由傳送桿及傳送平臺(tái)構(gòu)成；倉(cāng)庫(kù)模塊采用 3x4的結(jié)構(gòu)，每個(gè)倉(cāng)位上都設(shè)置了控制了限位開(kāi)關(guān)。通過(guò)參考立體倉(cāng)庫(kù)的一般結(jié)構(gòu)形態(tài)，并根據(jù)各模塊的功能，合理排列各個(gè)部件之間的位置，設(shè)計(jì)了一個(gè)立體倉(cāng)庫(kù)的整體結(jié)構(gòu)，如下圖所示。立體倉(cāng)庫(kù)機(jī)構(gòu)模型5.4倉(cāng)庫(kù)搭建組合式貨架，貨架各部件可拆可裝，不是捍接形式組成。貨架有兩列組成，每列有49個(gè)倉(cāng)位，共有98個(gè)存儲(chǔ)倉(cāng)位。倉(cāng)位成40x40x40形狀分布，連接之間用M8的螺栓連接，且每個(gè)連接點(diǎn)有兩個(gè)螺栓共同加固。且每個(gè)倉(cāng)位均有限位開(kāi)關(guān)與PLC控制器相連接，隨時(shí)供系統(tǒng)檢測(cè)倉(cāng)位的存儲(chǔ)狀況。論文圖 3.2 自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)1、貨架2、巷道3、天軌4、堆垛機(jī)5、倉(cāng)位6、地軌5.5平移臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)通常包括：絲杠（或稱螺桿） 、導(dǎo)軌、底面、臺(tái)面、電機(jī)、聯(lián)軸器等部件；影響電移臺(tái)機(jī)械性能的主要因素有：絲杠、導(dǎo)軌、機(jī)體材質(zhì)、加工質(zhì)量和裝配工藝等電控位移系統(tǒng)通常由三部分組成：位移臺(tái)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、控制器。驅(qū)動(dòng)電機(jī)及控制器主要決定驅(qū)動(dòng)扭矩、加減速度、信號(hào)處理、使用功能（如掃描，圓弧插補(bǔ)）等性能參數(shù)，隨著電機(jī)控制技術(shù)的提升，除了電移臺(tái)機(jī)械部件以外，電機(jī)和控制器也從很大程度上影響電移臺(tái)的振動(dòng)、噪音及電移臺(tái)的定位精度。其結(jié)構(gòu)分解圖如下所示：論文第六章 碼垛機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)6.1 碼垛機(jī)位置控制由碼垛機(jī)的作業(yè)流程分析，碼垛機(jī)是由水平運(yùn)行機(jī)構(gòu)、縱向起升機(jī)構(gòu)和貨叉伸縮機(jī)構(gòu)三部分組成的，水平運(yùn)行機(jī)構(gòu)和垂直起升機(jī)構(gòu)使碼垛機(jī)到達(dá)目標(biāo)位置，貨叉伸縮機(jī)構(gòu)完成存取貨任務(wù)。要完成對(duì)碼垛機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，首先要保證碼垛機(jī)能夠準(zhǔn)確到達(dá)目標(biāo)位置，所以在設(shè)計(jì)碼垛機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)時(shí)，關(guān)鍵在于準(zhǔn)確可靠的認(rèn)址和定位保證碼垛機(jī)準(zhǔn)確無(wú)誤的定位在目標(biāo)貨位。另外為了提高存取效率和保證碼垛機(jī)的穩(wěn)定性，必須對(duì)碼垛機(jī)三個(gè)機(jī)構(gòu)的速度進(jìn)行合理有效的控制，其中速度位置檢測(cè)是碼垛機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵部分。碼垛機(jī)速度位置控制的實(shí)現(xiàn)方法所示，控制系統(tǒng)由 PLC 控制器、調(diào)速系統(tǒng)、編碼器、認(rèn)址片和認(rèn)址器組成，實(shí)現(xiàn)位置和速度的雙閉環(huán)控制。執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸入編碼器速度檢測(cè)位置檢測(cè)碼垛機(jī)位置速度控制框圖6.1.1 定位控制定位控制就是確定碼垛機(jī)停止在目標(biāo)貨位的功能。自動(dòng)倉(cāng)庫(kù)的認(rèn)址檢測(cè)系統(tǒng)有兩項(xiàng)任務(wù)：一是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)尋址，使碼垛機(jī)自動(dòng)找到被指定到達(dá)的位置；二是自動(dòng)準(zhǔn)確停準(zhǔn)，即碼垛機(jī)停準(zhǔn)位置不超出規(guī)定的精度。為此，貨架上的每個(gè)貨位必須具有碼垛機(jī)能識(shí)別的編碼，所以將貨架兩側(cè)編成 X1、X2，沿碼垛機(jī)運(yùn)行方向?qū)⒇浖芫帪?0Y 列，垂直方向控制器 調(diào)速系統(tǒng) M 認(rèn)址器論文編為 0Z 層。這樣每個(gè)貨位就有了獨(dú)立的三維坐標(biāo)地址，碼垛機(jī)自動(dòng)檢測(cè)目前的坐標(biāo)地址，使其能到達(dá)目標(biāo)位置。因?yàn)樨浖軆蓚?cè)分為 X1、X2，只有兩個(gè)方向，反應(yīng)到碼垛機(jī)上只是貨叉左伸、右伸運(yùn)動(dòng)，此方向不用檢測(cè)，所以實(shí)際上碼垛機(jī)位置的檢測(cè)只是對(duì) Y、Z位置的檢測(cè)。6.1.2 認(rèn)址檢測(cè)方式主要的認(rèn)址檢測(cè)方式有以下幾種：(1)絕對(duì)認(rèn)址：絕對(duì)認(rèn)址是將每一個(gè)貨位賦予唯一的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，給每個(gè)貨位制作一個(gè)專用的認(rèn)址片，碼垛機(jī)上相應(yīng)安裝一個(gè)識(shí)別器，通常是二進(jìn)制編碼板和一組光電開(kāi)關(guān)的組合，通過(guò)讀取認(rèn)址片的代碼來(lái)判斷碼垛機(jī)的當(dāng)前位置。(2)相對(duì)認(rèn)址：相對(duì)認(rèn)址：相對(duì)認(rèn)址時(shí)每個(gè)貨位的認(rèn)址片結(jié)構(gòu)相同。每經(jīng)過(guò)一個(gè)貨位，就對(duì)地址編碼進(jìn)行加 1 或減 1，一直移動(dòng)到和預(yù)定位置號(hào)一致時(shí)停止運(yùn)行。(3)編碼器定位法：編碼器定位方式主要有兩種：從動(dòng)輪與軌道旋轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)測(cè)定方式、鏈輪與鏈條旋轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)測(cè)定方式。從動(dòng)輪與軌道旋轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)測(cè)定方式。碼垛機(jī)的從動(dòng)輪上配有同軸旋轉(zhuǎn)編碼器，從動(dòng)輪與軌道近似純滾動(dòng)，因此通過(guò)對(duì)旋轉(zhuǎn)編碼器的轉(zhuǎn)角的轉(zhuǎn)換，可以得到碼垛機(jī)的相對(duì)運(yùn)行位置。(4)激光測(cè)距定位：激光測(cè)距定位是近年來(lái)應(yīng)用于碼垛機(jī)準(zhǔn)確定位的新技術(shù)，用激光測(cè)距儀通過(guò)測(cè)量碼垛機(jī)到基準(zhǔn)點(diǎn)的距離和事先存儲(chǔ)的位置數(shù)據(jù)比較來(lái)確定碼垛機(jī)的當(dāng)前位置。這種方法的精度很高，但是使用時(shí)碼垛機(jī)和激光發(fā)射器和反射板之間不允許有物體，否則會(huì)遮擋住激光的傳輸路徑，使系統(tǒng)無(wú)法準(zhǔn)確定位。6.1.3 認(rèn)址方式確認(rèn)為完成對(duì)碼垛機(jī)的位置控制，必須能檢測(cè)出碼垛機(jī)的運(yùn)行位置，本次設(shè)計(jì)的碼垛機(jī)系統(tǒng)認(rèn)址方式如下：(1)水平認(rèn)址系統(tǒng)水平方向采用激光測(cè)距傳感器，當(dāng)前數(shù)據(jù)為位移值，經(jīng)過(guò) PLC 計(jì)算后的數(shù)據(jù)為當(dāng)前速度值。激光測(cè)距傳感器安裝在碼垛機(jī)上，目標(biāo)放射板安裝在巷道末端。在立體倉(cāng)庫(kù)巷道通道中的激光測(cè)距范圍(激光發(fā)射器與反射板之間)內(nèi)不得有任何物體遮擋激光光線。激光測(cè)距的原理是通過(guò)發(fā)射出的激光光線長(zhǎng)度來(lái)測(cè)定距離，其光線就好比一把光尺，如果物體遮擋激光光線，讓它脫離原標(biāo)準(zhǔn)原點(diǎn)的測(cè)定位置，將影響實(shí)際要求的測(cè)定距離，從而使道碼垛機(jī)走位偏離所設(shè)定的位置，產(chǎn)生貨叉取/存儲(chǔ)錯(cuò)位或起始點(diǎn)撞擊巷道碼垛機(jī)端論文部緩沖制動(dòng)器的情況。因此，在巷道碼垛機(jī)工作時(shí)不允許有任何物體遮擋激光光線，對(duì)于激光光線通道應(yīng)采取隔離保護(hù)措施，保證激光測(cè)距的準(zhǔn)確性和自動(dòng)化系統(tǒng)的安全性。(2)縱向認(rèn)址系統(tǒng)碼垛機(jī)縱向方向的層定位采用光電開(kāi)關(guān)和認(rèn)址片組合定位，即在碼垛機(jī)的上下安裝兩個(gè)光電開(kāi)關(guān)，在每層的貨位上安裝認(rèn)址片。低位為取貨開(kāi)始伸叉或放貨完畢收叉的位置，高位為放貨開(kāi)始伸叉或取貨完畢收叉的位置。為使貨叉能完成作業(yè)，碼垛機(jī)在垂直方向上必須要提供使貨叉能停在高位或低位的檢測(cè)裝置。所以在碼垛機(jī)的升降臺(tái)上安裝三個(gè)光電開(kāi)關(guān)，與升降臺(tái)一起上升下降，中間的一個(gè)共用，其他兩個(gè)分別為上位置和下位置。存貨開(kāi)始或取貨結(jié)束時(shí)，升降臺(tái)貨叉停在高位置，下面兩個(gè)光電開(kāi)關(guān)處于認(rèn)址片內(nèi)；取貨開(kāi)始或存貨結(jié)束時(shí)，貨叉停在低位置，此時(shí)上面兩個(gè)光電開(kāi)關(guān)處于認(rèn)址片內(nèi)，如圖所示。 上 對(duì) 準(zhǔn) 光 電下 對(duì) 準(zhǔn) 光 電低 位 置 中 間 計(jì) 數(shù) 光 電 上 對(duì) 準(zhǔn) 光 電中 間 計(jì) 數(shù) 光 電下 對(duì) 準(zhǔn) 光 電高 位 置碼垛機(jī)垂直方向認(rèn)址傳感器分布圖6.2 PLC 模塊選型由于 S7-200-CPU226 的集成 24 輸入/16 輸出不能滿足設(shè)計(jì)的要求，所以又選用了EM221 擴(kuò)展模塊和 EM235 擴(kuò)展模塊，正好滿足設(shè)計(jì)的需要。所選模塊型號(hào)如表所示。擴(kuò)展模塊選型表系列號(hào) 類別 描述 選型型號(hào) 數(shù)量EM221 輸入擴(kuò)展模塊 DI16 6ES7221-1BH22-0XA0 1EM235 輸入/輸出擴(kuò)展模塊 AI4/AO1 6ES7235-0KD22-0XA0 2論文6.3 碼垛機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)為了實(shí)現(xiàn)碼垛機(jī)的準(zhǔn)確定位，提高存取效率和保證碼垛機(jī)的穩(wěn)定性，必須對(duì)碼垛機(jī)三個(gè)機(jī)構(gòu)的速度進(jìn)行合理有效的控制，由于水平和垂直運(yùn)行電機(jī)分別采用三相交流異步電動(dòng)機(jī)和單相交流異步電動(dòng)機(jī)，所以對(duì)這兩個(gè)方向的速度控制采用閉環(huán)變頻調(diào)速控制。6.3.1 變頻器的選型本文根據(jù)綜合考慮選擇西門(mén)子 MM440 變頻器，MM440 型使用 PID 控制器，具 PID 微調(diào)等功能，MM440 可用于矢量控制，可以實(shí)現(xiàn)高性能的應(yīng)用，帶內(nèi)置制動(dòng)單元，可以快速制動(dòng)。MM440 變頻器各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)如下：輸入電壓：3 相 380VAC，50Hz。輸入電流：2.8A。輸出功率：0.75KW。輸出電壓：3 相(0-380)VAC 可調(diào)。輸出頻率：(0-650)Hz 可調(diào)。輸出電流：2.1 。A輸出控制：變頻器由微機(jī)處理器控制絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)的脈沖寬度調(diào)制頻率，實(shí)現(xiàn)輸出電壓、頻率可調(diào)。控制作用： ，矢量轉(zhuǎn)矩、光電編碼器反饋的速度控制等。VF數(shù)字量輸入：6 路帶隔離的數(shù)字量輸入。數(shù)字量輸出：8 路繼電器輸出。模擬量輸入：2 路(010) 模擬量輸入。模擬量輸出：2 路(020) 模擬量輸出。mA通訊接口：RS485 通訊、 USS 協(xié)議。操作功能：AOP 盤(pán)、BOP 控制盤(pán)、電位器與外接端子操作。6.3.2 水平方向變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)水平行走電機(jī)采用 220W 的三相交流異步電動(dòng)機(jī)，運(yùn)行速度要求為2m/min360m/min，系統(tǒng)采用轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制方式。S7-200PLC 的模擬量輸出信號(hào) 作為KUMM440 變頻器的模擬量輸入，來(lái)控制變頻器輸出頻率和輸出電壓的變化，從而控制三相論文異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行；電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速由光電編碼器檢測(cè)并反饋到 PLC 得高速計(jì)數(shù)口 I1.4 和I1.5，構(gòu)成閉環(huán)變頻調(diào)速系統(tǒng)。系統(tǒng)方框圖如圖所示， 為速度給定量， 為 PLC 輸gnKU出的控制量， 為變頻器輸出電壓， 為被控量，控制算法為 PID。un擾動(dòng)gneKUun- fPLC 變頻調(diào)速閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖(1)運(yùn)用指令系統(tǒng)中的 PID 指令，偏差信號(hào)按照 PID 算法計(jì)算出控制量，用傳送指令輸出電壓控制量到變頻器的模擬量輸入 AIN1 口。(2)運(yùn)用指令系統(tǒng)中的 HDEF、HSC 指令，進(jìn)行高速計(jì)數(shù)中斷程序設(shè)計(jì)，高速計(jì)數(shù)器設(shè)為 HSC0 和模式 9，增計(jì)數(shù)，實(shí)時(shí)采集并存儲(chǔ)光電編碼器反饋的 A、B 兩相正交脈沖數(shù)。(3)在上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中，實(shí)時(shí)測(cè)取系統(tǒng)各參數(shù)和輸出特性，并能在上/ 下位機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)控制。(4)采用模塊化程序結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出控制程序，包括主程序、子程序和中斷程序。采用帶傳感器矢量控制閉環(huán)調(diào)速，能滿足像碼垛機(jī)這樣動(dòng)態(tài)特性要求較高，并且在低頻時(shí)輸出高轉(zhuǎn)矩以及轉(zhuǎn)速精度要求較高的場(chǎng)合。由于碼垛機(jī)在工作過(guò)程中是頻繁啟動(dòng)和停車(chē)的，在高速運(yùn)行的狀態(tài)下還要求碼垛機(jī)能夠快速精準(zhǔn)地停在目的地，因此在制動(dòng)方面采用了動(dòng)能制動(dòng)，將電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在發(fā)電狀態(tài)下所回饋的能量消耗在制動(dòng)電阻中，從而達(dá)到快速停車(chē)的目的。根據(jù)控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)要求，三相異步電動(dòng)機(jī)采用泰安伊萬(wàn)福電機(jī)有限公司生產(chǎn)的 系列 -632-2 型電機(jī)，額定功率 300W，額定電流 0.69A，額定電壓 380 ， 額定頻2Y V率 50Hz， 轉(zhuǎn)速 ，功率因數(shù) 0.81。270minrPLC控制器（PID 算法）變頻器主電路（IGBT 逆變器）三相異步電動(dòng)機(jī)（負(fù)載系統(tǒng)）光電編碼器反饋論文6.3.3 垂直方向變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)垂直運(yùn)行電動(dòng)機(jī)采用 200W 的單向交流異步電動(dòng)機(jī)，運(yùn)行速度要求為2m/min80m/min。垂直方向變頻調(diào)速系統(tǒng)與水平方向變頻調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相似，但是由于單相異步電動(dòng)機(jī)和三相異步電動(dòng)機(jī)有所區(qū)別，所以垂直變頻調(diào)速系統(tǒng)和水平變頻調(diào)速系統(tǒng)也有不同的地方。從結(jié)構(gòu)上看單相異步電動(dòng)機(jī)與三相籠型異步電動(dòng)機(jī)相似，其轉(zhuǎn)子也為籠型，只是釘子繞組為單相工作繞組，但通常為起動(dòng)的需要，定子上除了工作繞組外，還設(shè)有起動(dòng)繞組，它的作用是產(chǎn)生起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，一般只在起動(dòng)時(shí)接入，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到 70%80%的同步轉(zhuǎn)速時(shí)，由離心開(kāi)關(guān)將其從電源自動(dòng)切除，所以正常工作時(shí)只有工作繞組在電源上運(yùn)行。但也有一些電容或電阻電動(dòng)機(jī)，在運(yùn)行時(shí)將起動(dòng)繞組接于電源上，這實(shí)質(zhì)上相當(dāng)于一臺(tái)兩相電機(jī)，但由于它接在單相電源上，故稱為單相異步電動(dòng)機(jī)。圖是電容分組式單相異步電動(dòng)機(jī)原理圖。單相異步電動(dòng)機(jī)的突出特點(diǎn)是沒(méi)有啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和固定的轉(zhuǎn)向。為此要設(shè)置啟動(dòng)裝置，以及電機(jī)中產(chǎn)生一個(gè)與主磁場(chǎng)在空間和時(shí)間上不同相得磁場(chǎng)，從而形成一定大小的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)以產(chǎn)生啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。單相異步電動(dòng)機(jī)因有反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，與相同容量的三相異步電機(jī)比較，具有勵(lì)磁電流大、功率因數(shù)低、過(guò)載能力小、效率也比較低等缺點(diǎn)。但因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便，使數(shù)瓦至三百瓦左右的小功率電機(jī)得以廣泛采用。電容分組式單相異步電動(dòng)機(jī)原理圖1 工作繞組；2起動(dòng)繞組K離心式開(kāi)關(guān)；C電容器單相交流電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速與三相交流電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速不同，將單相 220V 輸入、三相輸出的變頻器的三個(gè)輸出端子（U、V、W） ，接任意兩端。輸出單相變頻調(diào)速電源在1 CK2M論文輸出端上串上一個(gè)足夠電感量的電感，用于隔離電動(dòng)機(jī)電容對(duì)變頻器的危害作用（同時(shí)對(duì)變頻器的高載波率起到一定的濾波作用） ，并保護(hù)電動(dòng)機(jī)電容，此電路只適用于小功率單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)式和罩極式電動(dòng)機(jī)，不適用于帶離心開(kāi)關(guān)的單相電動(dòng)機(jī)。另外，變頻器的輸出電壓和電動(dòng)機(jī)的輸出電壓相匹配，變頻器要留有足夠的容量（應(yīng)比電動(dòng)機(jī)的使用功率大三倍） 。串聯(lián)的電感要有足夠的電感量和通過(guò)電流的流量，電感的磁性材料應(yīng)與變頻器的載波率相匹配。根據(jù)控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)要求，單相異步電動(dòng)機(jī)選用許昌萬(wàn)通電機(jī)制造有限公司生產(chǎn)的 YY7112 型電機(jī)，額定功率 250W，額定電流 1.73A，效率 67，功率因數(shù) 0.92，額定轉(zhuǎn)速 2800，堵轉(zhuǎn)電流 10A，堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩 0.35，最大轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩 1.6。變頻器和單相電容式運(yùn)轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)的接線如圖所示。 變 頻 調(diào) 速 器R SU VW 單 相 電 容 式運(yùn) 轉(zhuǎn) 電 動(dòng) 機(jī) 運(yùn)行電容AC20變頻器與單相電容式運(yùn)轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)的接線圖6.4 碼垛機(jī)貨叉控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。步進(jìn)電機(jī)定子的各相繞組按照一定的順序通電、斷電，從而帶動(dòng)轉(zhuǎn)子按既定的方向一步一步轉(zhuǎn)動(dòng)固定的角度，這個(gè)角度被稱為“步距角” ，通常用 表示。步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子上均勻的分布著許多小齒，相鄰的兩個(gè)小齒的中心線間的角度稱為齒距角 ( )。對(duì)于 m 相 n 拍的步進(jìn)電360轉(zhuǎn) 動(dòng) 齒 數(shù)機(jī)來(lái)說(shuō)，則轉(zhuǎn)子走過(guò)了 n 個(gè)步距角 ，所以步距角n轉(zhuǎn) 子 步 數(shù)論文本次選用的 S7-226 型 PLC 可以通過(guò) Q0.0 和 Q0.1 兩個(gè)輸出端輸出脈沖串（PTO ）和脈寬調(diào)制（PWM） 。本次選用 PTO 控制方式，所以 PLC 的輸出端 Q0.0 用做高頻脈沖輸出端，電機(jī)選用森創(chuàng)兩相混合式電動(dòng)機(jī) 42BYG，步距角為 ,該電機(jī)1.80.9整 步 半 步使用配套的 SH-20403 兩相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)器。圖是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)器的接線圖。 二相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器的特點(diǎn)是：恒流控制，極低的電源損耗，極高的開(kāi)關(guān)頻率，驅(qū)動(dòng)電流和細(xì)分?jǐn)?shù)可由撥碼開(kāi)關(guān)設(shè)定，并具有半流鎖定功能，脫機(jī)控制功能，所有輸入信號(hào)與功率放大部分光電隔離。PLCM A+-B+脈 沖 信 號(hào)貨 叉 方 向改 變 信 號(hào) 24VDC公 共 端 1K1K42BYG步 進(jìn) 電機(jī) SH-2043驅(qū) 動(dòng) 器步進(jìn)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器接線圖6.5 安全檢測(cè)傳感器的應(yīng)用(1)貨架占有情況檢測(cè)自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)需要知道貨物是否存放在貨架，或者貨物在貨架的位置信息。以免造成誤動(dòng)作，損傷機(jī)械。入庫(kù)操作時(shí)，當(dāng)碼垛機(jī)到達(dá)目標(biāo)位置時(shí)，先檢測(cè)貨位是否有貨物，若沒(méi)有貨物，則進(jìn)行伸叉作業(yè)，否則發(fā)出信號(hào)使碼垛機(jī)動(dòng)作停止；出庫(kù)時(shí)，若檢測(cè)出相論文應(yīng)貨位無(wú)貨物，則發(fā)出信號(hào)致碼垛機(jī)動(dòng)作停止。本文采用漫反射型的光電傳感器可以感知貨物在貨架的存在或者位置。(2)貨物突出貨架檢測(cè)貨物存放在貨架上，可能由于異常的情況導(dǎo)致貨物突出貨架的情況。這些突出的貨物可能妨礙碼垛機(jī)垂直方向的運(yùn)行，導(dǎo)致貨架或碼垛機(jī)的損害。在碼垛機(jī)垂直軌道上頂端安裝長(zhǎng)距離光電傳感器可以監(jiān)視貨物突出，一旦有突出，向上位機(jī)報(bào)警，控制系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)致碼垛機(jī)停止運(yùn)行。6.6 元器件的選型主要的元器件的選擇如下表所示。元器件使用表名稱 代號(hào)符號(hào) 個(gè)數(shù) 規(guī)格符號(hào) 備注PLC PLC 1 S7-200 CPU226，AC/DC 繼電器輸出擴(kuò)展模塊 1 1 EM221 16 路數(shù)字輸入擴(kuò)展模塊 2 2 EM235 4 模擬量輸入、1 模擬量輸出接觸器 KM 3 CJ20-100 線圈電壓 220V電阻 R 2 2K限流保護(hù)器 FR 1 JRS4-140365d 整定電流 80-104A熔斷器 FU 4 RLS1-100 額定電壓 380V 額定電流20-100A指示燈 HL 5 AD16-22G LED 顯示，220V行程開(kāi)關(guān) SQ 14 LF-0124LB 額定電壓 10-30VDC按鈕開(kāi)關(guān) SA KD2B-21 帶自鎖，24V激光測(cè)距傳感器 1 ODSL8 型 檢測(cè)距離 25-45 米光電傳感器 2 E3G-MR19論文光電編碼器 2 755A 增量式三相交流異步電動(dòng)機(jī)M 1 Y2-632-2 額定電壓 380V，額定功率 300W單相交流異步電動(dòng)機(jī)M 1 YY7112 額定電壓 380V，額定功率 250W步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器 1 SH-20403 24-70VDC二相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)M 1 42BYG 步距角 0.9/1.8論文總結(jié)碼垛機(jī)是立體倉(cāng)庫(kù)的主要輸送設(shè)備，同時(shí)也是提高整個(gè)倉(cāng)庫(kù)運(yùn)行效率的關(guān)鍵所在。本文設(shè)計(jì)了碼垛機(jī)的電控系統(tǒng)，針對(duì)碼垛機(jī)運(yùn)行速度與認(rèn)址精度的要求，圍繞碼垛機(jī)運(yùn)行系統(tǒng)的性能提升展開(kāi)一系列的工作。同時(shí)本文主要完成了以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：依據(jù)設(shè)計(jì)立體倉(cāng)庫(kù)的有關(guān)參數(shù)，對(duì)碼垛機(jī)電氣控制的硬件系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。采用了激光測(cè)距傳感器在水平方向認(rèn)址，提高了碼垛機(jī)的認(rèn)址精度及行系統(tǒng)的可靠性，為以后運(yùn)行速度的提升奠定了基礎(chǔ)。同時(shí)在水平和垂直方向采用閉環(huán)控制方式，實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)行、換速平穩(wěn)、低速停準(zhǔn)的控制要求。簡(jiǎn)單介紹了系統(tǒng)的通信協(xié)議和方式，并設(shè)置了相應(yīng)的安全保護(hù)措施。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、硬件性能優(yōu)良、軟件功能強(qiáng)大、圖形界面友好，基本上達(dá)了設(shè)計(jì)要求。但是盡管如此本系統(tǒng)還是存在很多需要改進(jìn)的地方，比如監(jiān)控系統(tǒng)還需要進(jìn)一步的完善充實(shí)，碼垛機(jī)運(yùn)行的速度和位置精度還有待提高，出入庫(kù)作業(yè)優(yōu)化調(diào)度方面需要做進(jìn)一步的研究，這些對(duì)提高整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行效率有非常重要的作用。通過(guò)這次的課程設(shè)計(jì)，我學(xué)會(huì)了如何查閱現(xiàn)有的技術(shù)資料，如何舉一反三，如何通過(guò)改進(jìn)并加入自己的思想和觀點(diǎn)，使之成為自己的東西，并且結(jié)合生產(chǎn)知識(shí)，培養(yǎng)理論聯(lián)系實(shí)際以及分析和解決工程實(shí)際問(wèn)題的才能，并使大學(xué)所學(xué)的知識(shí)得到進(jìn)一步鞏固，深化和擴(kuò)展。在此，我對(duì)我的課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師鄢圣華老師和馮大鵬老師表示衷心的感謝，感謝他們對(duì)我的嚴(yán)格要求，感謝他們的監(jiān)督和指導(dǎo)。最后，讓我以我最崇高的心意，對(duì)兩位老師說(shuō)一聲：老師，您辛苦了！論文參考文獻(xiàn)1 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