智能仓储设备控制系统的设计和研发毕业论文
目 录
引言 1
（一） 自动化仓库发展现状 1
（二） 堆垛机研究现状 1
（三） 本课题的研究意义 2
一、堆垛系统方案设计 3
（一）PLC的选型和三菱PLC介绍 3
（二） 步进电机的选择 4
（三） 步进电机驱动器的选择 4
二、PLC概述 6
三、系统框图及其功能 6
四、系统硬件设计 8
（一）PLC外部接线图 8
（二）PLC的输入/输出分配表 9
五、堆垛机的软件系统配置 10
（一）程序流程图 10
（二）程序功能图 11
（三）梯形图程序设计 12
六、总结与展望 15
七、参考文献 15
八、致谢 16
九、附录 17
引言
如今的社会仓储、物流等概念已经逐步被大家所熟知，其相应的先进技术也在许多企业中得到广泛应用。计算机技术的迅猛发展，为现代企业的物流仓储管理提供了重要的技术支持，自动化立体仓库得到了很大的发展。这种技术不仅具有节约用地、提高物流效率，保证生产的平衡、合理的利用资源、进行科学化的存储，更有效的节省了时间，提高了生产效率，最为重要的是降低了成本，让人们能更好的享受现代化的生活。而智能仓储管理系统就是自动化立体仓库中的核心。整个立体仓库实现“自动化”都是靠这一套系统来完成的。在20世纪70年代初期，我国开始研究采用有轨巷道式堆垛机(简称堆垛机)的立体仓库。1980年我国第一座自主研发的自动化立体仓库在北京汽车制造厂正式投产，自动化立体仓库由此在我国开始得到了迅速发展。本文所写的堆垛机系统的开发就是智能仓储管理系统 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
的存取部分。堆垛机的作用就是实现对进料，出料和合理分配，精确寻址，从而对实现智能存储这一功能。
（一） 自动化仓库发展现状
在现代的物流仓储管理系统中，自动化立体仓库的应用日益广泛。它是一种新型的仓储管理技术。自动化立体仓库是指：采用智能化的搬运设备和运输设备将货物的入库和出库进行作业的仓库。这类仓库主要通过智能的机械设备在立体空间中进行存取，所以称之为立体仓库。目前，立体仓库都能达到四十多米高度，存取的货物也能达数万个单位，实现了全自动化的入库和出库的智能控制，并且是无人操控的智能化操作。其主要的组成部分有搬运机械设备、运输机械设备、控制及管理设备。
在我国，五十年代就已经开始研究固定方向运动的机械手（也就是用开关控制机械手运动），六十年代开始研究用计算机控制机械手工作，七十年代在机器人领域有了很大的发展。在国家的鼓励和支持下，在很多技术上的难题已经攻破，并且取得了很多重大的项目成果，比如已经基本上已经掌握了机器人的外观设计、程序的编写以及机器人与人类自动交流等相关的技术。设计出全自动喷漆机器人、智能焊接机械人、装配和搬运等机器人，并且已经有很多家企业的生产线上已经引进了喷漆机器人，焊接机器人己经应用到汽车制造上,从上可以看出我国越来越注重自动化的机器发展。
（二） 堆垛机研究现状
最初立体仓库里面搬运货物使用的搬运工具是桥式起重机为基础的堆垛机，这种堆垛机是从起重机的承重梁上悬挂一个支撑架，利用支撑架支撑起重机上下和旋转来搬运和存储货物。目前的堆垛机技术已经取得了重大的进展，在技术层面上说：其控制技术、定位精度、运行速度都得到了很大程度的提高。目前普遍采用的是有轨的巷道式堆垛机，有的立体仓库中，上层和下层分别采用不同的堆垛机进行搬运作业，这种方法更加提高了出入库能力。就目前而言，体现堆垛机性能好坏的指标主要有：运行速度、平稳性、认址精度等等。
（三） 本课题的研究意义
随着我国加入WTO，经济全球化已经成为了必然的趋势，更进一步促进了物资流通，货物储运吞吐量越来越大。可以预测，今后市场对仓储物流设备的需求量将有大幅度增长，而且将在自动化程度、信息化程度等方面提出更高的要求[2]。由于现代科学技术的不断进步，原先的手工劳动满足不了现代企业的要求，因此，必须利用先进的生产自动化、机械以取代人的劳动，满足各大工厂企业的需求。
立体仓库生产在中国是个新兴行业，立体仓库可缓解城市用地问题，改善城市环境，有效利用土地价值。智能仓储仓库是物流中的重要组成部分，它是在不进行人工直接干预的情况下自动地存储货物的系统。是科技发展的必然产物。本设计主要采用三菱PLC实现对物品的分类储藏，在现代化仓储管理需求中，对自动化的需求已经越来越大，而使用PLC实现智能仓储管理系统的控制，一方面大大节约的人力成本、时间成本等，另一方面在可靠性方面也远远比其他控制方式简单，可靠，并且减少了日后的维护工作量。
一、堆垛系统方案设计
（一）PLC的选型和三菱PLC介绍
目前市场的PLC的产品很多，不同厂家生产的不同型号的PLC其结构各不相同，但大都是以中央处理器为核心结构，其功能的实现不仅仅是硬件的作用，更需要的是软件的支持。PLC发展到今，已经有了多种形式，功能也不相同，选择PLC时要特别注意它的性能指标，根据不同要求选择不同型号的PLC。可编程控制器的主要性能指标主要有：
1．I/O点数：主要指的是PLC的外部输入、输出接线口，这是非常重要的一项技术指标。
2．内部继电器和内部寄存器：主要包括辅助继电器、特殊的辅助继电器、定时器、技术器和通用寄存器、变址寄存器、特殊寄存器等。硬件功能的指标通常用寄存器的的配置来衡量。
3．用户程序存储量：用来存储用户通过编程器编入的程序，通常用字节来表示。
4．扫描时间：是指PLC读一次用户编写的程序所需的时间，反映了PLC的扫描速度，一般情况下用一个粗略指标来表示。
5．编程语言及指令系统：PLC常用的语言有梯形图、流程图及某些高级语言，本课题主要用梯形图来编写程序，PLC指令的多少是衡量它软件功能强弱的主要指标。主要包括逻辑指令。
6．特殊功能模块：PLC除了实现基本的功能外，一些PLC还配置了特殊功能，可以与计算机通信，直接用高级语言编程。
7．工作环境：PLC一般都有一段它最适应的工作环境，工作环境好了，PLC工作起来就非常速度化，并且寿命也会加长。
8．耐振动、冲击性能：指PLC所能承受的振动和冲击力。
本课题选用的是日本三菱FX2N-48MR型PLC, FX2N-48MR PLC 是三菱公司推出的一种高性能、高标准的规格化机器,拥有运算起来速度快和功能齐全等基本性能，应用领域非常广泛，适用于各种各样领域的扩展设备，除了有16到25点的输入点用途外，还可以实现多个基本组件间的连接模拟控制，并且可以实现定位控制，是一种多样化的、多功能的PLC。系统配置非常容易并且灵活多变：当在基本元件上连接拓展单元或拓展模块时，这样就可以实现多种点的输入输出组合。可根据电源及输出形式，自由选择高性能程序容量：内置800步RAM可使用的存储盒，最大可扩展到16K步。而且网络通信能力强，它的I/O口最多可扩展至256个，满足大部分需求在国内具有很大市场的份额。因此我们选择三菱FX2N-48MT。
二、PLC概述
可编程控制器（简称PLC）是在计算机技术、通信技术和继电器控制技术的发展基础上发展起来的，现已在工业控制的各个领域中广泛应用。它以微处理器为控制核心，将编写好的程序输入到PLC中就可以得到相对应的输出信号，这个输出信号就可以实现逻辑量的运算、计数、定时等等，并且可以通过数字量和模拟量的输入/输出来控制机械设备的运行。
引言 1
（一） 自动化仓库发展现状 1
（二） 堆垛机研究现状 1
（三） 本课题的研究意义 2
一、堆垛系统方案设计 3
（一）PLC的选型和三菱PLC介绍 3
（二） 步进电机的选择 4
（三） 步进电机驱动器的选择 4
二、PLC概述 6
三、系统框图及其功能 6
四、系统硬件设计 8
（一）PLC外部接线图 8
（二）PLC的输入/输出分配表 9
五、堆垛机的软件系统配置 10
（一）程序流程图 10
（二）程序功能图 11
（三）梯形图程序设计 12
六、总结与展望 15
七、参考文献 15
八、致谢 16
九、附录 17
引言
如今的社会仓储、物流等概念已经逐步被大家所熟知，其相应的先进技术也在许多企业中得到广泛应用。计算机技术的迅猛发展，为现代企业的物流仓储管理提供了重要的技术支持，自动化立体仓库得到了很大的发展。这种技术不仅具有节约用地、提高物流效率，保证生产的平衡、合理的利用资源、进行科学化的存储，更有效的节省了时间，提高了生产效率，最为重要的是降低了成本，让人们能更好的享受现代化的生活。而智能仓储管理系统就是自动化立体仓库中的核心。整个立体仓库实现“自动化”都是靠这一套系统来完成的。在20世纪70年代初期，我国开始研究采用有轨巷道式堆垛机(简称堆垛机)的立体仓库。1980年我国第一座自主研发的自动化立体仓库在北京汽车制造厂正式投产，自动化立体仓库由此在我国开始得到了迅速发展。本文所写的堆垛机系统的开发就是智能仓储管理系统 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
的存取部分。堆垛机的作用就是实现对进料，出料和合理分配，精确寻址，从而对实现智能存储这一功能。
（一） 自动化仓库发展现状
在现代的物流仓储管理系统中，自动化立体仓库的应用日益广泛。它是一种新型的仓储管理技术。自动化立体仓库是指：采用智能化的搬运设备和运输设备将货物的入库和出库进行作业的仓库。这类仓库主要通过智能的机械设备在立体空间中进行存取，所以称之为立体仓库。目前，立体仓库都能达到四十多米高度，存取的货物也能达数万个单位，实现了全自动化的入库和出库的智能控制，并且是无人操控的智能化操作。其主要的组成部分有搬运机械设备、运输机械设备、控制及管理设备。
在我国，五十年代就已经开始研究固定方向运动的机械手（也就是用开关控制机械手运动），六十年代开始研究用计算机控制机械手工作，七十年代在机器人领域有了很大的发展。在国家的鼓励和支持下，在很多技术上的难题已经攻破，并且取得了很多重大的项目成果，比如已经基本上已经掌握了机器人的外观设计、程序的编写以及机器人与人类自动交流等相关的技术。设计出全自动喷漆机器人、智能焊接机械人、装配和搬运等机器人，并且已经有很多家企业的生产线上已经引进了喷漆机器人，焊接机器人己经应用到汽车制造上,从上可以看出我国越来越注重自动化的机器发展。
（二） 堆垛机研究现状
最初立体仓库里面搬运货物使用的搬运工具是桥式起重机为基础的堆垛机，这种堆垛机是从起重机的承重梁上悬挂一个支撑架，利用支撑架支撑起重机上下和旋转来搬运和存储货物。目前的堆垛机技术已经取得了重大的进展，在技术层面上说：其控制技术、定位精度、运行速度都得到了很大程度的提高。目前普遍采用的是有轨的巷道式堆垛机，有的立体仓库中，上层和下层分别采用不同的堆垛机进行搬运作业，这种方法更加提高了出入库能力。就目前而言，体现堆垛机性能好坏的指标主要有：运行速度、平稳性、认址精度等等。
（三） 本课题的研究意义
随着我国加入WTO，经济全球化已经成为了必然的趋势，更进一步促进了物资流通，货物储运吞吐量越来越大。可以预测，今后市场对仓储物流设备的需求量将有大幅度增长，而且将在自动化程度、信息化程度等方面提出更高的要求[2]。由于现代科学技术的不断进步，原先的手工劳动满足不了现代企业的要求，因此，必须利用先进的生产自动化、机械以取代人的劳动，满足各大工厂企业的需求。
立体仓库生产在中国是个新兴行业，立体仓库可缓解城市用地问题，改善城市环境，有效利用土地价值。智能仓储仓库是物流中的重要组成部分，它是在不进行人工直接干预的情况下自动地存储货物的系统。是科技发展的必然产物。本设计主要采用三菱PLC实现对物品的分类储藏，在现代化仓储管理需求中，对自动化的需求已经越来越大，而使用PLC实现智能仓储管理系统的控制，一方面大大节约的人力成本、时间成本等，另一方面在可靠性方面也远远比其他控制方式简单，可靠，并且减少了日后的维护工作量。
一、堆垛系统方案设计
（一）PLC的选型和三菱PLC介绍
目前市场的PLC的产品很多，不同厂家生产的不同型号的PLC其结构各不相同，但大都是以中央处理器为核心结构，其功能的实现不仅仅是硬件的作用，更需要的是软件的支持。PLC发展到今，已经有了多种形式，功能也不相同，选择PLC时要特别注意它的性能指标，根据不同要求选择不同型号的PLC。可编程控制器的主要性能指标主要有：
1．I/O点数：主要指的是PLC的外部输入、输出接线口，这是非常重要的一项技术指标。
2．内部继电器和内部寄存器：主要包括辅助继电器、特殊的辅助继电器、定时器、技术器和通用寄存器、变址寄存器、特殊寄存器等。硬件功能的指标通常用寄存器的的配置来衡量。
3．用户程序存储量：用来存储用户通过编程器编入的程序，通常用字节来表示。
4．扫描时间：是指PLC读一次用户编写的程序所需的时间，反映了PLC的扫描速度，一般情况下用一个粗略指标来表示。
5．编程语言及指令系统：PLC常用的语言有梯形图、流程图及某些高级语言，本课题主要用梯形图来编写程序，PLC指令的多少是衡量它软件功能强弱的主要指标。主要包括逻辑指令。
6．特殊功能模块：PLC除了实现基本的功能外，一些PLC还配置了特殊功能，可以与计算机通信，直接用高级语言编程。
7．工作环境：PLC一般都有一段它最适应的工作环境，工作环境好了，PLC工作起来就非常速度化，并且寿命也会加长。
8．耐振动、冲击性能：指PLC所能承受的振动和冲击力。
本课题选用的是日本三菱FX2N-48MR型PLC, FX2N-48MR PLC 是三菱公司推出的一种高性能、高标准的规格化机器,拥有运算起来速度快和功能齐全等基本性能，应用领域非常广泛，适用于各种各样领域的扩展设备，除了有16到25点的输入点用途外，还可以实现多个基本组件间的连接模拟控制，并且可以实现定位控制，是一种多样化的、多功能的PLC。系统配置非常容易并且灵活多变：当在基本元件上连接拓展单元或拓展模块时，这样就可以实现多种点的输入输出组合。可根据电源及输出形式，自由选择高性能程序容量：内置800步RAM可使用的存储盒，最大可扩展到16K步。而且网络通信能力强，它的I/O口最多可扩展至256个，满足大部分需求在国内具有很大市场的份额。因此我们选择三菱FX2N-48MT。
二、PLC概述
可编程控制器（简称PLC）是在计算机技术、通信技术和继电器控制技术的发展基础上发展起来的，现已在工业控制的各个领域中广泛应用。它以微处理器为控制核心，将编写好的程序输入到PLC中就可以得到相对应的输出信号，这个输出信号就可以实现逻辑量的运算、计数、定时等等，并且可以通过数字量和模拟量的输入/输出来控制机械设备的运行。
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