立體倉庫與碼垛機(jī)設(shè)計(jì)

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1課程設(shè)計(jì)任務(wù)書一、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)生分析問題和解決問題的能力，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)際問題正確設(shè)計(jì)總體方案, 分析具體問題、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：①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；②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；③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；④出入庫平移臺(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；⑤碼垛機(jī)與立體倉庫的配合工作，包括立體倉庫簡(jiǎn)要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析、導(dǎo)軌設(shè)計(jì)等；⑥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；⑦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 6~7 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。由組長細(xì)分小組成員需承擔(dān)的任務(wù)。2三、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)說明書，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》，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)說明書手寫和打印均可。課程設(shè)計(jì)第一天由各設(shè)計(jì)小組組長根據(jù)指導(dǎo)教師給的電子任務(wù)書擬定出適合本小組的課程設(shè)計(jì)任務(wù)書，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3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庫，也有儲(chǔ)存量較大的桁道式立體倉庫。毛坯一般先由工人裝入托盤上的夾具中，并儲(chǔ)存在自動(dòng)倉庫中的特定區(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)車搬送物料的順序則與設(shè)備排列位置無關(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1－4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自動(dòng)交換裝置(簡(jiǎn)稱APC)來傳送，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)從刀庫中取出更換，也可由備用的子刀庫取代裝滿待換刀具的刀庫。車床卡盤的卡爪、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)各的口工過程的控制；第二級(jí)為群控計(jì)算機(jī)，負(fù)責(zé)把來自第三級(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)等?！　楸ＷCFMS的連續(xù)自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，須對(duì)刀具和切削過程進(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。41.3功能單元組成碼垛機(jī)與立體倉庫，傳送帶，視覺檢測(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)與立體倉庫從站單元、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)與立體倉庫單元采用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PROFIBUS總線控制其他從站單元，如圖1-1所示。 5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)化立體倉庫的接口定義及連接。6第二章 碼垛機(jī)簡(jiǎn)介1.1 碼垛機(jī)概述碼垛機(jī)是立體倉庫系統(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，立體倉庫的技術(shù)水平和倉儲(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)展初期的立體倉庫使用的碼垛機(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)門架，利用門架的上下和旋轉(zhuǎn)來搬運(yùn)貨物。1960 年左右在美國出現(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 10~15 米的高層碼垛機(jī)，1969 年出現(xiàn)了聯(lián)機(jī)全自動(dòng)化倉庫，我國是在上世紀(jì) 70年代初期開始研究采用巷道式碼垛機(jī)的立體倉庫。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，在有的立體倉庫中采用上、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。7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Ⅰ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)。Ⅱ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。Ⅲ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)。Ⅳ軸為旋轉(zhuǎn)軸，通過支架與Ⅲ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。83.2 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。93.3 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、開關(guān)支架底板19、機(jī)械限位開關(guān)20、開光撞片21、底板122、連接板23、零位開關(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)械限位開關(guān)以及一個(gè)零位開關(guān)，兩端還有機(jī)械硬限位擋塊。機(jī)械限位開關(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)過程中，一直需要貫穿考慮的問題還有走線問題，因?yàn)殡姍C(jī)、各類開關(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)過程中內(nèi)部無擠壓等現(xiàn)象，防止氣管堵住及電10線損壞。3.4 托盤倉的設(shè)計(jì)托盤倉是存儲(chǔ)托盤和向托盤輸送機(jī)供給托盤的部機(jī)，其結(jié)構(gòu)如上圖所示。托盤倉主要由機(jī)架1、叉板2、主氣缸3、光電開關(guān)4和6、霍爾開關(guān)5組成。機(jī)架主要采用鋼板、槽鋼和角鋼焊接而成，能保證托盤倉有足夠的強(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，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。側(cè)面還裝有兩個(gè)小氣缸，小氣缸控制叉板開合，保證托盤的提取。光電開關(guān)采用對(duì)射式光電開關(guān)，檢測(cè)托盤倉內(nèi)托盤的存儲(chǔ)量，以保證托盤的及時(shí)供給。霍爾開關(guān)與主氣缸同步運(yùn)動(dòng)，不同位置的霍爾開關(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倉叉板動(dòng)作的協(xié)調(diào)。11第四章 立體倉庫出入庫平移臺(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)立體倉庫的出入庫設(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?！?2直線軸承主要用在自動(dòng)化機(jī)械上比較多,像德國進(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 立體倉庫的配合工作5.1 立體倉庫簡(jiǎn)介自動(dòng)化立體倉庫，也叫自動(dòng)化立體倉儲(chǔ)，物流倉儲(chǔ)中出現(xiàn)的新概念，利用立體倉庫設(shè)備可實(shí)現(xiàn)倉庫高層合理化，存取自動(dòng)化，操作簡(jiǎn)便化：自動(dòng)化立體倉庫，是當(dāng)前技術(shù)水平較高的形式。自動(dòng)化立體倉庫的主體由貨架，巷道式堆垛起重機(jī)、入(出)庫工作臺(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 立體倉庫發(fā)展倉庫的產(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，美國出現(xiàn)了采用橋式堆垛起重機(jī)的立體倉庫；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)立體倉庫；1963年美國率先在高架倉庫中采用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，建立了第一座計(jì)算機(jī)控制的立體倉庫。此后，自動(dòng)化立體倉庫在美國和歐洲得到迅速發(fā)展，并形成了專門的學(xué)科。60年代中期，日本開始興建立體倉庫，并且發(fā)展速度越來越快，成為當(dāng)今世界上擁有自動(dòng)化立體倉庫最多的國家之一。 對(duì)立體倉庫及其物料搬運(yùn)設(shè)備的研制開始并不晚，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年開始研制我國第一座由計(jì)算機(jī)控制的自動(dòng)化立體倉庫（高15米，機(jī)械部起重所負(fù)責(zé)） ，該庫1980年投入運(yùn)行。到2003年為止，我國自動(dòng)化立體倉庫數(shù)量已超過200座。立體倉庫由于具有很高的空間利用率、很強(qiáng)的入出庫能力、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)管理不可缺少的倉儲(chǔ)技術(shù)，越來越受到企業(yè)的重視。 5.3立體倉庫總體結(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；13在立體倉庫系統(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庫的控制面板；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；倉庫模塊采用 3x4的結(jié)構(gòu)，每個(gè)倉位上都設(shè)置了控制了限位開關(guān)。通過參考立體倉庫的一般結(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)立體倉庫的整體結(jié)構(gòu)，如下圖所示。立體倉庫機(jī)構(gòu)模型5.4倉庫搭建組合式貨架，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)倉位，共有98個(gè)存儲(chǔ)倉位。倉位成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)倉位均有限位開關(guān)與PLC控制器相連接，隨時(shí)供系統(tǒng)檢測(cè)倉位的存儲(chǔ)狀況。14圖 3.2 自動(dòng)化立體倉庫1、貨架2、巷道3、天軌4、堆垛機(jī)5、倉位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：15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)倉庫的認(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?0~Y 列，垂直方向控制器 調(diào)速系統(tǒng) M 認(rèn)址器16編為 0~Z 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關(guān)的組合，通過讀取認(rèn)址片的代碼來判斷碼垛機(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 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。在立體倉庫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)距的原理是通過發(fā)射出的激光光線長度來測(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17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)光電開關(guān)，在每層的貨位上安裝認(rèn)址片。低位為取貨開始伸叉或放貨完畢收叉的位置，高位為放貨開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)光電開關(guān)處于認(rèn)址片內(nèi)；取貨開始或存貨結(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 2186.3 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(0~10) 模擬量輸入。模擬量輸出：2 路(0~20) 模擬量輸出。mA通訊接口：RS485 通訊、 USS 協(xié)議。操作功能：AOP 盤、BOP 控制盤、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/min~360m/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，來控制變頻器輸出頻率和輸出電壓的變化，從而控制三19相異步電動(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)在工作過程中是頻繁啟動(dòng)和停車的，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206.3.3 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/min~80m/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 CK2M21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)來說，則轉(zhuǎn)子走過了 n 個(gè)步距角 ，所以步距角??n????轉(zhuǎn) 子 步 數(shù)22本次選用的 S7-226 型 PLC 可以通過 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，極高的開關(guān)頻率，驅(qū)動(dòng)電流和細(xì)分?jǐn)?shù)可由撥碼開關(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)化倉庫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；出庫時(shí)，若檢測(cè)出相應(yīng)貨位無貨物，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23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行程開關(guān) SQ 14 LF-0124LB 額定電壓 10-30VDC按鈕開關(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光電編碼器 2 755A 增量式24三相交流異步電動(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 0.9/1.825總結(jié)碼垛機(jī)是立體倉庫的主要輸送設(shè)備，同時(shí)也是提高整個(gè)倉庫運(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)立體倉庫的有關(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)兩位老師說一聲：老師，您辛苦了！26參考文獻(xiàn)[1] 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