自動化立體倉庫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

時間：2023-04-01 04:00:53 機(jī)電一體化畢業(yè)論文

　　摘要：自動化立體倉庫可以自動地完成物料的倉儲和取出，主要由堆垛機(jī)、FX2N-20GM、PLC、觸摸屏、伺服驅(qū)動等幾部分組成，該控制系統(tǒng)的核心部分為FX2N-20GM、PLC及伺服驅(qū)動部分的連接、參數(shù)設(shè)置及編程。

　　關(guān)鍵詞：立體倉庫PLCFX2N-20GM伺服驅(qū)動系統(tǒng)

　　引言

　　自動化立體倉庫是指在人工不直接進(jìn)行處理的狀態(tài)下，能自動地完成物料倉儲和取出的系統(tǒng)。本文所研究的系統(tǒng)是以高層立體貨架為主體，以成套自動搬運(yùn)設(shè)備為基礎(chǔ)，采用自動控制技術(shù)、通信技術(shù)、機(jī)電一體化技術(shù)相結(jié)合的、大容量的高效率的存儲控制系統(tǒng)。自動化立體倉庫的出現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了倉庫功能從單純保管型向綜合流通型的轉(zhuǎn)變。

　　1自動化立體倉庫控制系統(tǒng)組成及控制要求

　　1.1組成

　　自動化立體倉庫的控制系統(tǒng)主要由堆垛機(jī)(送取貨設(shè)備)、控制器、傳感器、伺服驅(qū)動、觸摸屏等幾部分組成。

　　1.2控制要求

　　第一步，根據(jù)工作需要點(diǎn)擊相應(yīng)的倉位編碼，控制系統(tǒng)將能自動判定所選編碼倉位目前的庫存狀態(tài)，并通過觸摸屏顯示出該倉位無貨和該倉位有貨的兩種狀態(tài);第二步，根據(jù)用戶需要選擇要執(zhí)行的動作類型是(存貨或取貨)并判斷此命令的合法性，也就是對有貨的倉位，“取貨”命令有效;對無貨的倉位，“送貨”命令有效。對于合法的命令，送取貨設(shè)備將自動運(yùn)動到指定編碼倉位的位置，執(zhí)行該命令操作，并且觸摸屏上顯示出相應(yīng)的狀態(tài);而對于不合法的命令，系統(tǒng)將不予執(zhí)行，并給出相應(yīng)指示。第三步，命令完成后，送取貨設(shè)備自動返回到入位，各元件復(fù)位。

　　FX2N-20GM的雙軸定位控制設(shè)計(jì)：

　　本系統(tǒng)中送取貨設(shè)備由垂直、水平部分及伸叉三部分組成，垂直、水平部分運(yùn)動分別由Y軸、X軸伺服電機(jī)驅(qū)動絲杠完成，伸叉機(jī)構(gòu)由上層的鏟叉和底層的絲杠傳動機(jī)構(gòu)組成，鏟叉可前后伸縮，其運(yùn)動由Z軸的汽缸控制。

　　為保證送取貨設(shè)備取貨、存貨準(zhǔn)確安全，對送取貨設(shè)備位置控制的可靠性有很高的要求，主要包括：

　　速度要求：為提高系統(tǒng)的作業(yè)效率，必須提高各機(jī)構(gòu)的相對運(yùn)動速度，降低起動和制動的時間。

　　定位要求：在實(shí)際工作中，要求送取貨設(shè)備能根據(jù)用戶的命令要求準(zhǔn)確尋找并定位到目標(biāo)倉位進(jìn)行存取貨操作;同時要求各機(jī)構(gòu)在避免各種碰撞的基礎(chǔ)上，能夠?qū)崿F(xiàn)較高的定位精度。

　　位置、速度控制與方向判斷：位置控制能使堆垛機(jī)在接近指定位置減速，到達(dá)指定位置準(zhǔn)確停車。在此系統(tǒng)中，當(dāng)送取貨設(shè)備平臺運(yùn)行到目標(biāo)庫位后，鏟叉需伸入庫內(nèi)取、放貨物，然后向后縮回，因此，整個運(yùn)行過程需要對送取貨設(shè)備進(jìn)行三維位置控制。

　　2自動化立體倉庫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

　　本文設(shè)計(jì)方案主要包括以下兩部分內(nèi)容：

　　2.1 可先用FX2N-20GM輸出兩路脈沖控制X、Y軸伺服電機(jī)，完成送取貨設(shè)備的二維定位任務(wù)，然后再用分時切換的方法，控制汽缸驅(qū)動鏟叉入、出庫的后續(xù)動作。送取貨設(shè)備的二維位置定位采用了絕對值位置控制的編碼器認(rèn)址方式，該方式是以水平、垂直方向伺服電機(jī)每轉(zhuǎn)輸出的脈沖數(shù)為基礎(chǔ)，對立體倉庫的每個貨格都予以二維地址編碼。當(dāng)送取貨設(shè)備運(yùn)行時，PLC根據(jù)目的地址和原點(diǎn)基準(zhǔn)地址之間的脈沖差值來控制電動機(jī)的位移。因此，在初始化程序中要預(yù)先寫入伺服電機(jī)起動、制動、正常運(yùn)行的期望時間、脈沖數(shù)以及每貨格的目標(biāo)脈沖數(shù)，然后利用FX2N-20GM的速度及位置控制指令來觸發(fā)伺服電機(jī)運(yùn)行。

　　2.2 基于觸摸屏的自動化立體倉庫監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

　　自動化立體倉庫是一個封閉的、復(fù)雜的自動控制及人機(jī)交流系統(tǒng)。對于用戶來講，在實(shí)際應(yīng)用中所能觀察和操作的只有觸摸屏的控制面板，而對于其內(nèi)部的具體運(yùn)行情況卻無從知曉。直接面向用戶操作的觸摸屏，上面應(yīng)有倉位編碼選擇鍵、送取貨鍵、返回鍵等，還要有倉位位置顯示燈，帶閃爍功能的狀態(tài)指示燈等。

　　3自動化立體倉庫控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

　　3.1MR-E-20A伺服驅(qū)動器的使用

　　本系統(tǒng)選用三菱通用AC伺服MR-E系列的伺服驅(qū)動器。MR-E系列驅(qū)動器的配套伺服電機(jī)的最新編碼器采用131072脈沖/轉(zhuǎn)分辨率的增量位置編碼器。

　　3.1.1 MR-E-20A伺服驅(qū)動器控制模式

　　MR-E-20A運(yùn)行控制分為位置控制模式和內(nèi)部速度控制模式。

　　位置控制模式：

　　由外部輸入脈沖信號及正反轉(zhuǎn)信號。

　　內(nèi)部速度控制模式：

　　由外部輸入正反轉(zhuǎn)信號，轉(zhuǎn)速為伺服驅(qū)動器內(nèi)部設(shè)定。

　　控制模式選擇：由LOP控制端設(shè)定。

　　3.1.2 參數(shù)設(shè)置

　　MR-E-20A伺服驅(qū)動器的功能及運(yùn)行方式通過參數(shù)設(shè)置，具體參數(shù)的設(shè)置及說明可參見MR-E-20A伺服驅(qū)動器使用說明書。

　　3.2 FX2N-20GM的使用

　　FX2N-20GM是輸出脈沖序列的專用定位單元，模塊的輸出脈沖數(shù)、脈沖頻率可調(diào)，通過步進(jìn)驅(qū)動器或伺服驅(qū)動器控制步進(jìn)電動機(jī)或伺服電動機(jī)。FX2N-20GM配有一種專用定位語言(cod指令)和順序控制語言(基本指令和應(yīng)用指令)進(jìn)行位置控制程序編制，能夠同時控制兩個坐標(biāo)軸，并可實(shí)現(xiàn)線性/圓弧插補(bǔ)功能，大大加強(qiáng)位置控制功能。

　　3.2.1 FX2N-20GM的參數(shù)

　　在FX2N-20GM中，獨(dú)立2軸操作的定位參數(shù)和I/O控制參數(shù)必須對每個X和Y軸進(jìn)行。設(shè)定同步2軸操作的參數(shù)，則僅對X軸進(jìn)行設(shè)定，此時不需要Y軸的設(shè)定。

　　3.2.2 FX2N-20GM定位單元和MR-E-20A伺服驅(qū)動器的接線參見說明書。

　　3.3控制系統(tǒng)程序

　　3.3.1 FX2N-20GM的編程

　　FX2N-20GM有兩種形式的控制程序，一是采用專用指令代碼(cod)編制定位程序，或可稱為主任務(wù)定位程序;二是用邏輯運(yùn)算和邏輯功能指令編制的順序控制程序，或稱為子任務(wù)程序。

　　SW0D5-FXVPS-E是FX2N-20GM的專用編程軟件，是基于流程圖的編程，小巧、使用簡單。

　　3.3.2 FX2N的PLC程序

　　PLC的輸入、輸出如下：

　　X000:啟動按鈕

　　X001:停止按鈕

　　X002:輔助單元N0.1操作完成輸入