自動化立體倉庫控制系統設計

時間：2023-04-01 04:00:53 機電一體化畢業論文我要投稿

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自動化立體倉庫控制系統設計

　　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、FX2N-20GM、PLC、觸摸屏、伺服驅動等幾部分組成，該控制系統的核心部分為FX2N-20GM、PLC及伺服驅動部分的連接、參數設置及編程。

　　關鍵詞：立體倉庫PLCFX2N-20GM伺服驅動系統

　　引言

　　自動化立體倉庫是指在人工不直接進行處理的狀態下，能自動地完成物料倉儲和取出的系統。本文所研究的系統是以高層立體貨架為主體，以成套自動搬運設備為基礎，采用自動控制技術、通信技術、機電一體化技術相結合的、大容量的高效率的存儲控制系統。自動化立體倉庫的出現，實現了倉庫功能從單純保管型向綜合流通型的轉變。

　　1自動化立體倉庫控制系統組成及控制要求

　　1.1組成

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

　　1.2控制要求

　　第一步，根據工作需要點擊相應的倉位編碼，控制系統將能自動判定所選編碼倉位目前的庫存狀態，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;第二步，根據用戶需要選擇要執行的動作類型是(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，送取貨設備將自動運動到指定編碼倉位的位置，執行該命令操作，并且觸摸屏上顯示出相應的狀態;而對于不合法的命令，系統將不予執行，并給出相應指示。第三步，命令完成后，送取貨設備自動返回到入位，各元件復位。

　　FX2N-20GM的雙軸定位控制設計：

　　本系統中送取貨設備由垂直、水平部分及伸叉三部分組成，垂直、水平部分運動分別由Y軸、X軸伺服電機驅動絲杠完成，伸叉機構由上層的鏟叉和底層的絲杠傳動機構組成，鏟叉可前后伸縮，其運動由Z軸的汽缸控制。

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

　　速度要求：為提高系統的作業效率，必須提高各機構的相對運動速度，降低起動和制動的時間。

　　定位要求：在實際工作中，要求送取貨設備能根據用戶的命令要求準確尋找并定位到目標倉位進行存取貨操作;同時要求各機構在避免各種碰撞的基礎上，能夠實現較高的定位精度。

　　位置、速度控制與方向判斷：位置控制能使堆垛機在接近指定位置減速，到達指定位置準確停車。在此系統中，當送取貨設備平臺運行到目標庫位后，鏟叉需伸入庫內取、放貨物，然后向后縮回，因此，整個運行過程需要對送取貨設備進行三維位置控制。

　　2自動化立體倉庫控制系統的設計方案

　　本文設計方案主要包括以下兩部分內容：

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

　　2.2 基于觸摸屏的自動化立體倉庫監控系統的設計

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

　　3自動化立體倉庫控制系統的實現

　　3.1MR-E-20A伺服驅動器的使用

　　本系統選用三菱通用AC伺服MR-E系列的伺服驅動器。MR-E系列驅動器的配套伺服電機的最新編碼器采用131072脈沖/轉分辨率的增量位置編碼器。

　　3.1.1 MR-E-20A伺服驅動器控制模式

　　MR-E-20A運行控制分為位置控制模式和內部速度控制模式。

　　位置控制模式：

　　由外部輸入脈沖信號及正反轉信號。

　　內部速度控制模式：

　　由外部輸入正反轉信號，轉速為伺服驅動器內部設定。

　　控制模式選擇：由LOP控制端設定。

　　3.1.2 參數設置

　　MR-E-20A伺服驅動器的功能及運行方式通過參數設置，具體參數的設置及說明可參見MR-E-20A伺服驅動器使用說明書。

　　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、脈沖頻率可調，通過步進驅動器或伺服驅動器控制步進電動機或伺服電動機。FX2N-20GM配有一種專用定位語言(cod指令)和順序控制語言(基本指令和應用指令)進行位置控制程序編制，能夠同時控制兩個坐標軸，并可實現線性/圓弧插補功能，大大加強位置控制功能。

　　3.2.1 FX2N-20GM的參數

　　在FX2N-20GM中，獨立2軸操作的定位參數和I/O控制參數必須對每個X和Y軸進行。設定同步2軸操作的參數，則僅對X軸進行設定，此時不需要Y軸的設定。

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

　　3.3控制系統程序

　　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，或可稱為主任務定位程序;二是用邏輯運算和邏輯功能指令編制的順序控制程序，或稱為子任務程序。

　　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