工程师论文发表自动化立体仓库实训装置的设计与实现

所属栏目:自动化论文 发布日期:2015-01-09 15:39 热度:

  摘要:该文介绍了一种以现代企业自动化立体仓库为模型,组合微缩而成立体仓库实训装置,其由高层货架、堆垛机及传送带、自动控制系统等部分构成,控制系统采用西门子S7-226 CN型PLC和MCGS触摸屏。货物出入库和存取过程全部自动化,定位精度高,运行平稳、工作可靠。

  关键词:工程师论文发表,自动化立体仓库,实训装置,PLC控制

  1 背景及意义

  随着当今现代化企业不断扩大和深化生产的规模,仓库成为生产物流系统中一个重要和不可或缺的的环节,立体仓库以其占地面积小、空间利用率高的特点,正在逐步替代陈旧落后的平面仓库。近年来,国内外立体仓库的发展方向,主要以采用可编程控制器(PLC)与自动搬运设备,以及PC机远程管理的自动化立体仓库为主。但其中存在一个不容忽视的问题,即当前使用的立体仓库系统通常比较庞大,在研发立体仓库的过程中,需要投入大量的人力和财力,这必然会给立体仓库的研制带来巨大的成本负担。因此通过制作小型的立体仓库模型,采用可重复使用的编程系统对其进行编程控制,在模型模拟调试成功后,再将结果应用到实际的生产和研发中,可以极大的节约成本、提高效率,同时多方位的确定出最优的立体仓库制造方案。

  同时,为了加强高校实训室建设,密切跟踪时代的发展步伐,研制设计型、开放型的实训装置具有重要意义。目前,国内大多院校的自动化专业实训装置仍存在一些缺陷和问题。许多现有教学实训装置和教具,大都是不可拆装重组或很难拆装,调速、随动系统实验大多没有明确的被控对象;同时,单一技术的验证型实验装置,已远远不能满足教学中设计型实训的需要。为了进一步拓宽知识面,加深学生对自动化技术深层次的认识,瞄准自动化技术应用的新领域,研制了自动化立体仓库实训装置,为学生将来在相关领域进行自动控制系统的创新性设计创造了条件,并且为其迅速的适应此类工作中提供了帮助。

  2 设计方案

  2.1设计思路

  自动化立体仓库实训装置由高层货架、堆垛机及传送带、自动控制系统等部分构成,高层货架采用开放式结构,整个仓库便于拆卸与安装。搬运机构采用穿巷道堆垛机,采用步进电机驱动。针对仓库货物位置相对固定的特点,采用了X和Y两坐标定位,把运动控制形象化,编程思路清晰,同时也使处理器运算量降低;每个货位用光电传感器实时检测,控制器采用西门子S7-200PLC,通过触摸屏对仓库货物的存取进行控制。

  2.2 立体仓库结构

  该立体仓库是企业实际立体仓库的缩小模型,其高层货架采用铝合金材料,设计为两排三层共24个货位,由漫射式光电开关进行货位的检测;巷道堆垛起重机穿行于货架之间的巷道中,经过旋转、上升、下降、伸出等动作,完成存、取货物的工作。鉴于空间的限制,以及重量、强度、经济性的要求,采用的立方体框架结构不仅可以节省材料,有利于减轻重量,而且设计简单、容易实现,便于今后结构的调整和扩展。立体仓库的结构示意图如图1所示。仓库和控制柜配置了带刹车的静音万向脚轮,方便移动和固定,便于开展教学和实训。

  2.3 堆垛机和入(出)库传送系统

  堆垛机的行走机构和升降机构采用滚珠丝杆和导轨组合,分别由两台步进电机驱动,可实现高度和水平方向的精确定位。堆垛机的旋转机构由直流减速电机驱动,电机安装在转盘上,用标准的齿轮传递电机的传动力。在转盘上安装了接近开关进行位置检测。转动机构的设计一是为了旋转台的驱动电机变成相对一体,二是能够承载提取货物载荷,三是可拆卸和安装。

  堆垛机上存取货物的货叉,考虑到插取物品时的稳定性因素、物料的规则性和物料位置的相对稳定,立体仓库的中间巷道空间比较有限,采用了小型单作用汽缸作为动力推动货叉,通过用磁性开关检测汽缸的伸出和缩回是否到位,控制精确,运行稳定,并且负载能力较强。

  入(出)库传送系统采用皮带式传送结构,由直流电机驱动;在仓库入口有抬杆式库门,通过直流减速电机控制。货物的检测由光电开关完成。

  2.4 控制系统

  微型自动化立体仓库的控制器采用德国西门子的S7-226 CN型PLC。这种型号的PLC在实时模式下具有运算速度快,通讯功能强大,并且硬件和软件操作简便的特点,同时结构紧凑小巧,能够满足立体仓库的控制要求。

  通过各个部位安装的光电开关、金属接近开关、限位开关等传感器,实时检测仓库的存储情况和机械运行情况,通过PLC输出的多路PWM信号对各个电机进行控制。控制系统工作流程图如图2所示。存料工作过程如下:操作触摸屏,选择存料仓位,放置货物到传送带左端,传感器检测到有货物,启动传送带电机,当入口处传感器检测到货物到达后,停止传送带电机,启动档杆电机,档杆抬起,堆垛机推出叉手取起物料,按照设定的速度 ,运动到指定的仓位,旋转放料,回转复位,返回起点完成存料。取料工作过程:堆垛机接受到来自触摸屏选位和确定指令后,从原点运动到指定的仓位,旋转取物料,回转到位,首先Y轴方向下降到指定高度,然后水平方向运动,把物料送到传送带,经过传送带把物料传送到起点。

  步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下,电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数,而不受负载变化的影响,即给电机加一个脉冲信号,电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在,加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。堆垛机的行走机构和升降机构使用LC57HS5425型步进电机,其驱动模块为LC2054DA。

  2.5 操作界面

  仓库的操作面板采用MCGS嵌入式一体化触摸屏。MCGS(Monitor and Control Generated System,监视与控制通用系统)是北京昆仑通态自动化软件科技有限公司研发的一套基于Windows平台的,用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统,主要完成现场数据的采集与监测、前端数据的处理与控制,具有功能完善、可视性好、可维护性强的突出特点。其与S7-226 CN型PLC结合,组态开发的人机界面,具有操作简便、界面友好等优点。主界面如图3所示。在此界面中,不但能够显示立体仓库的工作状态,控制货物的存取操作,而且可以实时监控堆垛机的运动速度、位置坐标和路线。   我们还开发了仓位选择界面,如图4所示。立体仓库里相应仓位有货物,对应编号的仓位指示灯显示为红色;相应仓位无货物,则对应编号的仓位指示灯显示为绿色。当“运行状态”为绿色时,按下取料按钮,屏幕出现“取料选择”,选择红色灯下方的仓位号,左上方提示选择仓位,确定后堆垛机构和传送带依次运动,完成取料工作,货物通过传送带送走,对应仓位指示灯变为绿色;按下存料按钮,屏幕提示“存料选择”,选择绿色指示灯下方的仓位号,左上方提示选择的仓位,确认后,将货物放到传送带起点,运动机构运动,完成存料,对应仓位指示灯变为红色。当在取料或存料时,通过“取存料复位”按钮,可以从新选择存料或取料。当选错仓位号时,按下从新选位按钮,重新按下仓位号,左上方显示正确的仓位号。另外我们还可以设计手动操作界面和操作说明界面,使面板的操作更加丰富和完善。

  3 性能分析和创新点

  1) 仓库作业全部实现机械化和自动化,货物存取快捷、便利、准确,物料出入无障碍。

  2) 良好的人机界面,信息显示清楚,多种操作方式可选,操作简便。

  3) 立体仓库整体结构采用开放的积木式结构,货架、机械机构和控制部分均便于拆卸和重新设计安装,不仅方便教师的教学和学生的实训,满足理论与实训一体化教学的需要,而且为今后的升级和改造提供了良好的基础。

  4) 采用传感器进行实时监测,组态屏幕动态显示仓库货物存放情况、堆垛机位置和相关运行数据,提高了信息的实时性和控制的准确性。

  5) 主要采用24伏低电压控制,安全可靠,噪音低,环保节能。

  微型自动化立体仓库可以开展机械基础、机械结构设计、机械拆装、PLC和触摸屏的编程应用、运动控制、物流管理等课程理论与实训一体化教学。学生通过在设备上的学习和训练,了解自动化立体仓库结构及其控制方法,为今后从事相关设备设计、安装、调试打下扎实的基础。同时,在该设备的设计中,我们在传感器的应用、位置随动系统的控制算法、立体仓库优化调度管理、以及程序设计等方面,都预留了很大的创新空间,每位同学都可以根据自己的想法,设计出不同的控制界面及优化调度方案, 充分发挥学生的潜力和创造性。该实训设备由于外形美观、结构合理、新颖实用,荣获第六届全国大学生机械创新设计大赛广西赛区一等奖。

  参考文献:

  [1] 傅桂荣,苏红娟,俞春辉.自动立体仓库实验装置的研制[J].实验室研究与探索,2004(9).

  [2] 薛明.浅析自动化立体仓库的应用及发展[J].物流技术:装备版,2014(1).

文章标题:工程师论文发表自动化立体仓库实训装置的设计与实现

转载请注明来自:http://www.sofabiao.com/fblw/ligong/zidonghua/24783.html

相关问题解答

SCI服务

搜论文知识网的海量职称论文范文仅供广大读者免费阅读使用! 冀ICP备15021333号-3