巷道式立體倉(cāng)庫(kù)輸送裝置的控制電路設(shè)計(jì)論文

75/88西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）巷道式立體倉(cāng)庫(kù)輸送裝置的操縱電路設(shè)計(jì)2013年6月論文真實(shí)性承諾及指導(dǎo)教師聲明學(xué)生論文真實(shí)性承諾本人鄭重聲明：所提交的作品是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果，內(nèi)容真實(shí)可靠，不存在抄襲、造假等學(xué)術(shù)不端行為。除文中差不多注明引用的內(nèi)容外，本論文不含其他個(gè)人或集體差不多發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的研究成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。如被發(fā)覺(jué)論文中存在抄襲、造假等學(xué)術(shù)不端行為，本人愿承擔(dān)本聲明的法律責(zé)任和一切后果。畢業(yè)生簽名： 日期：指導(dǎo)教師關(guān)于學(xué)生論文真實(shí)性審核的聲明本人鄭重聲明：差不多對(duì)學(xué)生論文所涉及的內(nèi)容進(jìn)行嚴(yán)格審核，確定其內(nèi)容均由學(xué)生在本人指導(dǎo)下取得，對(duì)他人論文及成果的引用差不多明確注明，不存在抄襲等學(xué)術(shù)不端行為。指導(dǎo)教師簽名： 日期：

摘要隨著企業(yè)現(xiàn)代化生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，立體倉(cāng)庫(kù)己成為生產(chǎn)物流系統(tǒng)中的一個(gè)重要且不可缺少的環(huán)節(jié),堆垛機(jī)是其關(guān)鍵設(shè)備。設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)自動(dòng)化堆垛機(jī)操縱系統(tǒng)成為當(dāng)前立體倉(cāng)庫(kù)的進(jìn)展趨勢(shì)，因此開(kāi)展與此有關(guān)的研究具有重要的理論和應(yīng)用價(jià)值。在本設(shè)計(jì)中，介紹了自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的應(yīng)用及其功能和作用，著重研究了自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)堆垛機(jī)操縱系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)。首先，依照總體方案，確定共有14個(gè)數(shù)字量輸入信號(hào)以及14個(gè)數(shù)字量輸出信號(hào)，因此選擇了研華USB-4750數(shù)據(jù)采集卡，確定了堆垛機(jī)操縱系統(tǒng)的信號(hào)采集檢測(cè)核心。其次，依照堆垛機(jī)的技術(shù)要求，本設(shè)計(jì)在確定堆垛機(jī)的參數(shù)之后，從堆垛機(jī)的位置操縱、速度操縱、信號(hào)檢測(cè)等幾個(gè)方面進(jìn)行總體方案的確立。本設(shè)計(jì)中采納以光電開(kāi)關(guān)和認(rèn)址片為基礎(chǔ)的相對(duì)定位認(rèn)址方案；堆垛機(jī)的速度操縱采納變頻調(diào)速的方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)運(yùn)行、起升、貨叉三個(gè)電機(jī)精確的速度操縱，其中水平運(yùn)行設(shè)定四種速度，起升運(yùn)行設(shè)定三種速度，貨叉運(yùn)行設(shè)定兩種速度；此外，選擇合適電器元器件，實(shí)現(xiàn)了堆垛機(jī)的原點(diǎn)檢測(cè)、貨叉到位檢測(cè)和電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀況檢測(cè)。最后，本設(shè)計(jì)依照設(shè)計(jì)要求，完成了以工控計(jì)算機(jī)為上位機(jī)，數(shù)據(jù)采集卡為堆垛機(jī)運(yùn)動(dòng)操縱器件的立體倉(cāng)庫(kù)堆垛機(jī)操縱系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)，具有一定的理論和應(yīng)用價(jià)值。關(guān)鍵詞：自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)；堆垛機(jī)；電路設(shè)計(jì)；變頻調(diào)速；數(shù)據(jù)采集卡

AbstractAstheexpandingofthemodernenterpriseindustrialscale,warehousehasbecomethemostimportantandindispensabilitytacheofthelogisticssystem,whichkeyequipmentishaystackersystem.Designanddevelopmentofahigherdegreeofautomationstackercontrolsystembecomewarehousetrendofdevelopment,thereforerelatedresearchhasimportanttheoryandapplicationvalue.Thispaperintroducesapplicationandperformanceofautomatedwarehouseandputsemphasisontheresearchingofcircuitdesigninautomatedwarehousestackercontrolsystem.Firstly,thereare14digitalinputsand14digitaloutputsaccordingtotheglobalproject.SotheAdvantechdataacquisitioncardUSB-4750waschosen,whichisthekernelofdataacquisitionanddetection.Then,accordingtothetechnicalrequirementsofstackingmachine,aftertheparametersofhaystackerwasdetermined,thepaperanalyzeshaystackeroflocating,speedanddatadetection,anddeterminetheoverallplan.Thisdesignadoptedtheprojectofrelativelocalization,onthebasisofphotoelectricswitchandlocalizationcard.Asforspeedcontrol,frequencyconversioncontrolwaschosentoaccomplishthecontrolofoperation,hoistingandforkelectricmachine,whichset4kindofspeedforoperation,3forhoistingand2forfork.Besidesthesystemcompletedthefunctionoforigindetection,forkreacheddetectionandtheconditionofelectricmachine.Finally,accordingtotherequirements,thisdesignaccomplishedcircuitdesignofautomatedwarehousestackercontrolsystem,inwhichindustrialcomputerservedashostcomputeranddataacquisitioncardservedascontroller,whichhastheoryandapplicationvalueKeywords:AutomatedWarehouse;Stacker;CircuitDesign;DataAcquisitionCard;FrequencyConversionSpeed

目錄第一章緒論 11.1自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)概述 11.1.2自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的構(gòu)成 11.1.3巷道式立體倉(cāng)庫(kù)操縱系統(tǒng) 21.2自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的進(jìn)展現(xiàn)狀和趨勢(shì) 21.3要緊研究?jī)?nèi)容及研究意義 3第2章巷道式立體倉(cāng)庫(kù)的總體方案 52.1巷道式立體倉(cāng)庫(kù)要緊參數(shù)設(shè)計(jì) 52.1.1立體倉(cāng)庫(kù)貨架參數(shù) 52.1.2堆垛機(jī)的構(gòu)成及參數(shù)（400） 62.2位置操縱方案 82.2.1認(rèn)址方案的比較 82.2.2認(rèn)址方案的確定 92.3速度操縱方案 112.3.1交流異步電機(jī)變頻調(diào)速原理 112.3.2堆垛機(jī)速度操縱曲線設(shè)計(jì) 122.4信號(hào)檢測(cè)方案 15第3章數(shù)據(jù)采集卡的選型 163.1數(shù)據(jù)采集卡簡(jiǎn)介 163.2數(shù)據(jù)采集卡的選擇 17第4章信號(hào)檢測(cè)電路的設(shè)計(jì) 204.2位置檢測(cè)電路 204.1.1光電開(kāi)關(guān)的選型 204.1.2位置檢測(cè)的電路設(shè)計(jì) 224.2物資檢測(cè)電路 234.3原點(diǎn)、貨叉到位檢測(cè)電路 244.3.1原點(diǎn)檢測(cè)電路簡(jiǎn)介 244.3.2貨叉到位檢測(cè)電路簡(jiǎn)介 254.3.3行程開(kāi)關(guān)的選型 254.3.4原點(diǎn)、貨叉到位檢測(cè)電路設(shè)計(jì) 254.4電機(jī)運(yùn)行狀況檢測(cè)電路 26第5章執(zhí)行部分電路的設(shè)計(jì) 275.1電機(jī)型號(hào)選擇 275.1.1運(yùn)行電機(jī)的選型 275.1.2起升電機(jī)的選型 305.1.3貨叉電機(jī)的選擇 305.2.1變頻器的操縱方式 315.2.2變頻器的選型 325.2.3變頻器制動(dòng)電阻參數(shù)的計(jì)算 335.3.3變頻器檢測(cè)輸出 335.4 其他各元器件選型 335.4.1斷路器 335.4.2固態(tài)繼電器 345.4.3接觸器 345.4.4熱繼電器 355.4.5其他 355.5執(zhí)行部分電路接線圖 36結(jié)論 37致謝 39參考文獻(xiàn) 40第一章緒論1.1自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)概述自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)是一種新型的倉(cāng)儲(chǔ)技術(shù)，是現(xiàn)代物流系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分，它又稱(chēng)為高層貨架倉(cāng)庫(kù)、立庫(kù)、自動(dòng)存儲(chǔ)/檢索系統(tǒng)(AutomatedStorage/RetrievalSystem，即AS/RS)。它是物料搬運(yùn)和倉(cāng)儲(chǔ)科學(xué)中的一門(mén)綜合科學(xué)技術(shù)工程。它以高層貨架為要緊標(biāo)志，以成套先進(jìn)搬運(yùn)設(shè)備為基礎(chǔ)，以先進(jìn)的計(jì)算機(jī)操縱技術(shù)為要緊手段，由此組成高效率的物流、大容量的科學(xué)的存儲(chǔ)，以適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)的需求。實(shí)踐已充分證明，使用自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)能夠產(chǎn)生專(zhuān)門(mén)大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，效益要緊來(lái)自以下幾個(gè)方面：1.高層貨架存儲(chǔ)。由于使用高層貨架，充分利用了倉(cāng)庫(kù)地面和空間，存儲(chǔ)區(qū)能夠大幅度地向空間擴(kuò)展，因此節(jié)約了庫(kù)存占地面積，提高了空間利用率。2.自動(dòng)存取AS/RS。自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)使用機(jī)械和自動(dòng)化設(shè)備，運(yùn)行和處理速度快，提高了作業(yè)效率，降低了操作人員的工作強(qiáng)度。3.計(jì)算機(jī)操縱與治理。計(jì)算機(jī)能夠準(zhǔn)確無(wú)誤地對(duì)倉(cāng)庫(kù)的各種信息進(jìn)行存儲(chǔ)和治理，降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。4.作業(yè)效率明顯提高。能充分保證先進(jìn)先出。（FIFO-FirstInandFirstOut）的合理作業(yè)原則，從時(shí)刻操縱上防止物資堆積而產(chǎn)生的變質(zhì)、生銹或發(fā)霉的情況。5.節(jié)約費(fèi)用隨著經(jīng)濟(jì)的高速進(jìn)展，我國(guó)有關(guān)行業(yè)開(kāi)始重視立體倉(cāng)庫(kù)的研究，關(guān)于促進(jìn)傳統(tǒng)觀念的轉(zhuǎn)變、提高現(xiàn)代化物流意識(shí)，形成新型的商品流通產(chǎn)業(yè)等方面均產(chǎn)生了強(qiáng)勁的推動(dòng)作用。1.1.2自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的構(gòu)成自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)是機(jī)械和電氣、強(qiáng)電操縱和弱電操縱相結(jié)合的產(chǎn)品。它要緊由物資儲(chǔ)存系統(tǒng)、物資存取和傳送系統(tǒng)、操縱和治理等三大系統(tǒng)組成，還有與之配套的供電系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、消防報(bào)警系統(tǒng)、稱(chēng)重計(jì)量系統(tǒng)、信息通信系統(tǒng)等。物資儲(chǔ)存系統(tǒng)本系統(tǒng)由立體貨架的貨位(托盤(pán)或貨箱)組成。貨架按照排、列、層組合而成立體倉(cāng)庫(kù)儲(chǔ)存系統(tǒng)。2.物資存取和傳送系統(tǒng)本系統(tǒng)承擔(dān)物資存取、出入庫(kù)的功能，它由有軌或無(wú)軌堆垛機(jī)、出入庫(kù)輸送機(jī)、裝卸機(jī)械等組成。出入庫(kù)輸送機(jī)可依照物資的特點(diǎn)采納帶輸送機(jī)、機(jī)動(dòng)輥道、鏈傳動(dòng)輸送機(jī)等，要緊將物資輸送到堆垛機(jī)上下料位置和物資出入庫(kù)位置。3.操縱和治理系統(tǒng)中央操縱計(jì)算機(jī)是自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的操縱中心，它溝通并協(xié)調(diào)治理計(jì)算機(jī)、堆垛機(jī)、出入庫(kù)輸送機(jī)等的聯(lián)系；操縱和監(jiān)視整個(gè)自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的運(yùn)行，并依照治理計(jì)算機(jī)或自動(dòng)鍵盤(pán)的命令組織流程，以及監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行情況和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀態(tài)、監(jiān)視物資流向及收發(fā)貨顯示，與治理計(jì)算機(jī)、堆垛機(jī)和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備通信聯(lián)系，還具有對(duì)設(shè)備進(jìn)行故障檢測(cè)及查詢顯示等功能。1.1.3巷道式立體倉(cāng)庫(kù)操縱系統(tǒng)巷道堆垛機(jī)是立體倉(cāng)庫(kù)成套設(shè)備中的主機(jī)，是一種在軌道上運(yùn)行的起重機(jī)械，它能在三維空間上（行走、升降、兩側(cè)向伸縮）按照一定的順序組合進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，以完成對(duì)集裝單元或揀選物資的入庫(kù)、出庫(kù)和倒庫(kù)功能。從功能上堆垛機(jī)能夠分為以下幾部分：三維動(dòng)作操縱即操縱在水平、垂直、左右方向的運(yùn)行；位置操縱即堆垛機(jī)的在貨架的定位；通訊功能即堆垛機(jī)與上位機(jī)和其他倉(cāng)庫(kù)設(shè)備的通訊；愛(ài)護(hù)報(bào)警功能即提供各種電機(jī)愛(ài)護(hù)，保證堆垛機(jī)運(yùn)行安全；人機(jī)界面功能即通過(guò)人機(jī)界面向操作人員提供堆垛機(jī)的狀態(tài)信息。從機(jī)構(gòu)上堆垛機(jī)一般由水平行走機(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)備等差不多設(shè)備組成。運(yùn)行機(jī)構(gòu)與起升機(jī)構(gòu)使堆垛機(jī)到達(dá)指定貨位，載貨臺(tái)及貨叉伸縮機(jī)構(gòu)與起升機(jī)構(gòu)組合完成存取作業(yè)。從結(jié)構(gòu)形式上來(lái)看，目前立體倉(cāng)庫(kù)堆垛機(jī)有雙立柱結(jié)構(gòu)和單立柱結(jié)構(gòu)。1.雙立柱堆垛機(jī)。雙立柱結(jié)構(gòu)的堆垛機(jī)機(jī)架由兩根立柱和上橫梁、下橫梁組成一個(gè)長(zhǎng)方形框架。雙立柱堆垛機(jī)的最大優(yōu)點(diǎn)是強(qiáng)度和剛性都比較好，同時(shí)運(yùn)行平穩(wěn)。一般關(guān)于起重高度較高、起重量較大和水平運(yùn)行速度高的立體倉(cāng)庫(kù)堆垛機(jī)多采納雙立柱結(jié)構(gòu)。2.單立柱堆垛機(jī)。單立柱結(jié)構(gòu)的堆垛機(jī)機(jī)架由一根立柱和下橫梁組成。它不適于起重重量大和水平運(yùn)行速度高的場(chǎng)合。1.2自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的進(jìn)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)自動(dòng)化技術(shù)在倉(cāng)儲(chǔ)領(lǐng)域中的進(jìn)展可分為五個(gè)時(shí)期：人工倉(cāng)儲(chǔ)時(shí)期、機(jī)械化倉(cāng)儲(chǔ)時(shí)期、自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)時(shí)期、集成化倉(cāng)儲(chǔ)時(shí)期和智能自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)時(shí)期。在20世紀(jì)90年代后期及21世紀(jì)的若干年內(nèi)，智能自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)將是自動(dòng)化技術(shù)的要緊進(jìn)展方向。下面介紹以下各個(gè)進(jìn)展時(shí)期的技術(shù)特點(diǎn)：第一時(shí)期：物資的輸送、存儲(chǔ)、治理和操縱要緊是由人工操作，其優(yōu)點(diǎn)是實(shí)時(shí)性和直觀性。人工倉(cāng)儲(chǔ)技術(shù)在初期設(shè)備投資的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)也具有優(yōu)越性。第二時(shí)期：物料能夠通過(guò)傳送帶、工業(yè)輸送車(chē)、機(jī)械手、吊車(chē)、堆垛機(jī)和升降機(jī)來(lái)移動(dòng)和搬運(yùn)，用貨架托盤(pán)和可移動(dòng)貨架存儲(chǔ)物料，通過(guò)人工操作機(jī)械存取設(shè)備，用限位開(kāi)關(guān)，螺旋機(jī)械制動(dòng)和機(jī)械監(jiān)視器等操縱設(shè)備的運(yùn)行。機(jī)械化滿足了人們對(duì)速度、精度、高度、重量、重復(fù)存取和搬運(yùn)等要求。第三時(shí)期是自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)技術(shù)時(shí)期：自動(dòng)化技術(shù)對(duì)倉(cāng)儲(chǔ)技術(shù)的進(jìn)展起了重要的推動(dòng)作用。在20世紀(jì)60年代，相繼研制和采納了自動(dòng)導(dǎo)引小車(chē)(AGV)、自動(dòng)貨架、自動(dòng)存取機(jī)器人、自動(dòng)識(shí)不和自動(dòng)分揀等系統(tǒng)。20世紀(jì)70年代和80年代，旋轉(zhuǎn)式貨架、移動(dòng)式貨架、巷道式堆垛機(jī)和其他搬運(yùn)設(shè)備都加入了自動(dòng)操縱的行列，但這時(shí)只是各個(gè)設(shè)備的局部自動(dòng)化并各自獨(dú)立應(yīng)用，被稱(chēng)為。自動(dòng)化孤島。。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)展，工作重點(diǎn)轉(zhuǎn)向物資的操縱和治理要求實(shí)時(shí)、協(xié)調(diào)和一體化，自動(dòng)化技術(shù)逐漸成為倉(cāng)儲(chǔ)自動(dòng)化技術(shù)的核心。信息技術(shù)的應(yīng)用已成為倉(cāng)儲(chǔ)技術(shù)的重要支柱。第四時(shí)期是集成自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)技術(shù)時(shí)期：在20世紀(jì)80年代，自動(dòng)化技術(shù)被越來(lái)越多地用到生產(chǎn)和分配領(lǐng)域，顯然，。自動(dòng)化孤島。需要集成化，因此便形成了。集成系統(tǒng)。的概念。在集成化系統(tǒng)中包括了人、設(shè)備和操縱系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)的有機(jī)協(xié)作，使總體效益和生產(chǎn)的應(yīng)變能力大大超過(guò)各部分獨(dú)立效益的總和。集成化倉(cāng)庫(kù)技術(shù)作為計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS—ComputerIntegrateManufacturingSystem)中物資存儲(chǔ)的中心受到人們的重視。盡管在80年代系統(tǒng)集成化己經(jīng)引起注意，但至今在我國(guó)已建成的集成化倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)還不多。第五時(shí)期是智能自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)技術(shù)：人工智能技術(shù)的進(jìn)展，使自動(dòng)化技術(shù)向更高級(jí)的時(shí)期—智能自動(dòng)化方向進(jìn)展?，F(xiàn)在，智能自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)技術(shù)差不多有了較快進(jìn)展，以后倉(cāng)儲(chǔ)技術(shù)的智能化將具有寬敞的應(yīng)用前景。1.3要緊研究?jī)?nèi)容及研究意義以研華數(shù)據(jù)采集卡為計(jì)算機(jī)測(cè)控核心，對(duì)巷道式立體倉(cāng)庫(kù)輸送裝置進(jìn)行操縱電路設(shè)計(jì)，結(jié)合同組同學(xué)的機(jī)械部分設(shè)計(jì)和測(cè)控軟件開(kāi)發(fā)，將整個(gè)巷道式立體倉(cāng)庫(kù)操縱系統(tǒng)智能化。巷道式立體倉(cāng)庫(kù)輸送裝置的操縱電路結(jié)合機(jī)電設(shè)備，實(shí)現(xiàn)巷道式立體倉(cāng)庫(kù)輸送裝置的位置操縱，速度操縱，電動(dòng)運(yùn)行信號(hào)檢測(cè)等。在位置操縱方面，在堆垛機(jī)工作時(shí)，操縱系統(tǒng)結(jié)合傳感器信號(hào)和程序以實(shí)現(xiàn)堆垛機(jī)的認(rèn)址功能。具體在設(shè)計(jì)過(guò)程中分析不同種類(lèi)的認(rèn)址方式，比較其優(yōu)缺點(diǎn)，選擇切實(shí)可行，高效節(jié)約的方案。在速度操縱方面，操縱系統(tǒng)運(yùn)用變頻調(diào)速原理，對(duì)堆垛機(jī)在水平、起升、貨叉方向?qū)崿F(xiàn)比較精確的速度操縱，以達(dá)到堆垛機(jī)高速運(yùn)行、換速平穩(wěn)、低速停準(zhǔn)的要求。在信號(hào)檢測(cè)方面，操縱系統(tǒng)結(jié)合變頻器自身的檢測(cè)功能，將檢測(cè)到的電動(dòng)機(jī)運(yùn)行信號(hào)反饋至數(shù)據(jù)采集卡，實(shí)現(xiàn)整個(gè)操縱系統(tǒng)的優(yōu)化。此外，還綜合考慮巷道式立體倉(cāng)庫(kù)的實(shí)際工作情況，增加檢測(cè)裝置對(duì)堆垛機(jī)工作中的極限位置，起始原點(diǎn)，貨叉原點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，確保立體倉(cāng)庫(kù)能準(zhǔn)確地進(jìn)行存貨，取貨工作。整個(gè)設(shè)計(jì)聯(lián)系實(shí)際，利用數(shù)據(jù)采集卡，在巷道式立體倉(cāng)庫(kù)輸送裝置的操縱電路方面進(jìn)行研究，對(duì)立體倉(cāng)庫(kù)的建筑和維護(hù)具有一定的參考價(jià)值。該套操縱系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)物資的自動(dòng)存取，運(yùn)行速度快，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低了工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，合理減少庫(kù)存，加快了企業(yè)資金周轉(zhuǎn)。

第2章巷道式立體倉(cāng)庫(kù)的總體方案堆垛機(jī)具有三大機(jī)構(gòu)：運(yùn)行機(jī)構(gòu)、起升機(jī)構(gòu)、貨叉伸縮機(jī)構(gòu)。欲實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)高效的自動(dòng)化運(yùn)行，要緊是對(duì)堆垛機(jī)進(jìn)行精確快速的位置、速度操縱，達(dá)到以適當(dāng)?shù)乃俣认蚩臻e儲(chǔ)貨單元取貨，從目的儲(chǔ)貨單元取貨的工作過(guò)程。在堆垛機(jī)工作過(guò)程中，運(yùn)行機(jī)構(gòu)與起升機(jī)構(gòu)使堆垛機(jī)運(yùn)動(dòng)至達(dá)目標(biāo)貨位；貨叉伸縮機(jī)構(gòu)與起升機(jī)構(gòu)組合完成存取物資。這三大機(jī)構(gòu)是由堆垛機(jī)操縱系統(tǒng)操縱的。因?yàn)槎讯鈾C(jī)是在狹長(zhǎng)的巷道中運(yùn)行，兩邊是固定貨架，堆垛機(jī)要在貨架中左右伸縮取貨、放貨，為使堆垛機(jī)能準(zhǔn)確存取物資，幸免機(jī)械碰撞，在設(shè)計(jì)堆垛機(jī)的自動(dòng)操縱系統(tǒng)時(shí)，關(guān)鍵在于其準(zhǔn)確可靠的認(rèn)址和定位，保證準(zhǔn)確無(wú)誤地定位在目的貨格。本文中巷道式立體倉(cāng)庫(kù)的自動(dòng)操縱系統(tǒng)，以能發(fā)出操控命令的計(jì)算機(jī)電腦作為上位機(jī)，能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和操縱輸出的數(shù)據(jù)采集卡作為下位機(jī)，結(jié)合各機(jī)電設(shè)備實(shí)現(xiàn)巷道式立體倉(cāng)庫(kù)輸送裝置的位置操縱，速度操縱，電動(dòng)運(yùn)行信號(hào)檢測(cè)等。2.1巷道式立體倉(cāng)庫(kù)要緊參數(shù)設(shè)計(jì)貨架和巷道式堆垛機(jī)是巷道式立體倉(cāng)庫(kù)的要緊組成部分，現(xiàn)對(duì)貨架和巷道式堆垛機(jī)進(jìn)行具體參數(shù)設(shè)計(jì)。2.1.1立體倉(cāng)庫(kù)貨架參數(shù)托盤(pán)是用于集裝、堆放、搬運(yùn)和運(yùn)輸?shù)姆胖米鳛閱卧?fù)荷的物資和制品的水平平臺(tái)裝置，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)、運(yùn)輸、倉(cāng)儲(chǔ)和流通等領(lǐng)域。托盤(pán)的尺寸標(biāo)準(zhǔn)是物流單元化重要的標(biāo)準(zhǔn)。目前，全世界要緊的工業(yè)國(guó)家都有自己的標(biāo)準(zhǔn)托盤(pán)，但所用尺寸各國(guó)不同。每個(gè)國(guó)家都希望自己國(guó)內(nèi)已普遍使用規(guī)格成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，以便在國(guó)際經(jīng)濟(jì)交流中更為有利。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織無(wú)法統(tǒng)一，只能同意既成事實(shí)，做到相對(duì)統(tǒng)一。中國(guó)聯(lián)運(yùn)通用平托盤(pán)要緊尺寸及公差國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T2934-1996）。目前套用原ISO規(guī)定的4種并列的標(biāo)準(zhǔn)，即1200×800，1200×1000，1219×1016，1140×1140（單位均為mm）。在本課題中選用尺寸為1200×1000，如圖2-1所示。圖2-1標(biāo)準(zhǔn)1200×1000托盤(pán)倉(cāng)庫(kù)的貨架采納焊接結(jié)構(gòu)，為兩排，每排30列，每列16層，共有貨位960個(gè)。每個(gè)貨位可存儲(chǔ)單元重量為0.6，共可存儲(chǔ)物資576。貨架相關(guān)具體參數(shù)如下：貨架整體尺寸：長(zhǎng)×寬×高=40000×1200×13000（）；儲(chǔ)貨單元尺寸：長(zhǎng)×寬×高=1300×1100×800（）；總裝物資重量：960單元貨位×0.6=576。2.1.2堆垛機(jī)的構(gòu)成及參數(shù)（400）1.堆垛機(jī)的構(gòu)成本文巷道式立體倉(cāng)庫(kù)的堆垛機(jī)由機(jī)架即車(chē)身、運(yùn)行機(jī)構(gòu)、起升機(jī)構(gòu)、載貨臺(tái)及貨叉伸縮機(jī)構(gòu)、和電氣系統(tǒng)五部分組成，如圖2-2所示。堆垛機(jī)的機(jī)架是由上橫梁、下橫梁和立柱組成的一個(gè)框架。整個(gè)機(jī)架結(jié)構(gòu)高而窄。機(jī)架采納雙立柱結(jié)構(gòu)，由兩根立柱和上、下橫梁組成一個(gè)長(zhǎng)方形的框架。堆垛機(jī)的運(yùn)行機(jī)構(gòu)和運(yùn)行的車(chē)輪安裝在下橫梁上。運(yùn)行機(jī)構(gòu)采納兩個(gè)承重輪地面驅(qū)動(dòng)式，沿地面軌道運(yùn)行。在堆垛機(jī)頂部有兩組水平輪沿天軌（在堆垛機(jī)上方輔助其運(yùn)行的軌道）導(dǎo)向。堆垛機(jī)的起升機(jī)構(gòu)是由卷筒或鏈輪和減速電機(jī)、以及柔性件組成，常用的柔性件有鋼絲繩和起重鏈等。載貨臺(tái)要緊由動(dòng)滑輪、貨叉、斷繩愛(ài)護(hù)裝置組成，在載貨臺(tái)兩側(cè)安裝安全愛(ài)護(hù)裝置，臺(tái)面上安裝貨叉。貨叉要緊由電機(jī)減速器、鏈輪、鏈連接裝置、叉板、活動(dòng)導(dǎo)軌、固定導(dǎo)軌、輥輪軸承和一些定位裝置組成。圖2-2有軌巷道堆垛機(jī)堆垛機(jī)的機(jī)架是由上橫梁、下橫梁和立柱組成的一個(gè)框架。整個(gè)機(jī)架結(jié)構(gòu)高而窄。機(jī)架采納雙立柱結(jié)構(gòu)，由兩根立柱和上、下橫梁組成一個(gè)長(zhǎng)方形的框架。堆垛機(jī)的運(yùn)行機(jī)構(gòu)和運(yùn)行的車(chē)輪安裝在下橫梁上。運(yùn)行機(jī)構(gòu)采納兩個(gè)承重輪地面驅(qū)動(dòng)式，沿地面軌道運(yùn)行。在堆垛機(jī)頂部有兩組水平輪沿天軌(在堆垛機(jī)上方輔助其運(yùn)行的軌道)導(dǎo)向。堆垛機(jī)的起升機(jī)構(gòu)是由卷筒或鏈輪和減速電機(jī)、以及柔性件組成，常用的柔性件有鋼絲繩和起重鏈等。載貨臺(tái)要緊由動(dòng)滑輪、貨叉、斷繩愛(ài)護(hù)裝置組成，在載貨臺(tái)兩側(cè)安裝安全愛(ài)護(hù)裝置，臺(tái)面上安裝貨叉。貨叉要緊由電機(jī)減速器、鏈輪、鏈連接裝置、叉板、活動(dòng)導(dǎo)軌、固定導(dǎo)軌、輥輪軸承和一些定位裝置組成。堆垛機(jī)的機(jī)架是由上橫梁、下橫梁和立柱組成的一個(gè)框架。整個(gè)機(jī)架結(jié)構(gòu)高而窄。機(jī)架采納雙立柱結(jié)構(gòu)，由兩根立柱和上、下橫梁組成一個(gè)長(zhǎng)方形的框架。堆垛機(jī)的運(yùn)行機(jī)構(gòu)和運(yùn)行的車(chē)輪安裝在下橫梁上。運(yùn)行機(jī)構(gòu)采納兩個(gè)承重輪地面驅(qū)動(dòng)式，沿地面軌道運(yùn)行。在堆垛機(jī)頂部有兩組水平輪沿天軌(在堆垛機(jī)上方輔助其運(yùn)行的軌道)導(dǎo)向。堆垛機(jī)的起升機(jī)構(gòu)是由卷筒或鏈輪和減速電機(jī)、以及柔性件組成，常用的柔性件有鋼絲繩和起重鏈等。載貨臺(tái)要緊由動(dòng)滑輪、貨叉、斷繩愛(ài)護(hù)裝置組成，在載貨臺(tái)兩側(cè)安裝安全愛(ài)護(hù)裝置，臺(tái)面上安裝貨叉。貨叉要緊由電機(jī)減速器、鏈輪、鏈連接裝置、叉板、活動(dòng)導(dǎo)軌、固定導(dǎo)軌、輥輪軸承和一些定位裝置組成。電氣系統(tǒng)要緊包括電力拖動(dòng)、檢測(cè)、操縱和安全愛(ài)護(hù)。在電力拖動(dòng)方面，目前采納較多的方案是交流變極調(diào)速、交流變頻調(diào)速和可控硅直流調(diào)速，渦流調(diào)速己專(zhuān)門(mén)少使用。依照堆垛機(jī)的實(shí)際工作過(guò)程，本文巷道式立體倉(cāng)庫(kù)堆垛機(jī)的電力拖動(dòng)系統(tǒng)需要滿足高速運(yùn)行、換速平穩(wěn)、低速停準(zhǔn)三個(gè)方面的要求。對(duì)堆垛機(jī)的操縱一般采納可編程操縱器、單片機(jī)、單板機(jī)和計(jì)算機(jī)等。2.堆垛機(jī)相關(guān)參數(shù)依照堆垛機(jī)在實(shí)際工作過(guò)程的性能要求，確定其具體工作參數(shù)如表2-1所示。表2-1堆垛機(jī)相關(guān)參數(shù)額定載重量600（）行走速度5-80最大水平行程41

停準(zhǔn)精度起升，運(yùn)行貨叉起升速度4-12最大提升高度12.5供電方式采納安全防爆滑觸線三相四線供電貨叉速度4-8貨叉作業(yè)最大距離1.22.2位置操縱方案定位操縱確實(shí)是確定堆垛機(jī)停止在目的貨位的功能。具體地，依照安裝在堆垛機(jī)和貨架上的傳感器檢測(cè)的位置信號(hào)，輸入到下位機(jī)數(shù)據(jù)采集卡，再依照計(jì)算機(jī)程序得出現(xiàn)在堆垛機(jī)的位置信息，進(jìn)而推斷堆垛機(jī)是否差不多到達(dá)目標(biāo)貨位，從而實(shí)現(xiàn)堆垛機(jī)的認(rèn)址。2.2.1認(rèn)址方案的比較安裝在堆垛機(jī)上的傳感器不斷檢測(cè)位置信息，通過(guò)堆垛機(jī)操縱系統(tǒng)計(jì)算并推斷是否到位。一般有以下幾種位置檢測(cè)方法：1.絕對(duì)認(rèn)址：將每一個(gè)貨位給予唯一的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，給每個(gè)貨位制作一個(gè)專(zhuān)用的認(rèn)址片，堆垛機(jī)上相應(yīng)安裝一個(gè)識(shí)不器，通常是二進(jìn)制編碼板（用個(gè)光電開(kāi)關(guān)的通斷組合為個(gè)貨位地址）和一組光電開(kāi)關(guān)的組合，通過(guò)讀取認(rèn)址片的代碼來(lái)推斷堆垛機(jī)的當(dāng)前位置。這種認(rèn)址方式編程操縱簡(jiǎn)單且可靠性較高，然而每個(gè)位置的認(rèn)址片不同，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，加工制作、安裝調(diào)試成本費(fèi)也較高；當(dāng)貨位較多時(shí)需要較多的認(rèn)址器，增加了由于硬件緣故的運(yùn)行不可靠性。2.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。堆垛機(jī)每通過(guò)一個(gè)地址都計(jì)數(shù)一次，就對(duì)地址編碼進(jìn)行加1或減1，一直移動(dòng)到目的地址為止。這種相對(duì)地址的優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)算電路簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，可靠性高。相對(duì)認(rèn)址方式有多種實(shí)現(xiàn)方案。通用的做法是為所有貨位制作相同的認(rèn)址片，堆垛機(jī)上安裝兩只光電開(kāi)關(guān)，當(dāng)兩只開(kāi)關(guān)同時(shí)被遮擋即表明堆垛機(jī)正對(duì)準(zhǔn)某一貨位，程序中使用計(jì)數(shù)器記錄堆垛機(jī)通過(guò)的認(rèn)址片數(shù)量，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)尋址。實(shí)際應(yīng)用中大多采納這種方式。3.其他認(rèn)址方法：編碼器定位法，激光測(cè)距定位法。這兩種定位方法的測(cè)量精度專(zhuān)門(mén)高，然而它們都對(duì)軌道平直度、震動(dòng)、堆垛機(jī)與天地軌間隙產(chǎn)生的搖擺等因素要求較高，同時(shí)激光測(cè)距儀的成本較高。2.2.2認(rèn)址方案的確定結(jié)合本課題中巷道式立體倉(cāng)庫(kù)的設(shè)計(jì)要求和使用要求及實(shí)際應(yīng)用中的定位效果，決定采納光電開(kāi)關(guān)和認(rèn)址片相結(jié)合的相對(duì)認(rèn)址的定位方法。它能夠?qū)崿F(xiàn)堆垛機(jī)高速運(yùn)行與精確定位（起升，運(yùn)行，貨叉）的要求。水平認(rèn)址堆垛機(jī)的水平列定位采納一個(gè)光電開(kāi)關(guān)和認(rèn)址片來(lái)定位。為了簡(jiǎn)化堆垛機(jī)操縱系統(tǒng)測(cè)控軟件部分，將堆垛機(jī)由原點(diǎn)到目標(biāo)位置的運(yùn)動(dòng)過(guò)程設(shè)計(jì)為先運(yùn)動(dòng)至水平目標(biāo)位置到位后，再啟動(dòng)起升電機(jī)，運(yùn)動(dòng)至垂直方向的目標(biāo)貨位，由水平目標(biāo)位置運(yùn)動(dòng)回原點(diǎn)時(shí)，先啟動(dòng)起升電機(jī)，堆垛機(jī)運(yùn)動(dòng)至第一層，水平方向再向原點(diǎn)運(yùn)動(dòng)。因此，水平方向上，只需在每一列貨架的第一層安裝上一片認(rèn)址片即可，在堆垛機(jī)上安裝一個(gè)紅外光電開(kāi)關(guān)。向水平方向目標(biāo)位置運(yùn)行時(shí)，光電開(kāi)關(guān)用來(lái)計(jì)數(shù)，由原點(diǎn)運(yùn)動(dòng)向水平目標(biāo)位置時(shí)，計(jì)數(shù)器加1，由水平目標(biāo)位置運(yùn)動(dòng)向原點(diǎn)時(shí)，計(jì)數(shù)器減1。一般的情況下堆垛機(jī)是快速運(yùn)行，當(dāng)堆垛機(jī)運(yùn)行到距目的地址還差2～3個(gè)貨位時(shí)，由快速均勻減速到中速，以中速接著向前運(yùn)行，距目的地址還差1個(gè)貨位時(shí)，由中速均勻減速到慢速向前運(yùn)行，當(dāng)堆垛機(jī)運(yùn)動(dòng)至水平目標(biāo)位置，光電開(kāi)關(guān)檢測(cè)到認(rèn)址片，信號(hào)由低電平跳變至高電平傳送給數(shù)據(jù)采集卡，再由數(shù)據(jù)線將信號(hào)傳送至計(jì)算機(jī)，依照程序，計(jì)數(shù)加1，同時(shí)停止水平電機(jī)的運(yùn)行，由于之前堆垛機(jī)差不多降速，同時(shí)在設(shè)計(jì)電路中加入了能耗制動(dòng)，因此該方案能實(shí)現(xiàn)目標(biāo)位置精確停車(chē)的工作過(guò)程，如圖2-3所示。（a）堆垛機(jī)運(yùn)動(dòng)至水平目標(biāo)位置前（b）堆垛機(jī)運(yùn)動(dòng)至水平目標(biāo)位置，光電開(kāi)關(guān)被遮光，停車(chē)實(shí)現(xiàn)水平定位圖2-3水平認(rèn)址過(guò)程堆垛機(jī)由目標(biāo)位置運(yùn)動(dòng)向原點(diǎn)的過(guò)程中，停車(chē)和由原點(diǎn)到目標(biāo)位置的運(yùn)動(dòng)不完全相同。光電開(kāi)關(guān)檢測(cè)到認(rèn)址片信號(hào)，計(jì)數(shù)器減1，當(dāng)堆垛機(jī)運(yùn)動(dòng)至水平方向第一個(gè)貨位時(shí)，減速接著向前行駛，運(yùn)動(dòng)至作為原點(diǎn)的開(kāi)關(guān)時(shí)停止運(yùn)動(dòng)。垂直認(rèn)址堆垛機(jī)在垂直方向上的層定位與水平方向相同，也是使用認(rèn)址片與光電開(kāi)關(guān)來(lái)定位。在堆垛機(jī)的立柱上與各層相對(duì)應(yīng)的位置安裝認(rèn)址片，由安裝在與載貨臺(tái)上的光電開(kāi)關(guān)檢測(cè)來(lái)定位。在定位方式上，垂直方向上與水平方向有所區(qū)不，因?yàn)槊總€(gè)貨格都有高位、低位兩個(gè)位置。高位為放貨開(kāi)始伸叉或取貨完畢收叉的位置，低位為取貨開(kāi)始伸叉或放貨完畢收叉的位置。為使貨叉能順利完成作業(yè)，堆垛機(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。垂直方向的定位由載貨臺(tái)上的光電開(kāi)關(guān)和貨架上的認(rèn)址片實(shí)現(xiàn)。依照高低位的工作要求，在載貨臺(tái)上安裝兩個(gè)光電開(kāi)關(guān)，貨架上安裝一個(gè)認(rèn)址片就能夠?qū)崿F(xiàn)高地位的定位，然而由于兩個(gè)光電開(kāi)關(guān)定位精度不高，因此在本設(shè)計(jì)中選用在載貨臺(tái)上安裝三個(gè)光電開(kāi)關(guān)，貨架上安裝一個(gè)認(rèn)址片實(shí)現(xiàn)垂直方向認(rèn)址、定位的方案。其安裝的相對(duì)位置與認(rèn)址片的關(guān)系如圖2-4所示。（a）高位定位（b）低位定位圖2-4層定位三光電開(kāi)關(guān)分布圖光電開(kāi)關(guān)A2，A3用來(lái)定位貨叉高位，A1，A2用來(lái)定位貨叉低位。這三個(gè)光電開(kāi)關(guān)在垂直方向升降運(yùn)行時(shí)，在其停高位和停低位時(shí)所起的作用不同，見(jiàn)下表2-2，以取貨為例，當(dāng)堆垛機(jī)的貨叉低于目的位置時(shí)，載貨臺(tái)上升，當(dāng)A1進(jìn)入目的認(rèn)址片時(shí)計(jì)數(shù)器加1,Al進(jìn)入目的層認(rèn)址片后，堆垛機(jī)開(kāi)始減速，以低速運(yùn)行，當(dāng)A2進(jìn)入認(rèn)址片停車(chē)。當(dāng)貨叉位置高于目的地址時(shí)，載貨臺(tái)下降當(dāng)A2進(jìn)入認(rèn)址片，計(jì)數(shù)器減1,A2進(jìn)入目的層認(rèn)址片時(shí)，開(kāi)始減速，Al進(jìn)入認(rèn)址片，停車(chē)。表2-2三開(kāi)關(guān)層定位信號(hào)狀態(tài)上升下降光電開(kāi)關(guān)狀態(tài)高位定位低位定位光電開(kāi)關(guān)狀態(tài)高位定位低位定位Al計(jì)數(shù)、減速運(yùn)行A2計(jì)數(shù)、減速運(yùn)行AlA2定位、停止A2A1定位、停止A2計(jì)數(shù)、減速運(yùn)行A3計(jì)數(shù)、減速運(yùn)行A2A3定位、停止A3A2定位、停止2.3速度操縱方案為了節(jié)約堆垛機(jī)工作時(shí)刻，提高工作時(shí)刻，自動(dòng)操縱系統(tǒng)需要對(duì)堆垛機(jī)進(jìn)行較為精確的速度操縱，采納交流變頻調(diào)速方案。2.3.1交流異步電機(jī)變頻調(diào)速原理變頻調(diào)速是通過(guò)改變電機(jī)定子繞組供電的頻率來(lái)達(dá)到調(diào)速的目的，當(dāng)在定子繞組接入三相交流電時(shí)，在定子與轉(zhuǎn)子之間的空氣間隙內(nèi)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)同步轉(zhuǎn)速為N的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，它與轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)子繞組在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用下切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，出線感應(yīng)電流。感應(yīng)電流與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相互作用，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，是電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。（2-1）式中—三相交流電頻率，一般為50Hz；—為磁極對(duì)數(shù)。由式（2-1）可知磁極對(duì)數(shù)越多，轉(zhuǎn)速N就越慢。轉(zhuǎn)子的實(shí)際轉(zhuǎn)速n比磁場(chǎng)的同步轉(zhuǎn)速N要慢，這確實(shí)是異步電機(jī)的特性，那個(gè)差不用轉(zhuǎn)差率s表示：（2-2）加上電源轉(zhuǎn)子未轉(zhuǎn)動(dòng)瞬間，，這時(shí)；啟動(dòng)后的極端情況，則，即s在0-1之間變化。綜合上述兩式可得：（2-3）由式（2-3）能夠看出，電機(jī)磁極對(duì)數(shù)關(guān)于電機(jī)而言差不多是確定不變的，轉(zhuǎn)差率s變化不大，則電機(jī)轉(zhuǎn)速與電源頻率成正比，因此改變輸入電源的頻率就能夠改變電機(jī)同步轉(zhuǎn)速進(jìn)而達(dá)到異步電機(jī)調(diào)速的目的。依照堆垛機(jī)工作要求，選擇適當(dāng)型號(hào)的變頻器、三相交流異步電機(jī)，設(shè)計(jì)出合理的操縱電路，就能夠組成交流變頻調(diào)速系統(tǒng)，完成運(yùn)行電機(jī)、起升電機(jī)、貨叉電機(jī)的調(diào)速要求。2.3.2堆垛機(jī)速度操縱曲線設(shè)計(jì)本文堆垛機(jī)的水平速度、起升速度、貨叉速度均采納變頻調(diào)速操縱，三個(gè)方向運(yùn)動(dòng)操縱曲線如下：水平運(yùn)動(dòng)水平運(yùn)動(dòng)設(shè)定四種速度，如圖3-5所示。依照當(dāng)前列數(shù)與目地列數(shù)的比較，程序進(jìn)行推斷和頻率調(diào)節(jié)，從而達(dá)到水平方向上的精確定位。圖3-5水平速度操縱曲線：堆垛機(jī)從靜止到80m/min所用的加速時(shí)刻；：堆垛機(jī)運(yùn)行在80m/min(最高速度)時(shí)刻，由當(dāng)前列數(shù)與目地列數(shù)之間的比較得來(lái)；：堆垛機(jī)從80m/min切換到40m/min所用的減速時(shí)刻；：堆垛機(jī)運(yùn)行40m/min時(shí)刻；：堆垛機(jī)從40m/min切換到16m/min所用的減速時(shí)刻；：堆垛機(jī)運(yùn)行在16m/min時(shí)刻；：堆垛機(jī)從16m/min切換到5m/min所用的減速時(shí)刻；：堆垛機(jī)運(yùn)行在定位頻率時(shí)刻。：堆垛機(jī)定位時(shí)的減速時(shí)刻。起升運(yùn)動(dòng)起升設(shè)定三種速度，如圖3-6所示。依照當(dāng)前層數(shù)與目地層數(shù)的比較，程序進(jìn)行推斷和頻率調(diào)節(jié)，從而達(dá)到垂直方向上的精確定位。圖3-6起升速度操縱曲線：載貨臺(tái)從靜止到10m/min所用的加速時(shí)刻；：載貨臺(tái)運(yùn)行在10m/min(最高速度)時(shí)刻，由當(dāng)前層數(shù)與目地層數(shù)之間的比較得來(lái)；：載貨臺(tái)從10m/min切換到5m/min所用的減速時(shí)刻；：載貨臺(tái)運(yùn)行5m/min時(shí)刻；：載貨臺(tái)從5m/min切換到2m/min所用的減速時(shí)刻；：載貨臺(tái)運(yùn)行在2m/min時(shí)刻；：載貨臺(tái)定位時(shí)的減速時(shí)刻。貨叉運(yùn)動(dòng)貨叉速度設(shè)定兩種速度，如圖3-7所示。因?yàn)槊總€(gè)儲(chǔ)貨單元的尺寸是相同的即貨叉每次運(yùn)動(dòng)的路程是不變的，則每次工作時(shí)，通過(guò)程序計(jì)時(shí)來(lái)操縱貨叉不同速度運(yùn)動(dòng)的時(shí)刻即可，不再需要額外的傳感器。圖3-7貨叉速度操縱曲線：貨叉從靜止到10m/min所用的加速時(shí)刻；：貨叉運(yùn)行在10m/min時(shí)刻，同貨叉的最大行程來(lái)確定時(shí)刻：貨叉由10m/min減到4m/min的減速時(shí)刻；：貨叉4m/min運(yùn)行時(shí)刻；：貨叉定位時(shí)的減速時(shí)刻。2.4信號(hào)檢測(cè)方案堆垛機(jī)運(yùn)行過(guò)程中操縱系統(tǒng)需要檢測(cè)的信號(hào)要緊有原點(diǎn)檢測(cè)、物資檢測(cè)、貨叉到位檢測(cè)、電機(jī)運(yùn)行狀況信號(hào)檢測(cè)。這些檢測(cè)信號(hào)是堆垛機(jī)自動(dòng)操縱系統(tǒng)所必需的，它們由數(shù)據(jù)采集卡輸入端傳入，再經(jīng)數(shù)據(jù)線將信號(hào)傳送至工控計(jì)算機(jī)，程序再依照這些信號(hào)推斷堆垛機(jī)不同的運(yùn)行狀態(tài)和位置，得出下一步運(yùn)行指令，進(jìn)而指導(dǎo)、操縱堆垛機(jī)的工作過(guò)程。依照堆垛機(jī)的工作要求，選用行程開(kāi)關(guān)作為原點(diǎn)檢測(cè)和貨叉相關(guān)檢測(cè)元件，電機(jī)運(yùn)行狀況信號(hào)由變頻器輸出端電機(jī)反饋信號(hào)提供即可。

第3章數(shù)據(jù)采集卡的選型堆垛機(jī)操縱系統(tǒng)要完成堆垛機(jī)的自動(dòng)運(yùn)行工作的功能，各種相關(guān)實(shí)時(shí)信號(hào)的采集是極其重要的。完成數(shù)據(jù)采集，發(fā)出具體的操縱信號(hào)就要用到數(shù)據(jù)采集卡，因此數(shù)據(jù)采集卡是整個(gè)堆垛機(jī)操縱系統(tǒng)的核心組成部分。3.1數(shù)據(jù)采集卡簡(jiǎn)介數(shù)據(jù)采集(DataAcquisition,簡(jiǎn)稱(chēng)DAQ)，是指從傳感器和其它待測(cè)設(shè)備等模擬和數(shù)字被測(cè)單元中自動(dòng)采非電量或者電量信號(hào)，送到上位機(jī)中進(jìn)行分析，處理。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是結(jié)合基于計(jì)算機(jī)或者其他專(zhuān)用測(cè)試平臺(tái)的測(cè)量軟硬件產(chǎn)品來(lái)實(shí)現(xiàn)靈活的、用戶自定義的測(cè)量系統(tǒng)。例如，在一些工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中，設(shè)備長(zhǎng)時(shí)刻運(yùn)行容易出現(xiàn)故障，為了監(jiān)控這些設(shè)備，通常利用數(shù)據(jù)采集裝置來(lái)采集它們的運(yùn)行狀態(tài)并送給工控計(jì)算機(jī)，通過(guò)運(yùn)行在工控計(jì)算機(jī)上的特定軟件對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以此推斷當(dāng)前運(yùn)行設(shè)備的狀況，進(jìn)而采取相應(yīng)措施。該設(shè)計(jì)確實(shí)是一個(gè)典型的基于工控計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集卡(DataAcquisitionCard,簡(jiǎn)稱(chēng)DAC)，即實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集功能的計(jì)算機(jī)擴(kuò)展卡，能夠通過(guò)USB、PXI、PCI、PCIExpress、火線(1394)、PCMCIA、ISA、CompactFlash、485、232、以太網(wǎng)、各種無(wú)線網(wǎng)絡(luò)等總線接入個(gè)人計(jì)算機(jī)。例如，設(shè)計(jì)所采納的數(shù)據(jù)采集卡確實(shí)是通過(guò)計(jì)算機(jī)的USB接口同計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)通信的。目前，數(shù)據(jù)采集卡，絕大多數(shù)集中在模擬量、數(shù)字量、熱電阻、熱電偶等信號(hào)采集領(lǐng)域。其中模擬量采集卡和數(shù)字量采集卡使用最為廣泛。雖講是采集卡，但實(shí)際應(yīng)用中數(shù)據(jù)采集卡經(jīng)常需要輸出操縱信號(hào)。同樣，輸出的操縱信號(hào)又分為模擬量和數(shù)字量，因此數(shù)據(jù)采集卡的輸出端口分為了模擬量輸出（AnalogOutput，簡(jiǎn)稱(chēng)AO）及數(shù)字量輸出（DigitalOutput,簡(jiǎn)稱(chēng)DO）。在設(shè)計(jì)中，只有數(shù)字量信號(hào)的采集，輸出的操縱信號(hào)也只需要數(shù)字信號(hào)，因此在設(shè)計(jì)中選用了只有數(shù)字量輸入和數(shù)字量輸出功能的數(shù)據(jù)采集卡。圖3-1PCI接口的數(shù)據(jù)采集卡圖3-2USB接口的數(shù)據(jù)采集卡3.2數(shù)據(jù)采集卡的選擇對(duì)數(shù)據(jù)采集卡的分類(lèi)，按照接口來(lái)講，有ISA、PCI、USB等。按照輸入/輸出信號(hào)類(lèi)型分，有模擬量的數(shù)據(jù)采集卡、數(shù)字量的數(shù)據(jù)采集卡、多功能數(shù)據(jù)采集卡等。除了了解數(shù)據(jù)采集卡的分類(lèi)之外，數(shù)據(jù)采集卡的選擇還必須綜合考慮。在選取數(shù)據(jù)采集卡時(shí)，通?？紤]以下參數(shù)：1.總線類(lèi)型。目前應(yīng)用較廣的總線結(jié)構(gòu)包括PCI、PXI、USB、ISA等，不同的總線具有不同的傳輸速度、電氣特性、結(jié)構(gòu)尺寸、配置過(guò)程等，用戶要依照自己所需的特性來(lái)選擇。選擇數(shù)據(jù)采集卡接口類(lèi)型時(shí)，不僅要考慮所用計(jì)算機(jī)的接口類(lèi)型還要考慮接口本身的優(yōu)劣，比如ISA接口的數(shù)據(jù)采集卡一般是不常用的，因?yàn)殡S著計(jì)算機(jī)產(chǎn)品本身的更新?lián)Q代，具有ISA接口的計(jì)算機(jī)差不多專(zhuān)門(mén)少見(jiàn)了；PCI接口的數(shù)據(jù)采集卡與工控計(jì)算機(jī)的連接需要將工控計(jì)算機(jī)主機(jī)箱打開(kāi)，插在PCI插槽上，過(guò)程較為繁瑣；USB接口的數(shù)據(jù)采集卡可經(jīng)USB電纜直接連入計(jì)算機(jī)，同時(shí)它也具有體積小、即插即用、傳輸速度快、便攜等特點(diǎn)，因此USB接口的數(shù)據(jù)采集卡使用也相當(dāng)廣泛。因此，在本設(shè)計(jì)中選用USB接口的數(shù)據(jù)采集卡。2.模擬量（數(shù)字量）輸入/輸出通道數(shù)。依照整個(gè)系統(tǒng)的總體方案確定所需的輸入/輸出通道個(gè)數(shù)，確定模擬量輸入端的接線方式（單端或者差分），選擇數(shù)據(jù)采集卡。本設(shè)計(jì)中共需16個(gè)數(shù)字量輸入通道和14個(gè)數(shù)字量輸出通道。3.采樣頻率。所謂采樣頻率是指數(shù)據(jù)采集卡一秒鐘采集數(shù)據(jù)的次數(shù)。依照耐奎斯特采樣理論，采樣頻率必須是信號(hào)中最高有效頻率的兩倍以上，否則會(huì)產(chǎn)生信號(hào)混疊現(xiàn)象。因此需要依照所采集信號(hào)的頻率來(lái)選擇數(shù)據(jù)采集卡。數(shù)據(jù)采集卡的頻率通常在幾K到幾百K，甚至幾M、幾百M(fèi)不等，但數(shù)據(jù)采集卡的價(jià)格往往隨采樣頻率的增加大幅度提高，因此在符合耐奎斯特采樣理論的前提下，應(yīng)盡量選用采樣頻率適中的數(shù)據(jù)采集卡。4.分辨率。數(shù)據(jù)采集卡分辨率用ADC（AnalogtoDigitalConverter,模數(shù)轉(zhuǎn)換器）的數(shù)字bit位數(shù)表示。例如設(shè)計(jì)所選用的USB-4750數(shù)據(jù)采集卡的ADC位數(shù)為32，因此它的分辨率確實(shí)是。分辨率越高，即ADC的位數(shù)越多，輸入信號(hào)的細(xì)分程度就越高，能夠識(shí)不的信號(hào)變化量就越小。5.量程，即數(shù)據(jù)采集卡同意輸入信號(hào)的范圍。在確定了ADC分辨率的情形下，應(yīng)按照保證信號(hào)量化噪聲較低，選擇一個(gè)合適的量程，再通過(guò)信號(hào)調(diào)理將被采集信號(hào)調(diào)理在那個(gè)合理的量程內(nèi)。因此除了對(duì)比數(shù)據(jù)采集卡的要緊參數(shù)有時(shí)也需要考慮輸入阻抗、輸出阻抗、單端輸入、雙端輸入等，因此數(shù)據(jù)采集卡的選擇需要相互對(duì)比、綜合考慮。在設(shè)計(jì)中，依照總體方案，共需16個(gè)數(shù)字量輸入、16個(gè)數(shù)字量輸出端口，采樣頻率和精度無(wú)嚴(yán)格要求，輸入量程為0-5V，因此選用了研華USB-4750數(shù)據(jù)采集卡（見(jiàn)圖3-3）。研華USB-4750是一款功能強(qiáng)大的USB接口的數(shù)據(jù)采集卡，它有32個(gè)隔離數(shù)字量輸入/輸出通道，支持干濕接點(diǎn)，可編程計(jì)數(shù)器等功能。圖3-3研華USB-4750數(shù)據(jù)采集卡圖3-4研華USB-4750I/O針腳接口研華USB-4750數(shù)據(jù)采集卡數(shù)字量輸入支持干/濕接點(diǎn)。每個(gè)數(shù)字量輸入通道都支持干接點(diǎn)或0-5VDC的濕接點(diǎn)輸入。外部電路內(nèi)無(wú)電壓時(shí)，干接點(diǎn)性能同意通道對(duì)外部電路內(nèi)的變化（如關(guān)閉外部電路內(nèi)的一個(gè)開(kāi)關(guān)）做出響應(yīng)。圖3-5中的外部電路同時(shí)含有干、濕接點(diǎn)組件，并作為輸入源被連接至模塊的一個(gè)數(shù)字量輸入通道。研華USB-4750數(shù)據(jù)采集卡隔離數(shù)字量輸出。USB-4750的8個(gè)隔離輸出通道都配有復(fù)合晶體管。所有8個(gè)輸出通道共享共集電極和用于電感負(fù)載的完整二極管。通道0-7共用COM0、通道8-15共用COM1。假如將外部電壓（5-40V）連接到隔離輸出通道，電流將由外部電壓源流向模塊。請(qǐng)注意流經(jīng)每個(gè)GND針腳的電流不可超過(guò)100mA。圖3-6將外部輸出負(fù)載連接到模塊的一個(gè)隔離輸出通道。圖3-5研華USB-4750數(shù)字量輸入連接圖3-5研華USB-4750數(shù)字量輸出通道連接

第4章信號(hào)檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)信號(hào)檢測(cè)電路所得到的信號(hào)作為數(shù)據(jù)采集卡的輸入信號(hào)，該部分電路設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)堆垛機(jī)操縱系統(tǒng)的基礎(chǔ)。本設(shè)計(jì)中堆垛機(jī)操縱系統(tǒng)的信號(hào)檢測(cè)電路包括位置信號(hào)檢測(cè)電路，物資檢測(cè)電路，原點(diǎn)、貨叉到位檢測(cè)電路，電機(jī)運(yùn)行狀況信號(hào)檢測(cè)電路，各檢測(cè)電路設(shè)計(jì)的要緊任務(wù)包括：選擇傳感器和正確連接傳感器與數(shù)據(jù)采集卡的信號(hào)輸入電路。選擇傳感器應(yīng)注意考慮實(shí)際適用性。正確連接信號(hào)輸入電路，則需要依照所選傳感器的輸出信號(hào)類(lèi)型，選擇傳感器是接入數(shù)據(jù)采集卡的數(shù)字量輸入端，依舊模擬量輸入端。4.2位置檢測(cè)電路在本設(shè)計(jì)中，堆垛機(jī)位置檢測(cè)采納基于光電開(kāi)關(guān)的相對(duì)認(rèn)址方案。在此前的方案設(shè)計(jì)中已確定，在貨架上第一層每個(gè)儲(chǔ)貨單元的適當(dāng)位置安裝相同的認(rèn)址片，在堆垛機(jī)上對(duì)應(yīng)位置安裝一個(gè)光電開(kāi)關(guān)以實(shí)現(xiàn)水平方向的認(rèn)址，在貨架的每個(gè)儲(chǔ)貨單元安裝相同的認(rèn)址片，堆垛機(jī)上對(duì)應(yīng)的位置安裝三個(gè)光電開(kāi)關(guān)以實(shí)現(xiàn)起升方向的認(rèn)址。4.1.1光電開(kāi)關(guān)的選型光電開(kāi)關(guān)（光電傳感器）是光電接近開(kāi)關(guān)的簡(jiǎn)稱(chēng)，它是利用被檢測(cè)物對(duì)光束的遮擋或反射，由同步回路選通電路，從而檢測(cè)物體有無(wú)的。物體不限于金屬，所有能反射光線的物體均可被檢測(cè)。光電開(kāi)關(guān)將輸入電流在發(fā)射器上轉(zhuǎn)換為光信號(hào)射出，接收器再依照接收到的光線的強(qiáng)弱或有無(wú)對(duì)目標(biāo)物體進(jìn)行探測(cè)。作為光電傳感器行業(yè)的全球領(lǐng)先者，歐姆龍以其產(chǎn)品的高質(zhì)量與可靠性而聞名，其新一代光電傳感器成為市場(chǎng)上種類(lèi)最多、可靠易用的同類(lèi)產(chǎn)品的代表。歐姆龍E3FA/RA系列光電傳感器是實(shí)現(xiàn)合適功能且具有最佳性價(jià)比的機(jī)型。歐姆龍E3FA/RA小型圓柱型光電傳感器尺寸與外形小巧，安裝簡(jiǎn)單，設(shè)定操作簡(jiǎn)便直觀。大而結(jié)實(shí)的旋鈕方便安裝人員對(duì)傳感器進(jìn)行調(diào)節(jié)，明亮的大功率紅色LED清晰可見(jiàn)，即使在較長(zhǎng)距離下也便于進(jìn)行光軸對(duì)齊操作。傳感器的LED狀態(tài)指示燈同樣具有較長(zhǎng)的可見(jiàn)距離與較大的可見(jiàn)角度，易于對(duì)工作狀態(tài)進(jìn)行檢查（見(jiàn)圖4-1）。此外，歐姆龍E3FA/RA系列光電傳感器的嵌入式安裝選購(gòu)件令安裝過(guò)程更順暢（見(jiàn)圖4-2）。圖4-1歐姆龍E3FA/RA系列光電傳感器明亮的指示燈圖4-2歐姆龍E3FA/RA系列光電傳感器的安裝歐姆龍E3FA/RA系列光電傳感器具有高可靠性和增強(qiáng)的性能，其中包含對(duì)射型、回歸反射型和擴(kuò)散反射型（具有直視型和側(cè)視型兩種版本）。E3FA標(biāo)準(zhǔn)系列沿承了歐姆龍產(chǎn)品知廣為人知的優(yōu)秀品質(zhì)，在可靠性方面高過(guò)市場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)，能滿足各行各業(yè)的多種應(yīng)用。E3RA系列提供了一個(gè)完整系列的側(cè)視型傳感器，具有更佳的安裝靈活性，可滿足專(zhuān)門(mén)需求。依照本設(shè)計(jì)中堆垛機(jī)需要實(shí)現(xiàn)的相對(duì)認(rèn)址的要求，選用歐姆龍E3FA/RA系列光電傳感器中的直視型E3FA標(biāo)準(zhǔn)系列，又因?yàn)樾枰J(rèn)址片與光電開(kāi)關(guān)配合實(shí)現(xiàn)相對(duì)認(rèn)址，因此選擇E3FA標(biāo)準(zhǔn)系列中的回歸反射型E3FA-RP112M（尺寸圖如圖4-3所示），認(rèn)址片選用與E3FA-RP112M光電傳感器配套的反射板E39-R1S（尺寸圖如圖4-4所示）。圖4-3光電傳感器E3FA-RP112M尺寸圖圖4-4反射板E39-R1S尺寸圖4.1.2位置檢測(cè)的電路設(shè)計(jì)E3FA-RP112M光電傳感器有兩種工作模式:Light-ON和Dark-ON，它們的時(shí)序圖、動(dòng)作切換開(kāi)關(guān)及輸出電路如表4-1所示：表4-1E3FA-RP112M光電傳感器的工作模式表在本設(shè)計(jì)的堆垛機(jī)操縱系統(tǒng)中，要實(shí)現(xiàn)相對(duì)認(rèn)址的位置檢測(cè)，確實(shí)是讓光電開(kāi)關(guān)和認(rèn)址片配合起來(lái)，堆垛機(jī)上光電開(kāi)關(guān)的信號(hào)通過(guò)認(rèn)址片時(shí)，輸入數(shù)據(jù)采集卡的信號(hào)由低電平變?yōu)楦唠娖剑瑐鹘o工控計(jì)算機(jī)，用程序?qū)崿F(xiàn)操縱，由此設(shè)計(jì)要求，選用E3FA-RP112M光電傳感器Dark-ON的工作模式。在位置檢測(cè)電路中，共需要E3FA-RP112M光電傳感器4個(gè)（水平方向認(rèn)址1個(gè)，垂直方向認(rèn)址3個(gè)），E39-R1S反射板510個(gè)（水平方向認(rèn)址30個(gè)，垂直方向認(rèn)址480個(gè)）。因?yàn)镋3FA-RP112M光電傳感器需要的供電電壓為DC10-30V，在本設(shè)計(jì)中選用較為常用的24V直流電源。電路設(shè)計(jì)如圖4-5所示：圖4-5位置檢測(cè)電路設(shè)計(jì)4.2物資檢測(cè)電路當(dāng)堆垛機(jī)執(zhí)行工控計(jì)算機(jī)多發(fā)出的存貨或取貨信號(hào)時(shí)，首先就需要推斷目的貨位的儲(chǔ)貨情況。例如當(dāng)工控計(jì)算機(jī)發(fā)出到某地址進(jìn)行存貨的信號(hào)時(shí)，首先應(yīng)檢測(cè)該目的貨位是否有物資，假如沒(méi)有物資，則程序順利向后運(yùn)行，操縱堆垛機(jī)實(shí)現(xiàn)存貨的工作過(guò)程；假如有物資，則不能再向該貨位進(jìn)行存貨的工作，為幸免損壞貨架和堆垛機(jī)，現(xiàn)在程序會(huì)進(jìn)行報(bào)警。同理，當(dāng)工控計(jì)算機(jī)發(fā)出到某地址進(jìn)行取貨的信號(hào)時(shí)，首先應(yīng)檢測(cè)該目的貨位是否有物資，假如有物資，則程序順利向后運(yùn)行，操縱堆垛機(jī)實(shí)現(xiàn)取貨的工作過(guò)程；假如沒(méi)有物資，則不能到該貨位實(shí)現(xiàn)取貨的工作過(guò)程，為幸免損壞貨架和堆垛機(jī)，現(xiàn)在程序也會(huì)進(jìn)行報(bào)警。假如物資檢測(cè)也選用有反射板E39-R1S的光電開(kāi)關(guān)E3FA-RP112M作為傳感器，物資檢測(cè)中同樣采納Dark-ON的工作模式。在物資檢測(cè)電路中，共就需要E3FA-RP112M光電傳感器480個(gè)（每個(gè)儲(chǔ)貨單元1個(gè)），E39-R1S反射板480個(gè)（每個(gè)儲(chǔ)貨單元1個(gè)）。由于采納此種方案，會(huì)需要專(zhuān)門(mén)多光電開(kāi)關(guān)和反射板，大大提高了成本，因此不選中用光電開(kāi)關(guān)來(lái)和反射板來(lái)物資檢測(cè)。依照以上的分析可知，由于貨架的結(jié)構(gòu)比較大，貨位較多，因此用選擇電器元器件對(duì)物資檢測(cè)進(jìn)行電路設(shè)計(jì)的方法是不易實(shí)現(xiàn)的。通過(guò)分析比較，選用程序數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)實(shí)現(xiàn)物資檢測(cè)，它會(huì)依照堆垛機(jī)的存貨取貨狀況，記錄每一個(gè)貨位物資的存儲(chǔ)，在堆垛機(jī)立即進(jìn)行存貨取貨工作是，設(shè)計(jì)程序先推斷目標(biāo)貨位是否滿足要求，這在同組做程序設(shè)計(jì)的同學(xué)中有詳細(xì)闡述，在此不做贅述。4.3原點(diǎn)、貨叉到位檢測(cè)電路設(shè)計(jì)差不多上利用對(duì)開(kāi)光量信號(hào)的檢測(cè)，最終由開(kāi)關(guān)量信號(hào)的變化輸入到數(shù)據(jù)采集卡，進(jìn)而傳輸給工控計(jì)算機(jī)。原點(diǎn)、貨叉到位檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)在原理上有專(zhuān)門(mén)大的相似程度，因此這兩個(gè)檢測(cè)電路一起分析設(shè)計(jì)。4.3.1原點(diǎn)檢測(cè)電路簡(jiǎn)介堆垛機(jī)在水平、起升、貨叉方向上向原點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，需要一個(gè)信號(hào)指導(dǎo)堆垛機(jī)在何處停車(chē)，那個(gè)信號(hào)確實(shí)是原點(diǎn)檢測(cè)信號(hào)。在水平、起升、貨叉方向上將行程開(kāi)關(guān)安裝在預(yù)先安排的原點(diǎn)位置，當(dāng)堆垛機(jī)運(yùn)動(dòng)至該位置時(shí)碰撞行程開(kāi)關(guān)，它的觸點(diǎn)動(dòng)作，對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)采集卡輸入端信號(hào)由低電平跳變至高電平，則程序就推斷現(xiàn)在堆垛機(jī)到達(dá)該方向的原點(diǎn)，使堆垛機(jī)該方向上的電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。水平原點(diǎn)、起升原點(diǎn)行程開(kāi)關(guān)的安裝位置如圖4-6、4-7所示（圖4-6、4-7均為行程開(kāi)關(guān)安裝位置示意圖，為方便表達(dá)圖中貨架列數(shù)與層數(shù)均不代表實(shí)際參數(shù)），貨叉原點(diǎn)行程開(kāi)關(guān)的安裝位置就在堆垛機(jī)貨叉中間位置，那個(gè)地點(diǎn)沒(méi)有單獨(dú)表示出來(lái)。圖4-6水平原點(diǎn)行程開(kāi)關(guān)安裝位置圖4-7起升原點(diǎn)行程開(kāi)關(guān)安裝位置4.3.2貨叉到位檢測(cè)電路簡(jiǎn)介堆垛機(jī)在執(zhí)行存貨、取貨的工作過(guò)程中時(shí)，要推斷堆垛機(jī)是否差不多到位，這是堆垛機(jī)能夠接著順利后續(xù)工作的基礎(chǔ)。在堆垛機(jī)進(jìn)行存貨、取貨工作時(shí)，光電開(kāi)關(guān)進(jìn)行起升方向的認(rèn)址，到達(dá)目的貨位時(shí)，起升電機(jī)停止運(yùn)行。貨叉伸入貨架，到達(dá)貨架制定位置時(shí)，貨叉碰撞行程開(kāi)關(guān)，它的觸點(diǎn)動(dòng)作，對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)采集卡輸入端信號(hào)由低電平跳變至高電平，則程序就推斷現(xiàn)在堆垛機(jī)貨叉到位，操縱執(zhí)行存貨或者取貨工作。將行程開(kāi)關(guān)安裝在堆垛機(jī)的貨叉上，如此一個(gè)行程開(kāi)關(guān)就能實(shí)現(xiàn)左右兩側(cè)貨架的貨叉到位檢測(cè)。4.3.3行程開(kāi)關(guān)的選型依照設(shè)計(jì)要求，原點(diǎn)、貨叉到位檢測(cè)電路都選用行程開(kāi)關(guān)作為傳感器。行程開(kāi)關(guān)又稱(chēng)限位開(kāi)關(guān)，是一種常用的小電流主令電器。它利用生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件的碰撞使其觸頭動(dòng)作來(lái)實(shí)現(xiàn)接通或分?jǐn)嗖倏v電路，達(dá)到一定的操縱目的。通常，這類(lèi)開(kāi)關(guān)被用來(lái)限制機(jī)械運(yùn)動(dòng)的位置或行程，使運(yùn)動(dòng)機(jī)械按一定位置或行程自動(dòng)停止、反向運(yùn)動(dòng)、變速運(yùn)動(dòng)或自動(dòng)往返運(yùn)動(dòng)等。常規(guī)行程開(kāi)關(guān)中國(guó)產(chǎn)行程開(kāi)關(guān)LX19系列中的LX19-001/111，LXK3系列中的LXK3-20S/T，JLXK1系列JLXK1-111/411/511最具代表力,這些產(chǎn)品有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功能有用、價(jià)格低廉的優(yōu)勢(shì)深受寬敞使用者的青睞。在本設(shè)計(jì)中選用直動(dòng)滾輪防護(hù)式行程開(kāi)關(guān)。4.3.4原點(diǎn)、貨叉到位檢測(cè)電路設(shè)計(jì)依照設(shè)計(jì)要求，在原點(diǎn)、貨叉到位檢測(cè)電路中共需要4個(gè)JLXK1-411行程開(kāi)關(guān)（原點(diǎn)檢測(cè)三個(gè)方向共3個(gè)，貨叉到位檢測(cè)1個(gè)）和一個(gè)5V的直流電源。原點(diǎn)、貨叉到位檢測(cè)具體電路設(shè)計(jì)如圖6-8所示：圖6-8原點(diǎn)、貨叉到位檢測(cè)電路設(shè)計(jì)4.4電機(jī)運(yùn)行狀況檢測(cè)電路電機(jī)的運(yùn)行狀況需要反饋至堆垛機(jī)操縱系統(tǒng)，讓系統(tǒng)實(shí)時(shí)掌握電機(jī)的運(yùn)行狀況。其中，電機(jī)運(yùn)行狀況比較重要的信號(hào)是電機(jī)故障信號(hào)、運(yùn)行信號(hào)、電機(jī)零速信號(hào)。原點(diǎn)、貨叉到位檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)思路確實(shí)是通過(guò)監(jiān)測(cè)，選擇開(kāi)關(guān)量檢測(cè)信號(hào)輸出，將輸出的開(kāi)關(guān)量檢測(cè)信號(hào)接入到數(shù)據(jù)采集卡輸入端。假如電機(jī)運(yùn)行出線故障，數(shù)據(jù)采集卡對(duì)應(yīng)輸入端接收高電平信號(hào)；電機(jī)運(yùn)行檢測(cè)信號(hào)檢測(cè)到電機(jī)正在運(yùn)行，數(shù)據(jù)采集卡對(duì)應(yīng)輸入端接收高電平信號(hào)；當(dāng)檢測(cè)到電機(jī)處于“零速狀態(tài)”時(shí)，數(shù)據(jù)采集卡對(duì)應(yīng)輸入端接收高電平信號(hào)。這些監(jiān)測(cè)功能在所選用的變頻器上就能夠?qū)崿F(xiàn)，不再需要額外的傳感器。這些開(kāi)關(guān)量信號(hào)符合數(shù)據(jù)采集卡對(duì)輸入信號(hào)的要求，因此能夠?qū)⒆冾l器的開(kāi)關(guān)信號(hào)和數(shù)據(jù)采集卡的輸入端直接相連。關(guān)于變頻器的監(jiān)測(cè)功能和輸出信號(hào)會(huì)在第五章變頻器部分做更為詳盡的講明。

第5章執(zhí)行部分電路的設(shè)計(jì)5.1電機(jī)型號(hào)選擇運(yùn)行機(jī)構(gòu)，起升機(jī)構(gòu)，貨叉機(jī)構(gòu)是堆垛機(jī)的三大機(jī)構(gòu)，每一個(gè)機(jī)構(gòu)需要一個(gè)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)裝置。結(jié)合同組的機(jī)械設(shè)計(jì)部分參數(shù)，對(duì)三個(gè)電機(jī)進(jìn)行選型。5.1.1運(yùn)行電機(jī)的選型堆垛機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)行靜阻力（5-1）式中—堆垛機(jī)運(yùn)行靜阻力（N）；—運(yùn)行摩擦阻力（N）；—坡度阻力，當(dāng)軌道坡度不超過(guò)0.5%時(shí)，可不計(jì)入（N）；—室外風(fēng)阻力，即運(yùn)行時(shí)由風(fēng)載荷引起的阻力，室內(nèi)取=0（N）。1.由于水平運(yùn)行時(shí)偏斜總是不可幸免的，因此還有導(dǎo)向輪沿軌道側(cè)面的附加摩擦阻力。所運(yùn)行摩擦阻力包括車(chē)輪軸承中的摩擦阻力、車(chē)輪沿軌道的滾動(dòng)摩擦阻力和導(dǎo)向輪沿軌道側(cè)面的附加摩擦阻力。（5-2）式中G—堆垛機(jī)自身凈質(zhì)量（4005kg)；Q—額定起重總質(zhì)量(600kg)；D—車(chē)輪直徑（380mm）；K—車(chē)輪沿軌道的滾動(dòng)摩擦力臂(取0.5mm)；U—軸承摩擦系數(shù)(滾動(dòng)：U=0.02)；d—軸承內(nèi)徑(70mm)；f—摩擦系數(shù)（f=0.030)。將以上數(shù)據(jù)帶入式（5-2）可得：2.滿載運(yùn)行時(shí)最大坡度阻力（5-3）查《起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》得：將相關(guān)數(shù)據(jù)帶入（5-3）式可得：3.滿載運(yùn)行時(shí)最大風(fēng)阻力（5-4）式中C—風(fēng)載體型系數(shù)；q—工作狀態(tài)時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)壓化(Pa)；Ac—運(yùn)行部分的擋風(fēng)面積(m2)；Aa—物品的擋風(fēng)面積(m2)。因?yàn)槎讯鈾C(jī)在室內(nèi)工作，因此取Fw=0。求出堆垛機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)行靜阻力為滿載穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)運(yùn)行機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)的靜功率：（5-5）式中—堆垛機(jī)滿載運(yùn)行靜功率（KW）；—堆垛機(jī)運(yùn)行速度(取大值80m/min);—運(yùn)行機(jī)構(gòu)總效率(取=0.9)。堆垛機(jī)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過(guò)程中的加速功率計(jì)算（1）加速運(yùn)行時(shí)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)功率，由以下式能夠求出：（5-6）式中—電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)功率(kW)；—機(jī)構(gòu)總飛輪矩，即平移質(zhì)量折算到電動(dòng)機(jī)軸上的飛輪矩與電動(dòng)機(jī)軸上旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的飛輪矩之和()；n—電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速(r/min)；tst—機(jī)構(gòu)起動(dòng)時(shí)刻（s）。（2）機(jī)構(gòu)總飛輪矩，由以下公式能夠求出（5-7）式中—運(yùn)行部分總質(zhì)量的重力（N）；—堆垛機(jī)運(yùn)行速度(m/s)；m—電機(jī)個(gè)數(shù)；—電機(jī)轉(zhuǎn)子的飛輪矩()；—電機(jī)軸上其它傳動(dòng)件的飛輪矩()。將式(5-7)代入式(5-6)中得：上式中，第一項(xiàng)是由直線運(yùn)動(dòng)質(zhì)量引起的加速功率，在運(yùn)行機(jī)構(gòu)中為要緊部分。第二項(xiàng)由旋轉(zhuǎn)質(zhì)量引起的加速功率，由經(jīng)驗(yàn)估算僅占第一項(xiàng)的10%?15%。我們按15%取值，上式可簡(jiǎn)化為：起動(dòng)時(shí)刻可依照運(yùn)行速度選取，a為加速度因此，（6）堆垛機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)功率P應(yīng)大于靜功率與動(dòng)態(tài)功率之和：三相異步電動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造、使用、維修方便，運(yùn)行可靠及凈質(zhì)量小、成本較低等優(yōu)點(diǎn)。因此在本設(shè)計(jì)中運(yùn)行機(jī)構(gòu)電機(jī)選擇三相異步電機(jī)。依照計(jì)算出的功率，選取電機(jī)型號(hào)為Y132S2-2的三相異步電機(jī)，轉(zhuǎn)速為2900r/min,額定功率為7.5KW，額定電流15A，效率為86.2%（7.586.2%=6.465＞5.62kW）。5.1.2起升電機(jī)的選型貨箱重量,載貨臺(tái)重量,起升最大速度,傳動(dòng)效率。起升機(jī)構(gòu)所需的最大功率：（5-8）將數(shù)據(jù)帶入上述（5-8）式，可得。因此，為保證安全，選擇升降電機(jī)功率為5.5KW。起升電機(jī)仍然選擇三相異步電機(jī)，型號(hào)為Y132S-4,額定功率為5.5KW，額定電流11.6A，轉(zhuǎn)速為1440r/min,轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為0.214kg.m2。5.1.3貨叉電機(jī)的選擇貨叉最大速度,滾動(dòng)摩擦系數(shù),貨叉可動(dòng)部分重力,貨箱及物資重力,行走阻,動(dòng)力傳動(dòng)效率為：最大速度時(shí)需要?jiǎng)恿Γ浩鹕姍C(jī)仍然選擇三相異步電機(jī)，型號(hào)為Y801-4的三相異步電動(dòng)機(jī)，額定功率為0.55KW,額定電流1.5A，轉(zhuǎn)速為1390r/min。

5.2變頻器選擇及參數(shù)設(shè)計(jì)隨著科學(xué)的進(jìn)展，變頻器的使用也越來(lái)越廣泛，不管是工業(yè)設(shè)備上依舊家用電器上都會(huì)使用到變頻器。變頻器是應(yīng)用變頻技術(shù)與微電子技術(shù)，通過(guò)改變電機(jī)工作電源頻率方式來(lái)操縱交流電動(dòng)機(jī)的電力操縱設(shè)備。變頻器要緊由整流（、濾波、逆變、制動(dòng)單元、驅(qū)動(dòng)單元、檢測(cè)單元微處理單元等組成。變頻器靠?jī)?nèi)部IGBT的開(kāi)斷來(lái)調(diào)整輸出電源的電壓和頻率，依照電機(jī)的實(shí)際需要來(lái)提供其所需要的電源電壓，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能、調(diào)速的目的，另外，變頻器還有專(zhuān)門(mén)多的愛(ài)護(hù)功能，如過(guò)流、過(guò)壓、過(guò)載愛(ài)護(hù)等等。5.2.1變頻器的操縱方式在交流變頻器中使用的非智能操縱方式有U/f協(xié)調(diào)操縱、轉(zhuǎn)差率操縱、矢量操縱、直接轉(zhuǎn)矩操縱等。以、正選脈寬調(diào)制（SPWM）操縱方式該種操縱方式的特點(diǎn)是：操縱電路簡(jiǎn)單、成本較低，機(jī)械特性硬度也較好，能夠滿足一般傳動(dòng)系統(tǒng)平滑調(diào)速的要求。電壓空間矢量（磁通軌跡法）操縱方式，又稱(chēng)SVPWM操縱方式它有以下特點(diǎn)：引用補(bǔ)償頻率，能消除速度操縱的誤差；通過(guò)反饋估算磁鏈幅值，消除低速時(shí)定子電阻的阻礙；將輸出電壓、電流成閉環(huán)，以提高動(dòng)態(tài)的精度和穩(wěn)定度。矢量操縱方式（磁場(chǎng)定向法），又稱(chēng)VC操縱方式采納矢量操縱方式的通用變頻器不僅可在調(diào)速范圍上與直流電機(jī)匹配。而且能夠操縱異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩。由于矢量操縱方式所依據(jù)的是準(zhǔn)確的被控異步電機(jī)的參數(shù)，有的通用變頻器現(xiàn)在使用時(shí)需要準(zhǔn)確地輸入異步電動(dòng)機(jī)參數(shù)，有點(diǎn)通用變頻器需要使用速度傳感器和編碼器。目前新型矢量操縱通用變頻器中差不多具備異步電動(dòng)機(jī)參數(shù)自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)辨識(shí)、自適應(yīng)功能，帶有這種功能的通用變頻器在驅(qū)動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行正常運(yùn)轉(zhuǎn)之前能夠自動(dòng)地對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的參數(shù)直接轉(zhuǎn)矩操縱方式（DTC操縱）直接轉(zhuǎn)矩操縱直接在定子坐標(biāo)系下分析交流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型，操縱電動(dòng)機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩。矩陣式交—交方式VVVF變頻、矢量操縱變頻、直接轉(zhuǎn)矩操縱變頻差不多上交—直—交變頻中的一種。其共同缺點(diǎn)是輸入功率因數(shù)低，諧波電流大，直流電路需要大的儲(chǔ)能電容，再生能量又不能反饋回電網(wǎng)，即不能進(jìn)行四象限運(yùn)行。為此，矩陣式交—交變頻應(yīng)運(yùn)而生。由于矩陣式交—交變頻省去了中間直流環(huán)節(jié)，從而省去了體積大、價(jià)格貴的電解電容。它能實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)為l，輸入電流為正弦且能四象限運(yùn)行，系統(tǒng)的功率密度大。該技術(shù)雖尚未成熟，但仍吸引著眾多的學(xué)者深入研究。5.2.2變頻器的選型在本設(shè)計(jì)中，選擇的變頻器應(yīng)滿足的條件：所選擇通用變頻器的類(lèi)型與被操縱異步電動(dòng)機(jī)的參數(shù)匹配；為降低堆垛機(jī)操縱系統(tǒng)成本，首選通用變頻器；堆垛機(jī)的啟動(dòng)和停車(chē)都要平穩(wěn)；變頻器具有優(yōu)良的轉(zhuǎn)矩特性。本設(shè)計(jì)中變頻調(diào)速系統(tǒng)的關(guān)鍵在于保證堆垛機(jī)和貨叉按理想的給定速度曲線運(yùn)行?？紤]本設(shè)計(jì)中的各項(xiàng)要求，選用安川VS-616G5型全數(shù)字變頻器。它具有磁通矢量操縱、轉(zhuǎn)差補(bǔ)償、負(fù)載轉(zhuǎn)矩自適應(yīng)等一系列先進(jìn)功能，能夠最大限度地提高電機(jī)功率因數(shù)和電機(jī)效率，同時(shí)降低了電機(jī)運(yùn)行損耗。VS-616G5變頻器配以高精度的旋轉(zhuǎn)編碼器，操縱精度可達(dá)0.01-0.02%，使得堆垛機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)運(yùn)行，零速抱閘高。無(wú)須配專(zhuān)用電機(jī)，可自學(xué)習(xí)所配電機(jī)的各個(gè)參數(shù)，精確操縱任何品牌的電機(jī)。采納高性能IGBT，載波頻率20KHZ，從而使變頻器輸出一個(gè)不失確實(shí)正弦流波形，使電機(jī)始終運(yùn)行于靜噪音狀態(tài)。依照設(shè)計(jì)要求，因?yàn)樗诫姍C(jī)和貨叉電機(jī)可不能同時(shí)運(yùn)動(dòng)，因此共用一臺(tái)變頻器進(jìn)行變頻調(diào)速，起升電機(jī)用一臺(tái)變頻器進(jìn)行變頻調(diào)速。在選擇與電機(jī)匹配的變頻器時(shí)，變頻器功率必須大于等于電機(jī)功率。一臺(tái)變頻器驅(qū)動(dòng)多臺(tái)電機(jī)時(shí)，變頻器容量之和應(yīng)比多臺(tái)電機(jī)容量之大，同時(shí)只能選擇U/f操縱模式，不能使用矢量操縱模式，因?yàn)槭噶坎倏v只能對(duì)應(yīng)一臺(tái)變頻器驅(qū)動(dòng)一臺(tái)電機(jī)。因?yàn)槠鹕姍C(jī)的功率為3.38KW，由此驅(qū)動(dòng)起升電機(jī)的變頻器選用安川VS-616G5的CIMR-G5A43P7型號(hào)，選用矢量操縱方式，它的功率是3.7KW。PG矢量操縱方式，需要獲得電機(jī)的相關(guān)參數(shù)，因此必須在運(yùn)行前通過(guò)自主學(xué)習(xí)，按變頻器講明書(shū)的提示和方法，在電動(dòng)機(jī)空載的情況下，通過(guò)變頻器的鍵盤(pán)操作，使變頻器完成對(duì)電動(dòng)機(jī)相關(guān)參數(shù)的自學(xué)習(xí)。運(yùn)行電機(jī)和貨叉電機(jī)的功率分不為5.62KW和0.28KW，因此驅(qū)動(dòng)運(yùn)行電機(jī)和貨叉電機(jī)的變頻器選用安川VS-616G5的CIMR-G5A447P5型號(hào)。選用U/f操縱方式。在本設(shè)計(jì)中，安川VS-616G5變頻器用在堆垛機(jī)操縱系統(tǒng)中PG速度操縱卡及旋轉(zhuǎn)編碼器，以供電動(dòng)機(jī)測(cè)速及反饋。由安川VS-616G5變頻器講明書(shū)可知，PG-B2為有PG矢量操縱方式專(zhuān)用的速度選擇卡，而PG-D2為有PGU/f操縱方式專(zhuān)用的速度選擇卡，因此在本設(shè)計(jì)中各選用一個(gè)。5.2.3變頻器制動(dòng)電阻參數(shù)的計(jì)算當(dāng)堆垛機(jī)運(yùn)動(dòng)至目的貨位時(shí)，程序會(huì)發(fā)出指令讓電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)停車(chē)的工作過(guò)程，但由于堆垛機(jī)有慣性，這就在一定程度上阻礙了堆垛機(jī)定位的精度，因此變頻調(diào)速裝置應(yīng)具有制動(dòng)功能，盡快讓電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。帶有逆變功能的變頻調(diào)速裝置通過(guò)逆變器盡管能夠?qū)⒃偕芰炕仞侂娋W(wǎng)，但成本太高，采納能耗制動(dòng)方式通過(guò)制動(dòng)單元將再生能量消耗在制動(dòng)電阻上，成本較低而且具有良好的使用效果，能耗制動(dòng)電阻RZ的大小應(yīng)使制動(dòng)電流IZ的值不超過(guò)變頻器額定電流的一半，即：則（5-1）式中Uo-額定情況下變頻器的直流母線電壓（513V）；IN-變頻器額定輸出電流（A）。關(guān)于CIMR-G5A43P7變頻器的額定輸出電流IN為8A，CIMR-G5A447P5變頻器的額定輸出電流IN為18A。將數(shù)據(jù)帶入上述（5-1）式中，得到制動(dòng)電阻RZ1=128.25?，RZ2=57?，因此取RZ1=130?，RZ2=60?。5.3.3變頻器檢測(cè)輸出安川VS-616G5變