智能倉儲控制系統(tǒng)設(shè)計方案

智能倉儲控制系統(tǒng)設(shè)計方案1緒論現(xiàn)代倉儲系統(tǒng)集成了先進(jìn)物流設(shè)備、自動控制系統(tǒng)、計算機(jī)及其網(wǎng)絡(luò)、信息識別和信息管理系統(tǒng)等，其目的是擴(kuò)大倉儲作業(yè)能力，提高勞動生產(chǎn)率，減少倉儲作業(yè)差錯，獲取更大利潤。其中，倉儲控制系統(tǒng)是現(xiàn)代倉儲系統(tǒng)的重要組成部分，是倉儲高效運(yùn)行的核心。倉儲系統(tǒng)中的自動分揀系統(tǒng)、自動入出庫系統(tǒng)等廣泛使用自動控制系統(tǒng)。隨著物流企業(yè)規(guī)模擴(kuò)大和物流技術(shù)的發(fā)展，自動化立體倉庫和中小規(guī)模自動化倉儲系統(tǒng)普遍推廣應(yīng)用，倉儲控制系統(tǒng)的規(guī)模和復(fù)雜程度也日益提高，越來越多的使用計算機(jī)控制、PLC控制，甚至DCS控制設(shè)備，這就直接導(dǎo)致了倉儲控制系統(tǒng)的開發(fā)、維護(hù)難度增大。本文以一個典型倉儲系統(tǒng)為研究對象，以三菱PLC為核心、建立其控制系統(tǒng)，系統(tǒng)地介紹了整個平臺的組成和如何運(yùn)用一個三菱PLC實現(xiàn)倉儲自動化的工作原理。在此基礎(chǔ)上，以一條模擬流水線系統(tǒng)中的小型自動化倉庫為研究對象，進(jìn)一步介紹了智能倉儲各部分的工作原理以及設(shè)計出了利用三菱PLC控制系統(tǒng)完成智能分揀、入庫、出庫的程序設(shè)計。該智能倉儲控制系統(tǒng)給出了一種智能化、經(jīng)濟(jì)型的倉庫自動化設(shè)計方案和采用三菱PLC梯形圖設(shè)計出的最佳程序。2課題任務(wù)的內(nèi)容和要求1、首先通過有關(guān)書籍對PLC技術(shù)、傳感器技術(shù)進(jìn)行初步學(xué)習(xí)。2、本文要研究的倉儲系統(tǒng)如下圖所示。3、倉儲模擬場地是在普通地面上使用寬30mm的與地面盡可能有最大顏色反差的膠條作為引導(dǎo)線或標(biāo)志線；機(jī)器人出發(fā)區(qū)為300mmX300mm的區(qū)域；沿出發(fā)區(qū)有引導(dǎo)線ab和cd兩段,cd引導(dǎo)線直達(dá)停止區(qū)，停止區(qū)也是300mmX300mm的區(qū)域。中間bc段500mm的距離無引導(dǎo)線。引導(dǎo)線ab通過O點，0點處有一條長200mm,寬30mm的線與引導(dǎo)線正交；在距離O點350mm的圓周上有A、B、C、D、E、F六個點。這六個點以引導(dǎo)線為對稱軸，分布在引導(dǎo)線兩側(cè)。B、0、E三點在一條直線上，BE垂直于引導(dǎo)線，ZA0B=ZB0C=ZD0E=ZE0F=45°oe點距c點350mm。在引導(dǎo)線cd的側(cè)方設(shè)置有G、H、I三個收料槽，三個收料槽底部為65X65mm的正方形，幫高15mm。三個收料槽的中心、線與cd引導(dǎo)線垂直，相較于e點。收料槽G的中心，距離引導(dǎo)線cd350mm，G、H、I之間相距150mm。機(jī)器人收取紅、白、黑三種顏色的立方體工件，分別送入指定的收料槽。（如圖2.1）

anorTiiTi圖2.1倉儲系統(tǒng)的基本組成anorTiiTi3倉儲系統(tǒng)及機(jī)器人的工作過程如圖2.1,關(guān)節(jié)型機(jī)器人從出發(fā)區(qū)開始沿引導(dǎo)線或者標(biāo)志線前進(jìn)，當(dāng)碰到O點處的行程開關(guān)（十字引導(dǎo)線處）時便停下，并且記下O點行程開關(guān)被碰到的次數(shù)。此時貨物被分別放置在A?F的平臺上，通過內(nèi)部程序關(guān)節(jié)型機(jī)器人拾取物料。當(dāng)機(jī)械臂回到參考點時，關(guān)節(jié)型機(jī)器人繼續(xù)前進(jìn)。行至e點時，關(guān)節(jié)型機(jī)器人觸動了e點的行程開關(guān)，經(jīng)過程序處理，一使ef段的傳送帶開始工作，二使關(guān)節(jié)型機(jī)器人的機(jī)械臂動作，將物料放置在傳送帶上。當(dāng)貨物經(jīng)過傳送帶到達(dá)G、H、I三點時，安裝在這三點的色彩識別傳感器就會分別檢測貨物的顏色，當(dāng)發(fā)現(xiàn)顏色符合色彩識別傳感器內(nèi)部程序的時候，轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號給PLC。一使ef傳送帶停止，二使對應(yīng)的氣缸動作，推動貨物至相應(yīng)的收料槽。當(dāng)機(jī)械臂回到參考點時，控制后退電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，拾取其他的物料，重復(fù)以上操作。當(dāng)觸及O點行程開關(guān)的次數(shù)達(dá)到六次時，而且機(jī)械臂回到參考點時，機(jī)器人便會向停止區(qū)運(yùn)行繼續(xù)前進(jìn)，觸及到d點行程開關(guān)時延時1-2秒，確保到達(dá)停止區(qū)后便停止運(yùn)行。4分揀機(jī)構(gòu)的控制系統(tǒng)4.1分揀機(jī)構(gòu)工作過程（如圖4.3）在e點安裝一個行程開關(guān)（X001）,當(dāng)檢測到機(jī)器人到達(dá)e點時，通過PLC程序提取行程開關(guān)（X001）的上升沿來控制ef段的傳送帶開始工作，并且控制關(guān)節(jié)型機(jī)器人將物料放置在傳送帶上。分別在G、H、I三點安裝紅、白、黑三色顏色傳感器（X002、X003、X004），傳送帶將工件運(yùn)送至G點時，當(dāng)G點顏色傳感器（紅色）檢測到工件為紅色時，G點顏色傳感器（X002）發(fā)出信號，通過PLC程序，此時一使傳送帶停止便于物料停止位置和收料槽在一條直線上，二使G點的氣缸（Y002）動作，從而將紅色工件送入對應(yīng)的收料槽；若檢測到G點工件不是紅色，則G點氣缸不采取任何動作，而是由傳送帶將該工件運(yùn)送至H點；當(dāng)H點顏色傳感器（白色）檢測到工件為白色時，H點顏色傳感器（X003）發(fā)出信號，通過PLC程序，一使傳送帶停止便于物料停止位置和收料槽在一條直線上，二使H點的氣缸（Y003）動作，從而將白色工件送入對應(yīng)的收料槽；若檢測到H點工件不是白色，則H點氣缸不采取任何動作，而是由傳送帶將該工件運(yùn)送至I點；當(dāng)I點顏色傳感器（黑色）檢測到工件為黑色時，I點顏色傳感器（X004）發(fā)出信號，通過PLC程序，一使傳送帶停止便于物料停止位置和收料槽在一條直線上，二使I點的氣缸（Y004）動作，從而將黑色工件送入對應(yīng)的收料槽。當(dāng)機(jī)器人的機(jī)械臂回到參考點并且末端執(zhí)行器沒有物料時候，機(jī)器人回頭拾取第二個物

料。通過PLC提取只要有一個顏色傳感器檢測到物料使得傳送帶停止工作。從而完成了一個周期收料過程。當(dāng)機(jī)器人中的六個立方體工件全部運(yùn)送至收料槽后，機(jī)器人開始向停止區(qū)運(yùn)動。4.2分揀機(jī)構(gòu)梯形圖程序X1：e點處的行程開關(guān)X2：收料槽G顏色傳感器X3：收料槽H顏色傳感器X4：收料槽I顏色傳感器Y1：收料槽皮帶輪執(zhí)行電機(jī)Y2：收料槽G處對應(yīng)的電磁閥Y3：收料槽H處對應(yīng)的電磁閥Y4：收料槽I處對應(yīng)的電磁閥TOC\o"1-5"\h\z{SE-耐1YM1}{R?-刑JrYin;.1<T2I"1LYJUiJX1：e點處的行程開關(guān)X2：收料槽G顏色傳感器X3：收料槽H顏色傳感器X4：收料槽I顏色傳感器fT4l：2014.3分揀機(jī)構(gòu)各硬件布置圖圖4.34.4分揀機(jī)構(gòu)零部件4.4.1行程開關(guān)TZ-8111,AZ-8111.ME-8111參數(shù)：機(jī)械壽命1000萬次以上，電氣壽命：30萬次以上(額定負(fù)載)，電磁接觸器FC-100(AC200V)負(fù)載：500萬次以上，最大通電^率120次/分鐘4.4.2顏色傳感器

4.4.3氣缸Mk-K；Nml5關(guān)節(jié)型機(jī)器人控制系統(tǒng)的實現(xiàn)5.1關(guān)節(jié)型機(jī)器人的大致說明首先機(jī)器人我們選擇的是關(guān)節(jié)型機(jī)器人，下圖為機(jī)器人通用的形式:1一機(jī)座2—控制系統(tǒng)3—執(zhí)行機(jī)構(gòu)下圖為關(guān)節(jié)型機(jī)器人末端執(zhí)行器的機(jī)械圖：1一手爪2一傳動機(jī)構(gòu)3—驅(qū)動裝置4一支架5—物料5.2實現(xiàn)關(guān)節(jié)型機(jī)器人的控制過程如下圖所示為智能倉儲中機(jī)器人的整體結(jié)構(gòu)實際效果圖。該機(jī)器人以PLC為核心，接受傳感器傳來的外部信息，進(jìn)行處理，控制機(jī)器人運(yùn)行。5.2.1引導(dǎo)線檢測模塊在機(jī)器人的運(yùn)行過程中起著引導(dǎo)的作用。根據(jù)白色和黑色反射系數(shù)不同，通過以光電傳感器為核心的光電檢測電路將路面兩種顏色進(jìn)行區(qū)分，轉(zhuǎn)化為不同電平信號，將此電平信號送入PLC，由PLC控制轉(zhuǎn)向電機(jī)作相應(yīng)的轉(zhuǎn)向，保證小車沿引導(dǎo)線行駛。而且考慮到小車與路面的相對位置，采用了反射式光電檢測電路。為了提高檢測精度，采用了多傳感器信息融合技術(shù)。設(shè)計中，在車頭均勻布置三個光電傳感器，其中，中間一個安裝在小車正中央。5.2.2光電檢測轉(zhuǎn)換電路機(jī)器人左右兩端分別布置一個傳感器，經(jīng)過正確的電路與PLC相連接。若兩側(cè)某一傳感器檢測到黑線，表明小車正脫離軌道，將3個檢測點的結(jié)果融合后作為PLC的輸入，機(jī)器人按照PLC信息進(jìn)行判斷調(diào)整，實現(xiàn)路徑跟蹤和自動糾偏。若兩側(cè)的兩個傳感器同時檢測到黑線，表明小車行駛至裝貨位置，將3個監(jiān)測點的結(jié)果融合后作為PLC的輸入，機(jī)器人按照PLC信息進(jìn)行判斷，實現(xiàn)運(yùn)動的暫停與繼續(xù)。5.2.3工件裝卸檢測電路若機(jī)器人經(jīng)過距離a點550mm處的工件裝載點時，通過光電傳感器一來控制機(jī)器人暫停前進(jìn)，同時給PLC發(fā)信號啟動關(guān)節(jié)型機(jī)器人實現(xiàn)物料的抓取。在抓取的過程中，根據(jù)六個物料分布在以機(jī)器人停止點為圓心的圓周上面，所以根據(jù)已有的數(shù)據(jù)得出機(jī)器人各個關(guān)節(jié)的運(yùn)動矩陣，從而實現(xiàn)物料的抓取。末端執(zhí)行器采

用氣動真空抽吸和真空吹氣的形式。當(dāng)末端執(zhí)行器吸有物料的時候，光電傳感器檢測到有物料，此時機(jī)械臂返回參考點，當(dāng)參考點的位置開關(guān)被觸動，才能使得機(jī)器人繼續(xù)前進(jìn)。送物料的時候同樣的原理，真空吹氣，末端執(zhí)行器上面的傳感器檢測到?jīng)]有物料，而且機(jī)械臂回到參考點才能啟動機(jī)器人進(jìn)行下一個物料的拾取和循環(huán)。此時為了保證裝載有工件的機(jī)器人能平穩(wěn)運(yùn)行，必須將機(jī)器人手臂的位置（參考點）調(diào)整至與運(yùn)行方向在同一平面內(nèi)。直到從A?F（如圖）中的工件全部裝載完畢。當(dāng)O的行程開關(guān)被觸及的次數(shù)達(dá)到六次時候，PLC會給機(jī)器人發(fā)信號，即送完物料之后，機(jī)器人直接往停止區(qū)域前進(jìn)，不再執(zhí)行回頭拾取物料的指令。5.3控制機(jī)器人系統(tǒng)的梯形圖程序Y5:控制機(jī)器人前進(jìn)的電機(jī)Y6：控制機(jī)器人右拐的電機(jī)Y7:控制機(jī)器人左拐的電機(jī)Y10：控制機(jī)器人后退的電機(jī)X5：出發(fā)區(qū)域的微動開關(guān)X6：關(guān)節(jié)型機(jī)器人左側(cè)的光電傳感器X7：關(guān)節(jié)型機(jī)器人右側(cè)的光電傳感器X10：O點處的行程開關(guān)X11：末端執(zhí)行器上的光電傳感器X12：機(jī)械臂上的位置開關(guān)X13：b點處的行程開關(guān)X14：c點處的行程開關(guān)X15：dY5:控制機(jī)器人前進(jìn)的電機(jī)Y6：控制機(jī)器人右拐的電機(jī)Y7:控制機(jī)器人左拐的電機(jī)Y10：控制機(jī)器人后退的電機(jī)5.4機(jī)器人運(yùn)動矩陣方程式為了便于理解，我們以三自由度的關(guān)節(jié)機(jī)器人為例，然后按照機(jī)座、關(guān)節(jié)及機(jī)械接口坐標(biāo)系的確定方法確定坐標(biāo)系的方向。O0與O］坐標(biāo)系的位置矢量關(guān)系式可用下式表示：X0Y)Z011=k￡此Y1Z111或,1k式中Li］為O0和O1坐標(biāo)系間的其次坐標(biāo)變換矩陣11］為關(guān)節(jié)1的運(yùn)動矩陣后與O］坐標(biāo)系重合；系的相對運(yùn)動矩陣?！?000一G-S100「0100，11]=禹C100001c00010_0001__0001_本例中:式中T]111為關(guān)節(jié)1的回轉(zhuǎn)運(yùn)動量，C1=cos01方向平移量Y1Z11T表示O0坐標(biāo)系經(jīng)過變換Lj］表示O坐標(biāo)系相對O坐標(biāo)c0為O0坐標(biāo)系中沿Z0Sjsin0。用同樣的方法寫出O2與O］坐標(biāo)系的矢量關(guān)系如下：X1pZ111=h頃2Y2Z21T=T1Jx2式中12］為。］和O2坐標(biāo)系間的其次坐標(biāo)變換矩陣，11,2］表示O坐標(biāo)系相對。坐標(biāo)系的相對運(yùn)動矩陣。12］為關(guān)節(jié)1的運(yùn)動矩陣，本例中:「1000一「C2-S200「0Ca1Sa10-Sa1Ca100，wS2C2000c10010_01__0001_21因此，T]12，式中a廣90。，02為關(guān)節(jié)2的回轉(zhuǎn)運(yùn)動量。X0丫0Z01T=t0,L1我們可以得到O2和O0坐標(biāo)系的矢量關(guān)系:與Z10,2政2Y2Z2式中，「02］為O坐標(biāo)系相對于O坐標(biāo)系的相對運(yùn)動矩陣。用同樣的方法可以寫出12,31L”I本例中：0-SP2001SP20a0S3-S3C3000"00cP2000010010001其中p2=90。,03為關(guān)節(jié)3繞Z3軸方向的回轉(zhuǎn)運(yùn)動量。c-S,c-S,00y3y3S,c00y3y3001c30001，3為O3與1坐標(biāo)系間的旋轉(zhuǎn)變換角，本例中中3=為。。由于O3坐標(biāo)系與^坐標(biāo)系間無運(yùn)動，故只有坐標(biāo)轉(zhuǎn)化。最后寫出^與O0坐標(biāo)系的矢量關(guān)系式為：0/000,m*mYmZm&Y)Z0式中，X=Y=Z=0，其中O坐標(biāo)系相對于O坐標(biāo)系的相對運(yùn)動矩陣l0m]表達(dá)式如mmmm0,TL「R0,mP0T0,m0/000,m*mYmZmTL「R0,mP0T0,m-，可以看出運(yùn)動矩陣T0,m^中的Lml可LmL別表示了末端執(zhí)行器在機(jī)座中的位置和姿態(tài)。因此，把相對運(yùn)動矩陣T0,m]稱為運(yùn)動功能位姿矩陣，可簡稱機(jī)器人的運(yùn)動矩陣，這是機(jī)器人位姿的另一種描述方式。5.5機(jī)器人各部件的布置圖由于關(guān)節(jié)型機(jī)器人的機(jī)座下面由直流伺服電機(jī)來控制，直流伺服電機(jī)又是由PLC來控制其運(yùn)動和停止。下圖為小車的簡圖：機(jī)器人各關(guān)節(jié)的控制變量如下圖:5.6機(jī)器人機(jī)構(gòu)的零部件5.6.1行程開關(guān)在機(jī)器人搬運(yùn)物料過程中，所用的形成開關(guān)和分揀機(jī)構(gòu)的行程開關(guān)一樣，所以參考4.4.1中的圖和特性說明。5.6.2直流伺服電機(jī)

■onEDM5.6.3微動開關(guān)特點：采用熱固性和熱塑料外殼，具有微小觸點間隙，動作快速、高靈敏和微笑行程。配置各種形式的驅(qū)動手柄，廣泛應(yīng)用各家電器、電子設(shè)備、自動化設(shè)備、通訊設(shè)備、汽車電子、儀器儀表等領(lǐng)域。5.6.4■onEDM5.6.3微動開關(guān)特點：采用熱固性和熱塑料外殼，具有微小觸點間隙，動作快速、高靈敏和微笑行程。配置各種形式的驅(qū)動手柄，廣泛應(yīng)用各家電器、電子設(shè)備、自動化設(shè)備、通訊設(shè)備、汽車電子、儀器儀表等領(lǐng)域。5.6.4光電傳感器,r5O.2tQ.25匚如；貓22.2^0.2結(jié)論傳統(tǒng)倉儲系統(tǒng)的占地面積大、耗用工時多、出入庫不方便、生產(chǎn)效率低下、支出資金大等等缺點，在現(xiàn)代生產(chǎn)中已經(jīng)完全不能適應(yīng)。所以集成了先進(jìn)物流設(shè)備、自動控制系統(tǒng)、計算機(jī)及其網(wǎng)絡(luò)、信息識別和信息管理系統(tǒng)的現(xiàn)代倉儲系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。由于在智能倉儲中運(yùn)用了機(jī)器人搬運(yùn)物料使得搬運(yùn)的工時節(jié)省了，減少了勞動力，可以二十四小時不停地工作，提高了生產(chǎn)效率。在物料存儲過程中，有傳送帶和自動篩選供功能代替了傳統(tǒng)的人工。不僅減少了工時、人力資源還大大降低了錯誤率提高生產(chǎn)工作效率。其中的高層貨架、立體貨架代替?zhèn)鹘y(tǒng)的平面貨架，不僅節(jié)省了空間資源還提高了效率，使得出入庫完全自動化，節(jié)省了大量的時間和勞動力。倉儲自動化系統(tǒng)實現(xiàn)了通過先進(jìn)物流設(shè)備、計算機(jī)以及PLC進(jìn)行倉儲自動、遠(yuǎn)程控制的目標(biāo)，不僅減少了占地面積，提高了土地使用效率，同時實現(xiàn)了貨物的分揀、入庫、出庫等一系列復(fù)雜環(huán)節(jié)的智能化與自動化。倉儲自動化系統(tǒng)在現(xiàn)代社會中的廣泛應(yīng)用，大大加快了貨物的存儲、提取速度，倉庫運(yùn)行效率也大大地提高了，管理