摘 要

现代物流仓储系统中，随着技术的发展，自动化立体仓库发挥着越来越重要的作用，其中堆垛机又是自动化立体仓库中的关键设备。堆垛机运行性能的优劣直接关系到自动化立体仓库的安全性、可靠性的大小以及工作效率的高低。稳定、实时、快速、有效的自动化立体仓库轨道堆垛机控制的实现对自动化立体仓库的工作效率提高等具有极其重要的意义，本文提出了关于堆垛机升降机构电气线路控制的设计，解决堆垛机升降方向上的自动化控制。

以西门子公司的S7-300 PLC为核心，根据轨道堆垛机的特点，对其技术指标以及控制方式进行设计，着重研究了堆垛机的定位技术和速度控制以及电气原理图的绘制，通过对现有定位技术以及认址方式的比较，选用激光测距传感器与绝对认址方式相结合的方案对轨道堆垛机进行实时位置控制，同时使用旋转编码器将速度实时反馈给PLC。探讨了堆垛机停准技术和对运行速度的调速控制，PLC和激光传感器的数据通讯通过PROFIBUS 现场总线和红外通讯设备等实现。

本文以堆垛机升降机构电气控制线路设计为目标，采用传感器进行相应的检测和采用变频器调速的方法，完成了相应的PLC的硬件设计和软件设计。堆垛机可以根据需要控制运行速度、停位精度高、能进行及时的故障报警和方便监控，本文使用EPLAN Electric P8软件进行电气原理图的设计和绘制。

关键词：堆垛机；PLC；电气控制系统；变频器

Abstract

With the development of technology, the automated warehouse is playing an increasingly important role in modern logistics and warehousing systems, in which the stacker is the key equipment. The stacker performance is directly related to the safety, reliability and efficiency of the automated warehouse. It has extremely important significance to improve the efficiency of automated warehouse achieving productivity with a stable, real-time, fast, efficient, automated warehouse stacker track control. This paper puts forward the design of stacker lifting mechanism on the electrical control circuit to solve the heap automation stack movements in the direction of control.

Siemens S7-300 PLC as the core, this paper has designed its technical indicators and its control methods according to the characteristics of the track stacker. Besides, it focus on the technical drawing stacker position and speed control as well as electrical schematics. Through comparing targeting technology existed and addressing modes, it choose the combining program of laser distance sensor to recognize the absolute address ways on track stacker for real-time position control. At the same time it uses the rotary encoder to feedback the real-time speed to the PLC. Discuss on the stacker stop registration technique and speed of speed control, PLC and data communications laser sensors through PROFIBUS field bus and infrared communications equipment.

This paper takes the stacker lift mechanism electrical control circuit design as the goal, using of sensors and appropriate detection methods inverter to complete the corresponding PLC hardware design and software design. The stacker can be controlled according to speed, high precision stop position, can be performed in a timely manner to facilitate monitoring and fault alarm. What’s more, it uses EPLAN Electric P8 electrical schematics software to design and draw the Electrical schematic.

Keywords: Stacking machine; PLC; electrical control system; converter

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 堆垛机概述 1

1.3国内外研究现状 2

1.4研究内容及技术方案 3

第2章 堆垛机定位分析 4

2.1认址方案简介 4

2.2激光认址的选择与实现 6

第3章 堆垛机电气系统设计 9

3.1堆垛机升降机构组成 9

3.2堆垛机电气控制组成 10

3.3堆垛机电气原理图设计 11

3.3.1 EPLAN Electric P8软件简介 11

3.3.2 堆垛机电气原理图 12

第4章 堆垛机变频调速技术分析 15

4.1变频器调速原理 15

4.2控制方式介绍 17

4.2.1传统多段调速 17

4.2.2 S型速度曲线介绍 17

4.3 S型速度曲线的实现 19

第5章 堆垛机升降机构控制系统设计 21

5.1 PLC概述 21

5.2 STEP-7编程软件简介 22

5.3 堆垛机PLC程序设计 22

5.3.1 堆垛机工作方式程序设计 24

5.3.2出入库程序设计 25

5.3.3堆垛机升降定位程序设计 28

第6章 总结 32

参考文献 33

致 谢 34

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

随着我国科学技术的持续发展，在全球经济一体化的形势下，货物储存和搬运变得更加关键，对于堆垛机需求和要求都在变得越来越多。所以要在限定的储存范围内，最大限度的提高单位时间工作效率并且能够有效地提高立体仓库的空间利用率，堆垛机的设计与控制起着至关重要的作用^[1]。

有轨巷道式堆垛机能够实现非常高的堆垛高度，均可满足大部分立体仓库对堆垛机的堆垛高度要求，并且可到达自动化、远程集中控制要求。堆垛机的主要控制部件是PLC，它能够对堆垛机的执行系统运行进行有效控制。其执行系统一般采用变频器和交流电机来进行运行。堆垛机的PLC接收计算机或触摸屏的指令能够用来实现自动、半自动和手动控制，因此一般自动化程度较高^[2]。

本课题主要是运用变频器调速原理和PLC编程控制，实现对堆垛机升降机构的电气控制，从而完成堆垛机定位准确、操作快速的目标，大大提高出入库的作业效率，同时对堆垛机进行实时的监控。在高新水平的自动化发展平台，运用新技术，改进堆垛机的控制，从而提高自动化仓库的效益，提高我国物流技术水平，与国际接轨。

1.2 堆垛机概述

最早的堆垛机是以桥式起重机为原型的。这类堆垛机是利用一个特殊的装置——“门架"来进行物品的搬运。因为堆垛机的具体使用要求是各种各样的，所以巷道式堆垛机的分类方式也是多种多样的许。比如可以按照支撑方式、用途、控制方式和使用环境等的不同来进行分类。总体来说，堆垛机可以分为有轨堆垛机、无轨堆垛机和桥式堆垛机三种类型。其中桥式堆垛机工作方式为大车行走，小车用于升降，同时立柱可旋转，能完成三维空间的存取物工作。