论文总字数：28914字

摘 要

堆垛机是自动化立体仓库中的关键作业设备，其作用是在限定的时间内实现物料在巷道的出入口和指定的货格之间的搬送，因此研究一个性能优异的控制系统，对提高堆垛机的工作效率和工作效益有重要作用。

本文以自动化立体仓库内的单立柱堆垛机为研究对象，重点对堆垛机的升降控制方案、电气控制线路和控制程序进行设计。主要包括以下研究内容：

首先，本文对堆垛机的控制模式和功能要求进行了分析，选择了S7-300系列控制器作为控制系统的主控器，以此进行了总体控制方案的设计。本文分析了单立柱堆垛机的升降系统结构，并确定了堆垛机升降系统的定位控制方案、速度控制方案以及安全保护方案。

其次，本文结合堆垛机的功能要求与性能参数，对堆垛机升降电气系统的电动机和变频器进行了计算选型，以实现升降系统的动力输出和控制，同时也对旋转编码器、检测开关等传感检测装置进行了设计选型。在完成硬件选型后，本文设计绘制了堆垛机升降系统的电气原理图。

最后，本文对堆垛机升降电气系统的PLC控制系统进行了模块选型，确定了CPU和相关模块，并进行了硬件组态和系统的I/O配置，绘制了PLC输入输出模块的外部接线图，开发了梯形图程序，以实现升降系统的准确控制。

关键词：堆垛机，升降系统，电气控制线路，PLC

Abstract

Stacker is the key operation equipment in the automated warehouse. Its function is to transport materials between the entrance and exit of the tunnel and the designated cargo grid within a limited time. Therefore, it is important to study a control system with excellent performance to improve the working efficiency and efficiency of stacker.

This paper takes the single mast stacker in the automated warehouse as the research object, and focuses on the design of the control scheme, electrical control circuit and control program of the lifting system of the stacker. It mainly includes the following research contents:

Firstly, this paper summarizes the control mode of stacker and the functional requirements in actual operation, and chooses S7-300 series controller as the main controller of the control system, so as to design the overall control scheme. This paper analyses the structure of the lifting system, and determines the positioning control scheme, speed control scheme and safety protection scheme of the lifting system of the stacker.

Secondly, combining with the functional requirements and performance parameters of the stacker, this paper calculates and selects the power driver motor and frequency converter of the stacker lifting electrical system, and also designs the steel wire rope, drum and frequency converter options to realize the power output and control of the lifting system. In this paper, the design and selection of rotary encoder, detection switch and other sensor detection are also carried out. After the completion of hardware selection, this paper designs and draws the electrical schematic diagram of the stacker lifting system.

Finally, this paper selects the model of PLC control system of stacker lifting electrical system, selects CPU and a series of related modules, carries out the hardware configuration and I / O configuration of the system, draws the external wiring diagram of PLC input and output module and designs ladder diagram program, so as to realize the accurate control of lifting and lowering system.

Key words：Stacker, Lifting system, Electrical control circuit, PLC

目录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.2.1 堆垛机的技术现状 1

1.2.2 堆垛机的国内外研究现状 2

1.3 主要研究内容 4

第2章 堆垛机升降控制系统方案设计 5

2.1 堆垛机总体控制方案设计 5

2.1.1 堆垛机控制模式 5

2.1.2 堆垛机控制系统的功能要求 5

2.1.3 控制系统总体控制方案 6

2.2 堆垛机升降系统概述 7

2.3 堆垛机升降系统定位控制 9

2.3.1 货位编码 9

2.3.2 认址定位方式 10

2.4 堆垛机升降系统速度控制 11

2.4.1 速度控制原理 12

2.4.2 速度控制曲线 12

2.5 堆垛机升降系统安全保护 13

2.6 本章小结 14

第3章 堆垛机升降控制系统硬件选型与设计 15

3.1 堆垛机的主要性能参数 15

3.2 堆垛机电动机与变频器的选型 16

3.2.1 电动机的选型 16

3.2.2 变频器的选型 18

3.3 堆垛机其他硬件设备选型 20

3.3.1 旋转编码器选型 20

3.3.2 检测开关选型 21

3.4 堆垛机升降电气系统硬件配置 22

3.5 本章小结 25

第4章 堆垛机升降控制系统实现 26

4.1 堆垛机PLC控制系统选型 26

4.2 I/O口分配方案 28

4.3 堆垛机程序结构 30

4.4 升降系统主要程序分析 32

4.4.1 运动执行程序 32

4.4.2 定位控制程序 35

4.4.3 速度控制程序 39

4.5 本章小结 41

第5章 总结与展望 42

5.1 总结 42

5.2 展望 42

致谢 44

参考文献 45

附录A 堆垛机控制系统电气原理图 46

附录B 堆垛机S型速度曲线设计 51

附B1 标准S型曲线设计 51

附B2 S型曲线加减速段设计 52

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

自动化立体仓库从设计出来后，在世界各地的仓库和配送中心得到了越来越广泛的应用^[1]。它对空间利用率比原始的平库多出接近十倍^[2]，其硬件上主要以高层货架、先进的搬运设备为基础，并使用先进的工业自动化技术和计算机网络技术，形成了高效率的仓储自动化系统。现如今全世界积极开展工业4.0战略的研究，则与智能工厂和智能物流相关的设备装置研究会受到越来越重要^[3]。

堆垛机的研究使用满足立体仓库内智能物流的目的，是仓库内物料转移的重要设备。堆垛机的具体工作原理为：由行走电机驱动整机水平行走，提升电机驱动载货台垂直升降，货叉电机驱动货叉伸缩运动，通过上述三维运动完成指定货位货物存入和取出^[4]。随着相关研究的深入，堆垛机的机械系统、控制系统等方面不断得到设计和优化，堆垛机设计开发成本和制造成本不断得到降低，可靠性得到提高。现如今堆垛机的广泛应用，会带来以下的经济效益：

（1）堆垛机与立体仓库的配合使用，把高度方向上的空间利用起来，很大程度上提高了空间利用率；

请支付后下载全文，论文总字数：28914字