1、专业综合设计与实践专业综合设计与实践 题 目：现代物流模拟系统设计班 级： 姓 名： 学 号： 指导老师 ： 史建平日 期： 2011年3月常州工学院电子信息与电气工程学院任务书二级学院： 电子信息与电气工程学院 专业： 电气自动化 班级： 学生姓名指导教师职称副教授课题名称现代物流模拟系统设计与实践课 题 工 作 内 容一、.根据指导书的要求完成所选模块电气原理图的测绘与设计：a) 主回路电路图b) PLC的接线图c) 模块中各类电机的驱动电路图d) 阀门的控制电路图二、根据测绘与设计给出PLC输入输出分配表。三、编制模块的PLC梯形图，并连机调试。四、撰写报告书。五、考核（注：现代物流模拟
2、系统分为四个模块，每个学生根据任务分配，选择其中一个模块，在二周内完成上述内容。四个模块的名称如下，请在所选模块的方框内打。）1装配单元 2缓冲单元 3堆垛单元 4仓储单元 指标（目标）要求1、 设计的控制程序能达到控制要求并上机调试通过。2、图纸符合规范。 进程安排第1天：布置任务，熟悉课题及系统。第23天：电气原理与测绘设计。第4天：绘制各类电气原理图 。第57天：PLC梯形图的设计。第89天：调试。第10天：撰写报告、考核。主要参考文献可编程序控制器应用技术李建兴 机械工业出版社电气控制与可编程控制技术史国生 化学工业出版社可编程控制器应用技术实训指导李俊秀 化工工业出版社地点1院士楼2
3、院机房起止日期2011.2.212011.3.5 指导教师：史建平 2011 年 3 月 1 日目 录一、课题介绍 4二、控制要求 4三、系统工作原理 51、系统结构 52、仓储单元主要功能 53、仓储站的组成和工作原理 5四、控制方案及硬件选择 61、PLC 控制流程图 62、PLC的I/O地址表 73、PLC外部接线图 84、实习工作方案选择 95、仓储单元设计方案结构图及技术路线 106、硬件选择 11五、联机调试 14六、设计心得 15七、参考文献 15八、附录 16附录1：电气原理图（控制电路） 16附录2：PLC程序 17现代物流模拟系统仓储单元一、课题介绍物流行业的飞速发展对物流
4、领域中的自动化控制技术提出了新的要求。近年来国内外发展迅速并得到越来越广泛应用的一种新型仓储方式是自动化立体仓储。能按照编制的入库单，将物件进行装配入库。实现仓储控制任务的方案较多，如继电器控制、单片机控制、PLC控制等。由于可编程控制器PLC具有的高可靠性、高扩展性，逐渐成为自动化立体仓储控制中的首选，应用越来越多。现在物流生产线模拟系统实现储运的自动化，主要运用PLC控制技术、传感器检测技术、气动技术、电机驱动技术、机械结构与系统安装调试技术、电气技术基本技能及故障检测技术技能及系统日常维护技术。现代物流是运输技术革新与先进信息技术结合的产物，它主要是指加工半成品通过装配、堆垛、仓储放入到
5、仓库中的过程。其控制系统有位置控制(步进电机)与顺序步进动作要求,采用PLC作为控制器实现控制顺序步进控制；而位置检测，采用传感器和行程开关来实现；利用机电一体化技术实现机械结构和电气控制的结合。二、控制要求本次设计采用的现代物流模拟系统分为四个站：装配站、缓冲站、堆垛站和仓储站。该装置应完成：1、货物的自动供给；2、货物的自动识别分拣；3、机械手搬运；4、自动装配；5、货物的自动加工操作等全过程。并具有货物的1、自动入库、出库；2、移库；3、缓存；4、仓储；5、检验；6、加工；7、分类等功能，同时对系统的运行过程实行全程动作状态监控及数据监控，能完成上位管理操作过程。此次我着重介绍仓储单元的
6、传送部分，如下图1所示： 图2.1 仓储单元传送图三、系统工作原理1、系统结构本系统共有装配、缓冲、堆垛和仓储四个单元组成，各单元根据其动作要求完成相应的动作。我们小组本次专业设计主要是针对仓储单元。1） 装配单元装配单元主要由可编程控制器，井式供料机，传送带，转盘输送带，气动机械手装配机，步进电机控制的机械手搬运机等组成。2） 缓冲单元缓冲单元主要由可编程控制单元，带式传送机，斗式缓冲库，气动装料，移货装置，货物检测传感器等组成。3） 堆垛单元堆垛单元主要由可编程控制单元，带式传送机，链式传送机等组成。4） 仓储单元仓储单元主要是由可编程控制单元和单元货格式仓库组成。单元货格式仓库由高层货架
7、、具有位置控制的巷道起重机、接收货物载货台等组成。巷道起重机由运行机构、起升机构、货物托盘机构组成。2、仓储单元主要功能仓储单元主要完成货物的自动仓储。货物由堆垛单元输送到接收货物载货台后，直流电机M11启动,正转90度后停止, 巷道起重机M13起动到位,直流电机M12启动正转,将货物推至货物托盘机构,确认货物推放到位后,M11,M12反转回到原位判断A号货架是否有空位,没有的话再判断B货架是否有空位,步进电机启动,巷道起重机移至空位处,货物托盘机构存货,货物存入仓库后,货物托盘机构回道原位,巷道起重机回去货位。其传送过程框图如图2所示： 图3.1 传送过程框图3、仓储站的组成和工作原理a、仓
8、储站组成：载货台、货物托盘结构、高层货架。 1）载货台：主要由二个直流电机和三个接近开关组成。一个电机用来链式传送，一个用来进行0度到90度转动。 2）货物托盘结构：主要由一个步进电机、一个伺服电机、一个直流电机和5个接近开关组成。步进电机用来对巷道起重机上下控制，伺服电机用来对巷道起重机左右控制，直流电机用来对托盘前后控制。 3）高层货架：由行程开关等组成。行程开关用来指示次位置是否有货物堆放。b、仓储站的工作原理：在初始状态接受货物载物台位于初始位置（0），链式传送带把货物从堆垛单元传到载物台后，载物台的接近开关发出信号，PLC接收到信号且驱动中间继电器使载物台旋转90（有一接近开关检测角
9、度是否到位），同时托盘前移，靠近载物台，货物转移到起重机的托盘上。高层货架上的行程开关给PLC一个信号，PLC驱动起重机向货架方向移动，并将货物存储在高层货架的空闲位置上。四、控制方案及硬件选择 1、PLC 控制流程图 图4.1 PLC控制流程图2、PLC的I/O地址表输入点功能输出点功能X00A库传感器1Y00M11正转X01A库传感器2Y01M11反转X02A库传感器3Y02M12正转X03A库传感器4Y03M12反转X04A库传感器5Y04M13正转X05A库传感器6Y05M13反转X06A库传感器7Y06CSTART灯亮X07A库传感器8Y07FHOLD灯亮X10B库传感器1Y10XD
10、IN6X11B库传感器2Y11驱动上电X12B库传感器3Y12XDIN1X13B库传感器4Y13XDIN2X14B库传感器5Y14XDIN3X15进库0Y15XDIN4X16进库90Y16XDIN5X17进库到位Y17XDIN7X20托盘向前到位Y20RESET灯X21托盘回位Y21XREF灯X22托盘向后到位Y22ZREF灯X23START按钮Y23托盘前位灯X24HOLD按钮Y24托盘后位灯X25JOG/AUTOY25取货灯X26RESETY26进库灯X30X回零按钮X34接收按钮X31Z回零按钮X35仓储按钮X32托盘前按钮X36X回零完成X33托盘后按钮X37X到位3、PLC外部接线图
11、1）输出指示灯的设计本次设计中“开始”“复位”“保持”等手动按钮中都需用到指示灯，下图为仓储单元指示灯的连接电路图。当系统启动后，X轴回零灯和Z轴回零灯亮，显示巷道起重机在初始位置。按下“开始”按钮，托盘从载货台接收到货物，托盘前位灯亮，然后托盘后移，托盘后位灯亮。 图4.3.1 仓储单元指示灯连接2）电源电路图4.3.2 电源电路 3)PLC输出设计图4.3.3 中间继电器和PLC的接线图4.3.4 操作面板指示灯的PLC接线4、实习工作方案选择 图4.4 存储单元控制面板图（1）仓储单元电源控制区域（POWER）OFF：急停按钮，可切断仓储单元电源；ON：仓储单元上电。（2）仓储单元自动操
12、作区RESET：复位按钮；STARE：自动运行开始；HOLD：进给保持。（3）仓储单元功能选择旋钮（MODE）功能选择旋钮可选择自动（AUTO）或手动（JOG）。（4）仓储单元手动操作区域（JOG START）X回零：首次开机必须执行该操作，使巷道起重机回零；Z回零：首次开机，必须执行该操作，使货物托盘回零；托盘前：托盘向前运动；托盘后：托盘向后运动；接受：当满足接受条件时（如：接受货物载货台上有货等），每按一下完成货物托盘从接受货物载货台上获取动作的一步（共7步）；仓储：将货物送至高层货架堆放。5、仓储单元设计方案结构图及技术路线 1.仓储单元设计方案结构图 图4.5.1 仓储单元设计方案结
13、构图2.物流系统技术路线物流系统主要是以PLC可编程控制器的的编程为核心配合传感器检测技术、电机驱动技术、机械结构与系统安装调试技术、电气技术基本技能及故障检测技术技能完成物件的仓储功能。图4.5.2 仓储技术路线6、硬件选择（1）行程开关行程开关是依靠产生机械运动的行程位置而动作的开关电器，利用它可以检测机械的动作位置。行程很小的开关称为微动开关。当外界撞块压下操作按钮时，触电闭合；撞块离开时，触点断开。（2）步进电机步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（及步进角）。通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达
14、到准确定位的目的；同时通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。（3）直流电机的选择 直流电机是一种通过磁场耦合作用实现机械能与直流电能相互转换的旋转式机械装置。直流电机与交流电机相比，其主要特点是：1.调速范围广，易于平滑调速；2.起动、控制和过载转矩大；3.易于控制，控制装置可靠性较高。 直流电机常应用与调速要求较高的工业应用场合： 1.大型可逆式轧钢机、矿井卷扬机、大型车床、大型起重机； 2.电动车辆牵引、电力机车牵引； 3.挖掘机械、纺织机械。 直流电机工作原理：线圈中的电动势及电流的方向是交变的，只是经过电刷和换向片的整流作用，才使外电路得到方向不变的直流电。
15、所以本次仓储单元中的载货托盘的转动与接收货物由两个直流电机来完成。选择直流电机时，直流电机的参数要比计算出来的实际额定电流大一些，所以选择直流电机型号为36ZY02型直流电机额定电流为0.75A，其主要参数为：额定电压：12V空载电流：0.28A额定电流：0.75A额定转矩：5.0kgcm额定转速：7580rpm直流调速器就是调节直流电动机速度的设备，上端和交流电源连接，下端和直流电动机连接，直流调速器将交流电转化成两路输出直流电源，一路输入给直流电机砺磁（定子），一路输入给直流电机电枢（转子），直流调速器通过控制电枢直流电压来调节直流电动机转速。同时直流电动机给调速器一个反馈电流，调速器根据
16、反馈电流来判断直流电机的转速情况，必要时修正电枢电压输出，以此来再次调节电机的转速。直流电机的调速方案一般有下列3种方式：1、改变电枢电压；（最常用的一种方案）2、改变激磁绕组电压；3、改变电枢回路电阻。（4）传感器的选型本系统在运行时，对于托盘进料机构的运动、托盘的运动等等都要保证它们的运动距离和停止位置，这就需要由传感器来检测它们的位置。传感器有光电传感器、磁感应接近开关、温度传感器、压力传感器、液位传感器等，本次设计检测的货物是金属材料，所以选用光电或者磁感应接近开关，接近开关是一种靠感受外部物体对其内部震荡器之影响而达到输出转换的传感器。它可非接触式感应，感应精度高，反应速度快，抗干扰
17、性能好，环境适应能力强，防油，防水，使用寿命长。光电传感器是光电接近开关的简称，它是利用被检测物体对红外光束的遮光或反射，由同步回路选通而检测物体的有无，其物体不限于金属，对所有能反射光线的物体均可检测。磁感应接近开关是通过磁性感应物件来传递信号，主要为金属，但在价格方面，光电传感器比磁感应接近开关昂贵许多，因此本次毕业设计选择磁感应接近开关来检测。PLC所接的传感器的电压应为24VDC，电流范围为250mA以下，由于可编程控制器的输入电流是由可编程控制器内部的DC24V电流提供的。因此，利用外部电源驱动接近开关等传感器时，该外部电源的电压应是DC24V4V，传感器的输出晶体管应选NPN开路集
18、电极型。本次仓储站设计中需用到的接近开关数为26个，所选择的型号为LJ8A3-2-Z/BX，主要参数为：工作电压 ：1036VDC连续负载电流：200mA开关频率：1000Hz输出指示灯颜色:红色图4.6.1 接近开关的PLC部分连线图（5）步进电机驱动驱动器只能在脉冲和方向控制方式；当输入脉冲信号时，电机会按照初始的方向旋转，（初始方向和电机的接线有关，互换两向可以改变电机初始运行方向），当改变方向信号的电平时，电机就会按初始方向的反方向旋转。 图4.6.2 脉冲和方向控制方式当驱动器工作在脉冲和方向控制方式时，DIN控制信号输入端口时方向信号的输入端口，外加电平编号可以控制电机运转方向，为
19、保证可靠的响应，方向信号应至少先于脉冲信号至少50us建立。（6）元器件的选择元器件型号数量备注可编程控制器（PLC）FX2N-64MR/MT1三菱PLC驱动装置FX2N-20GM1三菱空气开关DZ47-60 C158CHINT继电器MY4N8OMRON断路器CJX1-92CHINT变压器GBK3-10001220/45，220/30，5060HZ步进电机驱动模块Kinco 2M530 MICRO1步进电机23M83414 MSWOL-352692巷道起重机运动直流减速电机VDC RPM1托盘前后运动直流电机JINYF 36ZY1202C2接收货物载物台运动行程开关5A125VAC 3A250
20、VAC13用于判断仓库有物触点传感器LJ8A3-2-Z/BX6用于判断托盘等到位接近开关LJ12A3-4-2/BX2用于接收货物载物台运行到位五、联机调试1、仓储单元操作步骤（1）开机A、合上总电源开关QS1（在仓储单元电柜右侧）B、拧开操作面板急停按钮C、按操作面板上的电源ON 按钮，仓储单元启动，并进入可工作状态。（2）关机A、确认机床可动部分已停止运动；B按操作面板上的急停按钮，关闭PLC单元和驱动单元等；C、关闭总电源开关QS1。当仓储单元开机后，即可进行受动操作，在无报警的情况下，通过面板转换开关可使本单元处于自动操作模式。（3）回参考点A、首先应确保机床已正常起动；B、将操作方式置
21、于手动方式下；C、将接收货物载货台和货物托盘机受动操作到安全位置；D、确保在回参考点时，各可移动部件不会产生碰撞；E、按下Z回零按钮，执行Z轴回零操作；F、Z轴到达零点后，Z回零按钮指示灯亮；G、按下X回零按钮，执行X轴回零操作；H、X轴到达零点后，X回零按钮指示灯亮。六、设计心得我在这次的物流模拟系统设计过程中受益匪浅。通过对自己大学所学的PLC知识的回顾，并充分发挥对所学知识的理解和对设计内容思考和书面表达能力，最终顺利完成了设计。这为自己今后进一步深化学习，积累了一点宝贵经验。撰写论文的过程也是专业知识的学习过程，它使我运用已有的专业基础知识，对其进行设计，分析和解决一个理论问题或者实际
22、问题，把知识转化为能力的实际训练。培养了我运用所学知识解决实际问题的能力。本实践让我有了学习、训练、提高电气测量与控制方面的设计、实践能力的机会。通过JDP2000现代物流模拟系统提供的综合应用设计的教学培训平台，训练和学习了PLC技术、传感器检测技术、气动技术、电机驱动技术、机械结构与系统安装调试技术、电气技术基本技能及故障检测技术技能及系统日常维护技术。使我在分析、测绘、设计、调试等方面得到进一步的提高，为毕业设计实践打下良好的基础。七、参考文献1、可编程序控制器应用技术 李建兴 机械工业出版社2、电气控制与可编程控制技术 史国生 化学工业出版社3、可编程控制器应用技术实训指导 李俊秀 化工工业出版社4物流系统中智能化仓库的设计 李民权等 J 自动化与仪表5现代生产物流及仿真 张晓萍等 J 清华大学出版社6. PLC在物流传输自动线中的应用 张德民，张慧慧 期刊论文 2001年3期微计算机信息7.气动物流输送及分拣系统的PLC控制系统设计 唐立平期刊论文 2010年7期液压与气动8. 物流控制系统自动化立体车库的开发与研究 熊伟学位论文， 2004 - 武汉大学：控制理论与控制工程9. 面向现代物流的自动仓储实训教学系统的分析与研究 沈治学位论文 2009 - 江苏大学：电气工程八、附录附录1：电气原理图（控制电路）附录2：PLC程序
