小型自动化仓库总体设计【全套含CAD图纸】

喜欢就充值下载吧，，资源目录下展示的全都有，，下载后全都有，dwg格式的为CAD图纸，有疑问咨询QQ：414951605 或1304139763 引言 随着世界经济的持续发展和科学技术的突飞猛进，现代物流作为现代经济的重要组成部分和工业化进程中最为经济合理的综合服务模式，正在全球范围内得以迅速发展。自动化立体仓库作为现代物流系统的重要组成部分，是一种多层存放货物的高架仓库系统，它是在不直接进行人工干预的情况下自动地存储和取出物流的系统。它是现代工业社会发展的高科技产物，对提高生产率、降低成本有着重要意义。 设计重点主要包括：立体仓库的整体框架、堆垛机的设计各个机构进行受力分析和设计计算，最后进行必要的相关校核并最终确定各个的机构实际取值。 总体设计要做到：适用性 布局合理、使用方便、易于维修和维护，满足需要，实行机械化、自动化和使用监视管理系统。经济性 造价低、工期短、维修费用少，效率高、节约能源，合理利用土地和资源。        Pergamon Computers ind. Engng Vol. 33, Nos 3-4, pp. 677-680, 1997 1997 Elsevier Science Ltd Printed in Great Britain. All rights reserved 0360-8352/97 $17.00 + 0.00 PII: S0360-8352(97)00220-9 An Operation Analysis of Movable Rack Type ASIRS by Use of System Simulator Norio YAMAGUCHI*, Kazuhiro SHIMODA Dept. of Information Systems Engineering, Kyushu Tokai University Kumamoto, JAPAN Abstract We perform the operation analyses of movable rack type AS/RS which is built in among manufacturing resources. Processing time and processing cost to handle each pallet are investigated. We employ the system simulator approach for the analyses. It is clarified that, if the operation conditions such as the speed of the stacker crane and/or rack are properly adjusted, the processing time of each pallet is not so increased in comparison with that in the fixed rack type case. Further, under our assumed conditions concerning the investment, we found that the cost performance of the movable rack type AS/RS accompanied with medium speed stacker crane is comparable with that of the fixed rack type AS/RS equipped with high speed stacker crane. 1997 Elsevier Science Ltd Keywords : AS/RS, System simulator, Movable rack 1. Introduction Considering the recent surroundings of production activities that the product needs of the end user change in a short time and span wide range in kinds, quick findings of the demand and prompt supply are becoming more and more important to every manufacturers. That is, the manufacturer is forced to supply various kinds of products in a short lead time to satisfy users demand. In order to construct the robust manufacturing system which can stand for the above mentioned tough requisitions, designs of manufacturing systems are investigated from various viewpoints 1 . Among them, the optimal operation of material handling facilities is the important factor to be considered to realize the smooth flow of the materials through the system 2,3,4. And, as one solution for the efficient use of various resources in the system, automatic storage and retrieval system (AS/RS) is sometimes built in among resources 5. The functions of this AS/RS are (1) To store and retrieve the common tools used by many resources. (2) To store and retrieve the WIP materials temporally. All the materials are forked with pallet in this AS/RS Here, to build in this type of AS/RS in a restricted space of the factory, we have to take into account both of high density in terms of capacity and swift handling of pallets. 6?7 In this respect, AS/RS which has movable rack is becoming popular. It is certain that we can attain high density in terms of capacity by introducing the movable rack. However, this may lead the increment of the processing time of each pallet because of the concurrent movement of rack and crane. So, we first compare, using system simulator, the processing time of each pallet between fixed and movable rack AS/RSs under various operation conditions. As the next step, we estimate the cost performance of both systems. 2. Modeling The layout of fixed rack type AS/RS we analyze for comparison is shown in Fig.1. In this figure, the bold line indicates the route of stacker crane and intersections 2,4 and 6 are in/out stations for the pallets. In this AS/RS, there are 6 racks, each of which contains 50 cells (10 columns, 5 rows) and hence, we can store 300 pallets. F I I I i I / IIIIiii= i/ I I I I I I I I I I I / llllll, Fig.1 Layout of Fixed Rack Type AS/RS We show in Fig.2 the layout of movable rack type AS/RS we analyze. In this figure, the rack moves along the arrow line and 8 racks, each containing 50 cells, are arranged. / 678 Proceedings of 1996 ICC&IC Fig.2 Layout of Movable Rack Type AS/RS Thus, this AS/RS can store 400 pallets. This means that the capacity increases 33% in comparison with fixed rack type case for the same space. It is noticed that, in this case, the additional route of stacker crane is attached in order that the crane access to the appointed cell is not hindered by the placement of rack. Specifications of AS/RSs are as follows. Cell size is 3 (W)*3 (D)*2 (H) (ft). Distance between I/O station and rack edge is 6 (ft). Crane speed along vertical line is 2 (sec/row). Pick and place time at the I/O station is N(10,2) (sec). Pick and place time at the cell is N(10,2) (sec). The crane works as follows depending on the function. STORE : move to the appointed I/O station - pick the requesting pallet - move horizontally to the place where appointed cell is located - go up to the cell - place the pallet to the cell - go down to the ground line - wait for the next job Experimental conditions are summarized as follows. (a) Job request occurs randomly and inter arrival time of the request follows exponential distribution. (b) Storage and retrieval jobs occur under equal frequency. (c) Cell is appointed randomly. (d) For the movable rack type case, neighboring racks move pair wise, if necessary. Simulation of 8 hours is performed, using system simulator SIMAN 6, for various values of mean inter arrival time of the request. The horizontal speed of the crane is also varied. Obtained results on the mean processing time (including both of storage and retrieval jobs) of a pallet are shown in Fig.3. In this figure, the upper half means the fixed rack type case and the lower one is the case of movable rack type, respectively. 3 lO 3 o RETR/EVE : move horizontally to the place where appointed cell is located - go up to the cell - pick the requesting pallet from the cell - go down to the ground line - move horizontally to the appointed I/(3 station - place the pallet to the station - wait for the next job Here, we employ the following principles for the crane allocation. The crane is allocated to the nearest requesting pallet disregarding its request time. For the pallets which are equally apart from the crane, the FIFO principle is applied. 3, Results and Discussion mean intq ov ne reques iecj 3 0-100 (seo) 300-400 (see) 100-200 (see) n 400-500 (sec) I I 200-300 (see) 500-600 (seo) Fig.3 Mean Processing Time of a Pallet Here, for the movable rack type case, the speed of the rack is taken as 5(sec/depth). We first notice, in this figure, that the mean processing time in the movable rack type case is always longer than that in the fixed rack type case. To make it clear, the area where the processing time is Proceedings of 1996 ICC&IC 679 comparable is shaded with the same pattern in this figure. Next, in both cases, it is noticed that, as the frequency of the request increases beyond the ability of the crane, the processing time increases drastically. From this figure, we may say that the proper combination of crane speed and inter ardval time of the request should be considered. Next, for the movable rack type, we show in Fig.4 how the processing time is affected during the simulation run by the rack speed. Here, the mean inter arrival time of the request is taken as 45 (sec). =I t rack speed = 7 (see/depth) !:f ,= rack speed = 9 (sec/depff) rack speed = 11 epth) i=0 o coo o (o eo xm iota iota ,ooao simulation time (sec) Fig.4 Processing Time of Each Pallet It is noticed that, even for the same inter arrival time, the deviation of the processing time changes depending on the rack speed. This suggests that, if we select the appropriate speed of the rack considering the frequency of the request, we can hold the small processing time in spite of the additional wasting time generated by the rack movement. costs are to be depreciated over ten years. As to the running cost, we assume the following conditions. Wages for the operator are I (10 4 yen/day) regardless of the rack type. Electd power cost is 0.55 (104 yen/day) for fixed rack type and 0.60 (104 yen/day) for movable rack type, respectively. From above conditions, we can calculate the processing cost of a pallet. We show in Fig.5 the cost performance of the system in terms of the crane speed. 13 o 3 12.6 12 11.6 105 . xed rack type / . a. . 5 7 g crane speed (it/see) Fig.5 Processing Cost of a Pallet It is certain that, so far as we focus only on the cost performance, the fixed rack type is superior for wide range of crane speed. Here, we notice that the processing cost in the movable rack type at crane speed of 7 (ft/sec) is comparable with that in the fixed rack type case at crane speed of 11 (ft/sec). And we remember that the capacity of movable rack AS/RS is33% larger than that of the fixed rack AS/RS. Here we meet the trade off problem. That is, we have to consider (a) processing time, (b) cost performance and (c) capacity of AS/RS altogether. Considering the obtained results total wise, we may say that the movable rack type AS/RS accompanied with medium speed stacker crane is preferable to the fixed rack type AS/RS equipped with high speed stacker crane. From now, we discuss on the effect of the capital investment. Assuming that the initial cost becomes more expensive as the speed of the crane increases, we express the initial cost F(v) as FI(v) = 1200 + 100v (104 yen), (1) 4. Conclusions We performed, using system simulator, the operation analyses of AS/RS. System performances are compared between fixed rack type case and movable rack type case. Conclusions are summarized as follows. where v is the horizontal speed of the crane (ft/sec). Next, additional cost F2 to make the rack movable is set up as 500 (104 yen) regardless of the rack speed. These initial For the movable rack type AS/RS, if we choose the crane speed and rack speed appropriately considering the frequency of the request, the 680 Proceedings of 1996 ICC&IC processing time is not increased so much in spite of the concurrent movement of rack and crane. In terms of the capacity and cost performance, it is better to employ a movable rack type AS/RS with medium speed stacker crane rather than a fixed rack type ASIRS equipped with high speed stacker crane. References 1. Noble, J.S. and Tanchoco, J.MA., 1993, Design Justification of Manufacturing Systems-A Review, The Int. J. of Flexible Manufacturing Systems, 5:5-25 2. ed. by Hollier, R.H., 1985, Proc. of the 6th Int. Conf. on Automation in Warehousing, and references therein 3. Ashayeri, J., Gelders, L. and Wassenhove, L.V., 1985, A Microcomputer-based Optimization Model for the Design of Automated Warehouses, Int. J. of Production Research, 23:4:825-839 4. Takakuwa, S., 1989, Module Modeling and Economic Optimization for Large-scale AS/RS, Proc. of the 1989 Winter Simulation Conference, 795-801 5. LIM, J.M. and Hwang, H., 1994, The Machine Layout Problem in a Flexible Manufacturing System with built-in Automated Storage/Retrieval System, Proc. of APORS94, 366-373 6. Pegden, C.D., Shannon, R.E. and Sadowski, R.P., 1990, Introduction to Simulation Usinq SIMAN, McGraw-Hill, Inc., New York 使用系统模拟器对活动机架型AS/RS的操作分析 [摘要] 我们完成了建立在制造业中活动机架型AS/RS的操作分析。研究了掌握每个货盘的处理时间和成本。我们使用系统模拟器研究这种分析。本文中阐明，如果堆垛机或机架的诸如速度之类的操作条件已适当的调整过，与固定机架型相比，每个货盘的处理时间不会增加。而且，在我们这次研究的假定条件下，我们发现配置中速堆垛机的活动机架型AS/RS所消耗的成本与配置高速堆垛机的固定机架型AS/RS所消耗的成本相当。 [关键词] AS/RS 系统模拟器 活动机架 1.绪论 最近终端客户的产品需求在短时间内，在种类上变化很大，考虑到这种产品活动环境，快速发现和满足这些需求对各个厂商来说变的越来越重要。也就是说，厂商要在短时间内提供各种产品以满足客户的需求。为了建立能满足上面苛刻要求的生产系统，人们已从不同方面去设计这种生产系统。 他们认为最佳物资处理设备操作中的最重要因素是是物资通过系统时的通畅。解决方法之一是有效利用系统中的各种资源，自动存储/取回系统（AS/RS）有时建立在这些资源之中。这种AS/RS的功用如下： （1） 利用一些资源存储和取回普通工具。 （2） 存储和取回WIP物资。 在这种AS/RS中所有材料交叉存放在货盘中。在工厂中有限空间里建立这种AS/RS，我们必须考虑容量的高密度和货盘的快速处理。基于这种考虑，配置有活动机架的AS/RS变的更普遍。引进活动机架后我们一定可以达到容量方面的高密度。但是，因为机架和堆垛机的同时移动会可能导致每个货盘处理时间的增加。因此，我们首先用系统模拟器比较在不同的操作条件下固定和活动机架AS/RS系统的处理时间。接下来，我们估计这两种系统的成本消耗。货盘 1.1建模 对固定机架型AS/RS的设计的分析比较如图1. 在这张图中，粗线表示堆垛机的线路，叉点2，4，6是货盘出入口的位置。这个AS/RS中，有6个机架，每个机架上有50个单元（10列，5行），因此，我们可以存储300货盘。 由图2可以看出我们分析活动机架型AS/RS的设计，图中有8个机架，每个机架上有50个单元。机架沿着箭头方向移动。因此，这个AS/RS可以存储400个货盘。这意味着这种系统的容量比相同空间的固定机架型容量系统多出33%。我们注意到，在这个系统中，堆垛机额外的线路是为了使它接近指定单元而不受机架位置的影响。 AS/RS的规格如下： 单元尺寸：3（W）*3（D）*2（H）（英尺） I/O与机架边缘之间的距离是6英尺。 堆垛机沿垂线速度为2秒/行。 在I/O位置抽出和放置时间为N（10，2）秒。 在单元中抽出和放置时间为N（10，2）秒。 堆垛机工作机理如下： 存储：移动到指定I/O位置——抽出所需货盘——水平移动到指定单元所在位置——上升到该单元——将货盘放置入该单元——下降到基线——等待下一个工作 取回：水平移动到指定单元所在位置——上升到该单元——从该单元抽出所需货盘——下降到基线——水平移动到指定I/O位置——将货盘放置到该位置——等待下一个工作 堆垛机的分配遵循如下原则： 堆垛机安置在离最近所需货盘的位置以忽视所需时间。 对于离堆垛机有着同样距离的货盘，遵循FIFO原则。 1.2结果和讨论 试验条件概述如下： （a） 工作随机出现时，所需到达时间按指数分布。 （b） 存储和取回发生频率相同。 （c） 单元是随机指定的。 （d） 对于活动机架行系统，如果有必要，临近机架成对移动。 用适用于不同所需平均到达时间的模拟器SIMAN完成了8个小时的模拟。堆垛机的水平速度也是不同的。我们获得货盘的平均处理时间（包括存储和取出），如图3所示。上下两图分别表示固定和活动机架行系统。 这里，对活动机架型系统，机架的速度为5秒/深度。我们首先注意到，在这个图中，活动机架型系统的平均处理时间总是比固定机架型的长。为了更清楚的表示，在图中处理时间相同的区域用相同的阴影模式表示。接下来，我们注意到，在两个系统中随着所需频率增加到超过堆垛机的承受能力处理时间显著的增长。从这张图中我们可以说应该考虑堆垛机速度和所需到达时间适当配合问题。 接下来，我们可以从图4中看出对于活动机架型系统，处理时间在模拟运行中是怎样受机架速度影响的。这里，所需平均到达时间为45秒。注意到甚至对于相同的到达时间，处理时间随着机架速度的变化而改变。这 表明，如果我们根据所需频率选定适当的机架速度，就可以保持小的处理时间尽管机架运动产生了附加消耗时间。 现在，我们讨论资本投入的效果，假设最初成本随着堆垛机速度的增加变的更昂贵，最初成本F1（v）可表示为： 式中，v是堆垛机的平速度（英尺/秒）。接下来，忽略机架速度，把机架运动的附加成本F2设定为500*。最初成本可经十年折旧。至于，我们假设资本在以下条件下运作： 无论那种机型，操作工的工资为1 固定和活动机架型系统的电费分别为0.55和0.60 在上面条件下，我们可以计算出每个货盘的处理成本。我们从图5中可以看出成本随堆垛机速度的变化情况。 我们可以肯定，在只考虑成本的情况下，固定机架型系统对堆垛机速度变化范围较大时更优越。这里，我们注意到活动型系统在堆垛机速度为7英尺/秒时的处理成本与固定型系统堆垛机速度为11英尺/秒的处理成本相当。我们还记得活动机架行AS/RS比固定型的容量大33%。 下来我们要面对交易的问题。也就是说，我们必须同时考虑（a）处理时间（b）成本和（c）AS/RS的容量。总体考虑我们获得的结果，可以说配置有中速堆垛机的活动机架型AS/RS优于配置有高速堆垛机的固定机架型AS/RS。 1.3结论 我们用系统模拟器完成了对AS/RS的操作分析。比较了固定和活动机架型系统的系统性能。结论总结如下： 对于活动机架型AS/RS，如果根据所需频率选择适当的堆垛机速度和机架速度，尽管它们同时运动，处理时间也不会增加很多。 考虑容量和成本，配置有中速堆垛机的活动机架型AS/RS优于配置有高速堆垛机的固定机架型AS/RS。 第6页 共6页 目 录 1仓储物流及其自动化仓库 1.1 自动化仓库简介 1 1.1.1自动化仓库的发展及构成 1 1.2自动化立体仓库的优越性 5 1.3自动化仓库的分类 5 1.4自动化仓库的应用范围 5 2自动化仓库系统和功能分析 2.1系统分析 6 2.2功能分析 6 3自动化仓库总体方案确定 3.1方案的拟定 8 3.2方案分析 8 3.3方案确定 9 3.3.1自动化立体仓库辅助系统的确定 10 3.3.2自动化立体仓库的总体布局 10 3.4方案所解决的问题 10 4.自动化仓库存储系统设计 4.1参数选择及确定 12 4.1.1存储物品特性确定 12 4.1.2托盘选型及设计 12 4.1.3存储单位尺寸确定 13 4.1.4仓库规模确定 13 4.2立体仓库构造尺寸确定 13 4.2.1货架层尺寸确定及计算 13 4.3仓库货架力学分析 18 4.3.1单元钢质货架柱平面外稳定性计算 18 5.堆跺机控制部分设计 5.1工艺过程分析 23 5.1.1工艺过程 23 5.1.2.PLC选型 25 5.2 PLC控制系统程序设计 27 5.2.1接线图 27 5.2.2总体结构框图 27 5.2.3手动程序设计 28 5.2.4显示及其设定显示程序设计 29 5.2.5自动程序编写 31 5.3相关选型 39 6.输送系统设计 6.1 重力式滚筒输送机 41 6.1.1应用范围 42 6.1.2选用设计 43 6.1.3骨架型式 43 6.2动力输送机 44 6.2.1动力式滚筒输送机 44 6.2.2运输系统设计 45 6.2.3传动系统设计： 50 6.2.4辊筒轴校核 53 6.2.5键联接校核 60 6.3无动力辊子输送机大体设计 60 6.3.1倾斜角确定 60 6.3.2阻力计算 61 6.3.3输送速度校核 61 6.3.4出入库口尺寸设计及考虑 61 7. 自动化仓库检测识别控制装置设计 7.1 检测控制装置设计 63 7.2识别装置设计 64 8 自动化仓库管理系统设计 致谢 66 参考文献 67 III 1.仓储物流及自动化仓库 1.1 自动化仓库简介 自动化立体仓库是物料搬运、仓储科学的一门综合科学技术工程。它以高层立体货架为主要标志，以成套先进的搬运设备为基础，以先进的计算机控制技术为主要手段，实现搬运、存取机械化、自动化，储存管理现代化的新型仓库。它具有占地面积小、储存量大、周转快的优点，是集信息、存储、管理于一体的高技术密集型机电一体化产物。 随着科学技术和工业生产的飞速发展，现代物流技术领域内出现了一种新型仓储方式——自动化立体仓库.它是以高层货架为主体，以成套搬运设备为基础，以计算机控制技术为手段的高效率物流、大容量存储的机电一体化高科技集成系统。它集机械、电子、计算机、通信、网络、传感器和自动控制等多种技术于一体，以搬运机械化、控制自动化、管理微机化、信息网络化为特征，成为现代化物流设计中产品生产与存储的枢纽。 自动化立体仓库又称自动化仓库、现代智能库、高层货架仓库等，是近年来国际上迅速发展起来的一种新型仓储设施，是在不直接进行人工干预的情况下能自动存储和取出物料的系统。 自动化立体仓库在现代物流系统中的作用是显而易见的，将自动化仓库技术应用到物流领域中，充分利用自动化仓库的优势和特点，实现仓库信息管理自动化和物品入出库作业的自动化，为提高货物的流通效率发挥重要的作用。国内外各个行业采用自动化仓库的情况己经充分证明，使用自动化立体仓库能够产生巨大的社会效益和经济效益。在货物流通领域中采用自动化仓库技术，也将获得巨大的经济效益。 1.1.1自动化仓库的发展及构成 高层货架仓库简称高架仓库。一般是指采用几层、十几层乃至几十层高的货架储存单元货物，用相应的物料搬运设备进行货物入库和出库作业的仓库。由于这类仓库能充分利用空间储存货物，故常形象地将其称为“立体仓库”。（如图1.1） 图1.1 自动化立体仓库示意图 自动化仓库最早产生于60年代的美国，到现在大致经历了四代的发展，并逐步向第五代过渡： 1950年美国首先产生了手动控制的桥式堆垛起重机，这种起重机的大梁上悬挂一个门架(立柱)，利用门架的上下和旋转运动来搬运货物，与此同时也提出了高层货架的新概念，被认为是自动化仓库的雏形。 1960年左右在美国开始出现了没有大梁的由人工操作的巷道式堆垛机。随着立体仓库的发展，巷道式堆垛机逐渐代替了桥式堆垛机。1963年美国的一个食品厂在仓库工作中采用电子计算机，成为世界上最早的全自动化仓库，20世纪60年代产生的第一代机械式立体仓库系统中，操作人员可通过一些电器按钮和开关来控制一些机械设备进行人、出库作业，实现了搬运的机械化；此后，从1963年开始，在欧洲各国，由于用地紧张，开始计划建造2530米的高层自动化仓库。从1967年开始，相继完成了一些计算机管理和计算机控制的全自动化仓库。在日本，从1967年开始安装了高度为2025米的高层堆垛机，1969年出现了联机全自动化仓库。此后，日本的自动化仓库技术和设备的台数都有了突飞猛进的发展，在各个部门都安装了各种各样的堆垛机。 1970年安装了由货架支承式变为地面支承式的高度达40米的堆垛机。70年代美国还提出了采用50米高堆垛机的可能性[15]。到了70年代末期，随着可编程控制器PLC、自动存取、自动导向小车、条形码阅读器等设备在立体仓库中的应用，第二代自动化仓库系统实现了控制自动化。 到本世纪80年代末，计算机技术的异军突起及其在自动化仓库系统中的成功应用，导致了第三代集成化立体仓库系统的诞生，形成了由管理级、监控级、控制级组成的三级分布式控制结构，上位管理机协调控制整个仓库系统的出、人库作业和库存管理，并且与上位工厂计算机信息管理网相联结，实现管理微机化。 进入90年代后，堆垛机在使用范围和性能上有了很大的发展，还出现了第四代智能型立体仓库系统，该类仓库系统不仅实现了对出、人库任务和仓库信息的全自动处理，而且还可根据生产计划报表分析、制定出所需材料与劳动力，并依据物资的现有库存量提出外购建议，当某些物资库存量不能满足生产需要时，系统还可根据现有在库物资适当修改生产计划，并上报工厂相关部门，诸如此类人工智能已逐步融入了立体仓库系统中；此外，随着电子数据交换技术的日臻完善。目前，自动化仓库系统逐步向第五代“3I" (Intelligent, Integrated, Information)仓库系统过渡。 美国学者J.A.White将自动化技术在仓储领域(包括立体仓库)中的发展分为五个阶段[19]：人工仓储阶段、机械化仓储阶段、自动化仓储阶段、集成化仓储阶段和智能化阶段。其中智能自动化仓储在九十年代后期以及二十一世纪的若干年内，将是仓库自动化技术的主要发展方向。 第一阶段是人工仓储技术阶段，在这一阶段，物资的输送、存储、管理和控制主要依靠人工实现，至今国内外生产和服务行业中的许多环节都是这一技术的实例，它具有直观、便于联系、减少了过程衔接之间问题等优点。 第二阶段是机械化仓储技术阶段，它包括通过各种各样的传送带、工业输送车、机械手、吊车、堆垛机和升降机来移动和搬运物料，用货架、托盘和移动式货架存储物料，通过人工操作机械存取设备，用限位开关、螺旋机械制动和机械监视器等控制设备的运行。这一阶段经历的时间比较长。 第三阶段是自动化仓储技术阶段，这时只是各个设备的局部自动化并各自独立应用。随着计算机技术的发展，工作的重点转向物资的控制和管理要求实时、协调和一体化，信息自动化技术逐渐成为仓储自动化技术的核心。 第四阶段是集成自动化阶段，在七十年代末和八十年代，自动化技术被越来越多地应用到生产和分配领域，“自动化孤岛”被集成，在集成化系统中，整个系统的有机协作，使总体效益和生产的应变能力大大超过各部分独立效益的总和。 第五阶段是智能自动化仓储技术阶段，人工智能技术的发展推动了自动化向更高级的阶段智能自动化方向发展。现在，智能自动化仓储技术还处于初级发展阶段，到二十一世纪仓储技术的智能化将具有更广阔的前景。 1.1.2国外立体仓库的发展现状 目前，自动化立体仓库在发达国家已相当普遍，以自动化功能齐全的立体仓库取代传统的普通房式仓库己成为世界仓储建设发展的潮流。据不完全统计，美国拥有各种类型的自动化立体仓库20000多座，日本拥有38000多座，德国拥有10000多座，英国有4000多座，前苏联有1500多座。高度达40米以上的巨型立体仓库数量越来越多。发展至今，自动化仓库在设计、制造、自动化控制和计算机管理方面的技术也日趋成熟。 在总体设计方面，国外已有采用计算机辅助设计的(CAD)即根据约束条件来确定最佳的货架高度、巷道数量、货架尺寸和堆垛机数量以及出入库运行系统的参数，并用计算机模拟技术来考核仓库的功能。货架在国外已系列化、标准化，对货架的承载能力(包括抗震)进行了很多实验研究(包括破坏性实验)，货架计算采用计算机程序。堆垛机产品已经走入系列化，运行噪声低，备有各种安全保护装置，调速性能好。一般都具有完善的货物位置检测和货物尺寸检测。国外立体仓库普遍采用抗干扰能力强、工作可靠的可编程控制器来控制巷道堆垛机和出入库系统，并且用计算机进行货位管理和库存管理，仓库管理计算机与上级管理机联网并能与控制系统相接，实现在线控制。 现在国外各发达国家在自动化仓库技术中投入大量资金，在仓库自动化过程各个环节即输入、储运、输出上采用新技术。这些新技术集中有以下几种: 自动导向小车系统、磁性导轨装置、激光扫描仪、条形码识别、命令拣选系统、储运机器人、机械手、智能卡车。 1.1.3立体仓库在我国的发展 在我国，立体仓库的发展是从70年代初期开始的，是在消化吸收德国西马克—特兰斯普兰股份公司专有技术的基础上开发出来的。我国进人80年代以来，一些交通运输部门，物资储存部门以及现代大中型企业对老式仓库进行了技术改造，开始采用自动化立体仓库，据不完全统计，目前我国拥有立体仓库500余座，在15米以上的大型立体仓库100多座，其中全自动化的立体仓库有30多个。 1980年由北京机械工业自动化研究所等单位研制建成我国第一座自动化立体仓库，并在北京汽车制造厂投产。从此以后，立体仓库在我国得到了迅速的发展。1995年建成的仪征化纤工业联合公司涤纶长丝自动化立体仓库是日前由国内独立设计和制造的综合自动化程度最高的立体仓库高度。这些立体仓库广泛使用在机器制造业、电器制造业、航空港、轻工和化工企业、商储业、军需部门等各行各业。目前我国有能力承接立体仓库设计任务的单位已达数十家。 近些年我国自动化仓库技术发展很快，已实现了与其它信息决策系统的集成，并正在做智能控制和模糊控制的研究工作。尽管如此，至今在我国己建成的集成化仓储系统还不多，我国的自动化立体仓库与国外发达国家相比，无论是从数量上还是从建设水平上都有着比较大的差距。 (4)研究开发和创新能力还不强。 1.1.4 未来的发展趋势 a.自动化程度不断提高，近年来采用可编程控制器(PLC)和微机控制搬运设备的仓库和采用计算机管理与PLC联网控制的全自动化仓库在全部立体仓库中的比重不断增加。 b.大型自动化仓库系统己不再是发展方向。为了适应工业发展的新形势，出现了规模更小，反应速度更快，用途更广的自动化仓库系统。 c.在堆垛机方面，不断推出具有新的物理外形和更高性能的设备。最新的开发包括提高电子和控制技术，在使堆垛机具有更高定位精度的同时，提高搜索能力和运行速度，以期获得更短的操作周期和更大的生产能力。 d.应用领域日趋广泛，从制造工厂、商场、机场、港口、军需部门到地下室冷库等各行各业均有采用。仓库存储货物品种也日益多样化，除了大多数仍是制成品外，储存品种越来越多。 e.提高仓库运转的可靠性与安全性。在仓库自动控制与信息传输中采用高可靠性的硬、软件，增强抗干扰能力。国外自动化仓库这方面发展的一个方向是普遍采用扫描技术，使货物的存取和发送信息做到快速、实时、可靠和准确。 f.在拣选作业自动化方面，各国正加紧研究开发可供实用的拣选自动化设备和系统，但尚未真正达到能可靠实用阶段。 g.在一些生产企业，立体仓库己不仅仅简单地作为物料的储存的仓库，而且与生产企业的工艺流程紧密结合，成为生产物流的一个组成部分。如柔性加工系统(FIMS)中的自动化仓库就是一个典型例子。 h.随着计算机技术的不断发展，人工智能技术，特别专家系统在自动化仓库中的应用日益增多。 自动化立体库的基本组成: 自动化立体仓库基本由以下部分组成: 高层货架（>12 m）:用于存储货物的钢结构。目前主要有焊接式货架和组合式货架两种基本形式。 托盘（货箱）：用于承载货物的器具，亦称工位器具。 巷道堆垛机(10到25m之间):用于自动存取货物的设备。按结构形式分为单立柱和双立柱两种基本形式；按服务方式分为直道、弯道和转移台车上行走三种基本形式。 输送机系统:立体库的主要外围设备，负责将货物运送到堆垛机或从堆垛机将货物移走。输送机种类非常多，常见的有辊道输送机，链条输送机，升降台，分配车，提升机，皮带机等。 AGV系统:即自动导向小车。根据其导向方式分为感应式导向小车和激光导向小车。 自动控制系统:驱动自动化立体仓库系统各设备的自动控制系统。目前以采用现场总线方式为控制模式为主。 库存信息管理系统:亦称中央计算机管理系统。是全自动化立体仓库系统的核心。目前典型的自动化立体仓库系统均采用大型的数据库系统（如ORACLE，SYBASE等）构筑典型的客户机/服务器体系，可以与其他系统（如ERP系统等）联网或集成。 自动化仓库的构成 土建设施 机械设施 电气设施。 1.2自动化立体仓库的优越性 自动化立体仓库其优越性是多方面的: 提高仓库的管理水平 提高仓库的出入库频率 提高仓库单位面积的库存量 对于企业来说,可从以下几个方面得到体现： 提高空间利用率 便于形成先进的物流系统，提高企业生产管理水平 加快货物的存取节奏，减轻劳动强度，提高生产效率 减少库存资金积压 现代化企业的标志 1.3自动化仓库的分类 按建筑形式分为整体(>12m)和分离式(<10m)。 按货物存取形式分为单元货架式，移动货架式和拣选货架式。 按货架构造形式分为单元货架式，贯通式，水平循环式和垂直循环式仓库。 按所起的作用分为生产性仓库和流通性仓库。 按自动化仓库与生产联接的紧密程度分为独立型，半紧密型和紧密型仓库。 1.4自动化仓库的应用范围 自动化高架仓库应用范围很广，几乎遍布所有行业。自动化所先后参加了第二汽车制造厂立体库、上海虹桥机场国际货运立体库、天水长城开关厂FMS板材立体库、上海宝钢总厂备件立体库、国家863计划中CIMS实验工程立体库、济南第一机床厂中央立体库、株洲南方航空动力机械有限公司物流系统、仪征化纤股份公司涤纶长丝立体库、广东震德塑料机械厂有限公司零部件自动化立体库等四十余座自动化仓库的建设, 这些自动化仓库都达到了当时的国内最高水平, 有的达到了国际先进水平。 2.自动化仓库系统和功能分析 2.1系统分析 自动化仓库系统: 巷道堆垛机系统;输送机系统;信息识别系统;管理系统;出入库系统. 输送系统输送能力大，运距长，结构简单。输送和装卸的不同运动阶段之间互相转换的桥梁，正是输送把物的运动的各个阶段联成为连续的“流”，使物流的概念名副其实。 信息识别可以通过声，光磁，电子等多种介质存储。具体实行时，是在自动化输送设备的关键部位配制自动化识别装置。将每一处所获取的信息通过计算机网络系统传输，并进行统一的处理。以实现在整个自动化仓库对货物的信息跟踪。 管理系统主要功能是：出入库处理，库存管理等。 2.2功能分析 a存储和保管的功能 仓库具有一定的空间,用于容纳物品.现代仓库常常不仅是一个物品存储的场所,还 应有相应的设备,根据存储物品的特征来保管好存储的物品.例如,一些存储挥发性溶剂的仓库,必须有通风设备以防止空气中挥发性物质含量过多而引起爆炸;有些存储精密仪器的仓库,需要防潮、防尘、恒温,所以应设置空调,恒温控制设备;还要防止在搬运和堆放时碰坏、压坏物品.随着搬运机具和操作方法的不断改进,保护物品的措施和手段日趋完善,这样就真正起到了储存和保管作用. b调节供需功能 现代化大生产形式是多种多样的.从生产和消费的连续性来看,各种产品都有不同的特点.有些产品的生产是均衡的,还有一些产品生产是不均衡的,而消费是均衡不断进行的.要使生产和消费协调起来,这就需要仓库起到“蓄水池”的调节作用. c货物运输能力调节功能 各种运输工具的运输能力是不一样的.船舶的运输能力大,海运一般是万吨级的,江河船也有几百吨至几千吨,汽车的运输能力很小,一般每辆车装4到10吨.它们之间的运输衔接是不平衡的,这种运输能力也是通过仓库进行调节衔接的. 自动化仓库除了全部具备,而且更能充分实现上述功能.它明显的节省仓库用地面积和充分利用空间,容易实现现代化的控制和管理,较好地适合特殊场合的需要.由于自动化仓库的出现,已由保管型向流通型转变.自动化仓库提高了仓库存取作业自动化程度,物流系统更加方便和合理.扩大了存储系统的综合利用和作业范围,而增加了分拣、转运、陪送、包装、流通加工、信息处理等设施,能够全面为生产和商业流通服务. 总之,自动化仓库使原来的“静态仓库”变成了“动态仓库”。 3.自动化仓库总体设计方案确定 随着经济全球化步伐的加快，物流供应链中蕴藏的巨大潜力越来越引起人们的注意。而物流中心则是物流供应链中重要的枢纽之一。它是接受并处理下游用户的订货信息，对上游供应方的大批量货物进行集中储存、加工等作业，并向下游进行批量转运的设施和机构。而实现这些功能的直接执行机构包括：自动仓储设备（自动化立体仓库）,其它货架（平面托盘货架与流动货架等）,各种输送机（辊道输送机、链条输送机、皮带输送机、升降移载机、提升机等）,各种分拣设备无人台车（AGV、RGV、LGV）其它各种辅助设备.作为物流中心的重要组成部分，自动化立体仓库（Automatic Storage ＆ Retrieval System）直接影响到企业领导者制定的战略和计划、指挥和调整企业的行动。 3.1方案的拟定 A托盘货架，前移式叉车方案； B托盘货架，巷道式有轨堆垛机方案； C水平移动式货架，前移式叉车方案。 3.2方案分析 货架的设计是立体仓库设计的一项重要内容，它直接影响到立体仓库面积和空间的利用率。货架的形式有很多，而用在自动化立体仓库的货架一般有：横梁式货架、牛腿式货架、流动式货架等。设计时，可根据货物单元的外形尺寸、重量及其它相关因素来合理选取。 托盘货架是最常用的选取式货架，可以自由选取存放在货架任意位置的托盘货物。托盘货架的主要特点是：可以任意调整组合；架设施工简单费用经济。此类货架在仓库中得到广泛的使用，甚至连一些仓库超市也用这种货架，作为展示及存储用；存物形式为托盘。 水平移动式货架易控制，安全可靠。每排货架有一个电机驱动，由装置于货架下的滚轮沿铺设于地面上的轨道移动。其突出的优点是提高了空间的利用，一组货架只需一个通道，而固定式托盘货架的一个通道，只服务于通道内两侧的两排货架。所以在相同的空间里，移动式货架的存储能力比一般固定式货架高的多。移动式货架的特点是：节省场地面积，地面利用可达80%；可直接存取每一项货物，不受先进先出的限制；使用高度可达12m，单位面积的存储量比托盘货架可提升2倍左右；机电装置多、维护困难；建造成本高、施工速度慢。 叉车是一种用来装卸、搬运和堆码单元货物的车辆。它具有适用性强，机动灵活，效率高的优点。叉车的结构特点可分为平衡重式、前移式、插腿式、侧面叉车等。其中前移式叉车的门架可以前后移动的叉车。运行时门架后移，使货物重心位于前后轮之间，运行稳定，具有不需要平衡重，自重轻，降低直角通道宽和直角堆跺宽，适用于车间、仓库内工作。按操作可分为：站驾驶、座驾驶。这种叉车采用电池为动力，不会污染周围空气。由于在库内作业，地面条件好，故一般采用实心轮胎，车轮直径比较小。在取货或卸货时，货叉随着门架前移到前轮以外。但运行时，门架缩回到车体内，使叉车整体是平衡重。车体尺寸较小，转弯半径也小。在巷道内作业时，巷道宽道比平衡重式叉车小的多，从此可以提高仓库面积利用。 堆垛机是整个自动化立体仓库的核心设备，通过手动操作、半自动操作或全自动操作实现把货物从一处搬运到另一处。它由机架（上横梁、下横梁、立柱）、水平行走机构、提升机构、载货台、货叉及电气控制系统构成。 a.堆垛机形式的确定：堆垛机形式多种多样，包括单轨巷道式堆垛机、双轨巷道式堆垛机、转巷道式堆株机、单立柱型堆垛机、双立柱型堆垛机等等。 b.堆垛机速度的确定：根据仓库的流量要求，计算出堆垛机的水平速度、提升速度及货叉速度。 c.其它参数及配置：据仓库现场情况及用户的要求选定堆垛机的定位方式、通讯方式等。堆垛机的配置可高可低，视具体情况而定。 巷道式有轨堆垛机起重重量在2吨以下，有的达4到5吨，使用这种设备的仓库高达40多米、大多数在10米25米之间。它的主要用途是：在立体仓库的货架巷道间来回穿梭运行，位于巷道口的货物存入货格；或者相反取出货格内的货物运送到巷道口。 3.3方案确定 综上所述：方案B适合在车间等环境下工作，同时也符合本次仓库设计。同时也要满足以下几点： a、明确自动化立体仓库与上游、下游衔接的工艺过程; b、物流要求：上游进入仓库的最大入库员、向下游转运的最大出库量以及所要求的库容量； c、物料的规格参数：物料的品种数、物料包装形式、外包装尺寸、重量、保存方式及其它物料的其它特性； d、立体仓库的现场条件及环境要求； e、用户对仓库管理系统的功能要求； f、其它相关的资料及特殊要求。 3.3.1自动化立体仓库辅助系统的确定 根据物流图，合理选择输送机的类型，包括：辊道输送机、链条输送机、皮带输送机、升降移载机、提升机等。同时，还要根据仓库的瞬时流量合理确定输送系统的速度。 根据仓库的工艺流程及用户的一些特殊要求，可适当增加一些辅助设备，包括：手持终端、叉车、平衡吊等。 初步设计控制系统及仓库管理系统（WMS）的各功能模块 根据仓库的工艺流程及用户的要求，合理设计控制系统及仓库管理系统（WMS）。控制系统及仓库管理系统一般采用模块化设计，便于升级和维护。 在有条件的情况下，对整套系统进行仿真模拟，可以对立体仓库的贮运工作进行较为直观的描述，发现其中的一些问题和不足，并作出相应的更正，以优化整个AS/RS系统。 3.3.2自动化立体仓库的总体布局 自动化立体仓库包括：入库暂存区、检验区、码垛区、储存区、出库暂存区、托盘暂存区、不合格品暂存区及杂物区等。规划时，立体仓库内不一定要把上述的每一个区都规划进去，可根据用户的工艺特点及要求来合理划分各区域和增减区域。同时，还要合理考虑物料的流程，使物料的流动畅通无阻，这将直接影响到自动化立体仓库的能力和效率。 3.4方案所解决的问题 由于本次设计没有和相关的实际情况相联系，也没有相关的说明，结合个人能力和时间限制，依任务书的要求和分析上述资料中的一般的自动化立体仓库的设计方法和步骤，将自动化立体仓库的总体设计方案确定如下： （1）本次设计主要解决的问题有: 自动化仓库中的堆垛机的自动控制。 自动化立体仓库的构造尺寸及基本布局。 自动化立体仓库的运输线路的大体设计。 计算机管理系统的设计。 （2）解决的思路与方法如下: a综合考虑对堆垛机的自动控制要求拟采用PLC自动控制器配合相关的检测装置来控制其相关动作。 通过对堆垛机动作的分析理出相应的工艺路线，结合相关的要求统计输入输出点的个数再进行PLC的选型，结合堆垛机的工作方式设计合理的控制面板，对堆垛机的行走方向和升降方向准停位置的确定采用光电开关加奇偶校验来保证其精度，为了能使堆垛机能平稳的运行，对行走方向和升降方向的电机调速采用两台变频器来对相应的速度进行控制。结合整个控制过程对堆垛机动作的相应执行进行手动和自动、单周期和连续控制的PLC程序设计。 b对自动化立体仓库构造尺寸及基本布局的设计。 根据自动化立体仓库存放的货物的特性选用合适的存储容器，本次采用托盘式的存储容器，然后根据相关的设计经验来设计托盘。对于货架的结构和尺寸也采用相关的经验来设计，（参照现有的货架来设计）再对进行相应的受力分析来最终定型。 c自动化立体仓库的运输线路的大体设计。 根据对运输线路布局的设计，合理划分出入库的通道，采用滚筒输送机和链式传动的辊子输送机及换向装置（万向回转台）的组合来实现。 d计算机管理系统可采用条形码技术和数据库技术来实现。 用ACCESS软件来建立一个适合仓库管理的数据库，把即将入库和已经出库的物品通过条码技术来记录，实时的对相关的操作进行编辑。 结合上述的思路，将总体布局图表示如图3.1： 3.1 总体布局图 4.自动化仓库存储系统设计 4.1参数选择及确定 由于本次设计任务书中没有涉及到对自动化仓库中货物性质、种类等相关的要求，故本次设计依据参考资料中的一些常用的技术参数和标准来进行设计。 4.1.1存储物品特性确定 存储物品名称：A、B、C、D 存储物品种类：成品 存储物品性质：一般物品 存储物品包装：纸箱 存储物品所用容器：托盘 4.1.2托盘选型及设计 考虑到托盘的用途拟采用四口型的平托盘，取其为标准化规格。 其规格为： 其载重量定为： 托盘的构造简图如下： 图4.1 托盘的构造简图 对托盘有如下要求： 要求托盘的长度和宽度的制造误差为：两对角线误差 对其基本尺寸可以参考资料自动化立体仓库设计 对其插口高度定为：其托盘高度定为： 托盘的材料选用钢制托盘。 由于钢在时的密度为： 4.1.3存储单位尺寸确定 容器重量：（托盘）因托盘并不是实的，故在计算其质量的时候可以乘以一个系数来确定。 ，（这里取托盘的充实系数k为：0.36） 存储物的尺寸范围：最大： 最小： 每一库存平均单位重量： 4.1.4仓库规模确定 构造形式为：分离式 性质：生产性仓库 初步拟定货架的规模为： 4.2立体仓库构造尺寸确定 对存储单元的货态尺寸进行分析后，可以仿照型立体仓库货架的构型来进行设计.(按存储物的尺寸的最大值来进行设计) 4.2.1货架层尺寸确定及计算 货架层根据所处的位置的不同，其可以分为：底层、标准层、横梁层和顶层。根据货物的最大高度（含托盘）查资料自动化立体仓库设计中表货物高度和货架层的关系可以知道货架的总高度为： 查资料自动化立体仓库设计表：型单元货物与层之间的关系可以知道其各层尺寸分别为： 最下层： 1层： 2层： 3层: 4层: 5层: 6层: 7层: 8层: 9层： 10层： 11层: 12层: 其中顶层高度为：，横梁层高度为：，标准层高度为：， 底层高度为：。 现将货架层高度尺寸的布局表示如下： 图4.2 货架层高度尺寸的布局图 货架宽度的确定： 图4.3 货架宽度示意图 据最大货物的宽度来计算其相关的尺寸如下： 堆垛机的过道宽： 货架面板宽： 货架的宽度: 货架总宽(包括加强肋): 货架跨度的计算: 图4.4 货架跨度示意图 根据图示尺寸的标注，和参考资料自动化立体仓库设计表货架跨度的计算表可以计算出相关的尺寸：由于货架的总高为：故： 立柱的厚度： 货架和货物之间的间隙： 货架跨度： 货架的总长的确定： 货架各部分尺寸表示如下图： 图4.5 货架各部分尺寸示意图 货架的总长： 其中为货架的列数： 货架的上轨道长度： 查参考资料自动化立体仓库设计表货架各部分尺寸表可以查出： 货架下轨道长度：查参考资料自动化立体仓库设计表货架各部分尺寸表可得到： 自动化立体仓库货架与建筑物的距离的确定：（见图4.6） 图4.6 仓库货架与建筑物的距离示意图 图4.7仓库货架与建筑物的距离示意图 高层货架拟定采用矩形管材、焊接方式、立体结构、组合型整体钢质货架，库区货架布置4个巷道、8排、20列、12层总计1920个货位，库内有机械设备：矩形钢管焊接牛腿货架一套、堆垛机四台、库前输送小车2台及钢质托盘1920个。库中机械设备控制系统全部采用先进的可编程序控制器控制和涡流制动调速器变速运行。 4.3仓库货架力学分析 4.3.1单元钢质货架柱平面外稳定性计算 ①．一个货物对地的重力： 取： ②．货架立柱截面积、牛腿截面相关数据的计算：（如图4.8） 立柱的截面积：（H=100；B=80；h=94；b=74；t=3；） 立柱的截面惯性矩及： （4.1） ③．立柱的截面回转半径： （4.2） ④．立柱截面抵抗矩： （4.3） 牛腿截面相关参数计算：（见图4.9） 牛腿截面积：（H=60；B=30；h=54；b=24；t=3；） 牛腿截面惯性矩： （4.4） 牛腿截面抵抗矩： 综上可以将管材的截面相关计算列入下表： 表4.1 相关计算列表 名称 截面尺寸 截面积 惯性矩 抵抗矩 回转半径 t H h B b 立柱 3 100 94 80 74 1044 1544732 30894.64 38.47(32.35) 牛腿 3 60 54 30 24 504 225072 7502.4 无 牛腿截面应力分析 （参见图4.9） 计算牛腿截面力矩 从图2中可以看出，作用于牛腿上的力为:；，此时，对柱轴的距离为200，故： 牛腿截面应力：（材质为：，其屈服强度为： （4.5） 图4.8 立柱截面示意图 图4.9 牛腿示意图 货架柱截面受力分析： 货架立柱全高17.03m,下段根部和地面±0.00处的予埋铁板直焊固定.因此，平面货架立柱装配后整体稳定牢固，其设置5道水平拉杆，按受力分析，柱片的下段柱截面受力最大，故作为货架柱验算截面标准段。 (1) 货架下段立柱计算（参见图4.10（a）） 图3.11（a）为货架下段在荷载1～12层不对称条件下计算草图，轴力荷载；柱身有1～3 层因牛腿引起的力矩(参见图4.9） 图4.11（b）为货架下段在载荷1～12层对称条件下计算草图，轴力荷载，此时 （图4.11（b））下段细长比 （查材料力学资料） （4.6） (2) 柱截面在（图4.11（a））条件下，轴方向应力：（参见图4.8） 将相关的值（见表4.1）代入公式如下: （4.7） 其中当时，截面轴心受压稳定系数； 图4.10 受力示意图（a.b） 图4.11 受力示意图(a.b) 柱截面在（图4.11(b)）条件下，轴方向应力： （4.8） 综上，货架立柱截面分别在( 图4.11(a)(b))条件下应力为：72.26和49.31其均小于故安全。 5.堆跺机控制部分设计 5.1工艺过程分析 5.1.1工艺过程 堆垛机的动作根据不同的工作方式而略有不同，其大体上可以分为三种工作方式：入库、出库、倒库。各种动作的执行必须搭配好各种检测装置。 入库：原点→在相应的位置取货物→列向移动→纵向移动→横向移动→货叉的微降→横向反方向移动到横向原点→纵向反方向移动到下限→列向反方向移动到原点 出库：原点→列向移动→纵向移动→横向移动→货叉的微抬→横向反方向移动到横向原点→纵向反方向移动到下限→列向反方向移动到原点→在相应的位置放货物 倒库：原点→列向移动到取货的位置→纵向移动到取货的位置→横向移动到取货的位置→横向微抬→横向反方向移动到横向原点→纵向反方向移动到下限→列向移动到新的放货位置→纵向移动到新的位置→横向移动到新的位置→货叉的微降→横向反方向移动到横向原点→纵向反方向移动到下限→列向反方向移动到原点 而其中的各种检测元件可以视为一开关量，其在堆跺机（堆 跺机示意如图5.1）上的布局及数量可以初步设计如下： 图5.1 堆跺机的示意图 a.在轨道的列向、纵向、横向分别设置限位开关，共计6个。 在堆跺机的动作方向上设置的传感器有： b.减速传感器：使堆跺机的动作平稳、防止冲击、振动，一般成对使用。 c.位置传感器：检测堆跺机的运行位置。 d.紧急停止传感器：进入紧急停止状态时，切断动力电源使机械停止运转。 e.超限传感器：货物尺寸是否超出货台的尺寸。 f.货态检测传感器：检测货物尺寸是否在规格之内。（是否超出、倾斜等） g.货台传感器：货台上是否有货。 h.货架上有无货物传感器。（其装在货叉上） 各种传感器在堆跺机上的位置布局大体如下： 货台俯视图： 图5.1传感器布置图 货台侧视图： 图5.2 传感器布置图 堆垛机侧视图： 图5.3 传感器布置图 控制要求： 为了满足要求，堆跺机的控制应设置如下几种工作方式： a.手动工作方式：对其每一步有单独的控制。 b.单周期工作方式：对其设定出、入库等操作后，使其完成一个周期的动作返回原点。 c.连续工作方式：对其设定相关的操作后，能使其连续的工作。 停车方式也有两种： a.正常停车：执行完相关的操作后，使其返回原点，自动停机。 b.紧急停车：在发生故障以后或在紧急的状态下停车，排除故障后手动回到原点 5.1.2.PLC选型 输入信号： a.轨道的列向、纵向、横向的限位开关共需要6个端子。 b.位置传感器信号需要7个输入端子。 c.减速传感器信号需要1个输入端子。 d.紧急停止传感器信号需要1个输入端子。 e.检测货架上的有无货物需要（左、右）2个输入端子。 f.检测货台上有无货物需要1个输入端子。 g.超限传感器需要4个输入端子。 h.货态检测传感器需要3个输入端子。 i.工作方式的选择开关：手动、单周期、连续种工作方式共需要3个输入端子。 j.手动操作有动作：前、后、左、右、上、下货架左右8个输入端子。 k.自动工作方式需要启动、正常停车、紧急停车三个按纽也需要3个输入端子。 l.为了设定相应的出库、入库地址添加一地址设定及其显示控制，需要输入点12个。 m.增加方式选择输入点3个。 n.增加行走方向和上升方向的两个旋转编码器的触点2个。 o.增加手动速度控制方式点3个。 输出信号： a.PLC的输出用于控制堆跺机的上升、下降、前移、后移、左移、右移的电机线圈，需要个1原点指示灯和报警灯合计需要输出信号5个。 b.增加3个电机的转向输出点。（电机1、2、3的反转） c.增加运行电机中、低速、起升电机低速输出点3个。 为了使故障能够快速有效的解决，添加显示装置，其中故障类型可以作如下处理： 1．入库货格占位。 2．出库货格无货。 3．载货台货物不正或倒塌。 4．地址行走超限。 5．认址出现故障报警。 初步计算其输入点数共有57个，输出点数共有39个。 根据所需要的总点数并需要有一定的备用量，结合经济性和实际性，可以初步选用，其输入和输出各64点，继电器输出类型。 图5.4 控制面板示意图 5.2 PLC控制系统程序设计 5.2.1接线图 根据所选的PLC型号及其输入/输出端子的分配可画出其输入、输出端子分配的接线图，如下图所示： 图5.5 输入输出分配示意图 5.2.2总体结构框图 为了方便编程，将手动和自动程序分别编出相对独立的程序段来用条件跳转指令来进行选择，整个控制系统的程序结构框图如下图所示： 图5.6 整个控制系统的程序结构框图 5.2.3手动程序设计 手动程序的设计可以按照普通继电器程序来设计。 默认情况下，电机的正、反转均指高速运行。 下图即为堆跺机控制系统的手动程序： 图5.7 堆跺机控制系统的手动程序梯形图 5.2.4显示及其设定显示程序设计 在这里要说明： 因为货架规模的限制，列显示数码管1只显示1、2、3，而层数码管也只显示1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12；报警的数码管只显示1、2、3、4、5；这样可以做到和实际联系起来，减少不必要的麻烦。（以下只对其中列显示数码管2的输入及显示进行程序的设计，其它数码管的程序和其基本相同，在这里就不再列举了。） 图5.8 数码管示意图 在下表中，其中“+”表示通电，空白表示未通电。 表5.1 真值表 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 (a)Y5 + + + + + + + + (b)Y6 + + + + + + + (c)Y7 + + + + + + + + (d)Y8 + + + + + + + (e)Y9 + + + + + (f)Y10 + + + + + + + (g)Y11 + + + + + + + M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8 M9 M10 根据按键的要求，当同时按下两个键是数码管只是显示先按下的键，故此梯形图中需要加相关的自锁和互锁装置来实现要求，综合考虑后可以编写出如下的梯形图 输入按键的梯形图： 图5.9输入按键的梯形图 数码显示梯形图： 图5.10数码显示梯形图 5.2.5自动程序编写 由于自动程序可以分为3个部分：出库、入库、倒库，故对其进行分别编写 对入库、出库、倒库的操作过程中，其必须加上报警子程序。 入库程序如下图所示： 其SFC图： 图5.11 入库SFC图 入库程序的梯形图及程序如下： 图5.12入库程序的梯形图 相关程序： 第 35 页 共68 页 陕西理工学院毕业设计论文 1.LD X14 2.AND X12 3.OUT Y3 4.SET S0 5.STL S0 6.LD X0 7.AND X17 8.SET S20 9.STL S20 10.OUT Y0 11.LD X57 12.AND X23 13.AND X25 14.AND X19 15.SET S21 16.STL S21 17.OUT Y1 18.LD X58 19.AND X26 20.AND X52 21.AND X9 22.AND X21 23.SET S22 24.LD X58 25.AND X26 26.AND X52 27.AND X10 28.AND X22 29.SET S23 30.STL S22 31.OUT Y3 32.LD X15 33.AND X22 34.SET S24 35.STL S24 36.OUT Y42 37.LD X53 38.SET S26 39.STL S23 40.OUT Y42 41.LD X16 42.AND X21 43.SET S25 44.STL S25 45.OUT Y3 46.LD X53 47.SET S26 48.STL S26 49.OUT Y2 50.LD X14 51.AND X18 52.SET S27 53.STL S27 54.ANI X12 55.OUT Y40 56.LD X12 57.AND M0 58.SET S20 59.LD X12 60.ANI M0 61.SET S0 62.RET 63.LD X2 64.ZRST(FNC40) 65. S0 66． S27 第 41 页 共 68 页 出库程序：经过分析，在出库和入库的时候其程序基本相同。（只是入库的时候堆垛机先从货台上取货物，而出库的时候却是直接进入仓库，并不先取货，在出库的时候比入库多了一把相应的货物放到货台上，故在这里略去出库程序的编写，其基本和出库相似。） 倒库程序如下图所示： 其SFC图： 图5.13 倒库SFC图 倒库程序的梯形图及程序如下： 图5.14 倒库程序的梯形图 相关程序： 1.LD X14 2.AND X12 3.OUT Y3 4.SET S0 5.STL S0 6.LD X0 7.AND X17 8.SET S20 9.STL S20 10.OUT Y0 11.LD X57 12.AND X23 13.AND X25 14.AND X19 15.SET S21 16.STL S21 17.OUT Y1 18.LD X58 19.AND X26 20.AND X52 21.AND X9 22.AND X21 23.SET S22 24.LD X58 25.AND X26 26.AND X52 27.AND X10 28.AND X22 29.SET S23 30.STL S22 31.OUT Y3 32.LD X15 33.AND X22 34.SET S24 35.STL S24 36.OUT Y42 37.LD X53 38.SET S26 39.STL S23 40.OUT Y42 41.LD X16 42.AND X21 43.SET S25 44.STL S25 45.OUT Y3 46.LD X53 47.SET S26 48.STL S26 49.OUT Y2 50.LD X14 51.AND X17 52.SET S20 53.LD X14 54.AND X18 55.SET S27 56.STL S20 57.OUT Y0 58.LD X57 59.AND X23 60.AND X25 61.AND X19 62.SET S21 63.STL S27 64.OUT Y40 65.LD X57 66.AND X23 67.AND X25 68.AND X19 69.SET S21 70.STL S21 71.OUT Y1 72.LD X58 73.AND X26 74.AND X52 75.AND X9 76.AND X21 77.SET S22 78.LD X58 79.AND X26 80.AND X52 81.AND X10 82.AND X22 83.SET S23 84.STL S22 85.OUT Y3 86.LD X15 87.AND X22 88.SET S24 89.STL S24 90.OUT Y42 91.LD X53 92.SET S26 93.STL S23 94.OUT Y42 95.LD X16 96.AND X21 97.SET S25 98.STL S25 99.OUT Y3 100.LD X53 101.SET S26 102.STL S26 103.OUT Y2 104.LD X14 105.AND X18 106.SET S27 107.STL S27 108.ANI X12 109.OUT Y40 110.LD X12 111.AND M0 112.SET S20 113.LD X12 114.ANI M0 115.SET S0 116.RET 117.LD X2 118.ZRST(FNC40) 119. S0 120. S27 陕西理工学院毕业设计论文 5.3相关选型 考虑到自动化立体仓库的位置精度的要求拟采用增量式旋转编码器。综合考虑相关的要求采用E6B2—CWZ6C（500P/R）旋转编码器。其基本特征有：直线输出含附属的耦合器，容许的最大旋转数为6000r/min（查相关的