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智能仓库
智能仓库简称高架仓库,一般是指采用几层、十几层乃至几十层的货架来储存单元货品,并用相似的搬运设备进行货品入、出库作业的仓库。由于此类仓库能充足运用空间储存货品,故常形象地将其称为“智能仓库”。根据国际自动化仓库会议的定义,所谓智能仓库就是采用高层货架寄存货品,以巷道堆垛起重机为主,结合入库出库周边设备来进行作业的一种仓库。它把计算机与信息管理和设备控制集成起来,按照控制指令自动完毕货品的存取作业,并对库存货品进行管理。显而易见它是物流系统的核心之一,并在自动化生产系统中占据了非常重要的地位。20世纪80年代到90年代,智能仓库产品的设计与制造有了很大的发展,全国有几十家科研单位和生产单位在进行智能仓库的开发、设计、制造。近年来,仓储物流行业的学术组织定期在国内交流学术经验,针对目前国内智能仓库的设计制造水平,参照国外原则制定了一系列行业原则、规范,使智能仓库的设计制造进入了规范化发展阶段 不同的智能仓库,高度、货架形式、通道宽度都和现代化仓库是不同的,仓库内设备的配备应与仓库的类型相适应。
智能仓库的长处 智能仓库的优越性是多方面的,重要在如下几种方面。
提高空间运用率
初期智能仓库设想的基本出发点是提高空间运用率,充足节省有限且昂贵的场地,在西方有些发达国家提高空间运用率的观点已有更广泛、深刻的含义,节省土地已与节省能源、保护环境等更多方面联系起来。有些甚至把空间运用率作为考核仓库系统合理性和先进性的重要指标。仓库空间运用率与其规划紧密相连,一般来说,智能仓库的空间运用率为一般仓库的2~5倍。
先进的物流系统提高公司生产管理水平
老式的仓库只是货品的储存场合,保存货品是其唯一的功能,属于静态储存。智能仓库采用先进的自动化物料搬运设备,不仅能使货品在仓库内按需要自动存取,并且还可以与仓库以外的生产环节进行有机地连接,并通过计算机管理系统和自动化物料搬运设备使仓库成为公司物流中的重要环节。公司外购件和自制件进入智能仓库短时储存是整个生产的一种环节,是为了在指定的时间自动输出到下一道工序进行生产,从而形成自动化的物流系统环节,属于动态储存,是当今智能仓库发展的明显技术趋势。以上所述的物流系统又是整个公司生产管理系统(从订货、设计和规划、筹划编制和生产安排、制造、装配、实验以及发运等)的一种子系统,建立物流系统与公司生产管理系统间的实时连接是目前智能仓库发展的另一种明显技术趋势。
加快货品存取,减轻劳动强度,提高生产效率
建立以智能仓库为中心的物流系统,其优越性还表目前智能仓库具有迅速的入出库能力,妥善地将货品存入智能仓库,及时自动地将生产所需零部件和原材料送达生产线。同步,智能仓库系统减轻了工人综合劳动强度。
减少库存资金积压
通过对某些大型公司的调查,我们理解到由于历史因素导致管理手段落后,物资管理零散,使生产管理和生产环节的紧密联系难以到位。为了达到预期的生产能力和满足生产规定,就必须准备充足的原材料和零部件,这样,库存积压就成为较大的问题。如何减少库存资金积压和充足满足生产需要,已经成为大型公司面对的大问题。智能仓库系统是解决这一问题的最有效手段之一。
现代化公司的标志
现代化公司采用的是集约化大规模生产模式,这就规定生产过程中各环节紧密相连,成为一种有机整体,规定生产管理科学实用,做到决策科学化。建立智能仓库系统是其有力的措施之一。由于采用计算机管理和网络技术使公司领导宏观迅速地掌握多种物资信息,且使工程技术人员、生产管理人员和生产技术人员及时理解库存信息,以便合理安排生产工艺,提高生产效率。国际互联网和公司内部网络更为公司获得与外界在线连接,突破信息瓶颈,开阔视野及外引内联提供了广阔的空间和坚实强大的技术支持。
以上所述的物流系统又是整个公司生产管理大系统(从订货、必要的设计和规划、筹划编制和生产安排、制造、装配、实验、发运等)的一种子系统,建立物流系统与公司大系统间的实时连接,是目前自动化高架仓库发展的另一种明显的技术趋势。 现代化公司对管理提出了更高的规定,“管理出效益”的思维方式已成为大多数的现代公司管理者的共识。
1按照智能仓库的高度分类
低层智能仓库。低层智能仓库高度在5米如下,重要是在本来老仓库的基本上进行改建的,是提高原有仓库技术水平的手段。
中层智能仓库。中层智能仓库的高度在5~15米之间,由于中层智能仓库对建筑以及仓储机械设备的规定不高,造价合理,是目前应用最多的一种仓库。
高层智能仓库。高层智能仓库的高度在15米以上,由于对建筑以及仓储机械设备的规定太高,安装难度大,应用较少。
(1)货格式智能仓库。货格式智能仓库是应用较普遍的智能仓库,它的特点是每一层货架都由同一尺寸的货格构成,货格开口面向货架之间的通道,堆垛机械在货架之间的通道内行驶,以完毕货品的存取。
(2)贯穿式智能仓库。它又称为流动式货架仓库,这种仓库的货架之间没有间隔,不设通道,货架组合成一种整体。货架纵向贯穿,贯穿的通道具有一定的坡度,在每一层货架底部安装滑道、锟道等装置,使货品在自重的作用下,沿着滑道或锟道从高处向低处运动。
(3)自动化柜式智能仓库。自动化柜式智能仓库是小型的可以移动的封闭智能仓库,有柜外壳、控制装置、操作盘、储物箱和传动装置构成,重要特点是封闭性强、小型化和智能化、有很强的保密性。
(4)条形货架智能仓库。是专门用于寄存条形和筒形货品的智能仓库。
第二章系统控制方案的拟定
智能仓库系统设计与调试的重要环节,如图1所示:
在进一步理解和分析智能仓库控制系统的设计过程中重要考虑到如下几点:
进一步理解和分析智能仓库的工艺条件和控制规定。
2、拟定I/O设备,根据智能仓库控制系统的功能规定拟定系统所需要的顾客输入、输出设备。
3、根据I/O口的点数选择合适的PLC类型。
4、分派I/O点以及PLC的输入输出点,编制输入输出分派表及输入输出端子的接线图。
5、设计智能仓库控制系统的梯形图程序,根据工作规定设计出完整的梯形图程序,这是整个智能仓库系统设计的核心工作。
6、将程序输入PLC进行软件测试,查找错误,是系统程序更加完善。
7、智能仓库整体调试,在PLC软硬件设施和现场施工完毕后,就可以进行整个系统的练级调试,调试中发现的问题可以逐个排除,直到调试成功。
智能仓库的系统控制方案
该智能仓库有九个仓库位、有物品出入口与输出口位,个仓位能自检,其构造示意图如图2所示:
图2智能仓库系统构造
本课题设计的智能仓库具有一下的功能:
堆垛机要有三个自由度,即迈进、后退;上、下;左、右;
2、堆垛机的运动由步进电机驱动;
3、堆垛机迈进(后退)运动和上(下)运动可以同步进行;
4、堆垛机迈进、后退和上、下运动时必须有超限位保护;
5、每个仓位必须有检测装置(微动开关),当操作有误时会发出错误报警信号;
6、当按完仓位号后,没按入或取前,可以按取消键进行取消该操作;
7、整个电气控制系统必须设立急停按钮,以避免发生意外状况。
智能仓库的具体参数如表1所示:
第三章 硬件设计
本设计是运用PLC控制系统来控制智能仓库的运动的方式。能迅速的对输入信号做出反映控制智能仓库,便于检修。
PLC概述
PLC是由摸仿原继电器控制原理发展起来的。它以存储执行逻辑运算、顺序控制、定期、计数和运算等操作的指令;并通过数字输入和输出操作,来控制各类机械或生产过程。顾客编制的控制程序体现了生产过程的工艺规定,并事先存入PLC的顾客程序存储器中。不同型号的PLC,循环扫描周期在1微秒到几十微秒之间。PLC用梯形图编程,在解算逻辑方面,体现出迅速的长处,在微秒量级,解算1K逻辑程序不到1毫秒。它把所有的输入都当成开关量来解决,16位(也有32位的)为一种模拟量。大型PLC使用此外一种CPU来完毕模拟量的运算。把计算成果送给PLC的控制器。 通用PLC应用于专用设备时可以觉得它就是一种嵌入式控制器,但PLC相对一般嵌入式控制器而方具有更高的可靠性和更好的稳定性。实际工作中遇到的某些顾客本来采用嵌入式控制器,目前正逐渐用通用PLC或定制PLC取代嵌入式控制器。
PLC的特点
(1)可靠性高,合用于工业现场环境因素:PLC在软件和硬件上采用了提高可靠性的某些措施:硬件措施:屏蔽、滤波、电源调节与保护、联锁、模块化构造、环境检测与诊断电路;软件措施:自诊断程序、故障检测、信息保护与恢复
(2)编程简朴,使用以便
(3)控制程序可变,具有较好的柔性
(4)直接带负载能力强
(5)接口简朴、维护以便
(6)功能完善、便于实现机电一体化
(7)通信、网络技术趋于原则化,便于实现计算机网络控制
在PLC系统设计时,一方面应拟定控制方案,下一步工作就是PLC工程设计选型。工艺流程的特点和应用的规定是设计选型的重要根据。因此,工程设计选型和估算时,应分析工艺过程的特点、控制规定,明确控制任务和范畴拟定所需要的操作和动作,然后根据控制规定,估算输入输出点数、所需存储器容量、拟定PLC的功能、外部设备的特性等,最后选择有较高性价比的PLC和设计相应的控制系统。
输入输出I/O点数的估算 I/O点数估算适应考虑合适的余量,一般根据记录的输入输出点数,在增长10%~20%的扩展。最后换需要根据制造厂商PLC的产品特点,对输入输出点数进行圆整。根据估算该智能仓库的I/O口的点数为输入40点,输出***。
2、存储器容量的估算 存储器容量是PLC自身能提供的硬件存储单元大小,程序容量是存储器中顾客应用项目使用的存储单元的大小,因此程序容量不不小于存储容量。设计阶段,由于顾客应用程序尚未编制,因此程序容量在设计阶段还是未知的,须在程序调试之后才懂得。为了设计选型时能对程序容量有一定的估算,一般采用存储器容量的估算来替代。存储器的估算没有固定的公式,许多文献资料上给出了不同的公式,大体上都是按数字量I/O点数的10~15倍,加上模拟I/O点数的100倍,以此数为内存的总字数(16位一种字),此外再按此数的25%考虑余量。因此该课题的PLC内存容量选择应为能存储5000条梯形图,这样才干在后来的改造过程中有足够的空间。
3、控制功能的选择该选择涉及运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和解决速度等特性的选择。根据该课题设计的需要,重要简介如下几种功能的选择:
(1)控制功能
PLC重要用于顺序逻辑控制,因此,大多数场合常采用单回路或多回路控制器解决模拟量的控制,有时也采用专用的智能输入输出单元完毕所需要的控制功能,提高PLC的解决速度和节省存储器容量。
编程功能
离线编程方式:PLC和编程器共用一种CPU,编程器在编程模式时,CPU只为编程器提供服务,不对现场设备进行控制。完毕编成后编程器切换到运营模式,CPU对现场设备进行控制,不能进行编程。离线编程方式可以减少系统的成本,但使用和调试不以便。在线编程方式:CPU和编程器有各自的CPU,主机CPU负责现场控制,并在一种扫描周期内与编程器进行数据互换,编程器把在线编制的程序或数据发送到主机上,下一扫描周期主机就根据新收到的程序运营。这种方式成本较高,但系统调试和操作以便,在大中型PLC中常采用。
诊断功能 PLC的诊断功能涉及硬件和软件的诊断。硬件诊断通过硬件的逻辑判断拟定硬件的故障位置,软件诊断分为内诊断和外诊断。通过软件对PLC内部的性能和功能进行诊断是内诊断,通过软件对PLC的CPU与外部输入输出等部件信息互换功能进行诊断是外诊断。
PLC的诊断功能的强弱,直接影响对操作和维护人员的技术能力的规定,并影响平均维修时间。
4、PLC机型的选择
(1)PLC的类型FX2系列可编程控制器主机分为16、24、32、64、80/128点六档,尚有多种输入和输出扩展单元,这样在增长I/O点数时不必变化机型,可以通过扩展模块实现,减少了经济投入。该智能仓库的控制系统有输入信号40个,输出信号21个。其中,外部输入元件涉及:检测元件、按钮、取、送、急停、限位开关、超限位保护等等;输出有三个步进电机的正反向、动作批示、错误显示等等。按照上述配备,所选I/O点应不得低于61点,结合实际状况,所选I/O点为80点。
(2)经济性考虑 选择PLC时,应考虑性价比。考虑经济性的同步应考虑其可扩展性、可操作性、投入产出比等因素,来进行比较和兼顾,最后选出比较满意的产品。 输入输出点书对价格有直接的影响。当点数增长到某一数值后,相应的存储器容量相应增长,因此点数的增长对CPU选用、存储器容量、控制功能范畴等选择均有影响。在估算和选用时应充足考虑,以便使整个控制系统有较合理的性价比。该智能仓库属于小型控制系统,结合经济性的考虑选择整体型PLC
PLC输入输出I/O的分派
根据该智能仓库PLC输入输出的控制规定,可以得出PLC输入输出I/O的分派,如表2所示: