论文总字数：14341字

摘 要

本设计来源于仓储业实践中，自动化立体仓库发展迅速，在仓储业中应用非常广泛，升降横移式自动化立体仓库有着很广阔的前景。本设计主要利用MCGS组态软件来模拟和实现自动化立体仓库的工作原理以及工作流程。本设计主要包括自动化立体仓库原理介绍、软件仿真两部分，以组态软件仿真为核心。利用组态软件来模拟升降横移式自动化立体仓库的运动原理，使读者能直观的理解自动化立体仓库的工作原理以及工作流程。随着立体仓库的不断发展和广泛应用，升降横移式自动化立体仓库一定会有更为广阔的发展空间和应用前景。

关键词：自动化立体仓库， 组态软件，PLC

Abstract: With the development of storage industry, many problems has rised : the storage space is too much, the space utilization is not high and inconvenient to storage and load the commodity. so after that people invented the three-dimensional warehouse and it gradually evolved into the auto three-dimensional warehouse.

This design comes from the practice of warehousing, the auto three-dimensional warehouse is developing rapidly and widely used in the storage industry,lifting and transferring auto three-dimensional warehouse has a very bright future. This design mainly uses MCGS configuration software to simulate and automate warehouse works and workflow. This design mainly include the introduction of anto three-dimensional warehouse"s theory and software simulation, the configuration software emulation is its core. Using theory of configuration software to simulate the lifting and transferring the movement , so that the reader can intuitively understand the working principle of automated storage and workflow. With the continuous development of warehouse and wide application of lifting and transferring the auto three-dimensional warehouse, there will be a broader space for development and application.

Key words：Automated Storage Warehouse; Configuration Software; PLC Interface

目 录

1.绪论 4

1.1本课题的目的和意义 4

1.2自动化立体仓库的历史和国内外现状 4

1.3自动化立体仓库的优越性 5

1.4论文的主要内容 5

2.自动化立体仓库的系统概述 5

2.1自动化立体仓库的主要硬件组成 5

2.2自动化立体仓库的具体工作原理 7

2.3自动化立体仓库的主要控制方式 8

3.MCGS5.5组态软件系统概述 8

3.1组态软件的主要特点 8

3.2 组态软件的产生背景 9

3.3组态软件的主要功能 9

3.4组态软件的应用 9

4.用组态软件模拟升降横移式自动化立体仓库 10

4.1组态软件中的主要组成部分 10

4.2组态软件中监控自动化立体仓库 13

4.2.1组态软件的框架搭建 13

4.2.2组态软件的编程 15

4.2.3组态软件的运动说明 15

5.上位机与PLC的连接 16

5.1设备连接 16

5.2 数据库设计 19

5.3系统运行 20

结 论 21

参考文献 22

附录 23

致 谢 25

1.绪论

本毕业设计来源于物流的管理实践，自动化立体仓库在具体物流管理上应用十分广泛，升降横移式自动化立体仓库具有非常好的应用前景。

1.1本课题的目的和意义

自动化立体仓库也称高层货架仓库、自动存取系统(Automated Storage and Retrieval System，AS／RS)，一般指采用几层、十几层甚至几十层高的货架，在不直接进行人工处理的情况下，通过系统自动调度自动化物料搬运设备进行货物出、入库作业的多层仓库存储系统。

其特点主要体现在如下几个方面：

(1)占地面积小。与平面库、楼板库相比，同样存货量，比平面库占地小 4．5倍，比楼板库小2倍左右。

(2)作业效率比较高。因为自动作业、计算机管理，可以更方便地进行货位和帐 目的科学管理，改进库存结构，避免盲目压货行为。 (3)功能强大。存放的数量大、品种多，存取快速方便简单。

(4)省力。可以减少作业人员数量，而且可以降低劳动力强度，减少劳动时间。

(5)节能。库内作业的机械基本上全是电力驱动的，节省油料。库内分拣作业等不需要大量的照明设备，省电。

(6)提高作业的质量和水平。作业自动化，提高可靠性。仓库便于监控便容易自动调节湿度，有利于防盗、防火、防腐等，而且改善劳动环境。

随着仓储水平的提高，自动化立体仓库在仓储业中应用会越来越广泛。随着自动化立体仓库的出现，人们对仓储空间的利用率会逐渐提高，改变了传统的仓储模式。本次设计是用组态软件来具体模拟一个小型自动化立体仓库，以体现自动化立体仓库的便捷性及控制性。

1.2自动化立体仓库的历史和国内外现状

立体仓库产生跟发展是二战之后生产和技术发展的结果。20世纪中期美国就已经出现了采用桥式堆垛起重机的立体仓库的实际成果；二十世纪五十年代末到二十世纪六十年代初期，出现了人工操作的巷道式堆垛起重机自动化立体仓库；20世纪60年代美国领先在高架仓库中采用了计算机控制技术，建立了第一座由计算机控制的立体仓库。在这之后，自动化立体仓库在美国及欧洲得到飞速发展，而且形成了专业的科学系统。二十世纪六十年代中期，日本也开始大量建设立体仓库系统，而且发展速度迅速，迅速成为如今世界拥有自动化立体仓库数量最多的国家之一。根据资料统计，日本目前已建成的自动化立体仓库物流系统已超过8000座，数量巨大。.

我国自动化立体仓库的建立起步相对较晚，知道二十世纪六十年代初期开始研制成第一台桥式堆垛起重机，1二十世纪七十年代初期开始研制了我国第一座由计算机控制的自动化立体仓库（高15m，机械部起重所负责，该库1980年投入运行使用。随着社会生产水平的迅速提高，成产规模的相对扩大，现如今我国的自动化立体仓库也犹如雨后春笋般在各个企业建立起来。2007年，我国自动化立体仓库建设数量与2006年基本持平。据不完全统计，全国共建成自动化立体仓库50余座，总产值在7亿人民币左右。用户主要集中在医药配送、制造业、食品、医药生产、烟草生产及烟草配送、服装加工等行业领域。^[1]

1.3自动化立体仓库的优越性

随着生活水平的迅速提高以及生产力的提高，现代物流业逐渐显现出快速增长的发展趋势，传统的仓储模式现如今已经不能满足巨大的货物存量，所以立体仓库就迅速显示出它的功效。横移式自动化立体仓库是现代物流发展的重要组成部分，它可以充分的利用原有的仓储空间；它具有消除差错、节约用地、减轻劳动强度、提高仓储自动化水平和管理水平、提高管理及操作人员素质、有效地减少流动资金积压、降低储运损耗程度、提高物流效 率等很多优点。可以更好的为人们所用。^[2]

1.4论文的主要内容

本次毕业设计主要综合了大学四年所学的具体专业知识灵活运用在MCGS组态软件中，来具体监控升降横移式自动化立体仓库的运动方式及工作原理。对自动化立体仓库做一个具体全面的介绍。此次设计主要用组态软件仿真为主，并理论介绍了自动化立体仓库的工作原理及工作流程，用组态软件来监控升降横移式自动化立体仓库的运行方式。

2.自动化立体仓库的系统概述

2.1自动化立体仓库的主要硬件组成

本文所设计的立体仓库系统主要由人机接口界面、控制装置、驱动模块、电机制动装置、机械部件和仓位模块所构成，它们之间的关系如图1-1所示。

图1-1 自动化立体仓库的实图

（1）高层货架

它是自动化立体仓库系统中实现货物立体存放的主要支撑结构，做为仓库不可或缺的重要组成部分，其性能将直接影响仓库及其设备的使用。目前高层货架主要有焊接式及组合式两种形式。

（2）巷道堆垛起重机

它是用于自动搬运、存取货物的具体设备。有轨巷道堆垛机具体通过安全滑触线来供电，在巷道内进行垂直升降、水平往复直线、货叉左右伸缩叉取等一系列协调动作内容，来实现存储单元货物在巷道端口及指定货位间的出、入库作业。按照结构形式它具体可分为支柱跟双立柱两种基本的组成形式；按照服务方式可分为弯道、直道及转移车3种基本组成形式。

（3）输送系统

它是立体仓库的主要外围设备，具体负责将货物运送到巷道端口或从巷道端口将货物移开。常见的有辊道输送机、升降台、分配车、链条输送机、提升机、皮带机等。

（4）托盘

用于承载货物的器具，有塑料、钢、木制托盘，其中木托盘相对来说具有较高的性能价格比。

（5）自动控制系统

驱动自动化立体仓库各个设备的自动控制系统。此系统作为完整的系统独立运行之外还预留和上级管理系统和仓库内部其他管理系统的接口。目前，立体仓库自动控制系统方式有集中控制、分布式控制和分离式控制3种方式。

（6）库存管理系统

也称作中央计算机管理系统，是全自动化立体仓库的组成核心。目前，典型的自动化立体仓库都是采用大型的数据库系统（如ORA-CLE、SQL、SYBASE等）构筑典型的客户机/服务器体系，也可以与其他系统（如ERP系统等）联网、集成。^[3]

2.2自动化立体仓库的具体工作原理

自动化立体仓库是通过堆垛机在巷道内运行管理，通过认址将货物放入指定的货位内。本设计中的自动化立体仓库的工作原理是通过按钮控制堆垛机的具体运行路线，是在堆垛机的牵引槽内放置若干的限位开关装置，具体当总控制台将位置信号传输给堆垛机时，堆垛机开始运作起来。运行到指定的巷道时，限位开关关闭，堆垛机将停止运行方式，通过按钮将层信号传输到升降台，再由升降台牵引着柱上的限位开关装置控制升降台的上下位置，当升降到指定的库位时，限位开关的闭合，升降台的停止运动。由控制按钮控制升降台上的传送带将货物取出或者放入指定的具体货位。自动化立体仓库的具体工作流程图如图2-1所示。

图2-1自动化立体仓库工作流程图

本设计中自动化立体仓库作业为手动方式。货物由小车放入升降台上的托盘上，人工选择货物地址，启动开关打开，电动机1工作，牵引堆垛机运行按钮A、B、C、D控制堆垛机运行至A、B、C、D巷道，堆垛机牵引槽内安置限位开关1、2、3、4分别对应在A、B、C、D巷道，当堆垛机碰触限位开关1时，限位开关关闭，电动机停止运行，堆垛机停止在指定的A巷道下。B、C、D巷道位置控制如上述原理。按钮1、2、3分别控制升降台运行至1、2、3层货架，升降台牵引立柱上安置限位开关11、21、31，当按钮1打开时，升降台指定位置为1层，电动机2运行，牵引升降台运行至指定库位，当升降台运行至限位开关11时，限位开关关闭，电动机2停止运行，升降台停止上升，停止在指定位置。按钮取货打开时电动机3运动，此时升降台上的传送带运动，将货架上的托盘取出并由堆垛机送回指定地点，按钮入库打开时传送带运行至货架，将货物送至指定的货位。2、3层功过方式原理相同。作业任务完成后堆垛机停止运动待命，等待下一命令并执行。

2.3自动化立体仓库的主要控制方式

在现如今传统的立体仓库在控制方式上主要有联机自动控制（即上位机控制）、自动控制（即本机自动）、半自动控制及手动控制四种。

本设计中自动化立体仓库主要采用手动控制方式，此方法是由控制按钮和限位开关控制堆垛机、升降台、传送带运行至指定库位，执行预定任务,通过手动控制按钮可以方便的查询库位是否已存货物,大大的节省了立体仓库的成本,手动控制立体仓库适用于小型的自动化立体仓库,适于发展型地区广泛使用。

3.MCGS5.5组态软件系统概述

3.1组态软件的主要特点

组态软件在国内是一个默认的概念，其实并没有明确的定义，它可以理解成“组态式监控软件”。 “组态(Configure)”的含义是“配置”、“设定”、“设置”等意思，指的是用户通过类似“搭积木”的简单方法来完成自己所需要的软件功能，而不必要编写计算机程序，也就是所谓的“组态”。有时候也称为“二次开发”，组态软件就称为“二次开发平台”。 “监控（Supervisory Control）”，即“监视和控制”，指的是通过计算机信号对自动化设备和过程进行监视、管理和控制。

组态软件，又被称为组态监控系统软件。译自英文SCADA,即 Supervisory Control and Data Acquisition(数据采集与监视控制)。它指的是一些数据采集与过程控制的专业软件。它们处在自动控制系统监控层一级的软件平台及开发环境，运用灵活的组态方式，为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。

组态（Configuration）为模块化任意组合。组态软件重要特点：

（1）延续性和可扩充性。用通用组态软件开发的应用程序，当现场（包括硬件设备或系统结构）或用户需求发生改变时，不需作很多修改而方便地完成软件的更新和升级；

（2）封装性（易学易用），通用组态软件所能完成的功能都用一种方便用户使用的方法包装起来，对于用户，不需掌握太多的编程语言技术（甚至不需要编程技术），就能很好地完成一个复杂工程所要求的所有功能；

（3）通用性，每个用户可以根据工程实际的情况，利用通用组态软件提供的底层设备（PLC、智能模块、、变频器智能仪表、板卡等）的I/O Driver、开放式的数据库及画面制作工具，即能完成一个具有动画效果、历史数、实时数据处理据和曲线并存、具有多媒体功能及网络功能的工程，不受行业限制。

3.2 组态软件的产生背景

“组态”的概念是伴随着集散型控制系统（Distributed Control System简称DCS）的出现才逐渐被广大的生产过程自动化技术人员所熟知。在工业控制技术不断的发展和应用的过程中，PC（包括工控机）相较以往的专用系统具备的优势日渐明显。这些优势主要体现为：PC技术保持了相对快速的发展速度，各种相关技术日趋成熟；由PC组成的工业控制系统具有较低的成本；PC的软件资源及硬件资源十分丰富，软件之间的互操作性强；基于PC的控制系统便于学习及运用，能够容易地得到技术方面的支持。在PC技术向工业控制领域的渗透中，组态软件占据着十分特殊而且重要的地位。

3.3组态软件的主要功能

组态软件主要用于显示静态图像，位图构建不仅可以显示标准的Windows位图文件，还增加了允许装载其他各种格式图片的功能。组态软件有强大的数据处理功能，能够对工业现场产生的数据以各种方式进行统计处理，是用户能够在第一时间获得有关现场情况的第一手数据。用户可以通过搭建组态软件来和现场情况实现对接，从而通过计算机了解现场的一切情况，也可以通过组态软件来模拟理想的现场状况，用户可以通过组态软件实现很多不能模拟的变量。

3.4组态软件的应用

伴随着工业自动化水平的快速提升，计算机在各个工业领域中广泛运用，人们对于工业自动化的要求也越来越高，种类繁多的控制设备及过程监控装置在工业领域的运用，使得传统的工业控制软件已经没有办法满足各种用户的需要。在开发传统的工业控制软件时，当工业被控对象一旦有变动，就必须修改其控制系统的源程序，导致其开发周期长；已开发成功的工控软件又由于每个控制项目的不同而使其重复使用率很低，导致它的价格非常昂贵；在修改工控软件的源程序时，倘若原来的编程人员因工作变动而离去时，则必须同其他人员或新手进行源程序的修改，因此更加有难度。通用的工业自动化组态软件的出现为解决上面提到的实际工程问题提供了一种新的解决办法，因为它能够更好地解决传统工业控制软件存在的各种问题，让用户可以根据自己的控制对象及控制目的的任意组态，完成最终的自动化控制工程。

4.用组态软件模拟升降横移式自动化立体仓库

4.1组态软件中的主要组成部分

本设计中,组态软件为重要组成部分,在本设计中主要通过组态软件来实现自动化立体仓库的工作原理及作业流程,其中组态软件中的主要组成元件为

（1）按钮A、B、C、D

按钮A、B、C、D代表各个巷道的位置,来确定堆垛机的行走路线,从而达到堆垛机的位置控制。

（2）按钮1、2、3

代表层货架的层次数,来控制堆垛机上升降台上下行走位置,使之可以准确地行驶到预定的货位前。

（3）启动,关闭按钮

来控制整个系统的开启与关闭,当启动时,各个部件待命,准备执行预定任务.当系统关闭时,堆垛机复位,系统停止运动 ，按钮区如图4-1所示。

图4-1 按钮区

（1）电动机

画面中有三个电动机，分别控制堆垛机、升降台、传送带的运行，通过按钮控制三个电动机正反转使堆垛机、升降台、传动带运动达到指定的库位。当水平移至货位时电动机1正转使堆垛机达到指定巷道，当复位时电动机反转，通过堆垛机内部的齿轮时堆垛机反向移动至初始位置，电动机如图4-2所示。

图4-2 电动机

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