设计描述：

文档包括:
说明书一份，68页，约23000字
CAD版本图纸，共3张

题目名称 柔性制造系统码垛机单元的设计与仿真
一、设计目的、意义
垛码机是专业的自动化搬运码垛设备，替代人工搬运码垛，只需定位抓起点和摆放点，两点之间的轨道全由电脑控制，两点直线运动，定位十分准确。生产上能迅速提高公司的生产效率和产量，同时还能减少人工搬运造成的出错。机器手码垛机可全天候作业，配备机械手可替代不少工人的工作量，由此每年能节省几十万的人力资源成本，达到减员增效的目的。
机械手码垛机是目前占地最小、效率最高、适应能力最强的码垛机。码垛机械手适应于化工、饮料、食品、啤酒、塑料、空调行业等生产企业；对各种纸箱、袋装、罐装、啤酒箱、瓶装等各种形状的包装成品都适应。
为配合卓越工程师试点工作中的课程改革，结合教学研究任务，本设计针对我院实验室的柔性制造系统中的立体仓库环节进行实验前期准备工作。以PLC为控制核心设计码垛单元的PLC控制系统，并应用组态软件制作操作界面。
二、设计内容、技术要求（研究方法）
设计内容：
1．选择和确定总体设计方案；
2．设计电气控制原理框图；
3．进行PLC的选型及I/O分配；
4．设计PLC硬件系统；
5．PLC控制程序的编写及调试；
6．组态界面的制作。
技术要求：
1．以PLC做为控制核心；
2．所设计的控制系统要能够满足实验要求；
3．组态软件设计的操作界面要友好，易操作。
三、设计完成后应提交的成果
1．开题报告一份，与设计题目相关的英文文献翻译一份；
2．设计说明书一份，不少于1.5万字；
3．技术资料
（1）系统框图：A1图纸一张；
（2）PLC控制系统的外部接线图：A1图纸一张；
（3）PLC控制系统梯形图：A0图纸一张；
四、设计进度安排
2012年02月27日-2012年03月04日——接受任务，市场调查；
2012年03月05日-2012年03月18日——查阅文献、收集资料，撰写并提交开题报告；
2012年03月19日-2012年04月01日——确定控制方案，设计控制系统框图；
2012年04月02日-2012年04月15日——器件选型；
2012年04月16日-2012年04月29日——系统硬件设计；解决问题，修改完善
2012年04月30日-2012年05月13日——程序编制与调试；
2012年05月14日-2012年06月03日——制作组态软件操作界面；
2012年06月04日-2012年06月10日——撰写设计说明书并用计算机绘图；
2012年06月11日-2012年06月15日——完成说明书及图纸的打印，准备答辩。
五、主要参考资料
1.范永胜.电气控制与PLC应用[M].北京:中国电力出版社,2007
2.皮壮行.可编程序控制器的系统设计与应用实例[M].北京:机械工业出版社,2000
3.王晓晖.自动化立体仓库堆垛机控制系统的设计[J].制造自动化,2002(9):70－72.
4.裘为章.物料搬运自动化[M].北京:机械工业出版社,1992
5.包建华. 基于MCGS组态软件的机械手控制系统研制[J].机械制造与自动化,2007(05)
6.常斗南.可编程控制器原理、应用、实验[M].北京:机械工业出版社,1998:24~ 241
7.王伯雄.测试技术基础[M].北京:清华大学出版社,2003：180~ 279
8.孙宝元,杨宝清主编.传感器及其应用手册[M].北京:机械工业出版社,2004
9.乔玉晶,吕宁.立体仓库巷道堆垛机控制系统设计[J].工业控制与应用,2004.
六、备注

摘  要
柔性制造系统（FMS）是集成了自动控制技术、人工智能、计算机语言编程组态监控等现代化技术的生产设备。
目前实践教学作为教学过程中的一个环节，是工科院校培养跨世纪创造性人才必不可少的。为配合卓越工程师试点工作中的课程改革，结合教学研究任务，本设计针对学校实验室的柔性制造系统中的立体仓库环节进行实验前期准备工作。
本设计主要由三层12仓位的立体仓库和四自由度码垛机械手两部分组成。其中码垛机械手由机械传动部分和电气控制两部分组成，电气控制是由西门子S7-200 CPU224XP型可编程控制器(PLC)、步进电机驱动器、开关电源、位置传感器等器件组成。
在设计过程中，不断参阅相关电气设计规范的资料，参照现有的码垛机的工作模式及控制方法，最终完成PLC为控制核心的码垛单元的PLC控制系统设计，并应用组态软件制作监控仿真界面。

关键词：柔性制造系统；码垛机；立体仓库；PLC；组态

 
ABSTRACT
A Flexible manufacturing systems (FMS) is the production equipment, which integrates the automatic control technology, artificial intelligence, computer programming language configuration and monitoring modern technology.
The current practice of teaching as teaching process of a part is the training of cross century creative talents in Colleges of engineering is essential. As with outstanding engineer pilot work in the curriculum reform, combined with teaching and research tasks, the design for the school laboratory in the flexible manufacturing system of stereoscopic warehouse links in experimental preparations.
This system is mainly composed of three layers of 12 s of the warehouse and four degrees of freedom palletizing manipulator. The palletizing manipulator is composed of a mechanical drive and an electric control. The electrical control is formed by Siemens S7-200 CPU224XP programmable logic controller (PLC), stepper motor drive power modules, switching power supply, sensors and other devices.
During the design process, the author refers a lot of the materials concerning the electrical design specification, refer to the existing palletizer work mode and control method, finally completed the PLC as control core Palletizing unit PLC control system design, and the application of configuration software production control simulation interface.

Key words: Flexible manufacturing systems; Palletizer; Stereoscopic warehouse; PLC; Configuration

目  录

摘要 I
Abstract II
第1章 绪论 1
1.1 课题背景 1
1.2 码垛机的概述 1
1.2.1 码垛机在国外的研究现状 1
1.2.2 码垛机在国内的研究现状 2
1.2.3 码垛机的发展趋势 3
1.3 课题的主要研究内容 3
第2章 码垛机的总体方案设计 4
2.1 码垛机的总体框图 4
2.2 码垛机的结构组成 5
2.3 码垛机的控制方案 6
2.3.1 码垛机的控制功能要求 6
2.3.2 码垛机的控制方案确定 6
2.3.3 码垛机的定位方案确定 7
2.4 本章小结 9
第3章 码垛机的硬件设计选型及介绍 10
3.1 电动机的计算选取 10
3.1.1 码垛机的已知参数 10
3.1.2 根据已知参数对电动机的选型计算 10
3.2 步进电机驱动器的介绍 11
3.3 可编程控制器的选型及I/O分配 13
3.3.1 可编程控制器的选型 13
3.3.2 可编程控制器的I/O分配 13
3.4 导轨的形式介绍 14
3.5 滚珠丝杠的介绍 15
3.6 本章小结 15
第4章 码垛机的软件设计 16
4.1 编程软件介绍及使用 16
4.2 码垛机的PLC程序设计 18
4.2.1 码垛机的工作流程 18
4.2.2 码垛机的软件设计 20
4.3 本章小结 37
第5章 组态王仿真画面的设计 38
5.1 组态王监控软件介绍 38
5.2 组态王监控软件仿真设计 38
5.2.1 建立组态软件与PLC之间的通讯连接 39
5.2.2 组态画面及监控元素的设计 40
5.3 本章小结 45
结论 46
参考文献 47
致谢 49
附录 50