西门子PLC在立体仓库中堆垛机的设计与应用_开题报告

堆垛机是智能仓储系统中的核心单元。巷道式堆垛机负责在整个立体仓储系统中的物料起重及输送，是整套系统中的核心执行单元，是保证整个出入库流畅运行的关键。堆垛机合理的速度控制、精确的定位设计以及优良的故障诊断系统是实现堆垛机高效率、高准确度、高度安全性运行的重要因素。

国内外研究现状

智能仓储系统应用广发，需求量大，正处于高速发展期。随着“工业4.0”及“中国制造2025”的号角奏响，智能仓储是“工业4.0”的核心组成部分。在工业 4.0 的智能工厂框架中，智能仓储位虽属于后端，但却是连接制造端和客户端的核心环节。与美国、日本国外发达国家相比，单位 GDP 中我国的仓储成本占比是其他国家的 2-3 倍，并且这一差值近些年来呈现逐步扩大的趋势，而智能仓储系统具备劳动力成本的节约、空间利用率提升、对租金成本的节约、管理效率的提升等方面优势（据估算智能仓储在保证同等储存能力的条件下，可至少节约 70%以上的土地和 80%以上的劳动力），是降低社会仓储物流成本的终极解决方案。

国内物流自动化技术真正得到市场推广是在 2005 年前后，2017 年我国现有的立体仓库设备投资额平均值约为 400~500 万元，主要是由于早期设计的立体仓库规模较小。2006 年起我国立体仓储建设迅速发展，截止至 2017 年，我国立体仓库保有量 3600 座，2013-2017 平均每年新建 450 座。智能物流系统是提高物流效率，满足客户定制化、个性化生产的基础设施。预计 2021 年国内智能物流市场规模有望超 2,000 亿元（2018-2021年 CAGR 为 23%）。

从国际水平来看，截止至 2016 年，美国拥有各种类型的自动化立体仓库约 20,000 座，日本约 38,000 座，德国约 10,000 座、英国约 4,000 座；发达国家自动化立体仓库渗透率可达到 80%，而我国渗透率 2016 年仅为 26%。

  

进展情况   

国内新松机器人推出的Miniload堆垛机系列具有自重轻、速度快、噪音小、运行稳定等特点，可搭载单货叉，双货叉，三货叉，勾取式货叉，广泛应用于电力、电池、医药、地铁、机场、高新科技等各行业自动化仓储系统。其中高速堆垛机是新松在国内首创，性能指标达到国际一流水平，采用全伺服驱动，行走速度达到6m/s，加速度达到3.5m/s2，提升速度达到2m/s,加速度达到2m/s2。

国外米亚斯（MIAS）全新开发的 AKL 货架操作机系列，以其最高的性能数据确保了集装箱快速、平稳和未来安全的存储。行驶速度可达 360m/min，加速度达到5.3 m/s2提升速度可达 180m/min，提升加速度达到4m/s2。

存在的问题

全球范围内，物流仓储自动化最为发达的市场还主要集中在欧洲、日本和美国等发达国家。国际先进的堆垛机技术与设备采用了最新的红外、激光、无线、编码、认址、识别、调速、定位、PLC、现场总线、无接触式供电、光纤、数据库等光、机、电、信息新技术，提高了设备运行速度和定位精度。随着技术能力的不断提升，自动化技术被广泛应用在各行业的流通与仓储系统中，尤其近年来电子商务和快速物流方式的崛起带动了自动化物流仓储市场的蓬勃发展，最为典型的应用为亚马逊的全自动化仓库和 Kiva 仓储机器人。国内代表如京东的“亚洲一号”以及阿里的“菜鸟”。

堆垛机核心部件仍依赖于国外市场。快节奏的生活中，无论干什么都会追求效率。在自动化领域对于设备节拍时间也有着严苛的要求。为保证出入库的时效及稳定性，稳定、快速及安全的运行时必须的，这不仅依赖于机械部件的安装精度，更依赖于核心电气部件的控制及保障。列如堆垛机的电机一般会选用德国的SEW品牌，可编程逻辑控制器会选择德国西门子品牌，另外诸如传感器、变频器、红外通讯等绝大多数仍旧依赖进口。故此核心的关键技术应加强自主研究及开发。

堆垛机性能有待进一步提升。堆垛机在实际应用过程中都会经历启动-加速-高速运行-低速-停止阶段，在进行速度切换时，因急加速形成或由制动停止而引起冲击，诱发整体机械结构的震动。尤其在堆垛机较高的情况下，现象尤为明显，目前只能通过改善控制减小冲击，需要完美解决该问题还进一步的待研究。

德国西门子针对高速堆垛机的摇摆问题已有解决方案，通过机械结构的调整及制定专门的伺服电机，从而让堆垛机的运行更加快速、稳定、平稳。西门子伺服驱动S120专为高速堆垛机研发出VIBX防抖控制功能，纯软件解决方案，在不更改原设计的基础上，有效减少堆垛机立柱在加减速时的晃动，取消天轨同步电机机械结构，合理分配驱动负载，减少缓冲区，提高效率。集成安全控制功能，保证货物的安全存取，从而使高速堆垛机获得更高的稳定性。

AI堆垛机尚需开发。随着人工智能的不断进步，堆垛机也需要自我学习及分析，需要整个系统甚至供应链的大数据支撑，更为智能的算法让堆垛机做出最优路径的规划，出入库顺序的合理调度以及预判准备及预警。对于整个智能仓储系统而言，还需与上、下层系统进行无缝对接，整合的技术的关键需要各个基础部件的强力支撑，也是进一步的挑战。

总而言之，堆垛机的开发及应用，国内技术目前还落后于发达国家，随着“工业4.0”的浪潮，越来越多的企业正在逐步的崛起，相信在不久的将来，我们会突破一道道技术瓶颈，实现中国梦。

二、^范文提纲

1巷道式堆垛机系统

1.1堆垛机简述

1.1.1堆垛机在立体仓库中的地位

1.1.2堆垛机常见形式

1.2堆垛机硬件系统

1.2.1堆垛机机械构成

1.2.2堆垛机电气选型

1.3堆垛机软件系统

1.3.1网络通讯方式

1.3.2控制系统组成

控制系统设计

2.1动作流程

2.1.1取货动作流程

2.1.2放货动作流程

2.2模式介绍

2.2.1手动模式

2.2.2半自动模式

2.2.3自动模式

2.3博图软件的应用

2.3.1软件简介

2.3.2西门子1500系列优点

2.3.3编写梯形图

2.3.4绘制触摸屏

3.功能实现

3.1定位控制

3.2速度控制

3.3伸缩货叉控制

3.4 安全保障

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