基于FMS的自动化立体仓库设计

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Design of the Automated Tridimensional W arehouse Based on FM SLAI Siqi ，YIN Xianming ，YANG Yinghong(1.The Center of Engineering and Technology，Southwest University of Science and Technology，Mianyang Sichuan 621010，China；2.School of Manufacturing Science and Engineering，Southwest University of Science and Technology ，Mianyang Sichuan 621010，China)Abstract：The automatic storage unit of the flexible manufacturing system(FMS)was designed，including the mechanical struc-ture，the electrical systems of shelf，the stacking machine and the loading/unloading machine translation.ProfiBus-DP bus was usedto exchange data with total control unit to realize monitoring and supervising. The practical operation proves the designed automaticstorage unit meets the requirement of the eficiency and practicability。

Keywords：Flexible manufacturing systems；Automatic storage；ProfiBus-DP bus目前，柔性制造系统 (FMS)已渗透到制造业的各个领域，并对生产方式产生了深远的影响。越来越多的中国加工制造企业在从传统的单品种、大批量生产方式向多品种、中小批量及 变种变量”的生产方式过渡这-过程中使用了FMS。自动化立体仓库单元是柔性制造系统的重要组成部分，由货架、码垛机、出入库平移台组成，由PLC控制，并通过 Profi。

Bus-DP总线与总控制单元进行数据交换，接受用户的控制和管理。

1 柔性制造系统的总体组成和工作流程1.1 系统总体组成柔性制造系统由自动化立体仓库单元、AGV运载机器人、自动输送线装 置、CCD形状检测系统、六自由度行走搬运机器人、六 自由度焊接机器人、数控车床、加工中心及相应附属设备组成。系统运用Profibus·DP总线及开发型组态软件等网络通讯技术，使总控单元对各单元设备进行集成控制，能够根据生产任务的变化，通过简单地改变软件设置的方法进行调整，以适宜多品种、中小批量生产。其结构如图1所示 。

1.2 系统工作流程系统开始工作前，人工将不同工件和托盘按照事先规划好的各零件毛坯区域送入原料库货架。工件或毛坯由码垛机从自动化立体仓库的原料仓库中取出，此时 AGV按照预定轨道运行到取料位置。通过出库平移台，毛坯由 AGV送至 自动输送线 ，经六 自由度搬运机器人送到柔性制造加工单元中，按照工序流程在数控车床或加工中心、焊接机械臂上进行加工。加工完成后，由机器人取出工件，通过输送线和AGV- 起运行，将工件放回人库平移台上，由码垛机拾取送入仓库成品库货架。同时，软件记录信息，以便管理，进而完成-个工作流程。

收稿 日期：2012-01-10基金项目：四川侍育厅 2011年重点科研项目 (11ZA129)作者简介：赖思琦 (1976-)，男，工学硕士，讲师，主要从事机电控制、数控技术、柔性制造方面的教学和研究工作。

E -mail：lai-siqi### 163.corn 。 ，第 4期 赖思琦 等：基于 FMS的自动化立体仓库设计 ·7·立体化仓库 码垛机 出库平移台入库平移台AGV运载机器人 自动化输送线六 自由度行走i数控车床 机器人及导轨l -lr1I1 l / l J。 t 直. /I l 困 团 L ...J并 - 宙 hn 总控制台图 1 系统结构图2 自动化立体仓库单元设计与控制2.1 仓库单元组成及功能自动化立体仓库单元由-台挂壁式码垛机、两套仓库、两套出入库平移台及托盘、仓位传感器等组成，仓库单元如图2所示。

图 2 自动化立体仓库单元双排货架仓库由型钢搭建，螺钉连接 固定各部分，底部有地脚固定座。仓库外形设计为 5.5 m×0.45 in×3 ITI，共有8列6层48个仓位，每个仓位尺寸为550 mm×450 mm×430 mm，其最大负载质量为30 kg。两套货架与挂壁式码垛机及传感器组成了自动化立体仓库单元。仓库货架上每个货位安装有机械微动开关 ，并且在货架的上方装有巷道装置。

挂壁式码垛机采用单立柱地面支撑结构 ，外形为1.6 m×0.8 rl×3 in，由 、Y、 三方向直线运动机构组成，起升、运行采用电机驱动方式。-维水平直线运动机构由底座、直线滑轨、滑轮、电机减速器、传动链条等组成，完成机构的水平运动。二维垂直直线运动机构由立柱、滑轨、传动链、机架、电机减速器组成，完成工件的上下运动。三维直线运动机构由水平支架、滑道、导轨、弱平板、电机减速器组成，完成工件的前后运动。所有机械件的底座、壳体部分均采用钢材制作，结构紧凑、质量轻，运转灵活，其最大负载质量为26 kg。

出入库平移台负责在仓库单元与输送线之间传递工件，由铝合金型材搭建，直流电机加减速器驱动，上面安装对射光电传感器感应工件位置，由同步带传送工件，完成出库、入库动作 。

2.2 电气控制 系统设计码垛机的主电路与控制电路如图3所示。

M1为-维 水平方向电机，M2为二维Y垂直方向电机，M3为三维 方向电机 ，M1与 M2均为三相异步电动机，而 M3为单相 电机。SB1为启动按钮 ，SB2为停止按钮，SB3为急停按钮。

码垛 机 由 欧 姆 龙 PLC控 制，型 号 为 CP1H-X40DT.D，根据工序动作需要，共需 110个输入点，29个输出点，所以使用了4个 CPMIA0EDR扩展I/0单元。输入点包括货架上安装的微动开关、x/y/z三个方向的行程开关等；输出点包括电机启动、停止、急酮关等。PLC梯形图分为初始化、主程序、复位、总控调试等，共 16段、3 061步，其初始化段部分程序如图4所示 J。

· 8· 机床与液压 第 41卷QFlLl L2LlNlHLlN2报警信号辂! !!注：急停按钮sB6安装在总控台上L2 u -- l LN1 r- 1 vBGNI)IALM TB . .匝- 1 l lM 1图3 仓库单元电路潲 奄囊l： 嚼 鬻 ； 嚣霸图4 码垛机初始化部分 PLC梯形图2.3 控制软件设计柔性制造系统总控制单元 由-台研华 IPC-610H工控机作为主控机，主控软件为操作人员使用的前台程序，软件运行平台为 Windows XP，使用组态王软件开发。总控制单元通过 ProfiBus-DP总线通讯采集各分站信息 ，并协调各个分站动作，同时实现人机交互界面接受用户控制，其操作分为连续 自动和各分站手动控制两种方式 。

仓库单元通过欧姆龙PLC的Profibus通讯拈与主站控制计算机进行通讯 ，通过主控软件的设定，控M 3匪制码垛机运行。码垛机出入库动作由PLC来完成，当码垛机接收到出库请求时，码垛机由上至下、由左至右扫描原料库的各个仓格，并对扫描到的第-个有工件的仓格进行出库操作，出库运行状态位有效；码垛机将取到的工件放入出库传送带上后，码垛机出库完成，出库完成状态位有效；当码垛机退回到安全位置后，码垛机出库运动完成，码垛机出库运行状态位无效，至此码垛机的出库运动完成。如果原料库中没有检测到工件，则原料库空状态位置 1。当码垛机接收到入库请求时，码垛机从传送带上取出工件，然后查询成品中的空位置，把工件放到查询到的空位置，再使入库完成状态位有效，码垛机入库运行状态位无效，至此码垛机的入库运动完成。其手动控制的部分代码如下：， ，， ， ，，，，，码垛机-电柜上电 ：Bit(立体仓库与码垛机-总状态，1)；码垛机-联机 Bit(立体仓库与码垛机-总状态，2)；码垛机-复位 中 Bit(立体仓库与码垛机-总状态 ，8)：码垛机-复位完成 Bit(立体仓库与码垛机-总状态，3)；码垛机-报警 Bit(立体仓库与码垛机-总状态，4)；睦 P 兰M- -第4期 张猛 等：基于绿色制造的深孔加工附件设计 ·13·图 5 简易输油器2 应用实例设计并制造出该深孔加工附件后，将其安装在-台普通车床上进行钻削实验。采用中北大学工艺研究所生产的硬质合金 BTA钻头，钻杆选用 45无缝钢管 ；试件材料为正火 45钢棒料 ，尺寸为 640 mm X100 mm，钻削孔径为 20 mm；选取切削用量：主轴转速 1 000 r/min，刀具轴向进给量.厂0.05 mm/r；切削液选用20 机械油 ，流量为 3 mL/min；空气压力为 1 MPa，流量为 0.5 m /min；DF系统的喷嘴间隙调节为0.2 mm。

经多次实验，切削过程均很平稳，排屑顺畅，加工完成试件的孔径误差为 ±0.2～±0.3 mm，轴线偏斜度达到 1/1 000 mm，孔壁表面粗糙度达 Ra3.2 m以下♂果证明，使用该深孔加工附件，可以在普通机床上加工出满足精度要求的深孔，且切削液的用量极少，加工过程中被完全蒸发，产生的切屑清洁干净，回收利用方便，达到了节约能源、降低成本和减少污染的 目的。

3 结束语采用此套深孔加工附件进行深孔加工与传统深孔1-钻套2-橡胶圈3-移动轴4、6-钻杆支承环5-组合密封件7-锁紧螺母8-后锁紧螺母9- 壳 体10-前锁紧螺母l1-压套螺钉l2-橡胶密封圈加工方法相比不仅能降低加工成本，而且能减少对工作场所及环境的污染，提高了综合效益。随着 绿色制造”理念的深入人心，该装置必然有着广阔的推广应用前景。