动。 输入对应的仓库号，就可以自动存/取货物。
第二章 立体仓库模拟装置的总体设计
2.1 立体仓库机械结构的设计
2.1.1控制系统的功能
在自动化立体仓库的物流输送过程中，为实现货物在各出入库端到货格的搬运，其基本功能包括以下几个部分：
(1) 三维动作控制 在水平、垂直、左右方向的运行；
(2) 位置控制 以适合的速度运行并精确的定位在货格或入出库口处； 2.1.2机械结构的设计
如图2-1所示，目前所用的堆垛机基本结构主要由机架、运行机构、起升机构、载货台、货叉、电器设备及各种安全保护装置等组成。
框架：堆垛机的框架是由立柱、上横梁及下横梁组成的长方形框架结构。框架沿天地轨运行，为防止框架倾倒，在横梁上都装有导向轮。
运行机构：运行机构由电机变速箱、行走轮、导向轮.滚动轴承.滑动轴承.滚珠丝杠等组成。在下横梁下有行走轮，其侧面有导向轮，保证堆垛机能正常行驶。
起升机构：起升机构主要由驱动链轮，升降链轮，升降链条等组成。升降链条与载货台相连接，与升降链轮，上下横梁的链轮及载货台组成封闭结构。
载货台: 载货台为装载平台，在侧面有导向轮以保证其能正常行驶在升降轨道上.
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图2-1 立体仓库的结构
1. 上横梁 2. 松绳及过载保护装置 3. 立柱 4. 起升结构 5. 运行机构 6.伸缩货叉 7.载货台 8. 电气柜 9. 下横梁
2.2 定位自控系统总体设计
企业现代化生产规模的不断扩大和深化，使得仓库成为生产物流系统中的一个重要不可缺少的环节。立体仓库正以它最小的占地面积和最佳的空间利用率，逐渐代替面积利用极低且陈旧落后的平面仓库，这种替代逐渐促使仓储物流业水平的提高。为满足现代化生产和流通的需要， 而本文设计的立体仓库远没有那么复杂，主要有货架、堆垛机、自动控制装置等部分组成，有自动和手动两种操作方式。由固定在小车上的门式框架、沿门式框架上的垂直导轨作上下运动的升降台和在升降台上作伸缩运动的货叉（机械手）等三部分组成。货物放在升降台的货叉上能实现上下、左右及前后的运动。
根据设计要求将整个定位控制的全过程分成多个阶段：小车前进到指定的货架列的过程，将货物抬升到指定的行的过程，机械手放置或取回货物的过程，放置或取回货物之后返回的过程。在各个阶段，对象的特性相对稳定，并且在前进和抬升货物的过程中控制方面是基本一致的。
下面对各个阶段进行简单的介绍。
1.前进的过程：在这个过程中，无论是自动或是手动状态，小车都是有起始点出发，经过位置的校对，到达预先制定的货架的列。
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2.抬升货物的过程：在这个过程中，货物被抬升到指定的行。
3.存取货物的过程：在这个过程中，通过控制机械手臂的运动，是机械手到达预先指定的位置，然后根据实际的需要完成存放或者取得货物的操作。
4.返回的过程：在完成制定的操作之后，应该返回到起始的位置。
2.3 系统硬件设计方案
2.3.1 控制核心单元的选择
控制核心单元是整个控制系统的“大脑”，随控制形式的不同而不同，可以是继电器组成的逻辑电路，可以是可编程控制器，也可以是单片机系统。
继电器控制最早出现于1863年电磁继电器发明以后，在早期的立体仓库中继电器控制形式比较常用。继电器控制系统就是把各种继电器、接触器、开关及其触点，按照一定的逻辑关系连接在一起构成具有简单控制功能的逻辑电路。它具有价格低廉、维护技术要求不高的优点，但功能不易扩展、布线连接不易更新、可靠性不高，该控制方式只适用于工作模式固定、控制要求简单的场合。随着电子技术的飞速发展，诞生了许多其它形式的控制元器件，很快的取代了这种早期的控制形式。
单片机就是在一块硅片上集成了中央处理器，随机存储器，程序存储器，定时器和各种I/O接口的计算机。单片机具有体积小、价格低、性能强、速度快、用途广、灵活性强等优点。最值得一提的是单片机具有强大的存储扩展能力，有能力满足不同的存储需要。理论上也可用于堆剁机控制系统，但由于其开发周期较长、调试耗时较多、抗干扰能力较弱等原因，在立体仓库的实际控制系统中没有得到广泛的推广应用。
PLC是一种数字式的电子装置，它使用可编程序的存储器以及存储指令，完成逻辑、定时、计数、算术运算等功能，并通过数字或模拟的输入、输出接口控制各种机械和生产过程。PLC的功能齐全，与其他控制器相比具有自诊断、报警、监控等特有功能。具有应用灵活、操作方便、容易维修、稳定可靠的优点，其技术成熟，性价比高在工业控制领域以基本取代了传统的继电器控制系统，实现逻辑控制和顺序控制[6]。
对以上三种主控制单元进行比较和分析，PLC操作、维护简单，程序直观，设计周期短，电路简单的特点很适合堆剁机控制系统。它对环境要求不高，抗干扰性强，对操作人员以及维护人员的要求也不高，安装、调试相对简单且设备数量少，因此PLC是定位控制单元的首选。只是在采用的品牌、型号上有些差异。
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2.3.2 PLC的特点
立体仓库位置控制系统主要由PLC组成。
可编程序控制器（PLC）是一种以微机处理器为核心的工业通用自动控制装置，其实质是一种工业控制用的专用计算机。因而对于使用者来说，变成完全可以不考虑微处理器内部的复杂结构，不必使用各种计算机使用的语言，而把PLC内部看做是有许多“软继电器”等逻辑部件组成。
可编程控制器的主要特点有：
1.可靠性高，抗干扰能力强。这往往是用户选择控制装置的首要条件。PLC生产厂家在硬件和软件上采取了一系列抗干扰措施，使它直接安装于工业现场而稳定可靠的工作。目前各厂家生产的PLC，其平均无故障时间都大大超过了IEC规定的10万小时。而且为了适应特殊场合的需要，有的PLC生产商还采用了冗余设计和差异设计(如德国Pilz公司的PLC），进一步提高了可靠性。
2.适应性强，应用灵活。由于PLC产品均成系列化生产，品种齐全，多数采用模块式硬件结构，组合和扩展方便，用户可根据自己的需要灵活选用，以满足系统大小不同及功能繁简各异的控制系统要求。
3.编程方便，易于使用。PLC的编程可采用与继电器电路极为相似的梯形图语言，直观易懂，深受现场电气技术人员的欢迎。近年来又发展了面向对象的顺序流程图语言（Sequential Function Chart），也称功能图，使编程更简单方便。
4.控制系统设计、安装、调试方便。PLC中含有大量的相当于中间继电器、时间继电器、计数器等的“软元件”。又用程序（软接线）代替硬接线，安装接线工作量少。设计人员只要有PLC就可以进行控制系统的设计并可在实验室进行模拟调试。
5.维修方便，维修工作量小。PLC有完善的自诊断、履历情报存储及监视功能。PLC对其内部工作状态、通信状态、异常状态和I/O点的状态均有显示。工作人员通过它可以查出故障原因，便于迅速处理。
6.功能完善。除了基本的逻辑控制、定时、计数、算术运算等功能外，配合特殊功能模块还可以实现点位控制、PID运算、过程控制、数字控制等功能，为方便工厂管理又可与上位机通信，通过远程模块还可以控制远方设备。
由于具有以上特点，使得PLC的应用范围极为广泛，可以说只要有工厂，有控制要求，就会有PLC的应用[7]。
同样，可编程控制器控制也有其不足的地方，在性价比上要高于继电器控制和单片
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机控制,其开发潜力要差于单片机，通用性不好，不同厂家的可编程控制器以及其附属单元都是固定专用等等。
2.4 MCGS组态软件
MCGS全中文工业自动化控制组态软件(以下简称MCGS工控组态软件或MCGS)为用户建立全新的过程测控系统提供了一整套解决方案。MCGS工控组态软件是一套32位工控组态软件，它基于Windows平台，可稳定运行window95/98/NT操作系统。通过对现场数据的采集处理，以动画显示.报警处理.流程控制和报表输出等多种方式向用户提供解决实际工程问题的方案，它充分利用了windows图形功能完备,界面一致性好,易学易用的特点,比以往使用专用机开发的工业控制系统更具有通用性，在自动化领域有着更广泛的应用。
2.4.1 MCGS的主要特点和基本功能 (1)简单灵活的可视操作界面。 (2)实时性强,良好的并行处理性能。
(3)丰富,生动的多媒体画面。
(4)开放式结构，广泛的数据获取和强大的数据处理能力。 (5)完善的安全机制。 (6)强大的网络功能。 (7)多样化的报警功能。
(8)实时数据库为用户分部组态提供极大方便。 (9)支持多种硬件设备，实现“设备无关”。 (10)方便控制复杂的运算流程。 (11)良好的可维护性和可扩充性。
(12)用数据库来管理数据存储，系统可靠性高。 (13)设立对象元件库，组态工作简单方便。 (14)实现对工控系统的分布式控制和管理。
总之，MCGS组态软件功能强大，操作简单，易学易用，普通工程人员经过短时间的培训就能迅速掌握多数工程项目的设计和运行操作。同时使用MCGS组态软件能够避开复杂的计算机软,硬件问题，集中精力去解决工程问题的本身，根据工程作业的需要和特点，组态配置出高性能,高可靠性和高度专业化的工业控制监控系统。
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