基于PLC的立体仓库控制系统设计

　　摘要:

随着我国经济的快速发展和城市建设的不断加强，多技术集成的机械立体仓库已成为解决城市停车问题的必然途径。本文以立体仓库为研究对象，从仓库的机械结构、控制系统和车辆进出调度优化等方面对立体仓库进行了研究。首先，阐述了机械立体仓库的总体结构。介绍了立体仓库主钢架、起升机构、横向机构和转盘的结构和工作原理。分析了步行车的类型，步行车是仓库的关键部件。在分析了以往步行车的结构和运行特点的基础上，设计了两种液压步行车。它们各自的结构特点、运动过程和工作原理。对立体仓库技术的研究具有一定的参考意义。其次，基于分布式控制系统的理论，分析了仓库的运动特性和功能需求，确定了控制系统的总体方案。系统总体方案以集散控制系统的思想为基础，以集中控制和分散管理为指导原则，选用工控机和PLC作为上位机和下位机的结构形式，以实现系统的控制目标。主机硬件采用1PC作为主机，完成主机的用户界面和通信程序的编程。通信硬件采用基于RS232/RS485的点对多点串行通信网络，并设置通信协议，保证上下位机之间的通信畅通。下位机的功能主要是完成各运动机构的定位控制。首先，完成下位机ALC的总体布局、1/0点分配和电路设计。然后对硬件组件进行了选择。最后，实现了硬件电路的连接和软件程序的编制。对控制系统进行了整体调试，实现了控制功能。最后，由于道路堆垛仓库车辆出入口数量相对较少，用户平均等待时间较长，堆垛机工作量较大。在分析调度策略的基础上，利用改进的遗传算法建立了以总访问时间为目标函数的数学模型。利用改进的OX交叉算子对三维仓库进行混合编码调整。学位战略的优化。通过对仿真实验的分析和比较，得到了一个较好的访问顺序，使总访问时间最小化。改进道路立体仓库的进入策略具有一定的意义。

　　关键词：机械式三维；立体仓库；行走小车；集散控制系统；存取调度优化

　　第一章引言

　　1.1研究的背景

所谓立体仓库，就是把控制系统集成的东西再一个个单元化，将一件件的物料按照一定的模式堆码成垛，以便实现物料的存储、搬运、装卸运输等物流活动。

人类在很久以前就以人工立体仓库的形式完成立体仓库作业了，最简单的例子莫过于小孩搬砖问题:三块砖要从甲地搬往乙地，如果每次只搬运一块，那就要往返三次，但是如果把三块砖叠在一起搬运，那就只需要一次即可。在现代生产中，人工立体仓库常常存在。搬运东西方便，场子比较小的时候，采用人工立体仓库方案，算是一个比较好的方式，特别是我们国际的人力资源比较雄厚，这些应用场合基本上都是采用人工立体仓库的。

然而，在工作量恒定的情况下，长时间的这种人工劳动是会非常累的，从我们现在比较先进的人机工程学的角度来考虑，需要增加一些符合人工和机器相结合方面的设施，纯机械化的运作等。

作为物流自动化领域的一门新兴技术，最近这几年，立体仓库技术获得了飞速的发展。一方面，随着企业的集团化，生产能力越来越规范，就是对我们这种机械化的程度要求是越来越高了，使传统的线上操控模式立体仓库机发展的非常迅速，另一方面，由于企业产品由卖方市场进入了买方市场，企业生产正在向着多品种少批量的方向发展，生产企业不能够承担一条生产线只生产单-产品的代价，往往需要一线多产品的生产线，这就要求作为厂里面人工智能方面的的立体仓库机，必须具有处理多种产品的能力，另外，配送大型物资的厂房的出现，需要为成千上万的用户按定单配送产品，这就要求我们这个立体仓库需要有储存多种东西的能力，所有这些，都为自动立体仓库机的发展提供了机会，再70年代末的时候，日本引进了人工机器，自动立体仓库机的研究开发获得了迅速的发展，立体仓库的内部质量越来越高，发展速度也越来越快，价格不断下降。

我们中国的钢材行业，就钢材外包装这一块对比国外的外包装来说是差很多的，一般都是人工堆起来的那种。存在诸多缺点:一、生产效率低，使轧制生产与包装产生脱节，造成中间库存大。二、劳动强度大，人工费用高。三、包装质量差，很难达到咬合堆垛。

2003年10月，一些企业开始强强联手，准备对仓库的控制系统的内部进行改善。改造后该设备将满足人工智能堆钢材，这样就减少了人工的使用量,大大节约了成本，还提高了包装的质量，这是一举两得啊，又增强市场的竞争力，还提高了经济效益和社会效益创造了良好的条件。

　　1.2仓库控制系统的现状

从60年代开始,在工业发达的德国、意大利、日本等国家，已相继研制出半自动、全自动立体仓库机，再后来对这个立体式的仓库的结构方面也是投入巨大的心血的，使其发展的越来越完善。国产立体仓库机从80年代开始研制开发到现在，已经历了20年左右的时间。到目前为止，我国生产的立体仓库机，机型、品种规格、设备性能和产品质量等各方面，有很大的发展和提高，并在很多方面已逐步接近或达到国外同类型立体仓库机的技术性能及各项参数，大体上能够应对大中型企业对钢材外包装的要求，但与国外先进水平相比，还存在一一定的差距，其主要问题是:

(1)零部件加工质量低

我们国家自己产的一些零部件的规格要求还未达到国外的那种标准，目前还处于单件生产阶段，一-般加工精度和质量与国外同类型产品相比，还有一定的差距。因此投产后维修工作量较多，使用寿命较短，特别是对动作频繁的关键零部件，还缺少专用设备进行批量加工生产的条件。如气垫盘的加工制造，目前仍采用较简易的加工手段和方法，因此投产后有的气垫盘的气密性不够，有漏气现象，有的液压机构还有漏油等现象，因此，维修工作量较大。

(2)控制系统主要元器件性能还不过关

目前立体仓库机选用的国产控制系统元器件，与国外先进的元器件相比，其性能和使用寿命还有一定的差距。有的定位不准，造成操作失灵;因此，在生产过程中的维修、更换工作量较多。

(3)立体仓库效率低

国产型钢立体仓库机的立体仓库能力，-般保持在12-15捆/小时左右，尚能保证正常稳定生产的要求;如要达到30捆/小时以上的生产能力，还需用作进一步的改进和提高。

纵观国内立体仓库机的设计、制造和生产使用情况，其发展前景是很光明的。特别是目前国内已拥有一批专门从事立体仓库机研究的单位，积累了一定的生产使用经验，为发展、完善和提高立体仓库机的生产技术水平，打下了良好的基础，因此，我们国家发展这个立体式仓库是很有前景的。加之，在当前形势下各级领导对国产化工作的重视，因此,再这样的大数据下，已是大势所趋、人心所向。预计在今后3~5年内，全面采用国产化立体仓库是完全可能的。当前，发展国产化立体仓库机的主要有利条件有如下几方面:

(1)国内已有一批专业科技队伍目前国内一些科研、设计和生产单位，已拥用一批专门从事科研、设计和制造立体仓库机的技术队伍，他们通过近20年左右的摸索、研制、和生产实践已积累了较丰富的经验，现在已具备设计和研制出符合国情和先进水平的立体仓库机所必需的条件。

(2)已有一批专业制造单位

目前国内已有4~5家生产立体仓库机的主要专业制造厂(所)，其中主要生产厂家有宜昌机械厂、常州机械厂、北京航空航天大学、哈尔滨工业大学机器人研究所等。其技术和装备已具有制造一流水平立体仓库机的能力和条件。加上有关控制元器件配套厂的共同努力，在最近3~5年内，我国将能够生产出接近或达到国际先进水平的立体仓库机。

(3)国产机型已基本能满足生产需要

目前国内几个厂生产的立体仓库机，从机型，外观，内部构造来看，已初步形成系列产品，可基本满足国内大、中型企业生产的要求，有些机型的结构设计，还比较简单实用、制造质量也较高，从机械性能等到方面看，也能保证安全、正常稳定运转的要求;但在型钢自动立体仓库机方面，除邯钢、通刚外，自动立体仓库机大多从国外引进，对国外产品有一定的依赖性。这与我国冶金行业自动化水平有关，相信通过我们进一步努力，根据生产的需要，进行控制系统的自动化改造和完善，可逐步接近国外的自动立体仓库机生产水平。

(4)已能生产与立体仓库机配套的控制元器件

自20世纪80年代以来，国内一些仪器厂已生产出用于立体仓库的控制元件，并已投入生产经营。目前国内同类型零部件与国外同类产品的先进水平还存在一定差距，主要是由于使用寿命较短。然而，人们认为，通过不断的努力，国内成分可能会逐渐接近或达到外国的水平。目前，为了提高立体仓库机械的整体技术水平，国内一些立体仓库机械制造商采用了从国外引进控制系统的主要部件、敏感部件和气动系统工程的主要部件的方法。ch也是过渡措施之一。

(5)国产立体仓库机有明显的价格优势

目前国内立体仓库机的价格在540-75万元之间。其中气垫自动立体仓库机约54万元。辊道式立体自动仓储机约75万元/台。国产自动化立体仓库机的价格介于上述两种机型之间。因此，与国外同类产品相比，国内自动仓储机的价格仅为国外同类产品价格的12-1/3左右。因此，选择国产立体仓库机更经济合理，可以节省大量的外汇。

(6)国产立体仓库机的备品备件容易解决

国产仓储机投产后所需的备件供应渠道畅通，易于解决，经济效益好。

(7)售后服务周到及时

目前，国内主要生产立体仓库机械的厂家有更周到、及时的售后服务。一般来说，厂家可以积极协助用户进行安装调试，为用户培训技术操作人员，有的厂家有一套稳定的售后技术队伍，保证生产单位对立体仓库机械生产线的管理。

　　1.3设计任务与要求

（1）为保证自动堆垛系统的连续正常运行，在对矫直型钢进行台架检查时，应保证钢与钢之间有一定的距离。这就要求每完成一次1拉钢机，检查台上的链条移动一定距离，以确保钢材的检查、秤钢的收集，以及将单钢或双钢送入输送辊。

（2）由于型钢中槽钢堆垛要求每层三根相咬合在一起，角钢堆垛需要先三根后两根，通过平移和翻转交替动作完成，为此需要可靠、准确的分组、定位机构。以满足不同品种、规格型钢的堆垛。

（3）由于型钢堆垛在翻转过程中0-90型钢设备重力与翻转动力方向相反，而在90-180°时，型钢及设备重力与翻转动力相同，这样就有一个向下的加速度，如果任其自然翻转，翻转过程中产生剧烈抖动，容易造成事故，以至该设备不能正常使用。因此在设计中采用了液压阀进行保压。系统的工作压力为P=8-10Mpa。根据实际情况可调整。

（4）型钢堆垛时，垛台每放一层钢，必须自动下降一定高度，保证垛台平面始终保持在原始高度。

　　1.4课题研究主要内容

通过对“通钢”型钢连轧厂型钢立体仓库机控制系统的改造，本文主要有以下工作:

（1）完善工艺流程，对液压系统采用先导式溢流阀保持系统压力的稳定。

(2)设计整个系统的电气原理图，硬件电路的设计与设备选型。

(3)完成PLC流程图，编写梯形图。

(4)变频调速系统的设计与编程。

(5)现场调试出现的问题及相应的解决方案。

　　第二章PLC的概述

　　2.1PLC的简介

可编程控制器是计算机的一部分，是为工业控制而发明的。旧的可编程控制器也称为PLC。它是继继电器之后的一种新技术控制器。随着技术的飞速发展，这种可编程控制器已经超越了控制逻辑。现在这种控制器被称为可编程控制器。PLC的简称。

　　2.2PLC的基本结构

PLC仅用于工业计算机的控制。它的硬件结构与计算机几乎相同。在该系统中，PLC的功率是非常重要的。电源要可靠，PLC厂家要做好。交流电压波动通常在10%到15%之间。PLC可以直接连接到网络，而无需任何其他帮助。中央处理器（CPU）的中央处理器（CPU）是PLC的核心。根据PLC系统程序的独特功能，接收来自编程器的数据信息，并检查电源、存储器、IO和报警定时器的工作状态。也可以找到编程语言中的错误。使用PLC时，首先对现场设备进行扫描，接收现场设备的数据信息，并在其图像区记录设备的相关信息和状态。在解释了这些命令之后，这些设备的数据和状态可以很好地存储在图像区域中。在用户的读取内存中逐个读取用户的数据信息。逻辑和数据根据命令发送到存储器。所有用户程序完成后，IDO图像区域中的每个数据都将传输到输出机器，缓慢停止直到完全停止。PLC的可靠性逐步提高。近年来，两个CPU被用来构成一个大型的可编程控制器。另一种方法是使用三个计算机核心组成一个可编程控制器。存储系统软件的机器也称为存储程序软件的机器。可以存储用户的内存也可以用于存储其他数据。电路1的入口和出口。电路的进出口由光耦合电路的进出口和小型机器的进出口组成。它的功能是PLC的命令工具和现场的一些接口。这个区域的电路与数据存储机、控制它们的机器以及自动切断电源的电路相结合。PLC使用的电路将一些相关信息发送到现场执行。例如，计算和测量这些函数。信息传输包括以太网、通信模块等。

　　2.3PLC的工作原理

当PLC开始移动时，工作过程有以下步骤：输入采样、操作用户数据和传递新事物。完成这三个步骤所需的时间是一个周期。在执行上述步骤时，PLC的工作速度必须是恒定的。

(1)把采样穿进去这个阶段就是输入采样阶段，PLC根据数据来慢慢的把这些采样传送进去，在图像的某个地方把它们保留起来。采样传输后，将采样发送给用户数据系统进行操作和传输新事物。在这两个步骤中，传输模式和传输的对象发生了变化，因此传输模式和在图像区域中传输的对象将保持不变。所以传输是一个固定信号，固定信号的大小必须大于扫描时间，以保证每次都能被扫描进去。

(2)在操作用户的系统时，这是操作用户程序的一个阶段，PLC会有自己的逻辑来按照它的顺序进行扫描。扫描每个梯形图像时，它是一个与梯形左侧的点组接触的位置。这些触点形成左、右、上、下的顺序，然后根据相应的逻辑工作，对应于系统中存储的RAM的某些区域，或对应于图像区域中传输的刷新物和线圈。也可以在梯形图中确定特定的命令操作。也就是说，当人们操作时，图像区域中传输点的状态和信息不会改变。图像区域也可以在系统中改变或其它传输点和机器设备也可以改变。一个梯形对象，其运算结果将工作在梯形图上的回路由导线制成或下一次使用的数据。与下面的梯形图不同，由新导线制成的回路的状态或数据将仅用作一个函数，在该函数中，它处于下一个时间段的开始。如果使用该指令，则在使用程序时可以直接访问该指令。这样，如果您使用这个指令，就不需要更新处理后的图像，您可以立即从模块中得到它，也可以同时更新传输后的图像，这不是直接传输进来的。

(3)程序被扫描好了以后，传送出新的阶段后就可以开始进行刷新阶段。此时，计算机处理核心根据图像的状态和相关信息传输新的电路，然后传输电路的驱动器和一些相关的机器设备，然后由输出电路驱动相应的外围设备。

　　2.4PLC的特点

1可靠性高，抗干扰能力强

2通用性高，使用方便

3程序设计简单，易学，易懂

4模块技术是领先的，使用起来特别的方便

5系统设计周期短

6安装简便，调试方便，维护工作量小

7适合各种工业的生产，应用方面比较广泛

　　2.5PLC的应用

1.开关的逻辑设计由PLC完成。他打败了传统的继电器电路。逻辑控制由其实现，顺序控制也由其实现。这两种逻辑用于工厂的生产线。

2.在生产控制过程中，工厂将模拟温度、压力、流量、液位和速度的恒定变化。为了使可编程逻辑控制器能够操作和处理模拟数据，必须将数字和模拟数据相互转换。所以很多厂家都做这个转换模块，为了转换数字和模拟，最后用PLC来控制这些转换的数据。

3.PLC可以控制圆周运动或直线运动。在他控制的设置方面，一开始他的开关直接连接到模拟器上。目前，它使用专业交换机进行连接。

　　第三章立体仓库的结构设计

　　3.1立体仓库的主要功能

（1）安装各种传动部件，使其能正常移动，不会出现移动错误。立体仓库还可以装满润滑油，以确保其零件可以润滑。

（2）立体仓库还可以保护零件不受损坏，立体仓库的内部不会受到外界的干扰，保证工人的安全，也可以隔音。

（3）备件后库是独立的，所以单个物品容易维修。

（4）因为立体仓库是方形的，所以机器看起来不错。

　　3.2立体仓库的分类

按立体仓库的功能可分为:

(1)用来减速、变速、机床的这些立体仓库是用来装在里面的部件的。

(2)像这些泵水泵的机器，这种立体仓库的目的是为了让其工作的时候水的方向可以改变。不仅仅是这样的功能，这个立体仓库他还能改变里面的压力这些因素。

(3)机架、立柱这些器件它使用立体仓库设计就是为了美观的，样子好看就行了，主要内容如下：

　　3.3立体仓库的制作方法:

工艺设计要点

（1）为保证自动堆垛系统连续正常工作，在对调直型钢的工作台进行检查时，应保证钢与钢之间有一定的距离。这就要求每次1钢拉机完成后，都要检查工作台上的链条运动，以确定距离，以确保钢的检查、规格钢的收集以及将单钢或双钢送入输送辊。

（2）由于型钢中槽钢的堆放要求每层三块合拢，所以角钢的堆放需要先三块后两块。通过平移和翻转交替完成，需要可靠、准确的分组定位机制。满足不同类型和规格的钢材堆放。

（3）由于0’*~90型钢设备在型钢堆放过程中的重力方向与转向力方向相反，且型钢和设备的重力与90度~180*的转向力相同，会产生向下加速度。如果允许型钢和设备自然翻身，翻身过程中会发生严重的抖动，容易造成事故，使设备不能正常使用。因此，在设计中采用液压阀保持压力。系统工作压力为P=8~10MPa。可根据实际情况进行调整。

（4）压型钢堆放时，堆放平台上的每层钢材必须自动降低到一定高度，以保证堆放平台的水平始终保持在原来的高度。立体仓库的设计必须考虑使用地点，如车床立体仓库的设计要考虑机床的形状和尺寸。还有一些问题需要考虑：

1.立体仓库必须坚固。立体仓库必须能够承载大量的负载，因此在大多数情况下，它主要取决于仓库的刚度，这不足以影响仓库的性能。

2.因为立体仓库是金属的，加热后会变形。因此，有必要考虑他在什么样的环境中工作，从而选择适合环境的材料来制作立体仓库。

3.立体仓库制作时，还应考虑其用途，因为我们需要确定立体仓库的结构设计是什么样的，立体仓库的结构和外观因用途不同而不同。

4.不管他做什么，他的质量是至关重要的，因为这些仓库适合各种机器，所以我们必须保证这些仓库的生产质量必须是好的。

5.最后但并非最不重要的一点，它的形状必须精确到位，因为立体仓库适用于各种机械，而且它的形状设计也不会出错。

　　3.4立体仓库结构设计

传统的继电接触控制系统已有几十年的历史，在工业自动化控制中发挥着重要作用。然而，随着科学技术的飞速发展，这种传统的控制系统已不能满足高自动化的需要，逐渐被新型的微机技术所取代。生产实践证明，继电接触控制系统不能满足自动化程度高、动作频率高、生产能力大的立体仓库机械控制系统的要求。由于仓库工作频率高，继电器接触元件寿命有限，故障率高，抗干扰能力差。它经常需要维修和更换备件，这会导致更多的停车时间，影响生产。此外，每年需要大量的外汇来购买备件。如何解决这个问题，本课题提出了应用可编程逻辑控制器（PLC）自设计程序软件，对原有控制系统进行改造。通过对大量数据的调查研究，我们认为用PLC对仓库机械控制系统进行重新设计，不仅可以实现原有的功能，而且可以根据用户的需要扩展功能，提高系统的可靠性和设备的使用寿命。降低故障率，减少维修费用，减少停车时间，降低工人劳动强度。

下表为继电器控制与PLC控制系统的主要性能比较。

　　3.5执行单元的确定

仓库机械主要执行机构有：压路机、分组定位机构、平移机构、翻转机构、起垛机构、钢垛压实机构、平板车行走机构。

滚筒电机和分组机构保持原系统不变。平移翻转机构采用电磁控制。液压控制用于码垛提升机构和钢码垛压实机构。

原仓库机车平车运行依靠接触器控制起、停、倒。控制相对简单，但接触器经常长时间中断，容易产生电弧张力和触点粘连。此外，接触件失效率高他不能连续不停的生产。其主要缺点是无法调整速度，无法控制仓库机械的定位精度，无法实现轨迹运动的控制。

在传统工业生产中，传动部分采用无调速交流传动，精度不高。直流调速驱动用于定位精度和响应速度要求高的设备。随着电子功率器件技术的飞速发展，我国变频器调速装置的种类越来越多，并不断更新换代，为立体仓库机械的发展和更新提供了新的思路和方法。因此，为了获得较好的机械特性和响应，将变频器应用于立体仓库机械的行走控制中。通过现场负荷计算和理论分析，保留了主驱动方式，采用西门子-MM440电压型万能降压变换器控制立体仓库机双电机的转速和换相。西门子MM440电压型通用变频器具有转矩矢量控制、滑差补偿、电流控制等一系列先进功能。AVR自整定、负载转矩自适应等。在无速度传感器的开环运行条件下，采用V/F控制和电机参数自动测试后，西门子-MM440电压型通用变频器的性能明显高于原传动系统。

　　第五章立体仓库机械结构设计

　　5.1仓库机械结构的总体设计

5.1.1各类仓库结构特点比较

立体仓库种类繁多，各有其独特的特点和适用范围。提升和横向停车设备通过提升或横向移动车厢板进入车辆。轿板可以在一楼左右移动，顶层可以上下升降，中层可以上下移动。根据现场规划和客户需求，可建造2-5层。据统计，2003年，该类设备占新建立体仓库总量的81%，是目前国内应用率最高的停车设备。循环停车设备具有垂直循环、多层循环、水平循环等多种形式。汽车板可以在许多层面上循环（顺时针或逆时针）。当指定的车牌（车）移到仓库出入口时，可以进入和操作。

平面移动式停车设备和道路堆垛式停车设备又称为仓储式停车设备，主要通过提升装置和智能运输车进出车辆。升降装置可根据设计层数上下移动。移动器可以沿道路水平移动。到达指定的停车位后，可将车辆从停车位抽出或放入停车位。垂直电梯停车设备，通过电梯将车辆提升到指定楼层，俗称电梯塔。仓库中间是车辆的垂直行驶通道，通道两侧每层有一个停车位。电梯将车辆或车厢板搬运到指定的层，然后通过进入机构水平进入车辆。一个系统可以建造25层，停放50辆车。

简单的起重停车设备，通过起重机构将车辆提升或降低到一楼，实现对车辆的进出。地上二层，立面以上二层，地上二层，地下二层，地下三层。汽车专用电梯是一种专用于运载车辆的电梯，它可以取代仓库内的车道，直接将车辆驶入不同的停车位。

驾驶和着陆横向移动类型-层数小，每个仓库需要一个车牌，进出车辆时可以自由行走。简单升级是一种原始的畜牧业。它通常是两层楼，很少有车辆。垂直升降的原理来自于电梯。一般情况下，层数较大，但每层存储的层数不多。垂直循环式车辆能耗大，其他车辆段的车辆段在进入车辆时应同时移动，存储量少。

通过以上分析，我们可以看出立体仓库有很多种，但每种立体仓库都有其独特的优势和适用的环境。未来我国立体仓库的发展有两个方向。一是走价格低廉、使用方便的道路，使生产者和使用者为达到使用目的而降低成本。二是追求更高的技术含量和优越的性能，要求停车设备在高技术含量的前提下具有优越的性能和快速的使用。访问速度。目前，我国应用较为广泛的两种立体仓库应该是起重横移式和车行道堆垛式。道路堆垛式立体仓库容量大、自动化程度高、技术含量高，深受用户青睐。本文设计的仓库是一种三维移动立体仓库，类似于道路堆垛式仓库。

5.1.2仓库的选型

道路堆垛库是一种机械式停车设备，利用道路堆垛机或桥式起重机将车辆水平、垂直地移动到运输车上的储存空间，以及进入车辆的进入机构，如下图2-1所示。这种立体停车设备是在自动立体仓库原理的基础上，60年代后专门为欧洲小型汽车停车设计的立体仓库。这种停车设备采用先进的计算机控制。是集机、光、电、自动控制于一体的全自动化立体停车库。它的出现解决了人们希望解决的大规模自动停车问题。具有全封闭仓库和安全储存的特点。道路堆垛仓库主要用于需要大型集约化车辆存放的场所。

　　第六章结论

中国立体仓库未来发展的一个方向是追求更高的技术含量和卓越的性能。停车设备要求在技术含量高的前提下，具有优越的性能、便捷的运行方式和快速的接入速度。本文在查阅大量文献的基础上，对类似公路堆垛仓库的机械立体仓库进行了研究。给出了仓库的总体结构。对仓库关键部件步行车进行了研究。设计了基于分布式控制理论的仓库控制系统，优化了仓库的访问策略。主要研究成果如下：

(1)确定了机械式三维立体仓库的总体结构方案，介绍了主体钢架、升降机构、横移机构以及旋转台等的结构组成，设计完成了两种仓库的关键结构部件行走小车。

(2)基于分布式控制理论，完成了控制系统的总体控制方案，选用工业计算机作为上位机的硬件设备。设计了上位机的用户界面和通信程序，实现了下位机变电站的集中控制和状态监测。实现了RS485网络通信协议及其硬件线路的连接，保证了下位机变电站的集中控制和状态监测。上位机与下位机的通讯协议一致，通讯顺畅：下位机PLC的总体布局、1/0点分布及电路图的设计、硬件元件的选择、硬件电路的连接、软件程序的编写等。完成；完成了控制系统的调试和实验。电子控制柜组装完成，实现了预定的控制功能。

(3)针对道路堆垛仓库车辆进出口少、用户平均等待时间长、堆垛机工作量大等缺点，从调度策略的角度对调度策略进行了分析，并利用改进的基因优化三维仓库的调度策略。TIC算法，使车辆的总访问时间最小化，即用户的平均等待时间最少。仿真结果表明，该方法获得了较好的访问顺序，对改进道路堆垛仓库的访问策略具有一定的意义。

本文在研究过程中，对机械立体仓库的机械结构、控制系统和调度优化进行了详细而完善的分析和介绍，使其接近解决实际问题的水平。然而，由于能量和能力有限，经验不足，在设计上仍存在许多不足。例如，机械结构设计只进入图纸设计阶段，其加工和生产应验证是可行的。控制系统的设计是基于学习的，控制系统是一个小型的分布式控制系统，具有相对简单和步进式的特点。机器的选择主要考虑其功能的实现，但在设计中也应考虑其运动负荷的问题。今后，立体仓库的安全稳定设计应是一个重要组成部分。

　　参考文献

[1]杨宗林.物料搬运移动机器人的优化设计[D].合肥工业大学,2017.

[2]顾浩炜.直臂式高空作业车虚拟现实教学培训系统设计与研究[D].华东理工大学,2017.

[3]杨杨.新型智能立体仓库控制系统设计[D].中北大学,2014.

[4]张育斌.智能立体仓库控制系统开发及排队模型的优化[D].兰州理工大学,2010.

[5]胡孟华.数控螺纹磨床电气系统设计与研究[D].南京理工大学,2011.

[6]李永超.面向建筑三维打印的测试装置控制系统设计及实验研究[D].南京师范大学,2015.

[7]印大秋.三轴摇摆台系统设计及其H_∞控制实现[D].哈尔滨工程大学,2008.

[8]彭天然.物料搬运移动机器人机械与控制系统设计与研究[D].合肥工业大学,2016.

[9]陈盛.工业机器人实训中心系统集成技术的应用研究[D].电子科技大学,2016.

[10]李睿.悬臂掘进机机身位姿参数检测系统研究[D].中国矿业大学(北京),2012.

[11]任建华.甲基纤维素增重造粒关键技术研究[D].中国矿业大学（北京）,2012.

[12]刘志勇.整体穿刺机碳布输送装置及张力控制研究[D].天津工业大学,2018.

[13]王夏望.机身大部件复合加工机床控制系统集成及应用[D].南京航空航天大学,2017.

[14].自动化技术、计算机技术[J].中国无线电电子学文摘,2010,26(01):152-234.

[15]岳士超.基于实时工业以太网的PAC系统关键技术研究与实现[D].山东大学,2012.

[16]曾建军.排爆机器人遥操作性能研究[D].上海交通大学,2010.