一种用于教学的立体仓库实训装置的制作方法

本实用新型属于机电一体化教学设备技术领域，尤其涉及一种用于教学的立体仓库实训装置。

背景技术：

教育是为社会发展、进步不断培养人才的重要工程，各个学科都需要教育工作者不断研究新的教案和教学工具，顺应科学技术的不断发展。众所周知，文科和理工科之间存在较大的差异，即使是理工科中间，也有许多千差万别的不同科目，在教学过程中需要针对性地进行研究、总结并改善教学方式。

机电一体化是理工科中颇具代表性的一个学科和方向，其横跨涉及了机械、电子、通讯控制等领域，是一门综合性技巧较强的课程。在进行本课程的教学时，传统的书本教学是当前主导的方式，各类高校为提升教学质量，均在不同程度地开展实验教学，通过将书本中描述的技术原理和技术实用化案例在实验室中再现，让学生参与其中，以加深他们的直观印象，巩固书本学习。

立体仓库作为一种多层存放货物的高架仓库是现代化物流系统中的重要组成部分，其使用自动化的机械设备进行货物存取，运行和处理速度快，提高了劳动生产率，降低、消除了操作人员的劳动强度，广泛应用于医药生产、汽车制造、机械制造、电子制造、烟草制造业等行业。

作为机电应用专业的技术人员在进入相关企业工作后，需要掌握操作和维护立体仓库的职业技能，而立体仓库作为物流系统的一部分，其自动化程度较高，技术人员很难在短期内真正掌握其所需的技能，因此需要进行相应的培训。

如果能够将立体仓库控制的实训教学装置引入日常的实训教学中，将能够作为学生学习自动控制技术、传感器检测技术、程控技术等专业的实训教学提供很好的载体，还能够为立体仓库控制系统的研发提供很好的借鉴经验，但是，现有的立体仓库实训装置缺乏实际可操作性，不能很好的训练学生的实践动手能力，不便于学生更深入的掌握各种传感器、电机等传感器和执行器的接线方式、工作原理以及设计思路。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本实用新型提供一种用于教学的立体仓库实训装置，能够让学生熟练掌握各种传感器、电机等传感器和执行器的接线方式、工作原理以及整个实训装置的设计思路，将理论知识与实际模型相结合，有利于提高学生的实践动手能力和综合素质。

本实用新型是通过如下的技术方案来解决上述技术问题的：一种用于教学的立体仓库实训装置，包括操作台、PLC控制单元、巷道堆垛机单元、模拟立体仓库、液晶显示屏、操作键盘以及接线操作面板；所述PLC控制单元、巷道堆垛机单元、模拟立体仓库、液晶显示屏以及操作键盘的电气部分分别与接线操作面板上对应的接线端子连接；

所述巷道堆垛机单元以及模拟立体仓库均设置在操作台的台面上。

在实训操作时，学生在接线操作面板上将对应的接线端子通过连接导线连接起来，完成PLC控制单元、巷道堆垛机单元、模拟立体仓库、液晶显示屏以及操作键盘之间的电气部分的接线，由PLC控制单元实现对巷道堆垛机单元和模拟立体仓库的自动控制，当按下接线操作面板和操作键盘上对应的操作按钮时，PLC控制单元控制巷道堆垛机单元执行相应动作(横向运动或者升降运动)，完成模拟货物的送取操作，液晶显示屏动态显示货物的状态；该实训装置由学生完成各部分的电气接线，使学生更深入的掌握PLC控制单元、巷道堆垛机单元、模拟立体仓库、液晶显示屏以及操作键盘的结构、各部分之间的接线方式以及工作原理，提高了学生的手动操作实践能力。

进一步的，所述PLC控制单元包括直流开关电源、断路器、PLC控制器以及电气接口模块；所述直流开关电源的输入端通过断路器与外部交流电源连接，直流开关电源的输出端与接线操作面板上对应的接线端子连接；所述PLC控制器的电源端、输入端和输出端通过电气接口模块与接线操作面板上对应的接线端子连接；

所述断路器为实训装置电源总开关，具有漏电、短路和过电流保护功能；当闭合断路器时，实训装置供电，PLC控制器运行；所述直流开关电源将交流220V转换成直流24V，为PLC控制器、巷道堆垛机单元以及模拟立体仓库提供所需电源，且具有电压可调和短路保护功能。在实训操作时，在接线操作面板上，将直流开关电源输出端对应的接线端子与PLC控制器电源端对应的接线端子连接起来，为PLC控制器提供24V直流电源，其他连接方式同理。

进一步的，所述巷道堆垛机单元包括升降机构、横向行走机构、载货托板以及取货装置；

所述升降机构包括升降移动座、升降丝杠、升降电机以及升降限位块；所述横向行走机构包括横向移动座、横向丝杠、横向电机、第一横向限位块以及第二横向限位块；所述升降丝杠的一端垂直固定在横向移动座上，另一端固定设有升降限位块；所述升降移动座套装在升降丝杠上；所述升降电机安装在升降限位块上，且升降电机的输出轴固定连接有升降齿轮，在升降齿轮的外周上连接有纵向运动的升降齿条；所述升降移动座与升降齿条固定连接；

所述横向移动座套装在横向丝杠上；所述横向丝杠的一端与第一横向限位块固定连接，另一端与第二横向限位块固定连接；所述横向电机安装在第一横向限位块上，且横向电机的输出轴固定连接有横向齿轮，在横向齿轮的外周上连接有横向运动的横向齿条；所述横向移动座与横向齿条固定连接；

所述载货托板与升降移动座固定连接，所述取货装置安装在载货托板上；

所述升降电机、横向电机的电气部分分别与接线操作面板上对应的接线端子连接。

巷道堆垛机单元主要实现横向和纵向上的运动，升降机构与横向行走机构是相互垂直的，在实训操作时，学生在接线操作面板上将升降电机和横向电机对应的接线端子与PLC控制器输出端对应的接线端子通过连接导线连接起来，完成升降电机、横向电机与PLC控制器之间的电气连接。当需要进行模拟货物的取送时，PLC控制器根据模拟货物所处仓位的位置控制升降电机和横向电机工作，从而控制对应的移动座纵向运动和横向运动，使得装有取货装置的载货托板运动到对应的仓位，进行模拟货物的取送操作。第一横向限位块和第二横向限位块的设置位置与模拟立体仓库的宽度相适应，升降限位块的设置高度与模拟立体仓库的高度相适应。

进一步的，所述横向行走机构安装在操作台的台面上。

进一步的，所述取货装置包括货叉以及推动气缸；所述推动气缸的活塞杆与货叉固定连接；所述货叉与载货托板平行设置；

所述推动气缸通过电磁阀与接线操作面板上对应的接线端子连接，在实训操作时，将电磁阀对应的接线端子与PLC控制器输出端对应的接线端子通过连接导线连接起来，完成PLC控制器与电磁阀的电气连接，通过电磁阀控制推动气缸活塞杆的伸缩运动，从而控制货叉的伸缩运动。

进一步的，所述模拟立体仓库包括转货区和储货区；所述转货区由一个仓位构成，且转货区的仓位设置在模拟立体仓库的最底部；转货区仓位包括第一支撑框架以及固定在第一支撑框架内的第一载货板；转货区仓位在朝向取货装置的方向开有第一敞口；在第一载货板的底部设有第一货物检测传感器和第一位置传感器；

在储货区上的仓位呈多行多列排列，且储货区的仓位设置在转货区的上方；储货区仓位包括第二支撑框架以及固定在第二支撑框架内的第二载货板；储货区仓位在朝向取货装置的方向开有第二敞口；在第二载货板的底部设有第二货物检测传感器和第二位置传感器；

所述第一货物检测传感器、第一位置传感器、第二货物检测传感器和第二位置传感器分别与接线操作面板上对应的接线端子连接；

转货区和储货区的每个仓位均有一个编号，该编号(仓位号)与仓位所处位置相对应。

实训操作时，将第一货物检测传感器、第一位置传感器、第二货物检测传感器和第二位置传感器对应的接线端子与PLC控制器输入端对应的接线端子通过连接导线连接起来，完成PLC控制器与第一货物检测传感器、第一位置传感器、第二货物检测传感器和第二位置传感器的电气连接；第一货物检测传感器和第二货物检测传感器用于检测对应仓位内是否有货物，第一位置传感器和第二位置传感器用于检测货物所处仓位的位置，这些传感器的检测信息传输给PLC控制器，PLC控制器根据检测信息控制升降机构、横向行走机构以及取货装置的动作，实现对应仓位货物的取送。

进一步的，所述第一货物检测传感器和第二货物检测传感器采用光电传感器。

进一步的，所述接线操作面板上还设有按钮和指示灯接线端子；所述按钮与PLC控制器连接，且按钮包括启动按钮、急停按钮和停止按钮；所述指示灯接线端子与操作台台面上设置的三色指示灯连接；

在实训操作时，在接线操作面板上，将液晶显示屏和操作键盘对应的接线端子与PLC控制器输出、输入端对应的接线端子通过连接导线连接起来；液晶显示屏用于显示仓位号以及货物的状态信息，操作键盘包括数字键、取货键、送货键以及取消键，操作键盘用于输入仓位号和取送操作指令。当实训装置复位时，巷道堆垛机单元复位到初始位置，即在横向上回到最左端，在纵向上回到最下端；当通过操作键盘输入欲入库的仓位号时，液晶显示屏显示该仓位号，按下送货键，当转货区仓位上有货物时，巷道堆垛机单元将货物送到指定的仓位；若被选择仓位已有货物，该入库操作不被执行；转货区仓位上无货物，则下一个入库操作将不被执行；当通过操作键盘输入欲出库的仓位号时，液晶显示屏显示该仓位号，按下取货键，当转货区仓位上有货物时，巷道堆垛机单元不执行任何操作，如果被选择仓位无货物时，该出库操作不被执行；当转货区仓位无货物，且该仓位内有货物时，巷道堆垛机单元将货物从指定的仓位转移到转货区仓位上。操作键盘采用轻触薄膜操作键盘。液晶显示屏设置在操作台的台面上或者接线操作面板上，操作键盘设置在操作台的台面上或者接线操作面板上。

进一步的，所述操作台包括台面、用于支撑台面的支撑架以及设置在支撑架底部的万向脚轮；所述支撑架上还设置有抽屉，所述PLC控制单元、接线操作面板设置在所述抽屉内；该抽屉还用于收纳连接导线或者其他实验配件。

进一步的，所述台面和支撑架为铝型材结构。

与现有技术相比，本实用新型所提供的用于教学的立体仓库实训装置，包括操作台、PLC控制单元、巷道堆垛机单元、模拟立体仓库、液晶显示屏、操作键盘以及接线操作面板；所述PLC控制单元、巷道堆垛机单元、模拟立体仓库、液晶显示屏以及操作键盘的电气部分分别与接线操作面板上对应的接线端子连接；在实训操作时，由学生自己动手接线，使学生更加了解该装置各部分的结构、接线方式和工作原理，提高了学生手动操作的实践能力；同时该实训装置各单元与实际立体仓库相对应，使理论与实际生产相对应，既满足职业培训的需求，又适应于课堂教学。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一个实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型一种用于教学的立体仓库实训装置的结构示意图；

其中：1-操作台，2-抽屉，3-支撑架，4-万向脚轮，5-储货区，6-转货区，7-升降电机，8-升降限位块，9-升降丝杠，10-升降齿条，11-升降移动座，12-载货托板，13-推动气缸，14-横向电机，15-横向移动座，16-第一横向限位块，17-横向丝杠，18-第二横向限位块，19-横向齿条，20-三色指示灯。

具体实施方式

下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实施新型中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，本实用新型所提供的一种用于教学的立体仓库实训装置，包括操作台1、PLC控制单元、巷道堆垛机单元、模拟立体仓库、液晶显示屏、操作键盘以及接线操作面板；PLC控制单元、巷道堆垛机单元、模拟立体仓库、液晶显示屏以及操作键盘的电气部分分别与接线操作面板上对应的接线端子连接；

巷道堆垛机单元以及模拟立体仓库均设置在操作台1的台面上。

在实训操作时，学生在接线操作面板上将对应的接线端子通过连接导线连接起来，完成PLC控制单元、巷道堆垛机单元、模拟立体仓库、液晶显示屏以及操作键盘之间的电气部分的接线，由PLC控制单元实现对巷道堆垛机单元和模拟立体仓库的自动控制，当按下接线操作面板和操作键盘上对应的操作按钮时，PLC控制单元控制巷道堆垛机单元执行相应动作(横向运动或者升降运动)，完成模拟货物的送取操作，液晶显示屏动态显示货物的状态；该实训装置由学生完成各部分的电气接线，使学生更深入的掌握PLC控制单元、巷道堆垛机单元、模拟立体仓库、液晶显示屏以及操作键盘的结构、各部分之间的接线方式以及工作原理，提高了学生的手动操作实践能力。

PLC控制单元包括直流开关电源、断路器、PLC控制器以及电气接口模块；直流开关电源的输入端通过断路器与外部交流电源连接，直流开关电源的输出端与接线操作面板上对应的接线端子连接；PLC控制器的电源端、输入端和输出端通过电气接口模块与接线操作面板上对应的接线端子连接；

断路器为实训装置电源总开关，具有漏电、短路和过电流保护功能；当闭合断路器时，实训装置供电，PLC控制器运行；直流开关电源将交流220V转换成直流24V，为PLC控制器、巷道堆垛机单元以及模拟立体仓库提供所需电源，且具有电压可调和短路保护功能。在实训操作时，在接线操作面板上，将直流开关电源输出端对应的接线端子与PLC控制器电源端对应的接线端子连接起来，为PLC控制器提供24V直流电源，其他连接方式同理。

巷道堆垛机单元包括升降机构、横向行走机构、载货托板12以及取货装置；

升降机构包括升降移动座11、升降丝杠9、升降电机7以及升降限位块8；横向行走机构包括横向移动座15、横向丝杠17、横向电机14、第一横向限位块16以及第二横向限位块18；升降丝杠9的一端垂直固定在横向移动座15上，另一端固定设有升降限位块8；升降移动座11套装在升降丝杠9上；升降电机7安装在升降限位块8上，且升降电机7的输出轴固定连接有升降齿轮，在升降齿轮的外周上连接有纵向运动的升降齿条10；升降移动座11与升降齿条10固定连接；

横向移动座15套装在横向丝杠17上；横向丝杠17的一端与第一横向限位块16固定连接，另一端与第二横向限位块18固定连接；横向电机14安装在第一横向限位块16上，且横向电机14的输出轴固定连接有横向齿轮，在横向齿轮的外周上连接有横向运动的横向齿条19；横向移动座15与横向齿条19固定连接；

载货托板12与升降移动座11固定连接，取货装置安装在载货托板12上；

升降电机7、横向电机14的电气部分分别与接线操作面板上对应的接线端子连接。

巷道堆垛机单元主要实现横向和纵向上的运动，升降机构与横向行走机构是相互垂直的，在实训操作时，学生在接线操作面板上将升降电机7和横向电机14对应的接线端子与PLC控制器输出端对应的接线端子通过连接导线连接起来，完成升降电机7、横向电机14与PLC控制器之间的电气连接。当需要进行模拟货物的取送时，PLC控制器根据模拟货物所处仓位的位置控制升降电机7和横向电机14工作，从而控制对应的移动座纵向运动和横向运动，使得装有取货装置的载货托板12运动到对应的仓位，进行模拟货物的取送操作。第一横向限位块16和第二横向限位块18的设置位置与模拟立体仓库的宽度相适应，升降限位块8的设置高度与模拟立体仓库的高度相适应。

横向行走机构安装在操作台1的台面上。

取货装置包括货叉以及推动气缸13；推动气缸13的活塞杆与货叉固定连接；货叉与载货托板12平行设置；

推动气缸13通过电磁阀与接线操作面板上对应的接线端子连接，在实训操作时，将电磁阀对应的接线端子与PLC控制器输出端对应的接线端子通过连接导线连接起来，完成PLC控制器与电磁阀的电气连接，通过电磁阀控制推动气缸13活塞杆的伸缩运动，从而控制货叉的伸缩运动。

模拟立体仓库包括转货区6和储货区5；转货区6由一个仓位构成，且转货区6的仓位设置在模拟立体仓库的最底部；转货区6仓位包括第一支撑框架以及固定在第一支撑框架内的第一载货板；转货区6仓位在朝向取货装置的方向开有第一敞口；在第一载货板的底部设有第一货物检测传感器和第一位置传感器；

在储货区5上的仓位呈多行多列排列(本实施例中，储货区5仓位三行四列，共12个仓位)，且储货区5的仓位设置在转货区6的上方；储货区5仓位包括第二支撑框架以及固定在第二支撑框架内的第二载货板；储货区5仓位在朝向取货装置的方向开有第二敞口；在第二载货板的底部设有第二货物检测传感器和第二位置传感器；

第一货物检测传感器、第一位置传感器、第二货物检测传感器和第二位置传感器分别与接线操作面板上对应的接线端子连接；

转货区6和储货区5的每个仓位均有一个编号，该编号(仓位号)与仓位所处位置相对应。

实训操作时，将第一货物检测传感器、第一位置传感器、第二货物检测传感器和第二位置传感器对应的接线端子与PLC控制器输入端对应的接线端子通过连接导线连接起来，完成PLC控制器与第一货物检测传感器、第一位置传感器、第二货物检测传感器和第二位置传感器的电气连接；第一货物检测传感器和第二货物检测传感器用于检测对应仓位内是否有货物，第一位置传感器和第二位置传感器用于检测货物所处仓位的位置，这些传感器的检测信息传输给PLC控制器，PLC控制器根据检测信息控制升降机构、横向行走机构以及取货装置的动作，实现对应仓位货物的取送。

第一货物检测传感器和第二货物检测传感器采用光电传感器。

接线操作面板上还设有按钮和指示灯接线端子；按钮与PLC控制器连接，且按钮包括启动按钮、急停按钮和停止按钮；指示灯接线端子与操作台1台面上设置的三色指示灯20连接；

在实训操作时，在接线操作面板上，将液晶显示屏和操作键盘对应的接线端子与PLC控制器输出、输入端对应的接线端子通过连接导线连接起来；液晶显示屏用于显示仓位号以及货物的状态信息，操作键盘包括数字键、取货键、送货键以及取消键，操作键盘用于输入仓位号和取送操作指令。当实训装置复位时，巷道堆垛机单元复位到初始位置，即在横向上回到最左端，在纵向上回到最下端；当通过操作键盘输入欲入库的仓位号时，液晶显示屏显示该仓位号，按下送货键，当转货区6仓位上有货物时，巷道堆垛机单元将货物送到指定的仓位；若被选择仓位已有货物，该入库操作不被执行；转货区6仓位上无货物，则下一个入库操作将不被执行；当通过操作键盘输入欲出库的仓位号时，液晶显示屏显示该仓位号，按下取货键，当转货区6仓位上有货物时，巷道堆垛机单元不执行任何操作，如果被选择仓位无货物时，该出库操作不被执行；当转货区6仓位无货物，且该仓位内有货物时，巷道堆垛机单元将货物从指定的仓位转移到转货区6仓位上。

操作台1包括台面、用于支撑台面的支撑架3以及设置在支撑架3底部的万向脚轮4；支撑架3上还设置有抽屉2，PLC控制单元、接线操作面板设置在抽屉2内；该抽屉2还用于收纳连接导线或者其他实验配件。

以上所揭露的仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或变型，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。