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摘 要 :

近幾年來，自動倉儲系統（ Automated Storge ﹨

Retrieval System ; AS\RS），對於解決需要大量土地與人

力資源問題的企業，提供了最好的解決的方式。且自動倉儲

之相關研究已相當成熟，包括自動倉儲之設計原則、架構分

類、運作系統流程和存取機的存取邏輯等。現今的自動化系

統工程已邁入光電整合技術的時代，即以機械技術和電子技

術相互結合，進而達成設計上所要求的功能，它涵蓋了電

子、電機、機械、氣壓、油壓、影像處理與電腦等專業科技，

如何整合這些專業科技就成為自動化工程系統控制人員所

需面對的問題，自動化之加工、物流、儲存及監控系統是現

今各大產業發展自動化重要趨勢。本專題主要是提出自行研

製開發一套低成本、多功能、模組化工廠自動化系統，包括

硬體構思、規劃、設計、製作、組裝、測試及軟體撰寫等。

一旦成品設計出來，經過各種電腦模擬測試，將會提出一最

優化的模式，以同時滿足低成本、高效率的需求，作為業者

選用倉儲系統的參考。

2

第 一 章 緒 論

1.1 前 言

在 一 定 自 動 化 條 件 下，能 準 確 並 迅 速 的 搬

運、儲 存、檢測 與 取 出 所 需 物 料 之 設 備 及 其 週 邊 與

控 制 系 統 。

1.2 研 究 動 機

傳統上規劃物流生產作業模式時，其活動常被視做由許多非完整

且獨立的活動所構成，並對此活動提出最佳化的設計，如車輛途程的

取貨問題、揀貨作業設計、存貨管理策略等問題。但將這種整體作業

系統分割視為不相連子系統的思考方式，已無法因應現代商業環境的

劇烈變動，並且會造成物流設計者規劃時的偏差。此外，隨著生產模

式趨於自動化，各作業活動間協調與否，往往會影響到整個系統的績

效，而這也就是整合系統功能在系統設計上急切的被需要的重要原因

之一。尤其是在設計物料搬運作業時，就必須對其各種原料、半成品

及成品於加工機台或暫存環境之運輸及加工等問題進行分析。所以，

若物流設計者無系統化的規劃流程，將會使系統設計難以發現問題的

所在，並導致規劃失當而難以發揮預期效益。因此，如何有系統的設

計物料搬運作業模式，是未來發展的趨勢。

1.3 研 究 目 的

3

1. 增 加 儲 存 容 量

2. 增 加 樓 板 面 積 的 存 放 量

3. 節 省 擺 放 空 間

4. 改 善 儲 存 物 料 之 安 全 性

5. 減 少 儲 存 作 業 所 需 的 成 本 支 出

6. 改 善 整 體 存 貨 的 控 制

7. 增 加 存 貨 的 週 轉

1.4 研 究 方 法

以設計順序控制回路和使用 PLC 的基礎，基本上源於布林代數基

本邏輯的推演。熟悉布林代數的運算，信號時序圖的分析，乃至繼電

器、計數器、計時器的靈活運用等等，在應用到實際整體自動化系統

上。

1.5 研 究 成 果

成功以 PLC 的基礎順利設計出小型倉儲系統，利用此系統可簡單進行

貨物出庫及入庫的動作，還有貨物的分類等等；以此控制系統為基

底，其應用範圍極大，小至日常生活所用裝置，大至系統生產線。PLC

其接近人性化的操作及越趨精密的控制，在未來的發展將無可限量。

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第 二 章 自 動 倉 儲 硬 體 規 劃 設 計

2.1 自動倉儲系統架構與功能說明

2.1.1 倉儲結構

1. 機搬運機模組－－－－－－－－－－－1 組

X 軸：行程 350 ㎜或以上，DC24V 馬達驅動，高精度線性滑座即

滑軌導引雙螺牙式螺桿傳動，具原點近接感測 5 ㎜及安全

保護防撞車裝置。

Y 軸：雙齒輪、單排齒構、高精度滑軌、滑座導引裝置，行程 50

㎜或以上 DC 馬達驅動。

Z 軸：行程 120 ㎜或以上，DC24V 馬達驅動、高精度線性滑座及

滑軌導引，雙螺牙式螺桿傳動，具原點近接感測 5 ㎜安全

防撞斷電保護裝置。

2. 物料架模組

料架：採用 AL-20×20 ㎜鋁型條為支架。

存放格數：8 格（含）或以上，具防震及定位裝置。

全長：600 ㎜或以上。

全寬：50 ㎜或以上。

全高：350 ㎜或以上。

承物盒：高 20 ㎜×長 50 ㎜×寬 50 ㎜或以上，具位置辨識功能×

5

8pcs。

3. 實習底板寬 200 ㎜×長 600 ㎜×厚 20 ㎜具 T型槽 pitch 40 ㎜，固

定螺絲 M8×1.25、M6×1.0 皆可鎖固，鋁合金材質表面處理。

4. 光纖感測器－－－4 組

發光距離 20 ㎜以上，附放大器。

5. 具倉位有無料感知裝置－－－8 組或以上

6. 雙鏈條式輸送裝置，DC 馬達驅動，具定感知 SENSOR×2 組。

7. 手提式控制箱－－－1 組

（1）操作面盤－－－具啟動、停止、單一連續、出入庫指撥開關

選項等功能。

（2）PLC 控制器－I/O 32 點或以上。

（3）電源供應器模組 DC24V×1 組。

（4）Relay 模組及其電腦編輯現路途說明。

8. 硬體架構可平置於長 600 ㎜×寬 400 ㎜×高 200 ㎜或以上支手提箱

中。

9. 整合實習軟體－－－－－－－－－－－1 組

各模組及實習內容，可單項教學亦可組成整體系統，以 PLC 控制

其實習內容如下：

（1）X、Y、Z各軸手動控制實習

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（2）馬達正逆轉實習

（3）入庫/出庫控制實習

(4) 23矩陣倉儲格位辨識控制實習

2.2 自動倉儲入庫控制

2.2.1 控制原理

1 料箱經辨識系統辨識後，被運送至指定倉位。

2. 倉架上裝置有無料感知器，若倉位上已放有 Box，即使有 Box

重覆運送至相同位置(辨識錯誤或程式錯誤造成)，整體系統亦無法執

行等安全保護之控制技術。

7

2.2.2 控制元件接點及編號說明

1.電源(電壓AC110V)

M1 C1B

RW

電容器

M1R

M1W

M1B

M2 C1B

W

電容器

M2R

M2W

M2B

R

M1 馬達

M2 馬達

2.馬達接線與編號(電壓AC110V)

3.電磁閥接線與編號(電壓AC110V)

電磁閥AAT

4.極限開關接線與編號(電壓DC24V)

m11m11(X軸右極限)

N

m21

m21(Z軸下極限)

N

m22m22(Z軸上極限)

N

m12m12(X軸左極限)

N

5.光電開關接線與編號(電壓DC24V)

m10

P(註)m10(X軸定位SENSOR)

N(註)-out+

m20

P(註)m20(Z軸定位SENSOR)

N(註)-out+

7.光電開關接線與編號(電壓DC24V)

PH1

P(註)PH1N(註)

-OUT

+

PH2

P(註)PH2N(註)

-OUT

+

PH3

P(註)PH3N(註)

-OUT

+

PH4

P(註)PH4N(註)

-OUT

+

(註)：P接PLC DC24V"+' N接PLC DC24V"-"

6.磁簧開關接線與編號(DC24V)

Y軸位置磁簧開關保險絲(附指示燈)

T R

a0，a

1

a0，a

1

N

8

2.3 自動倉儲出庫控制

2.3.1 控制原理 : 由指撥開關來選擇倉位的取出

2.3.2 控制元件接點及編號說明

1.電源(電壓AC110V)

M1 C1B

RW

電容器

M1R

M1W

M1B

M2 C1BW

電容器

M2R

M2W

M2B

R

M1 馬達

M2 馬達

2.馬達接線與編號(電壓AC110V)

3.電磁閥接線與編號(電壓AC110V)

電磁閥AAT

4.極限開關接線與編號(電壓DC24V)

m11m11(X軸右極限)

N

m21m21(Z軸下極限)

N

m22m22(Z軸上極限)

N

m12m12(X軸左極限)

N

5.光電開關接線與編號(電壓DC24V)

m10

P(註)m10(X軸定位SENSOR)

N(註)-out+

m20

P(註)m20(Z軸定位SENSOR)

N(註)-out+

7.光電開關接線與編號(電壓DC24V)

PH1

P(註)PH1N(註)

-OUT

+

PH2

P(註)PH2N(註)

-OUT

+

PH3

P(註)PH3N(註)

-OUT

+

PH4

P(註)PH4N(註)

-OUT

+

(註)：P接PLC DC24V"+'N接PLC DC24V"-"

6.磁簧開關接線與編號(DC24V)

Y軸位置磁簧開關保險絲(附指示燈)

T R

a0，a

1

a0，a

1

N

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第 三 章 自 動 倉 儲 程 式 設 計

3.1 程 式 設 計 概 念

設計順序控制回路和使用 PLC 的基礎，基本上源於＂布林代數＂

基本邏輯的推演。一位順序控制的初學者，首先要接受廣泛的邏輯思

維訓練，熟悉布林代數運算，信號時序圖的分析，乃至繼電器、計數

器、計時器的靈活運用，此外如果可能的話，不要放棄學習微處理機、

界面設計、甚至高階語言程式設計的機會。有了這些完整的基礎，對

於從事 PLC 整體的系統規劃何進階回路設計，才能的心應手。從基本

回路的推演乃至複雜回路設計，自動化系統整體規劃，都要有相當的

現場經驗，始可克全功。總括來說，此等工作乃是一場邏輯推演的遊

戲。

3.2 倉 儲 控 制 器 程 式 設 計

10

第 四 章 小 型 自 動 倉 儲 成 品

倉 儲 俯 視 圖

倉 儲 正 視 圖-1

11

倉 儲 正 視 圖-2

倉 儲 正 視 圖-3

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入 庫 策 動 鍊 條

第 五 章 結 論

綜觀現代各種大小型生產工廠，自動化控制系統逐漸取代多餘的

人力控制；因此，在自動化的實踐中，可程序控制器(PLC)扮演著相

當重要的地位，諸如一般的順序控制，或機電系統的整合，以至彈性

製造系統中都少不了它。 PLC 具有以下幾種優勢 :

1. 可程式記憶，只要更改程式即更改動作。具有處理機的架構，

功能涵蓋了傳統電工圖和如組合語言的應用指令，其中很多指令

功能是傳統電器無法辦到。

2. 體積小、成本低。使用在動作愈複雜的機台，此優點愈是明顯。

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3. 程式除錯、機械維修，因有書寫器可監督，I/O 登指示，顯得方便。

4. 接點可無限次使用。

5. 具抗雜訊特性，穩定性高。I/O 接點有電力隔離功能，專為工廠惡

劣的環境而設計。

6. 擴充容易，多樣化 I/O 模組選擇，如伺服馬達、溫度控制、步進

馬達、…等模組，具有整合複合功能，已不再侷限於只有步序控

制的功能。

7. 安裝、試車、除錯容易，利於少量機械開發設計，開發時間短，

成本低。

8. 可與電腦或電腦化機械連線，構成一彈性化生產程序。

基本上，PLC 是由微電腦所構成，它的功能適合於生產線的需要。自

動化機械能否順利實施 PLC 化控制：其因素在：其一，順序控制回

路設計的工作，因為一部 PLC 的價值，尤其彰顯在回路設計上，有了

好的回路設計，盡能發揮功能，完成任務。其二，我們必須充分了解

PLC 的掃描執行特性和先天上的限制，評估 PLC 可完成的任務的程度

和範圍，若機台動作的本質超出 PLC 的能力範圍，仍一昧強求 PLC 擔

綱，則設計工作有陷入困境之可能。其三，靈活化 I/O 界面的規劃、

設計，有的界面設計是為了配合使用控制回路程式容易設計而生，也

有的界面是為了有效運用有限資源 (如接點、計時器、內部繼電器、

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記憶體等) ，同時也要兼顧到操 作上的方便。最後，乃至

機械動作部份，有好的治夾具搭配，這些是導入自動化的重要先決條

件。就 PLC 而論，它成功地扮演生產線上第一線的控制器，幾乎所有

的順序控制都可由它來達成，不管是單能機械或電腦整合製造系統

(CIM)，都少不了的一種控制器，它是生產程序自動化的利器。PLC

功能發展也日趨複雜，它可有伺服馬達、步進馬達精密定位模組，…

等，可謂集各功能於一身。更能適合精密控制及人性化操作，它的未

來發展將無可限量。

PLC

輸入端

輸出端

抓取外部輸入端的狀態

到緩衝記憶體

執行程式邏輯

存到各元件

緩衝記憶體

送到輸出端緩衝記憶體

完成一次掃描

寫入與讀出

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誌 謝 :

在經歷了兩個學期的專題研究，當中遇到不少的困難與瓶

頸，像是 PLC 自動控制，我們就學習了一個學期左右也才略

有小成，當中也是去翻閱許多相關書籍還有請教對這方面較

有涉獵的同學或師長，一路上跌跌撞撞的才完成這份專題研

究；當中首要感謝我們的指導教授魏英哲，雖然或許在學習

天賦上略顯不足，不過我們終究還是把成果作了出來，這當

中的喜悅實非筆墨難以形容，再一次謝謝曾經一起努力的組

員及我們的指導教授魏英哲!!!

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