小型立體倉(cāng)庫(kù)PLC自動(dòng)定位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：介紹了小型立體倉(cāng)庫(kù)的控制系統(tǒng)， 根據(jù)自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)運(yùn)行的基本原理和結(jié)構(gòu)，在整個(gè)控制系統(tǒng)中以以西門子S7-200PLC作為核心控制元件，采用SIMATIC WinCC V5.0組態(tài)軟件設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)立體倉(cāng)庫(kù)的監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、貨架貨位的使用情況、報(bào)警等信息的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

關(guān)鍵詞：立體倉(cāng)庫(kù)；SIMATIC WinCC V5.0；PLC

中圖分類號(hào)：TP271.5 文件標(biāo)識(shí)碼：B

自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)是現(xiàn)代物流系統(tǒng)發(fā)展中的關(guān)鍵部分，是一種多層存放貨物的高架倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)，由自動(dòng)控制系統(tǒng)、管理系統(tǒng)、高位貨架、巷道堆垛機(jī)、自動(dòng)入庫(kù)、自動(dòng)出庫(kù)、計(jì)算機(jī)管理控制系統(tǒng)和其他一些輔助設(shè)備組成。它具有減少用地、減小勞力、消除差錯(cuò)、提高倉(cāng)儲(chǔ)水平和管理水平、提高管理能力、降低儲(chǔ)運(yùn)損耗、減少流動(dòng)資金的積壓、提高物流效率等諸多優(yōu)點(diǎn)。如今中國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，與自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)在各行各業(yè)的廣泛應(yīng)用息息相關(guān)。

1 立體倉(cāng)庫(kù)的結(jié)構(gòu)和工作原理

1.1 自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的概述

自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)是指在不直接進(jìn)行人工處理的情況下，自動(dòng)地完成物品倉(cāng)儲(chǔ)和取出的系統(tǒng)，它以高層立體貨架為主體，以成套搬運(yùn)設(shè)備為基礎(chǔ)，是集自動(dòng)控制技術(shù)、通信技術(shù)及機(jī)電技術(shù)于一體的高效率、大容量存儲(chǔ)機(jī)構(gòu)。自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的出現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了倉(cāng)庫(kù)功能從單純保管型向綜合流通型的轉(zhuǎn)變。用PLC控制的自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)達(dá)到倉(cāng)儲(chǔ)技術(shù)的全面自動(dòng)化。

1.2立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)的功能

根據(jù)某一物流公司對(duì)立體倉(cāng)庫(kù)的具體要求，本文所設(shè)計(jì)的立體倉(cāng)庫(kù)具有以下功能。結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

（1）堆垛機(jī)（機(jī)械手）要有三個(gè)自由度，即：前進(jìn)、后退；上、下；左、右；

（2）堆垛機(jī)的運(yùn)動(dòng)由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)；

（3）堆垛機(jī)前進(jìn)（或后退）運(yùn)動(dòng)和上（或下）運(yùn)動(dòng)可同時(shí)進(jìn)行；

（4）堆垛機(jī)前進(jìn)、后退和上、下運(yùn)動(dòng)時(shí)必須有超限位保護(hù)；

（5）每個(gè)倉(cāng)位必須有檢測(cè)裝置（微動(dòng)開(kāi)關(guān)），當(dāng)操作有誤時(shí)發(fā)出錯(cuò)誤報(bào)警信號(hào)；

（6）當(dāng)按完倉(cāng)位號(hào)后，沒(méi)按入或取前，可以按取消鍵進(jìn)行取消該操作。

（7）整個(gè)控制系統(tǒng)必須設(shè)置急停按鈕，避免發(fā)生意外。

設(shè)計(jì)的具體控制功能如下：

（1）將選擇開(kāi)關(guān)置于自動(dòng)位置，通電狀態(tài)下，各機(jī)構(gòu)復(fù)位，即返回零位。立體倉(cāng)庫(kù)坐標(biāo)以零位開(kāi)始。

（2）當(dāng)送貨的時(shí)候，選擇要送貨物的倉(cāng)位號(hào)，按動(dòng)相對(duì)應(yīng)的按鈕，控制面板數(shù)碼管顯示倉(cāng)位號(hào)。按送貨按鈕后，貨物自動(dòng)送入所對(duì)應(yīng)倉(cāng)庫(kù)號(hào)的倉(cāng)庫(kù)位里。如果被指定的倉(cāng)位號(hào)里有貨物，則送貨命令不執(zhí)行。送完貨物后，小車回到原來(lái)的位置。

（3）當(dāng)取貨的時(shí)候，選擇要取貨物的倉(cāng)位號(hào)后，按動(dòng)取貨按鈕后，在控制面板的數(shù)碼管里顯示出來(lái)，堆垛機(jī)可以自動(dòng)將貨物取出。如果小車?yán)镉胸浳?，則取貨命令不被執(zhí)行。

（4）取貨和送貨指令完成后，機(jī)構(gòu)自動(dòng)返回原來(lái)位置。

（5）整個(gè)電氣控制系統(tǒng)必須設(shè)置急停按鈕，避免發(fā)生意外。

2 系統(tǒng)控制方案

2.1 PLC的選型

（1）輸入電源電壓：本設(shè)計(jì)采用24V直流電。

（2）輸入輸出點(diǎn)數(shù)：估算本設(shè)計(jì)中需要輸入端口40個(gè)，輸出端口21個(gè)。

（3）輸出觸點(diǎn)類型：本設(shè)計(jì)因?yàn)橛胁竭M(jìn)電機(jī)的控制所以選擇晶體管輸出類型。本課題設(shè)計(jì)的立體倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)有輸入信號(hào)40個(gè)，輸出信號(hào)21個(gè)。所選I/O點(diǎn)不得低于61點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際情況，考慮到經(jīng)濟(jì)實(shí)惠所選本系統(tǒng)所采用的PLC是西門子S7-200 CPU226 DC24V，外加一個(gè)數(shù)字量擴(kuò)展模塊EM223。

2.2傳感器的選擇

在該立體倉(cāng)庫(kù)中采用歐姆龍EE-SPY402凹槽型、反射型接插件式傳感器作貨物檢測(cè)，采用變調(diào)光式；電源電壓為DC5-24V的大量程電壓輸出型；帶有易調(diào)整的光軸標(biāo)識(shí)；帶有便于調(diào)整，動(dòng)作確認(rèn)的入光顯示燈。

2.3系統(tǒng)流程圖

根據(jù)系統(tǒng)工作過(guò)程的分析得出，示意圖1所示

3畫面設(shè)計(jì)

本監(jiān)控系統(tǒng)畫面包含：主畫面、倉(cāng)庫(kù)平面圖畫面、每排貨架貨位使用情況畫面、貨物出入庫(kù)實(shí)時(shí)曲線、貨物出入庫(kù)報(bào)表及故障報(bào)警信息畫面，各個(gè)畫面之間可以自由切換。主畫面采用分級(jí)式用戶管理，如以監(jiān)控員身份登錄監(jiān)控系統(tǒng)，只能使用畫面的切換功能而無(wú)法對(duì)下位機(jī)發(fā)出控制指令，提高系統(tǒng)的安全性避免監(jiān)控人員的誤操作。

倉(cāng)庫(kù)的平面圖畫面，畫面上方顯示三臺(tái)堆垛機(jī)的工作狀態(tài)，白、黃、綠分別代表堆垛機(jī)在入出庫(kù)臺(tái)就位等待、堆垛機(jī)執(zhí)行出庫(kù)任務(wù)、堆垛機(jī)執(zhí)行入庫(kù)任務(wù)。同時(shí)當(dāng)堆垛機(jī)發(fā)生任意故障停機(jī)時(shí)對(duì)應(yīng)的報(bào)警燈變成紅色，并閃爍提醒現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控人員。在故障報(bào)警信息畫面中可以查看故障報(bào)警的具體信息，如報(bào)警時(shí)間、故障點(diǎn)等畫面下方提供各種功能按鈕，包括堆垛機(jī)的控制方式、各個(gè)堆垛機(jī)的復(fù)位及個(gè)畫面之間的切換。

貨位使用情況的畫面，畫面上方顯示每排貨架貨位的使用狀況，白、黃、綠分別代表貨位空位無(wú)貨物、貨位貨物正在執(zhí)行出庫(kù)操作、貨位己有貨物。畫面下方報(bào)警區(qū)顯示跟本貨架有關(guān)的堆垛機(jī)超出限位、貨位有貨和升降機(jī)斷繩報(bào)警，方便快速找到故障原因并進(jìn)行及時(shí)的排除。出入庫(kù)管理區(qū)，當(dāng)進(jìn)行貨物出入庫(kù)操作時(shí)，需輸入貨物的目標(biāo)位置（排列層）、貨物名稱及其數(shù)量，點(diǎn)擊相應(yīng)的入庫(kù)按鈕（入庫(kù)按鈕），會(huì)彈出提示是否入庫(kù)（是否出庫(kù)），避免人為因數(shù)的誤操作，點(diǎn)擊“是”堆垛機(jī)開(kāi)始出（入）庫(kù)動(dòng)作。

4結(jié)束語(yǔ)

采用SIMATIC WinCC V5.0組態(tài)軟件和PLC開(kāi)發(fā)的模擬立體倉(cāng)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)時(shí)性好，可靠性高，運(yùn)行穩(wěn)定，系統(tǒng)人機(jī)界面友好，具有一定的靈活性。利用組態(tài)王設(shè)計(jì)的運(yùn)行軟件，可以逼真地觀察系統(tǒng)的工作過(guò)程，發(fā)現(xiàn)控制程序的錯(cuò)誤和缺陷，然后不斷對(duì)程序進(jìn)行修改和測(cè)試，直到完全正確，可大大提高工作效率，節(jié)省了成本，降低了風(fēng)險(xiǎn)，特別對(duì)大型PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)仿真非常具有參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]韓偉.自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)的研究與開(kāi)發(fā)[D].南昌大學(xué).2008.

[2]張鐵異.堆垛機(jī)PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì).裝備制造技術(shù)[J].2007（7）：33-36.

[3]林英蕓.基于WinCC的網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].微型電腦應(yīng)用.2006，22（8） ：35-36.

[4]潘蕓.基于現(xiàn)代物流的自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)研究[D].蘇州大學(xué).2008.

[5]李若谷.西門子S7-200系列PLC編程指令與梯形圖快速入門[M].電子工業(yè)出版社，2011.

作者簡(jiǎn)介：孫莉（1982-），女，安徽省淮北人，副教授，碩士，研究方向：工業(yè)綜合自動(dòng)化