高雁翔

（大同煤炭職業(yè)技術(shù)學院，山西 大同 037003）

用PLC實現(xiàn)對立體倉庫的控制

高雁翔

（大同煤炭職業(yè)技術(shù)學院，山西 大同 037003）

隨著科學技術(shù)和工業(yè)生產(chǎn)的飛速發(fā)展，現(xiàn)代物流技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)出現(xiàn)了一種新型倉儲方式——自動化立體倉庫。論文是在研究THFLT-1型立體倉庫教學模型的基礎(chǔ)上,通過三菱PLC對其進行編程控制，使其能夠?qū)崿F(xiàn)自動和手動兩種方式完成物品的存放和取出，并且用力控組態(tài)軟件實現(xiàn)了對立體倉庫存取過程的實時仿真監(jiān)視。

立體倉庫；PLC；仿真

一、立體倉庫概述

立體倉庫是指采用高層貨架儲存貨物，用起重、裝卸、運輸機械設(shè)備進行貨物出庫和入庫作業(yè)的倉庫。這類倉庫主要通過高層貨架充分利用空間進行存取貨物，所以稱為“立體倉庫”，也有的稱為“高架倉庫”。目前，這類倉庫最大高度達到40多米，最大庫存數(shù)可大至數(shù)萬甚至10多萬個貨物單位，可以做到無人操作、按計劃入庫和出庫的全自動化控制，并且可以實現(xiàn)倉庫的計算機網(wǎng)絡(luò)化管理。

立體倉庫一般由高層貨架、倉儲機械設(shè)備、建筑物及控制和管理設(shè)施等部分組成。按照貨架的形式，自動化立體倉庫可分為三類：單元貨架倉庫、貫通式貨架倉庫和循環(huán)貨架倉庫。自動化立體倉庫的核心部件是堆跺機，它擔負著出庫、進庫、盤庫等任務(wù)，是自動化立體倉庫的發(fā)展的主要標志。

二、系統(tǒng)概述

THFLT-1型立體倉庫模型主體由底盤、四層十二倉位庫體、三維（X、Y、Z）運動機械及電氣控制等四部分組成。

整個系統(tǒng)采用滾珠絲杠、滑杠和普通絲杠作為主要傳動機構(gòu)，電氣控制由三菱的可編程控制器、步進電機驅(qū)動器、電源、傳感器等器件組成。拖動機構(gòu)為二相八拍混合式步進電機和直流電機。系統(tǒng)的主要執(zhí)行部分是堆垛機，它由水平移動、垂直移動及伸叉機構(gòu)三部分組成，其水平和垂直移動分別用兩臺步進電機驅(qū)動滾珠絲杠來完成，伸叉機構(gòu)由一臺直流電機來控制。它分為上下兩層，上層為貨臺，可前后伸縮，底層裝有絲杠等傳動機構(gòu)。當堆垛機平臺移動到貨架的指定位置時，伸叉電機驅(qū)動貨臺向前伸出可將貨物取出或送入，當取到貨物或貨已送入，則鏟叉向后縮回。為了準確地找到貨物，叉車運行軌道外側(cè)排列有三只列定位片以及叉車立柱一側(cè)安裝有四只層定位片。為了檢測該倉位是否有貨,每個倉位底部均裝有一個微動開關(guān)。另外，X軸左端和Y軸下端也各裝一個微動開關(guān)，用來保護堆垛機復(fù)位時不受損壞。

該控制系統(tǒng)是以可編程控制器為核心，控制步進電機驅(qū)動一個有三個自由度的倉庫模型來模擬現(xiàn)實中立體倉庫的存取過程。運行時，PLC會接收和分析操作人員在命令鍵盤上的輸入指令，做出合理的工作安排，即讀取執(zhí)行元件的信息，通過軟件做出合理的工控安排，反饋到執(zhí)行元件和操作系統(tǒng)，實現(xiàn)車位的位置移動。系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體框圖

通過軟件編程，系統(tǒng)主要可以實現(xiàn)以下幾個功能：

（1）PLC根據(jù)鍵盤的命令實現(xiàn)十二個空位的自動存取。點擊鍵盤上相應(yīng)的空位號，系統(tǒng)會自動尋找此空位來實現(xiàn)物品的存放，結(jié)束后自動返回原點，等待下一個命令，也可以將任意位置的貨物送到另一位置。取時只需輸入倉位號，就可以從相應(yīng)位置取回貨物放至零號位。

（2）有手動和自動檔選擇，可以實現(xiàn)手動和自動兩種控制方式。

（3）可以實現(xiàn)用組態(tài)軟件對硬件系統(tǒng)的同步仿真監(jiān)視功能。

三、軟件實現(xiàn)

該系統(tǒng)的整體流程圖如圖2所示。實現(xiàn)中，采用三菱公司的GX Developer 7.0作為編程軟件,并用力控Forcecontrol6.1工業(yè)監(jiān)控組態(tài)軟件進行仿真監(jiān)視。主控制器選用三菱公司的FX1N—40MT型PLC，其I/O口具體分配情況如表1所示。

論文在PLC軟件編程中的關(guān)鍵程序設(shè)計有以下幾點：

（1）鍵盤命令程序設(shè)計

由于只有X4～X7這4個輸入點作為整個系統(tǒng)的命令輸入點，因此論文采用十六進制輸入方式，而程序內(nèi)也寫好十六進制中1～15所對應(yīng)的后續(xù)動作。當PLC接收到倉位信號時，將其存到數(shù)據(jù)寄予存器D11中，再將D11的值跟程序中的寫好的值進行比較，符合后才做出相應(yīng)動作。

（2）定位程序設(shè)計

系統(tǒng)中兩臺步進電機都裝有步進驅(qū)動器，為4倍細分，即每800個脈沖使得絲杠轉(zhuǎn)動一圈。因此步進電機定位程序應(yīng)這樣設(shè)計：屬于同一行的倉位在同一種命令下應(yīng)具有同樣的豎直距離，如4～6號倉位，當它們處于“取”命令下時，堆垛機的定位高度應(yīng)該相同。同樣，屬于同一列的倉位在同一種命令下應(yīng)具有同樣的水平距離。這樣一來，當確認系統(tǒng)確認出需要對某個倉位做出某個動作時，則堆垛機對該倉位的定位距離唯一。

（3）貨叉動作程序設(shè)計

貨叉程序應(yīng)在第一次步進電機動作后進行，因此在定位之后應(yīng)啟動某個輔助繼電器，用于啟動貨叉程序。程序中限位開關(guān)X0和X1是觸發(fā)時低電平有效，Y6和Y7不能同時有效。程序具體動作順序應(yīng)為：當相應(yīng)輔助繼電器啟動、Y7低電平、X0低電平（有效）時，Y6可伸出；當X1變低電平（有效）時，Y6停止動作。此時Y7不動作，X1低電平（有效），則Y軸步進電機開始動作。動作完成之后，各相應(yīng)條件滿足且Y6不動作，則Y7高電平，貨叉回退。X0再次觸發(fā)，產(chǎn)生下降沿時Y7停止動作。由于貨叉程序?qū)崿F(xiàn)的動作只有伸出-Y軸步進電機動作——回退，因此關(guān)于Y軸步進電機的運動方向和運動距離應(yīng)在該程序執(zhí)行前設(shè)定好。

圖2 系統(tǒng)軟件流程圖

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另外，X14～X30分別接0～12號倉限位。

四、總結(jié)與展望

該系統(tǒng)通過最終調(diào)試表明：無論選擇手動控制模式還是自動控制模式，都能夠較為準確地完成對貨物的存取功能，而且運行比較靈敏、可靠。另外，如果整個控制系統(tǒng)在運行時遇到意外情況，可切換到手動模式，則系統(tǒng)會立即響應(yīng)，避免意外的發(fā)生。

實際生產(chǎn)應(yīng)用中，論文完成的只是自動化倉庫所具有的最基本功能。隨著人們生產(chǎn)能力的逐步提高，自動化倉庫的發(fā)展方向也會越來越廣。比如，將計算機、互聯(lián)網(wǎng)和立體倉庫的控制系統(tǒng)相結(jié)合，實現(xiàn)遠程控制；或者進一步提高立體倉庫的自動化能力，實現(xiàn)高速、精準地進行存取貨物，以適應(yīng)高速發(fā)展的物流系統(tǒng)的要求；或者讓立體倉庫智能化，一些技術(shù)如高容錯搬運系統(tǒng)、自診斷專家系統(tǒng)等已出現(xiàn)于部分復(fù)雜自動化倉庫系統(tǒng)中，讓立體倉庫的功能有了進一步的提高。

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TM

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1673-0046（2010）10-0176-02