梅秋燕

(華中科技大學(xué) 武昌分校 機(jī)電與自動(dòng)化學(xué)院，湖北 武漢 430064)

0 引言

自動(dòng)立體倉(cāng)庫(kù)具有方便快捷、自動(dòng)化控制以及節(jié)省空間的優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種大中小型倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)境中，對(duì)于提高生產(chǎn)效率、降低成本、增加效益等具有重要意義。監(jiān)控組態(tài)軟件是一種面向工業(yè)自動(dòng)化的通用數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控軟件，監(jiān)控組態(tài)軟件只需進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)模塊的軟件組態(tài)和簡(jiǎn)單的編程，就可設(shè)計(jì)出標(biāo)準(zhǔn)化，可靠性高的人機(jī)界面監(jiān)控程序，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)管理為自動(dòng)立體倉(cāng)庫(kù)的運(yùn)作提供良好的控制與管理，很好的適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)生產(chǎn)發(fā)展的需要[1]。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

自動(dòng)立體倉(cāng)庫(kù)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要是硬件配置和軟件設(shè)計(jì)，軟件設(shè)計(jì)包括可編程控制器(以下簡(jiǎn)稱PLC)的控制程序設(shè)計(jì)和組態(tài)軟件設(shè)計(jì)兩部分，該系統(tǒng)主要由上位機(jī)、控制器、位置檢測(cè)系統(tǒng)、系統(tǒng)狀態(tài)顯示、故障報(bào)警及執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制電路等部分組成，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

上位機(jī):以監(jiān)控組態(tài)軟件力控組態(tài)軟件V6.0為核心，是立體倉(cāng)庫(kù)的控制中心，實(shí)現(xiàn)監(jiān)視、控制、出入庫(kù)管理及報(bào)表打印等。通過(guò)監(jiān)視界面，以動(dòng)畫方式顯示各現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行位置等實(shí)時(shí)信息[2]。

控制器:FX系列PLC，通過(guò)RS－232C模塊與上位機(jī)進(jìn)行通信，組成完整的監(jiān)控系統(tǒng)，完成數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳送，同時(shí)通過(guò) PLC的I/O接口，實(shí)現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的手動(dòng)與自動(dòng)控制，完成存貨、取貨和任意兩個(gè)貨倉(cāng)之間的盤貨等作業(yè)[3]。

圖1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

位置檢測(cè)系統(tǒng):自動(dòng)立體倉(cāng)庫(kù)貨倉(cāng)位置檢測(cè)依靠的是位于導(dǎo)軌上的傳感器和位于立柱上的傳感器。位于導(dǎo)軌上的傳感器提供水平方向的識(shí)別定位，位于立柱上的傳感器提供豎直方向的識(shí)別定位。當(dāng)同時(shí)識(shí)別水平和豎直方向的傳感器時(shí)，就能準(zhǔn)確地找到指定的貨倉(cāng)位置。

系統(tǒng)狀態(tài)和故障顯示:系統(tǒng)運(yùn)行中手動(dòng)與自動(dòng)控制方式顯示、倉(cāng)庫(kù)作業(yè)形式顯示、各部分運(yùn)行狀態(tài)及系統(tǒng)故障顯示等。

執(zhí)行機(jī)構(gòu):執(zhí)行機(jī)構(gòu)電機(jī)包括水平移動(dòng)電機(jī)、升降移動(dòng)電機(jī)、伸縮移動(dòng)電機(jī)、堆放滾動(dòng)電機(jī)、輸送進(jìn)出電機(jī)及輸送臺(tái)皮帶輸送電機(jī)等[4]。

2 PLC程序設(shè)計(jì)

2.1 硬件配置

PLC選用的是三菱FX2N系列，其內(nèi)部具有高速計(jì)數(shù)和中斷處理功能，配置RS－232C通信模塊，實(shí)現(xiàn)與 PC機(jī)的串行通信。通信端口引腳信號(hào)如表1所示。

表1 通信端口引腳信號(hào)定義

2.2 控制程序設(shè)計(jì)

PLC程序主要包括手動(dòng)控制和自動(dòng)控制兩部分，手動(dòng)控制是通過(guò)控制各電機(jī)點(diǎn)動(dòng)或連續(xù)運(yùn)行，使貨物可以任意存取。這一部分既有單個(gè)設(shè)備運(yùn)行操作功能，同時(shí)也具有測(cè)試功能，可以作為設(shè)備檢修時(shí)分別測(cè)試各部分是否正常工作，只有在所有設(shè)備都能正常工作時(shí)，自動(dòng)控制工作方式才能運(yùn)行。自動(dòng)控制工作方式是立體倉(cāng)庫(kù)運(yùn)行的核心，通過(guò)編寫自動(dòng)控制程序?qū)崿F(xiàn)倉(cāng)庫(kù)的任何貨位的任意存取[5]。

PLC程序設(shè)計(jì)分為經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)、邏輯設(shè)計(jì)、移植設(shè)計(jì)、順序功能圖等設(shè)計(jì)方法。對(duì)于手動(dòng)控制，采用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。自動(dòng)控制程序采用順序功能圖設(shè)計(jì)法，按照生產(chǎn)工藝預(yù)先規(guī)定的順序，在各個(gè)輸入信號(hào)的作用下，根據(jù)內(nèi)部狀態(tài)和時(shí)間的順序，使倉(cāng)庫(kù)運(yùn)行過(guò)程中各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)自動(dòng)有序地進(jìn)行工作[6]。手動(dòng)控制和自動(dòng)控制程序流程圖如圖2所示，包括存貨、取貨和任意兩個(gè)貨倉(cāng)之間的盤貨等作業(yè)的自動(dòng)控制及手動(dòng)控制程序。

圖2 手動(dòng)/自動(dòng)控制程序流程圖

3 監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)

3.1 串行通信設(shè)置

進(jìn)入力控組態(tài)軟件V6.0開發(fā)環(huán)境，在工程項(xiàng)目欄中選擇I/O設(shè)備組態(tài)，選擇PLC/MITSUBISHI(三菱)/FX系列(串口)，確保與現(xiàn)場(chǎng)控制器PLC相匹配。串行通信的串口選擇COM1，通信參數(shù)設(shè)置如圖3所示，波特率為9600，奇偶校驗(yàn)為偶校驗(yàn)，數(shù)據(jù)位為7，停止位為1。

圖3 串口設(shè)置

3.2 監(jiān)控界面

運(yùn)用力控組態(tài)軟件V6.0，共設(shè)計(jì)了6幅界面。其中基本信息界面中通過(guò)口令等方式來(lái)識(shí)別用戶，并區(qū)分用戶的使用權(quán)限?？偪亟缑鏋橛脩籼峁┎僮鬟x擇。分別是自動(dòng)控制、手動(dòng)控制、模擬仿真、數(shù)據(jù)報(bào)表、返回首頁(yè)。單擊可進(jìn)入相應(yīng)的操作界面。

如圖4為自動(dòng)控制界面。界面中提供了3種操作方式，單倉(cāng)存貨、單倉(cāng)取貨、雙倉(cāng)盤貨。位于界面中間的是由倉(cāng)位組成的矩陣。該矩陣的排列與立體倉(cāng)庫(kù)的貨倉(cāng)相對(duì)應(yīng)。在單、雙倉(cāng)操作的貨倉(cāng)號(hào)碼輸入端口中，可以輸入倉(cāng)位號(hào)碼選擇作業(yè)倉(cāng)位，也可以單擊矩陣中的倉(cāng)位號(hào)碼進(jìn)行倉(cāng)位選擇。

圖4 自動(dòng)控制界面

3.2.1 貨倉(cāng)定位

在倉(cāng)位選擇定位中，采用的是位置傳感器和PLC軟元件M相結(jié)合的定位方法，使堆垛機(jī)識(shí)別指定貨倉(cāng)位置，表2為輔助繼電器M對(duì)應(yīng)倉(cāng)位的橫向與縱向位置，M100－M109是橫向位置的識(shí)別，M110－M115是縱向位置的識(shí)別。只有當(dāng)堆垛機(jī)橫向與縱向相對(duì)應(yīng)的位置傳感器和表2中所對(duì)應(yīng)的橫向與縱向位置識(shí)別的輔助繼電器同時(shí)動(dòng)作時(shí)，才完成了貨倉(cāng)定位。

在單倉(cāng)操作中只有一個(gè)貨倉(cāng)號(hào)碼輸入口，只需要一次貨倉(cāng)位置識(shí)別，橫向和縱向的識(shí)別分別對(duì)應(yīng) M100－M109和 M110－M115。而雙倉(cāng)操作有兩個(gè)貨倉(cāng)號(hào)碼輸入，一個(gè)是起始貨倉(cāng)號(hào)碼，另一個(gè)是終端貨倉(cāng)號(hào)碼，所以需要兩次貨倉(cāng)位置識(shí)別。貨倉(cāng)位置的二次識(shí)別所用的輔助繼電器與一次識(shí)別所用的輔助繼電器不可以相同，如果相同，系統(tǒng)將無(wú)法分辨起始貨倉(cāng)號(hào)碼和終端貨倉(cāng)號(hào)碼，使定位系統(tǒng)紊亂。所以在進(jìn)行雙倉(cāng)操作時(shí)，起始貨倉(cāng)號(hào)碼和單倉(cāng)操作時(shí)的輔助繼電器位置識(shí)別M設(shè)置相同，終端貨倉(cāng)號(hào)碼橫向和縱向的識(shí)別分別對(duì)應(yīng)M116－M125和M126－M131。

表2 輔助繼電器M對(duì)應(yīng)的貨倉(cāng)位置

3.2.2 貨倉(cāng)號(hào)碼輸入

圖4的自動(dòng)控制界面中，在單倉(cāng)操作的貨倉(cāng)號(hào)碼輸入端或雙倉(cāng)操作的兩個(gè)貨倉(cāng)號(hào)碼輸入端，直接輸入貨倉(cāng)號(hào)碼，可以使每一個(gè)數(shù)值輸入端口保持獨(dú)立。若單擊界面中間由倉(cāng)位組成的矩陣選擇貨倉(cāng)時(shí)，則會(huì)使3個(gè)號(hào)碼輸入端口的數(shù)值相互關(guān)聯(lián)。為了避免這種情況的出現(xiàn)，在每一個(gè)號(hào)碼輸入端前加上了一個(gè)選擇確定按鈕(“貨倉(cāng)號(hào)碼:”、“起始貨倉(cāng)號(hào)碼:”、“終端貨倉(cāng)號(hào)碼:”)，只有當(dāng)選擇了相對(duì)應(yīng)的確定按鈕動(dòng)作后，后面的號(hào)碼輸入端口中的數(shù)據(jù)才有效，確保每個(gè)數(shù)據(jù)輸入端口的貨倉(cāng)號(hào)碼相互獨(dú)立。

在力控組態(tài)軟件 V6.0制作的自動(dòng)控制界面中，“貨倉(cāng)號(hào)碼:”選擇確定按鈕對(duì)應(yīng)實(shí)型中間變量a6，號(hào)碼輸入端口對(duì)應(yīng)實(shí)型中間變量a1。在“貨倉(cāng)號(hào)碼:”的動(dòng)畫鏈接中左鍵動(dòng)作腳本設(shè)置為a6=1;a2=0;a3=0，顏色的條件變化設(shè)置為a6==1成立顯示綠色，不成立顯示紅色。

“起始貨倉(cāng)號(hào)碼:”和“終端貨倉(cāng)號(hào)碼:”選擇確定按鈕以同樣的方法進(jìn)行設(shè)置。其中“起始貨倉(cāng)號(hào)碼”按鈕對(duì)應(yīng)實(shí)型中間變量a2，數(shù)值輸入端口對(duì)應(yīng)實(shí)型中間變量a4?！敖K端貨倉(cāng)號(hào)碼”按鈕對(duì)應(yīng)實(shí)型中間變量a3，數(shù)值輸入端口對(duì)應(yīng)實(shí)型中間變量a5。

為了確保每一個(gè)數(shù)值輸入端口的數(shù)據(jù)獨(dú)立，在對(duì)應(yīng)于立體倉(cāng)庫(kù)的倉(cāng)位矩陣中的每一個(gè)倉(cāng)位號(hào)都設(shè)置了相應(yīng)的腳本程序。01號(hào)倉(cāng)位的動(dòng)畫連接腳本如下:

倉(cāng)位矩陣中每一個(gè)倉(cāng)位都對(duì)應(yīng)一個(gè)輸入顯示數(shù)值和用于貨倉(cāng)位置識(shí)別的輔助繼電器 M設(shè)定值。其中 a1，a4，a5的數(shù)值與貨倉(cāng)編號(hào)相同，輔助繼電器M卻隨貨倉(cāng)位置改變。不管用何種方式選擇作業(yè)倉(cāng)位，在自動(dòng)控制界面?zhèn)}位矩陣中，運(yùn)用動(dòng)畫連接進(jìn)行顏色條件變化設(shè)置，用來(lái)顯示被選中的貨倉(cāng)[7]。選擇“單存”、“單取”、“啟動(dòng)”按鈕，則啟動(dòng)相對(duì)應(yīng)的控制程序，進(jìn)行相應(yīng)的倉(cāng)庫(kù)作業(yè)。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)以及組態(tài)軟件 I/O設(shè)備驅(qū)動(dòng)，與FX2NPLC通信連接，完成立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)的控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控。立體倉(cāng)庫(kù)方便快捷的操作系統(tǒng)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)管理，極大的提高了生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)物流和信息流的一體化。

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