王欣瑞

摘 要：在PLC傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)法設(shè)計(jì)及編程過(guò)程當(dāng)中，存在編寫(xiě)周期過(guò)長(zhǎng)、程序可讀性差、不易糾錯(cuò)、維護(hù)困難等問(wèn)題。為了克服以上缺點(diǎn)，在立體倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)的PLC程序編寫(xiě)過(guò)程當(dāng)中，采用了模塊化編程思想，取得了滿意的效果。

關(guān)鍵詞：PLC；編程；模塊化；立體倉(cāng)庫(kù)

中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0.引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，現(xiàn)代化企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的逐年擴(kuò)大，物資供應(yīng)與存儲(chǔ)已成為制約企業(yè)發(fā)展的一大因素。如何充分發(fā)揮潛力，在有限的場(chǎng)地實(shí)現(xiàn)倉(cāng)庫(kù)存儲(chǔ)規(guī)模的最大化，是擺在每個(gè)企業(yè)管理人員面前的一大問(wèn)題。而自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的出現(xiàn)，不但有效地解決了存儲(chǔ)空間緊張的問(wèn)題，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了物流系統(tǒng)的合理化配置。

由于PLC操作簡(jiǎn)單，性能可靠，在立體倉(cāng)庫(kù)的控制系統(tǒng)中，廣泛使用了PLC作為啟停、開(kāi)關(guān)、互鎖等功能。在以往的PLC程序設(shè)計(jì)和編程過(guò)程當(dāng)中，往往采用經(jīng)驗(yàn)法進(jìn)行設(shè)計(jì)。然而在立體倉(cāng)庫(kù)的控制過(guò)程當(dāng)中，特別是大型立體倉(cāng)庫(kù)，邏輯關(guān)系復(fù)雜，互鎖條件較多，在采用經(jīng)驗(yàn)法設(shè)計(jì)過(guò)程中，存在編寫(xiě)周期過(guò)長(zhǎng)，程序可讀性差等問(wèn)題。為了解決以上問(wèn)題，在程序設(shè)計(jì)時(shí)采用模塊化設(shè)計(jì)取代傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)法設(shè)計(jì)，使程序邏輯關(guān)系便于梳理，增加了可讀性，特別是在后期維護(hù)和改變條件時(shí)，顯著減少了工作量。

1.立體倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)

立體倉(cāng)庫(kù)的庫(kù)位示意圖如圖1所示。

在庫(kù)位的分布上，有一個(gè)緩沖區(qū)作為貨物存放的初始位置。1～9號(hào)位倉(cāng)庫(kù)的存儲(chǔ)位。整個(gè)立體倉(cāng)庫(kù)的工作過(guò)程可以描述為：

（1）當(dāng)貨物需要入庫(kù)進(jìn)行存放時(shí)，叉車從緩沖區(qū)取貨，然后把貨物輸送至相應(yīng)的倉(cāng)位放置貨物，完成后叉車回到初始位置等待下一步操作。

（2）當(dāng)貨物需要出庫(kù)拿取時(shí)，叉車找到相應(yīng)的倉(cāng)位進(jìn)行取貨操作，然后把貨物送到緩沖區(qū)，完成后回到初始位置等待下一步操作。

為了實(shí)現(xiàn)上述功能，一般采用三維叉車作為執(zhí)行元件。示意圖如圖2所示。

三維叉車由電機(jī)完成水平方向（X軸）拖動(dòng)系統(tǒng)、垂直方向（Y軸）拖動(dòng)系統(tǒng)、進(jìn)出方向（Z軸）拖動(dòng)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)。它可以完成從緩沖區(qū)到倉(cāng)位的自動(dòng)存貨過(guò)程和從倉(cāng)位到緩沖區(qū)的自動(dòng)取貨過(guò)程。

在使用該系統(tǒng)時(shí)，我們可以通過(guò)操作手柄選擇相應(yīng)的倉(cāng)位（1～9號(hào)，可根據(jù)實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)條件進(jìn)行增減），選擇入庫(kù)還是出庫(kù)，完成所需要的工作。

2.模塊化編程思想

我們?yōu)榱私鉀Q一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題時(shí)，往往采用模塊化的方式進(jìn)行，即把一個(gè)復(fù)雜問(wèn)題拆分成若干個(gè)便于理解和解決的模塊，每個(gè)模塊能夠?qū)崿F(xiàn)特定的子功能，把所有模塊組合起來(lái)，再根據(jù)系統(tǒng)的要求加上一定的運(yùn)行條件和邏輯判斷，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的功能。

一般情況下，模塊具有以下幾個(gè)基本屬性，接口、功能、邏輯、狀態(tài)，功能、狀態(tài)與接口反映模塊的外部特性，邏輯反映它的內(nèi)部特性。

在計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言中，特別是高級(jí)編程語(yǔ)言中，大量使用模塊化設(shè)計(jì)有助于解決復(fù)雜問(wèn)題。而在PLC程序設(shè)計(jì)過(guò)程中，同樣可以借鑒這樣的編程思想。如果分解出來(lái)的模塊還是無(wú)法解決，則繼續(xù)分解形成新的模塊，直到解決問(wèn)題為止。

另外需要注意的是，為降低軟件系統(tǒng)的復(fù)雜性，提高可理解性和可維護(hù)性，模塊不能任意劃分，應(yīng)在分解時(shí)盡量保持其獨(dú)立性。模塊的獨(dú)立性可用兩個(gè)定性標(biāo)度衡量，即耦合和內(nèi)聚，要獲得較高的獨(dú)立性，就需要做到低耦合和高內(nèi)聚。

3.模塊化編程在立體倉(cāng)庫(kù)中的應(yīng)用

整個(gè)立體化倉(cāng)庫(kù)的控制流程如圖3所示。

通過(guò)該流程可知，整個(gè)立體倉(cāng)庫(kù)的運(yùn)行實(shí)際上分為每一個(gè)具體的步驟進(jìn)行，每一個(gè)步驟包含了若干動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)所需要的功能。在控制流程中，可以把一個(gè)步驟看成一個(gè)模塊，每個(gè)步驟內(nèi)有其自身的邏輯和功能，完成特定的動(dòng)作。

在劃分方式上，可以把整個(gè)流程劃分為兩大模塊，即入庫(kù)模塊和出庫(kù)模塊。兩大模塊具有剛才列舉的基本屬性，入庫(kù)模塊完成貨物的入庫(kù)功能，出庫(kù)模塊完成貨物的出庫(kù)功能。當(dāng)選擇入庫(kù)或者出庫(kù)時(shí)，可以看作接口的選擇；當(dāng)入庫(kù)動(dòng)作或者出庫(kù)動(dòng)作時(shí)，就是系統(tǒng)運(yùn)行的兩種不同狀態(tài)。而兩個(gè)模塊有其自身的邏輯控制功能，完成特定的動(dòng)作。

在該控制系統(tǒng)中，按入庫(kù)、出庫(kù)的模塊劃分雖然能理清兩個(gè)不同功能的邏輯關(guān)系，但是并沒(méi)有降低系統(tǒng)的復(fù)雜性。在仔細(xì)分析工作過(guò)程后，我們可以繼續(xù)把兩大模塊拆分成若干個(gè)子模塊，即：

入庫(kù)功能分為緩沖區(qū)取貨模塊、送貨至指定倉(cāng)位模塊、入庫(kù)完成模塊和復(fù)位模塊；出庫(kù)功能分為指定倉(cāng)位取貨模塊、送貨至緩沖區(qū)模塊、出庫(kù)完成模塊和復(fù)位模塊。經(jīng)過(guò)模塊的繼續(xù)細(xì)分后，整個(gè)工作過(guò)程條理清楚，大大降低了程序編寫(xiě)的難度。

在子模塊程序的編寫(xiě)上，注意工作過(guò)程的邏輯關(guān)系，前一模塊是后一模塊的啟動(dòng)條件，在前一模塊沒(méi)有完成之前，后一模塊無(wú)法啟動(dòng)；而當(dāng)所有子模塊完成之后，入庫(kù)和出庫(kù)模塊才算完成。

模塊化設(shè)計(jì)還有一個(gè)好處是，相同功能模塊可以直接調(diào)用，比如入庫(kù)和出庫(kù)功能中，都使用了復(fù)位功能，我們?cè)谠O(shè)計(jì)復(fù)位功能模塊的時(shí)候只要注意邏輯關(guān)系、互鎖和啟動(dòng)條件，便可以在入庫(kù)或者出庫(kù)模塊的最后調(diào)用寫(xiě)好的復(fù)位模塊，提高了效率。

最后需要說(shuō)明的是，在立體倉(cāng)庫(kù)的模塊化設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中，在流程圖上沒(méi)有標(biāo)注，但是經(jīng)常重復(fù)使用的功能模塊不應(yīng)該忘記編寫(xiě)，比如頻繁使用的限位開(kāi)關(guān)脈沖信號(hào)，驅(qū)動(dòng)叉車在X、Y、Z軸方向上運(yùn)動(dòng)的信號(hào)等，都可以作為獨(dú)立模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)和編寫(xiě)，方便在每個(gè)不同的子模塊中調(diào)用。

結(jié)語(yǔ)

采用模塊化編程思想，使PLC系統(tǒng)的編程變得簡(jiǎn)單、靈活。特別是對(duì)于控制系統(tǒng)比較復(fù)雜的場(chǎng)合中，或者需要多次調(diào)用的情況下，采用模塊化編程后，使調(diào)試時(shí)間大幅減少，便于理清控制過(guò)程的邏輯關(guān)系，也為系統(tǒng)增加了方便的擴(kuò)展功能（如增加倉(cāng)位、增加緩沖區(qū)）。在自動(dòng)化的復(fù)雜程度越來(lái)越高的今天，值得運(yùn)用和推廣。

參考文獻(xiàn)

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