孫炳孝，楊帥

（1.淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇淮安，223003；2.江蘇電子產(chǎn)品裝備制造工程技術(shù)研究開發(fā)中心，江蘇淮安，223003）

0 引言

現(xiàn)如今，越來越多的機(jī)械產(chǎn)品和設(shè)備也在逐漸向著高速、高效率、高精密、輕量化及數(shù)控化的方向發(fā)展[1,2]。數(shù)控立體倉庫已經(jīng)成為現(xiàn)代化物流體系快速發(fā)展的不可或缺的組成部分，它有著節(jié)約土地資源、降低勞動強度、減少錯誤、提高貨物存儲的自動化水平和管理水平、提高倉儲管理者及工作者的素質(zhì)、減少在存取中的損失和提高產(chǎn)品流通效率等很多優(yōu)勢[3-7]。正因如此，數(shù)控立體倉庫在現(xiàn)代物流體系中占據(jù)著舉足輕重的地位。

一個企業(yè)的自動化水平高低決定著這個企業(yè)能否被時代淘汰，在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的美國、日本、德國等高自動化水平國家，已經(jīng)基本完成了以人為主參與一線生產(chǎn)模式到由工業(yè)機(jī)器人代替人類完成機(jī)械等加工模式的轉(zhuǎn)變，這一模式的轉(zhuǎn)變對企業(yè)前期準(zhǔn)備提出了較高要求，即在快節(jié)奏生產(chǎn)過程中，能做到盡可能快且準(zhǔn)確無誤的實現(xiàn)所需材料等的出入庫[8-11]。在中國，數(shù)控立體倉庫也已經(jīng)憑借其優(yōu)勢應(yīng)用到木工機(jī)械行業(yè)、汽車制造行業(yè)、石油化工行業(yè)等都跟隨著21世紀(jì)市場自動化發(fā)展浪潮努力提高本公司的自動化水平，以確保自己不會在快速的經(jīng)濟(jì)發(fā)展及高自動化、一體化發(fā)展中淘汰[12,13]。為了實現(xiàn)數(shù)控立體倉庫的自動化控制，本文設(shè)計一套基于PLC[14-16]的控制系統(tǒng)，使其工作效率提高，降低工人的勞動強度，數(shù)控立體倉庫的自動化程度大大提高。

1 數(shù)控立體倉庫控制流程

圖1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

數(shù)控立體倉庫主要由提升電機(jī)帶動實現(xiàn)升降小車的傳動升降、推拉電機(jī)帶動實現(xiàn)托盤進(jìn)出倉位。電機(jī)是數(shù)控立體倉庫的動力源，其功能是傳遞扭矩，即克服傳動部件之間、導(dǎo)向輪與豎梁之間摩擦力及升降小車自身重力及鏈條重力等負(fù)載扭矩；托盤與托盤之間的摩擦力托盤與倉位支撐架之間摩擦力及傳動部件間阻力等負(fù)載扭矩。PLC控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)即可實現(xiàn)數(shù)控立體倉庫出入庫的傳動。PLC控制不僅能夠滿足數(shù)控立體倉庫控制的動作要求，而且經(jīng)濟(jì)成本低廉。數(shù)控立體倉庫控制系統(tǒng)采用PLC控制變頻器、三項異步電機(jī)、旋轉(zhuǎn)編碼器來實現(xiàn)數(shù)控立體倉庫的動作要求?？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。由PLC來實現(xiàn)數(shù)控立體倉庫控制系統(tǒng)的邏輯控制部分，處理各種信號的邏輯關(guān)系；由變頻器實現(xiàn)調(diào)速功能，PLC控制變頻器的啟停，而變頻器同時將自身信號傳送給PLC；旋轉(zhuǎn)編碼器用來檢測電機(jī)轉(zhuǎn)速并及時反饋給PLC，使升降速度、推拉速度與升降小車、托盤停止位置形成閉環(huán)系統(tǒng)。

2 數(shù)控立體倉庫的變頻調(diào)速控制

變頻器憑借良好的調(diào)速性能、啟動制動平穩(wěn)性能和優(yōu)越的節(jié)電效果，已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用到了諸多領(lǐng)域，變頻調(diào)速被公認(rèn)為是最具有發(fā)展前途的調(diào)速方式。變頻調(diào)速在電梯行業(yè)應(yīng)用最為廣泛，同時數(shù)控立體倉庫設(shè)計也越來越多的使用變頻調(diào)速。采用PLC和變頻器對數(shù)控立體倉庫進(jìn)行控制，不僅增加了數(shù)控立體倉庫的安全性和可靠性，并且減少了能耗和運行費用。數(shù)控立體倉庫的出入庫動作主要是由升降小車來完成的，升降小車的上升、下降、減速停層和平層動作采用變頻調(diào)速來控制。當(dāng)PLC給出啟動信號，提升電機(jī)經(jīng)歷2秒左右的加速階段，三相異步電動機(jī)的頻率從0Hz增加到50Hz，然后保持50Hz速度穩(wěn)速運行，當(dāng)PLC輸出停層減速信號后，電動機(jī)開始減速運行，頻率從50Hz降為6Hz，大約用時2s，并在6Hz的速度爬行直到PLC輸出平層信號，電動機(jī)的頻率降為0Hz，并由PLC控制提升電動機(jī)抱閘，然后PLC輸出推拉信號，由另一個變頻器控制推拉電機(jī)以類似的模式運行，完成出入庫動作。電動機(jī)輸出的轉(zhuǎn)速與變頻器給定的頻率相對應(yīng)。數(shù)控立體倉庫升降小車運行曲線圖如圖2所示。

圖2 升降小車運行曲線

3 數(shù)控立體倉庫的電氣控制

圖3 PLC控制流程圖

數(shù)控立體倉庫控制系統(tǒng)的主程序流程如圖3。在設(shè)計的操作面板上輸入取貨信息，PLC發(fā)出信號，控制提升電機(jī)正轉(zhuǎn)，升降小車上升，變頻器控制升降小車經(jīng)歷加速、穩(wěn)速、停層減速、平層階段后停止，提升電動機(jī)抱閘，PLC向推拉電機(jī)發(fā)出信號，推拉電機(jī)正轉(zhuǎn)，將托盤拖到升降小車上，推拉電機(jī)停止轉(zhuǎn)動，然后PLC控制提升電機(jī)反轉(zhuǎn)，變頻器控制升降小車經(jīng)歷加速、穩(wěn)速、停層減速、平層階段后停止于出庫口處，提升電動機(jī)抱閘，最后PLC控制推拉電機(jī)反轉(zhuǎn)，將托盤推到出庫口平臺上，完成出庫動作。數(shù)控立體倉庫控制電路輸入/輸出端口分配如表1所示。

表1 輸入/輸出端口分配

根據(jù)輸入/輸出分配表可以繪制數(shù)控立體倉庫控制電路圖如圖4所示。

圖4 控制電路圖

4 控制界面設(shè)計

使用軟件MCGSE對數(shù)控立體倉庫的觸摸屏設(shè)計了五個界面，分別為登陸界面、控制主界面、檢修界面、入庫界面和出庫界面。選用了昆侖通泰TPC1262H型觸摸屏，登錄界面主要是各個等級的操作者輸入登錄名和密碼，進(jìn)行不同權(quán)限的操作。在控制主界面下，可以啟動整個數(shù)控立體倉庫，并有啟動指示和故障指示，也可以從主界面進(jìn)入檢修界面、入庫界面和出庫界面，如圖5所示。

圖5 控制界面

如圖6，在入庫界面下操作者需要輸入存放托盤的倉位號，并需要點擊輸入完成并點擊開始入庫數(shù)控立體倉庫才能執(zhí)行入庫動作，以防倉位號輸入錯誤而重復(fù)存入一個倉位。

圖6 入庫界面

5 結(jié)語

本文設(shè)計了數(shù)控立體倉庫的控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了數(shù)控立體倉庫的自動化控制?？刂葡到y(tǒng)是數(shù)控立體倉庫系統(tǒng)的核心部分，影響著數(shù)控立體倉庫運行的穩(wěn)定行和定位精度。采用PLC控制提升電動機(jī)和水平推拉電動機(jī)的的動作順序，采用變頻器實現(xiàn)電動機(jī)的調(diào)速，使數(shù)控立體倉庫在運行過程中更加穩(wěn)定，采用旋轉(zhuǎn)編碼器來實現(xiàn)升降小車平層定位和托盤的準(zhǔn)確停留位置，保證了出入庫的穩(wěn)定性、精準(zhǔn)性和控制的可靠性。