高雁翔

（大同煤炭職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 大同 037003）

用PLC實(shí)現(xiàn)對(duì)立體倉(cāng)庫(kù)的控制

高雁翔

（大同煤炭職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 大同 037003）

隨著科學(xué)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(cāng)儲(chǔ)方式——自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)。論文是在研究THFLT-1型立體倉(cāng)庫(kù)教學(xué)模型的基礎(chǔ)上,通過(guò)三菱PLC對(duì)其進(jìn)行編程控制，使其能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)和手動(dòng)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(shí)現(xiàn)了對(duì)立體倉(cāng)庫(kù)存取過(guò)程的實(shí)時(shí)仿真監(jiān)視。

立體倉(cāng)庫(kù)；PLC；仿真

一、立體倉(cāng)庫(kù)概述

立體倉(cāng)庫(kù)是指采用高層貨架儲(chǔ)存貨物，用起重、裝卸、運(yùn)輸機(jī)械設(shè)備進(jìn)行貨物出庫(kù)和入庫(kù)作業(yè)的倉(cāng)庫(kù)。這類(lèi)倉(cāng)庫(kù)主要通過(guò)高層貨架充分利用空間進(jìn)行存取貨物，所以稱為“立體倉(cāng)庫(kù)”，也有的稱為“高架倉(cāng)庫(kù)”。目前，這類(lèi)倉(cāng)庫(kù)最大高度達(dá)到40多米，最大庫(kù)存數(shù)可大至數(shù)萬(wàn)甚至10多萬(wàn)個(gè)貨物單位，可以做到無(wú)人操作、按計(jì)劃入庫(kù)和出庫(kù)的全自動(dòng)化控制，并且可以實(shí)現(xiàn)倉(cāng)庫(kù)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化管理。

立體倉(cāng)庫(kù)一般由高層貨架、倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)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(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)可分為三類(lèi)：?jiǎn)卧浖軅}(cāng)庫(kù)、貫通式貨架倉(cāng)庫(kù)和循環(huán)貨架倉(cāng)庫(kù)。自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的核心部件是堆跺機(jī)，它擔(dān)負(fù)著出庫(kù)、進(jìn)庫(kù)、盤(pán)庫(kù)等任務(wù)，是自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的發(fā)展的主要標(biāo)志。

二、系統(tǒng)概述

THFLT-1型立體倉(cāng)庫(kù)模型主體由底盤(pán)、四層十二倉(cāng)位庫(kù)體、三維（X、Y、Z）運(yùn)動(dòng)機(jī)械及電氣控制等四部分組成。

整個(gè)系統(tǒng)采用滾珠絲杠、滑杠和普通絲杠作為主要傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，電氣控制由三菱的可編程控制器、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、電源、傳感器等器件組成。拖動(dòng)機(jī)構(gòu)為二相八拍混合式步進(jìn)電機(jī)和直流電機(jī)。系統(tǒng)的主要執(zhí)行部分是堆垛機(jī)，它由水平移動(dòng)、垂直移動(dòng)及伸叉機(jī)構(gòu)三部分組成，其水平和垂直移動(dòng)分別用兩臺(tái)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠來(lái)完成，伸叉機(jī)構(gòu)由一臺(tái)直流電機(jī)來(lái)控制。它分為上下兩層，上層為貨臺(tái)，可前后伸縮，底層裝有絲杠等傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。當(dāng)堆垛機(jī)平臺(tái)移動(dòng)到貨架的指定位置時(shí)，伸叉電機(jī)驅(qū)動(dòng)貨臺(tái)向前伸出可將貨物取出或送入，當(dāng)取到貨物或貨已送入，則鏟叉向后縮回。為了準(zhǔn)確地找到貨物，叉車(chē)運(yùn)行軌道外側(cè)排列有三只列定位片以及叉車(chē)立柱一側(cè)安裝有四只層定位片。為了檢測(cè)該倉(cāng)位是否有貨,每個(gè)倉(cāng)位底部均裝有一個(gè)微動(dòng)開(kāi)關(guān)。另外，X軸左端和Y軸下端也各裝一個(gè)微動(dòng)開(kāi)關(guān)，用來(lái)保護(hù)堆垛機(jī)復(fù)位時(shí)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(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)一個(gè)有三個(gè)自由度的倉(cāng)庫(kù)模型來(lái)模擬現(xiàn)實(shí)中立體倉(cāng)庫(kù)的存取過(guò)程。運(yùn)行時(shí)，PLC會(huì)接收和分析操作人員在命令鍵盤(pán)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(guò)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(shí)現(xiàn)車(chē)位的位置移動(dòng)。系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體框圖

通過(guò)軟件編程，系統(tǒng)主要可以實(shí)現(xiàn)以下幾個(gè)功能：

（1）PLC根據(jù)鍵盤(pán)的命令實(shí)現(xiàn)十二個(gè)空位的自動(dòng)存取。點(diǎn)擊鍵盤(pán)上相應(yīng)的空位號(hào)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)尋找此空位來(lái)實(shí)現(xiàn)物品的存放，結(jié)束后自動(dòng)返回原點(diǎn)，等待下一個(gè)命令，也可以將任意位置的貨物送到另一位置。取時(shí)只需輸入倉(cāng)位號(hào)，就可以從相應(yīng)位置取回貨物放至零號(hào)位。

（2）有手動(dòng)和自動(dòng)檔選擇，可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)和自動(dòng)兩種控制方式。

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

三、軟件實(shí)現(xiàn)

該系統(tǒng)的整體流程圖如圖2所示。實(shí)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(jìn)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(jì)有以下幾點(diǎn)：

（1）鍵盤(pán)命令程序設(shè)計(jì)

由于只有X4～X7這4個(gè)輸入點(diǎn)作為整個(gè)系統(tǒng)的命令輸入點(diǎn)，因此論文采用十六進(jìn)制輸入方式，而程序內(nèi)也寫(xiě)好十六進(jìn)制中1～15所對(duì)應(yīng)的后續(xù)動(dòng)作。當(dāng)PLC接收到倉(cāng)位信號(hào)時(shí)，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(xiě)好的值進(jìn)行比較，符合后才做出相應(yīng)動(dòng)作。

（2）定位程序設(shè)計(jì)

系統(tǒng)中兩臺(tái)步進(jìn)電機(jī)都裝有步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器，為4倍細(xì)分，即每800個(gè)脈沖使得絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)一圈。因此步進(jìn)電機(jī)定位程序應(yīng)這樣設(shè)計(jì)：屬于同一行的倉(cāng)位在同一種命令下應(yīng)具有同樣的豎直距離，如4～6號(hào)倉(cāng)位，當(dāng)它們處于“取”命令下時(shí)，堆垛機(jī)的定位高度應(yīng)該相同。同樣，屬于同一列的倉(cāng)位在同一種命令下應(yīng)具有同樣的水平距離。這樣一來(lái)，當(dāng)確認(rèn)系統(tǒng)確認(rèn)出需要對(duì)某個(gè)倉(cāng)位做出某個(gè)動(dòng)作時(shí)，則堆垛機(jī)對(duì)該倉(cāng)位的定位距離唯一。

（3）貨叉動(dòng)作程序設(shè)計(jì)

貨叉程序應(yīng)在第一次步進(jìn)電機(jī)動(dòng)作后進(jìn)行，因此在定位之后應(yīng)啟動(dòng)某個(gè)輔助繼電器，用于啟動(dòng)貨叉程序。程序中限位開(kāi)關(guān)X0和X1是觸發(fā)時(shí)低電平有效，Y6和Y7不能同時(shí)有效。程序具體動(dòng)作順序應(yīng)為：當(dāng)相應(yīng)輔助繼電器啟動(dòng)、Y7低電平、X0低電平（有效）時(shí)，Y6可伸出；當(dāng)X1變低電平（有效）時(shí)，Y6停止動(dòng)作。此時(shí)Y7不動(dòng)作，X1低電平（有效），則Y軸步進(jìn)電機(jī)開(kāi)始動(dòng)作。動(dòng)作完成之后，各相應(yīng)條件滿足且Y6不動(dòng)作，則Y7高電平，貨叉回退。X0再次觸發(fā)，產(chǎn)生下降沿時(shí)Y7停止動(dòng)作。由于貨叉程序?qū)崿F(xiàn)的動(dòng)作只有伸出-Y軸步進(jìn)電機(jī)動(dòng)作——回退，因此關(guān)于Y軸步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)方向和運(yùn)動(dòng)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(hào)倉(cāng)限位。

四、總結(jié)與展望

該系統(tǒng)通過(guò)最終調(diào)試表明：無(wú)論選擇手動(dòng)控制模式還是自動(dòng)控制模式，都能夠較為準(zhǔn)確地完成對(duì)貨物的存取功能，而且運(yùn)行比較靈敏、可靠。另外，如果整個(gè)控制系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)遇到意外情況，可切換到手動(dòng)模式，則系統(tǒng)會(huì)立即響應(yīng)，避免意外的發(fā)生。

實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中，論文完成的只是自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)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(dòng)化倉(cāng)庫(kù)的發(fā)展方向也會(huì)越來(lái)越廣。比如，將計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)和立體倉(cāng)庫(kù)的控制系統(tǒng)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制；或者進(jìn)一步提高立體倉(cāng)庫(kù)的自動(dòng)化能力，實(shí)現(xiàn)高速、精準(zhǔn)地進(jìn)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(cāng)庫(kù)智能化，一些技術(shù)如高容錯(cuò)搬運(yùn)系統(tǒng)、自診斷專家系統(tǒng)等已出現(xiàn)于部分復(fù)雜自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)中，讓立體倉(cāng)庫(kù)的功能有了進(jìn)一步的提高。

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1673-0046（2010）10-0176-02