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(cāng)庫(kù)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(dòng)強(qiáng)度、減少錯(cuò)誤、提高貨物存儲(chǔ)的自動(dòng)化水平和管理水平、提高倉(cāng)儲(chǔ)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(shì)[3-7]。正因如此，數(shù)控立體倉(cāng)庫(kù)在現(xiàn)代物流體系中占據(jù)著舉足輕重的地位。

一個(gè)企業(yè)的自動(dòng)化水平高低決定著這個(gè)企業(yè)能否被時(shí)代淘汰，在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的美國(guó)、日本、德國(guó)等高自動(dòng)化水平國(guó)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(duì)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(shí)現(xiàn)所需材料等的出入庫(kù)[8-11]。在中國(guó)，數(shù)控立體倉(cāng)庫(kù)也已經(jīng)憑借其優(yōu)勢(shì)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(chǎng)自動(dòng)化發(fā)展浪潮努力提高本公司的自動(dòng)化水平，以確保自己不會(huì)在快速的經(jīng)濟(jì)發(fā)展及高自動(dòng)化、一體化發(fā)展中淘汰[12,13]。為了實(shí)現(xiàn)數(shù)控立體倉(cāng)庫(kù)的自動(dòng)化控制，本文設(shè)計(jì)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(dòng)強(qiáng)度，數(shù)控立體倉(cāng)庫(kù)的自動(dòng)化程度大大提高。

1 數(shù)控立體倉(cāng)庫(kù)控制流程

圖1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

數(shù)控立體倉(cāng)庫(kù)主要由提升電機(jī)帶動(dòng)實(shí)現(xiàn)升降小車的傳動(dòng)升降、推拉電機(jī)帶動(dòng)實(shí)現(xiàn)托盤進(jìn)出倉(cāng)位。電機(jī)是數(shù)控立體倉(cāng)庫(kù)的動(dòng)力源，其功能是傳遞扭矩，即克服傳動(dòng)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(cāng)位支撐架之間摩擦力及傳動(dòng)部件間阻力等負(fù)載扭矩。PLC控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)即可實(shí)現(xiàn)數(shù)控立體倉(cāng)庫(kù)出入庫(kù)的傳動(dòng)。PLC控制不僅能夠滿足數(shù)控立體倉(cāng)庫(kù)控制的動(dòng)作要求，而且經(jīng)濟(jì)成本低廉。數(shù)控立體倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)采用PLC控制變頻器、三項(xiàng)異步電機(jī)、旋轉(zhuǎn)編碼器來實(shí)現(xiàn)數(shù)控立體倉(cāng)庫(kù)的動(dòng)作要求。控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。由PLC來實(shí)現(xiàn)數(shù)控立體倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)的邏輯控制部分，處理各種信號(hào)的邏輯關(guān)系；由變頻器實(shí)現(xiàn)調(diào)速功能，PLC控制變頻器的啟停，而變頻器同時(shí)將自身信號(hào)傳送給PLC；旋轉(zhuǎn)編碼器用來檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速并及時(shí)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(cāng)庫(kù)的變頻調(diào)速控制

變頻器憑借良好的調(diào)速性能、啟動(dòng)制動(dòng)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(shí)數(shù)控立體倉(cāng)庫(kù)設(shè)計(jì)也越來越多的使用變頻調(diào)速。采用PLC和變頻器對(duì)數(shù)控立體倉(cāng)庫(kù)進(jìn)行控制，不僅增加了數(shù)控立體倉(cāng)庫(kù)的安全性和可靠性，并且減少了能耗和運(yùn)行費(fèi)用。數(shù)控立體倉(cāng)庫(kù)的出入庫(kù)動(dòng)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(dòng)作采用變頻調(diào)速來控制。當(dāng)PLC給出啟動(dòng)信號(hào)，提升電機(jī)經(jīng)歷2秒左右的加速階段，三相異步電動(dòng)機(jī)的頻率從0Hz增加到50Hz，然后保持50Hz速度穩(wěn)速運(yùn)行，當(dāng)PLC輸出停層減速信號(hào)后，電動(dòng)機(jī)開始減速運(yùn)行，頻率從50Hz降為6Hz，大約用時(shí)2s，并在6Hz的速度爬行直到PLC輸出平層信號(hào)，電動(dòng)機(jī)的頻率降為0Hz，并由PLC控制提升電動(dòng)機(jī)抱閘，然后PLC輸出推拉信號(hào)，由另一個(gè)變頻器控制推拉電機(jī)以類似的模式運(yùn)行，完成出入庫(kù)動(dòng)作。電動(dòng)機(jī)輸出的轉(zhuǎn)速與變頻器給定的頻率相對(duì)應(yīng)。數(shù)控立體倉(cāng)庫(kù)升降小車運(yùn)行曲線圖如圖2所示。

圖2 升降小車運(yùn)行曲線

3 數(shù)控立體倉(cāng)庫(kù)的電氣控制

圖3 PLC控制流程圖

數(shù)控立體倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)的主程序流程如圖3。在設(shè)計(jì)的操作面板上輸入取貨信息，PLC發(fā)出信號(hào)，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(dòng)機(jī)抱閘，PLC向推拉電機(jī)發(fā)出信號(hào)，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(dòng)，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(kù)口處，提升電動(dòng)機(jī)抱閘，最后PLC控制推拉電機(jī)反轉(zhuǎn)，將托盤推到出庫(kù)口平臺(tái)上，完成出庫(kù)動(dòng)作。數(shù)控立體倉(cāng)庫(kù)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(cāng)庫(kù)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(jì)

使用軟件MCGSE對(duì)數(shù)控立體倉(cāng)庫(kù)的觸摸屏設(shè)計(jì)了五個(gè)界面，分別為登陸界面、控制主界面、檢修界面、入庫(kù)界面和出庫(kù)界面。選用了昆侖通泰TPC1262H型觸摸屏，登錄界面主要是各個(gè)等級(jí)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(dòng)整個(gè)數(shù)控立體倉(cāng)庫(kù)，并有啟動(dòng)指示和故障指示，也可以從主界面進(jìn)入檢修界面、入庫(kù)界面和出庫(kù)界面，如圖5所示。

圖5 控制界面

如圖6，在入庫(kù)界面下操作者需要輸入存放托盤的倉(cāng)位號(hào)，并需要點(diǎn)擊輸入完成并點(diǎn)擊開始入庫(kù)數(shù)控立體倉(cāng)庫(kù)才能執(zhí)行入庫(kù)動(dòng)作，以防倉(cāng)位號(hào)輸入錯(cuò)誤而重復(fù)存入一個(gè)倉(cāng)位。

圖6 入庫(kù)界面

5 結(jié)語

本文設(shè)計(jì)了數(shù)控立體倉(cāng)庫(kù)的控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)控立體倉(cāng)庫(kù)的自動(dòng)化控制?？刂葡到y(tǒng)是數(shù)控立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)的核心部分，影響著數(shù)控立體倉(cāng)庫(kù)運(yùn)行的穩(wěn)定行和定位精度。采用PLC控制提升電動(dòng)機(jī)和水平推拉電動(dòng)機(jī)的的動(dòng)作順序，采用變頻器實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速，使數(shù)控立體倉(cāng)庫(kù)在運(yùn)行過程中更加穩(wěn)定，采用旋轉(zhuǎn)編碼器來實(shí)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(kù)的穩(wěn)定性、精準(zhǔn)性和控制的可靠性。