基于條碼定位的全閉環(huán)PID控制技術(shù)在U 型巷道堆垛機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

牛禎祖 呂聰正

中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二研究所 山西 太原 030024

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的日益發(fā)展，企業(yè)對(duì)于貨物的儲(chǔ)存和搬運(yùn)的要求變得越來(lái)越高，對(duì)于堆垛機(jī)在立體倉(cāng)庫(kù)中的需求也會(huì)越來(lái)越多，對(duì)于堆垛機(jī)的響應(yīng)時(shí)間、運(yùn)行速度、定位精度以及自動(dòng)化程度也會(huì)越來(lái)越高[1]。目前對(duì)于堆垛機(jī)行走及升降運(yùn)行環(huán)節(jié)，大多數(shù)均采用多檔速度開(kāi)環(huán)控制或速度閉環(huán)控制兩種方式，這兩種控制方式均存在定位精度差、動(dòng)作響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)等缺點(diǎn)[2]。本設(shè)計(jì)采用基于條碼定位的全閉環(huán)控制技術(shù)，不但能改善堆垛機(jī)運(yùn)行速度曲線，而且能夠保證最終的定位精度，提高設(shè)備的運(yùn)行效率。

1 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

U 型巷道堆垛機(jī)系統(tǒng)選用西門子S7-1200PLC作為主控制器，變頻器選用西門子G120帶基本定位功能的變頻器，行走電機(jī)和升降電機(jī)配置HTL接口的增量型編碼器，定位傳感器選用勞易測(cè)BPS型條碼定位系統(tǒng)，貨叉電機(jī)配備SSI絕對(duì)值編碼器，系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。

圖1 控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

在圖1中，S7-1200PLC與升降G120變頻器、貨叉G120變頻器和行走G120變頻器通過(guò)Profinet網(wǎng)絡(luò)建立通訊連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)升降、貨叉及行走機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的控制。堆垛機(jī)升降和行走編碼器采集的電機(jī)轉(zhuǎn)速用于PID速度環(huán)的控制，條碼定位模塊反饋的位置信息用于PID位置環(huán)的控制，升降變頻器和行走變頻器通過(guò)與相應(yīng)條碼定位模塊的通訊，實(shí)時(shí)獲取其位置信息，通過(guò)PID位置環(huán)和PID速度環(huán)實(shí)現(xiàn)對(duì)堆垛機(jī)升降和行走的全閉環(huán)控制，控制框圖如圖2所示。

圖2 行走環(huán)節(jié)全閉環(huán)PID控制框圖

2 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)對(duì)于堆垛機(jī)高效穩(wěn)定的運(yùn)行至關(guān)重要，軟件設(shè)計(jì)主要包括PLC軟件程序設(shè)計(jì)和上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)部分，具體如下。

2.1 PLC軟件程序設(shè)計(jì) PLC程序設(shè)計(jì)通過(guò)西門子TIA Portal V15.1軟件進(jìn)行開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)，根據(jù)堆垛機(jī)作業(yè)流程，大體上可以分為入庫(kù)操作和出庫(kù)操作。

入庫(kù)操作是指PLC控制堆垛機(jī)到指定貨口取貨后，在巷道內(nèi)同時(shí)進(jìn)行水平方向和垂直方向上的運(yùn)動(dòng)行駛到指定貨位，最終將貨位入庫(kù)到指定位置；出庫(kù)操作是指PLC控制堆垛機(jī)運(yùn)行到指定的貨位取貨，并將其輸送到指定出貨口，同時(shí)刪除相應(yīng)物品庫(kù)存信息，完成出庫(kù)任務(wù)。

2.2 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì) 上位機(jī)軟件通過(guò)Visual Studio2015軟件C#語(yǔ)言編寫，主要功能如下。

1)與PLC建立通信連接，根據(jù)倉(cāng)儲(chǔ)管理軟件的請(qǐng)求，向PLC發(fā)送相應(yīng)的動(dòng)作指令，并接收設(shè)備反饋的運(yùn)行狀態(tài)及相應(yīng)的信息。

2)與數(shù)據(jù)庫(kù)建立連接，儲(chǔ)存記錄運(yùn)行中的各參數(shù)、指標(biāo)等數(shù)據(jù)，同時(shí)可進(jìn)行歷史記錄的查詢，方便設(shè)備的維護(hù)。

3 設(shè)備調(diào)試與運(yùn)行

堆垛機(jī)運(yùn)行的位置給定與反饋曲線如圖4所示，可以看出其運(yùn)行速度響應(yīng)和穩(wěn)態(tài)誤差都有較高的提升，定位精度也得到了明顯的提高。

圖3 堆垛機(jī)位置給定與反饋曲線

4 結(jié)束語(yǔ)

在U 型巷道堆垛機(jī)中通過(guò)基于條碼定位的全閉環(huán)PID控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了堆垛機(jī)行走和升降環(huán)節(jié)的精準(zhǔn)定位，提高了設(shè)備的響應(yīng)時(shí)間，優(yōu)化了堆垛機(jī)的運(yùn)行速度曲線，提升了企業(yè)的生產(chǎn)效率。