自動(dòng)緩沖庫(kù)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

謝小美

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自動(dòng)緩沖庫(kù)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

謝小美

（漳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)械與自動(dòng)化工程系，福建 漳州 363000）

基于源峰公司生產(chǎn)的自動(dòng)緩沖庫(kù)柔性制造系統(tǒng), 主要做了PLC的軟件設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)中以松下電工產(chǎn)品FPΣ型PLC為核心，通過(guò)PLC控制直流電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)與汽缸來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)緩沖庫(kù)貨物的出庫(kù)與入庫(kù)操作以及傳感器與PLC的配合使用完成對(duì)貨物數(shù)目的統(tǒng)計(jì)、定位等并通過(guò)PC-Link網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。它具有成本低，穩(wěn)定性好、可靠性高，完善的安全機(jī)制，廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域。

傳感器；PLC；PC－Link網(wǎng)絡(luò)

1 引言

緩沖系統(tǒng)是生產(chǎn)物流的重要組成部分。生產(chǎn)物流是從原材料采購(gòu)開(kāi)始，經(jīng)過(guò)基本制造過(guò)程的轉(zhuǎn)換活動(dòng)，最后形成具有一定使用價(jià)值的成品，并將其運(yùn)至成品庫(kù)或用戶。物料經(jīng)歷著采購(gòu)運(yùn)進(jìn)、入庫(kù)驗(yàn)收、存放、加工制造、進(jìn)入成品庫(kù)以及成品外運(yùn)等一系列物料實(shí)體運(yùn)送的動(dòng)態(tài)流轉(zhuǎn)過(guò)程，其中均包含了緩沖存儲(chǔ)環(huán)節(jié)。目前，裝卸和儲(chǔ)運(yùn)作業(yè)，即物流作業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占用了大批勞動(dòng)力，物流工作機(jī)械化和自動(dòng)化的主要優(yōu)點(diǎn)，就在于提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和節(jié)省勞動(dòng)資源。實(shí)踐證明，自動(dòng)緩沖系統(tǒng)能夠產(chǎn)生很大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。效益主要來(lái)自以下幾個(gè)方面[1]：

（1）高層緩沖貨架存儲(chǔ)由于使用高層緩沖貨架存儲(chǔ)貨物，存儲(chǔ)區(qū)可以大幅度地向高空發(fā)展，充分利用倉(cāng)庫(kù)地面和空間，因此節(jié)省了庫(kù)存占地面積，提高了空間利用率。緩沖系統(tǒng)也便于防止貨物的丟失及損壞，對(duì)于防火防潮等大有好處。

（2）自動(dòng)存取AS/RS使用機(jī)械和自動(dòng)化設(shè)備，運(yùn)行和處理速度快，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。同時(shí)，能方便地納入企業(yè)的物流系統(tǒng)，使企業(yè)物流更趨合理化。[2]

（３）計(jì)算機(jī)控制計(jì)算機(jī)控制能夠始終準(zhǔn)確無(wú)誤地對(duì)各種信息進(jìn)行存儲(chǔ)和管理，能減少貨物處

理和信息處理過(guò)程中的差錯(cuò)，而人工管理做不到這一點(diǎn)。同時(shí)借助于計(jì)算機(jī)管理還能有效地利用倉(cāng)庫(kù)儲(chǔ)存能力，便于清點(diǎn)和盤(pán)算，合理減少庫(kù)存，加快資金周轉(zhuǎn)，節(jié)約流動(dòng)資金，從而提高倉(cāng)庫(kù)的管理水平。

自動(dòng)緩沖系統(tǒng)的信息可以與其它物流系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)物流系統(tǒng)的自動(dòng)化。

2 自動(dòng)緩沖庫(kù)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)主要是對(duì)各元器件（直流電動(dòng)機(jī)、傳感器、電源等）的選型和PLC硬件的設(shè)計(jì)，根據(jù)控制要求和外圍硬件電路對(duì)PLC的I/O口進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分配，硬件部分設(shè)計(jì)如下。

2.1 系統(tǒng)基本元器件選型

根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工藝流程圖，選用下列硬件設(shè)備。

2.1.1 系統(tǒng)電源電源型號(hào)為DW150-24。輸入為220V15%，輸出為24V、6.5A。

2.1.2 傳感器傳感器檢測(cè)技術(shù)是機(jī)電一體化系統(tǒng)的感受器官。它與信息的輸入端相連，并將檢測(cè)到的信號(hào)輸送到信息處理部分，經(jīng)過(guò)處理，從而對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制。因此傳感器技術(shù)是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、自動(dòng)調(diào)節(jié)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。其功能的強(qiáng)弱，直接決定著系統(tǒng)自動(dòng)化程度的高低。傳感檢測(cè)環(huán)節(jié)的關(guān)鍵元件是傳感器。

①光電傳感器：它是利用光線的亮暗來(lái)發(fā)出檢測(cè)信號(hào)，使用的是普通發(fā)光二極管。該傳感器選擇OMRON公司生產(chǎn)的EE-SPY402系列，輸入電壓為24V（DC）。應(yīng)用于倉(cāng)庫(kù)的定位。[3]

②開(kāi)光型霍爾傳感器：它是通過(guò)磁電作用將被測(cè)量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的一種傳感器。該傳感器選擇D-C72系列，輸入電壓為24V（DC）。應(yīng)用于汽缸退到位信號(hào)檢測(cè)。[3]

③顏色傳感器所謂顏色傳感器，實(shí)際就是利用傳感器的分光度，根據(jù)波長(zhǎng)檢測(cè)出光的顏色。該傳感器選擇OMRON公司生產(chǎn)的E3S-VS1E4型號(hào)，輸入電壓為24V（DC）。應(yīng)用于貨物標(biāo)志的檢測(cè)。[3]

2.1.3 電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)使用直流和交流兩種類型，分別用于皮帶輪和庫(kù)體的旋轉(zhuǎn)。

①直流電動(dòng)機(jī)：為永磁低速同步電動(dòng)機(jī)，輸入電壓為24V、30r/min。

②交流電動(dòng)機(jī)：選擇型號(hào)為55TDY4，輸入電壓為220V，電流：0.075A，電容：0.47uF/400V，轉(zhuǎn)數(shù)：60r/min，電阻：1千歐/8W。

2.1.4 汽缸汽缸選擇單作用汽缸，當(dāng)檢測(cè)到對(duì)應(yīng)屬性的貨物時(shí)，兩位三通電磁滑閥動(dòng)作，這時(shí)汽缸就把貨物推入相應(yīng)的倉(cāng)庫(kù)中；當(dāng)兩位三通電磁滑閥失電的時(shí)候，電磁閥依靠自身彈簧的作用使汽缸復(fù)位。

2.2 PLC選型

該系統(tǒng)由三個(gè)斗式緩沖庫(kù)組成，每個(gè)庫(kù)各儲(chǔ)存一種貨物。根據(jù)控制要求，輸入輸出信號(hào)如下表1所示，以確定PLC配置。FP系列中的FP∑型PLC是目前世界上最小型的PLC，主機(jī)最大可有32點(diǎn)的I/O點(diǎn)，有繼電器輸出型和晶體管輸出型兩種，可滿足不同的需要。FP∑型PLC提供了開(kāi)關(guān)量擴(kuò)展模塊、模擬量輸入輸出擴(kuò)展模塊，最多可擴(kuò)展三個(gè)擴(kuò)展單元，因此完全滿足本設(shè)計(jì)的需要。主機(jī)選用FP∑型，具有16點(diǎn)輸入，8點(diǎn)輸出，因輸入點(diǎn)數(shù)不夠，再配置一塊開(kāi)關(guān)量擴(kuò)展模塊FP0-E8X。[4 ]

表1　 輸入輸出信號(hào)表

3 自動(dòng)緩沖庫(kù)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)上運(yùn)用PC內(nèi)部繼電器觸點(diǎn)作為中間繼電器，采用互鎖保護(hù)；運(yùn)用PC內(nèi)部定時(shí)器定時(shí)，時(shí)間調(diào)整靈活方便；采用F118、F119、F136等指令完成數(shù)據(jù)的左右移位與貨物的統(tǒng)計(jì)。

3.1 設(shè)計(jì)思路

系統(tǒng)要求PLC完成的功能主要是對(duì)貨物的檢測(cè)與統(tǒng)計(jì)、入庫(kù)與出庫(kù)動(dòng)作等，并通過(guò)傳感器完成貨架的定位。

3.2 程序流程圖

根據(jù)設(shè)計(jì)思路，主程序設(shè)計(jì)流程圖如圖1所示。

3.3 程序編寫(xiě)

該系統(tǒng)是物流系統(tǒng)的第三個(gè)單元，由三個(gè)斗式緩沖庫(kù)組成。由于三個(gè)緩沖庫(kù)運(yùn)行的控制大致相同，所以就以一個(gè)庫(kù)的控制方式來(lái)設(shè)計(jì)。現(xiàn)以第二個(gè)庫(kù)為例來(lái)設(shè)計(jì)其梯形圖程序。

3.3.1 系統(tǒng)自檢梯形圖程序當(dāng)系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行時(shí)，三個(gè)緩沖庫(kù)都應(yīng)自動(dòng)正轉(zhuǎn)一圈，檢測(cè)緩沖庫(kù)中的貨物數(shù)量，并將結(jié)果存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)寄存器中。系統(tǒng)自檢的梯形圖程序如圖2所示。

在庫(kù)旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中，可以通過(guò)進(jìn)料傳感器X6檢測(cè)每層是否有貨，并把檢測(cè)的結(jié)果傳送給系統(tǒng)數(shù)據(jù)寄存器DT1002中。編寫(xiě)梯形圖程序如圖3所示。

3.3.2 傳輸帶控制梯形圖程序當(dāng)進(jìn)料檢測(cè)傳感器檢測(cè)到機(jī)械手把貨物放入進(jìn)貨帶式傳送機(jī)構(gòu)的平行帶上時(shí)（X0動(dòng)作），平行帶開(kāi)始運(yùn)行，同時(shí)時(shí)間繼電器T0開(kāi)始計(jì)時(shí)30s后關(guān)斷傳輸帶電動(dòng)機(jī)。并將貨物運(yùn)送至斗式分選工作區(qū)。貨物根據(jù)動(dòng)作過(guò)程，編寫(xiě)程序如圖4所示。

3.3.3 傳感器檢測(cè)貨物梯形圖程序當(dāng)貨物達(dá)到進(jìn)料工位時(shí)，檢測(cè)傳感器被觸發(fā)，為了保證硬件的安全性，在控制系統(tǒng)中加入了X9（2#氣缸退到位），此時(shí)R24為ON，當(dāng)進(jìn)料汽缸Y4動(dòng)作時(shí)R24才為OFF并且檢測(cè)到貨物的5s內(nèi)沒(méi)響應(yīng)該信號(hào)，則自動(dòng)放棄該信號(hào)。當(dāng)然如果2#庫(kù)的貨物已經(jīng)達(dá)到24個(gè)的話，說(shuō)明該庫(kù)已經(jīng)沒(méi)有空位裝貨，也應(yīng)自動(dòng)放棄該信號(hào)的請(qǐng)求。X24表征黃色貨物，此信號(hào)是從顏色傳感器的輸出信號(hào)引入的，以辨別貨物的屬性。編寫(xiě)程序如圖5所示。

3.3.4 物品入庫(kù)梯形圖程序當(dāng)檢測(cè)傳感器檢測(cè)到貨物時(shí)，由氣缸送入相應(yīng)的斗式分選緩沖庫(kù)。在入庫(kù)的過(guò)程中，應(yīng)該考慮三個(gè)問(wèn)題：其一：對(duì)應(yīng)的層應(yīng)該為空，否則庫(kù)應(yīng)該自動(dòng)旋轉(zhuǎn)，直到有一層為空才能入庫(kù)；其二：入庫(kù)的貨物應(yīng)該與對(duì)應(yīng)的緩沖庫(kù)所定義的屬性相同，即要求檢測(cè)貨物的屬性；其三：為了保證硬件不會(huì)發(fā)生沖突，入庫(kù)時(shí)，庫(kù)旋轉(zhuǎn)的位置應(yīng)正好與層定位一致，庫(kù)旋轉(zhuǎn)動(dòng)作停止?；谝陨峡紤]，設(shè)計(jì)的梯形圖程序如圖6所示。

3.3.5 物品出庫(kù)梯形圖程序當(dāng)物體出庫(kù)時(shí)，應(yīng)該考慮以下幾個(gè)問(wèn)題：其一：緩沖庫(kù)存放的貨物數(shù)是否大于10；其二：當(dāng)同時(shí)有兩個(gè)庫(kù)或是三個(gè)庫(kù)的貨物數(shù)量達(dá)到10時(shí)，誰(shuí)先出庫(kù)的問(wèn)題；其三：在同一時(shí)間，保證只有一個(gè)緩沖庫(kù)出庫(kù)。為此，特別設(shè)立出庫(kù)標(biāo)志位，用于判別是否能夠出庫(kù)，編寫(xiě)的梯形圖程序如圖7所示。

當(dāng)出庫(kù)標(biāo)志位觸發(fā)時(shí)，就得準(zhǔn)備出庫(kù)，為了保證硬件的安全性，同樣應(yīng)該考慮以下幾個(gè)問(wèn)題：其一：庫(kù)體必須旋轉(zhuǎn)到庫(kù)層定位點(diǎn)，其二：出庫(kù)的那一層必須有貨物；其三：當(dāng)有貨物要進(jìn)入緩沖庫(kù)時(shí)，應(yīng)保證入庫(kù)優(yōu)先于出庫(kù)。針對(duì)于以上幾點(diǎn)編寫(xiě)的梯形圖程序如圖8所示。其中DT1003是記錄出庫(kù)的貨物數(shù)，當(dāng)數(shù)目達(dá)到10個(gè)時(shí)，出庫(kù)結(jié)束。至此，動(dòng)作完成。

圖1 程序流程圖

圖2 系統(tǒng)自檢梯形圖程序

圖3 初始化緩沖庫(kù)貨物統(tǒng)計(jì)

圖4 傳輸帶控制梯形圖程序

圖5 傳感器檢測(cè)貨物梯形圖程序

圖6 物品入庫(kù)梯形圖程序

圖7 梯形圖程序

圖8 梯形圖程序

4 PC-Link網(wǎng)絡(luò)

上面已完成PLC對(duì)自動(dòng)緩沖系統(tǒng)的控制設(shè)計(jì)，現(xiàn)需利用PC-Link網(wǎng)絡(luò)把程序中的某些參數(shù)與其它單元進(jìn)行共享，以實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化生產(chǎn)。

PC-Link是指通過(guò)使用雙絞線實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)PLC連接的一種簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)方式。通過(guò)使用鏈接繼電器和鏈接寄存器，能實(shí)現(xiàn)PLC之間的數(shù)據(jù)共享。在PC-Link網(wǎng)絡(luò)中，一臺(tái)PLC所配置的鏈接繼電器和鏈接寄存器的狀態(tài)參數(shù)能自動(dòng)反饋到其它的PLC里去。PC-Link是一種多站之間的對(duì)等網(wǎng)絡(luò)，采用的是全局I/O通信方式，即通過(guò)共享存儲(chǔ)區(qū)實(shí)現(xiàn)帶有鏈接區(qū)的PLC之間的通信，它是一種N:N通信。

4.1 緩沖系統(tǒng)通訊參數(shù)設(shè)置

1）通信格式：數(shù)據(jù)位：8位，奇偶校驗(yàn)：奇校驗(yàn)，停止位：1位。

2）波特率：115200b/s。

3）站號(hào)是分配給指定PLC的一個(gè)地址，用以標(biāo)識(shí)特定的PLC，因此站號(hào)應(yīng)該是唯一的，在同一網(wǎng)絡(luò)中，PLC站號(hào)不能重復(fù)。

4.2 PC-Link系統(tǒng)連線

具有多站的PC-Link通信系統(tǒng)連線示意圖如圖9所示。

圖9 PC-Link通信系統(tǒng)連線示意圖

每個(gè)系統(tǒng)之間的通信采用RS485總線進(jìn)行傳輸，各個(gè)系統(tǒng)的接收端子對(duì)應(yīng)著另一個(gè)系統(tǒng)的發(fā)送端子。[5]

5 結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了以松下電工產(chǎn)品FPΣ型PLC為核心的自動(dòng)緩沖庫(kù)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并通過(guò)PC-Link網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。它具有成本低，穩(wěn)定性好、可靠性高，完善的安全機(jī)制，廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域。但在使用過(guò)程中需要注意以下幾點(diǎn)：

（1）自動(dòng)緩沖庫(kù)系統(tǒng)中汽缸的速度取決于產(chǎn)品的工藝并自行調(diào)節(jié)。

（2）與其他系統(tǒng)的的數(shù)據(jù)共享必須放在PC-Link共享區(qū)中，否則無(wú)法進(jìn)行。

（3）使用監(jiān)控設(shè)備時(shí)，可適當(dāng)增加程序供監(jiān)控使用，但前提是不影響系統(tǒng)的正常工作。

[1] 陳志韻.現(xiàn)代物流系統(tǒng)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2004（7）:21－27.

[2] 劉昌祺.自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2004:38－47.

[3] 中國(guó)電子協(xié)會(huì).2003傳感器大全[M]北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2005（3）:17－19 .

[4] 常斗南.可編程序控制器原理、應(yīng)用與實(shí)驗(yàn)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1998:240－260.

[5] 邱公偉.可編程控制器網(wǎng)絡(luò)通信及應(yīng)用[M].北京:清華大學(xué)出版社，2000:72－83.

The Buffer Library System Design

XIE Xiao-mei

（Department of Mechanical and Automation Engineering,Zhangzhou Insitute of Technology,Zhangzhou 363000,China）

This design is based on the FPΣ PLC of Panasonic. Through controlling the positive inversion of DC motor and the operation of cylinder by PLC,goods in the system can enter and exit the storage buffer automatically. By the use of sensors and PLC, the system can complete the statistics and orientation of goods. It can also realize data sharing by the use of PC-Link network. Because of its low cost, well stability, high reliability, and perfect security mechanism, the system can be widely used in the field of industrial automation. And the promotion of this design will play an important role in the field of industrial automation in our country.

sensor；PLC；PC-Link network

2010－09－15

謝小美(1981－),女,福建龍巖人,助教,工學(xué)學(xué)士,研究方向：電氣技術(shù)。

TH165

A

1673-1417（2010）04-0005-05