基于PLC控制的自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)仿真研究

趙洪濤，劉家駿

ZHAO Hong-tao, LIU Jia-jun

（淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，淮安 223003）

0 引言

在當(dāng)今世界時(shí)間就是金錢，保證物料在有限的時(shí)間內(nèi)能及時(shí)的進(jìn)行貨物的提取同時(shí)保證沒有呆料的出現(xiàn)，一門綜合了系統(tǒng)設(shè)備的控制、自動(dòng)化控制和數(shù)據(jù)庫(kù)的管理控制等相關(guān)控制技術(shù)的工程技術(shù)（自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)）在這樣的背景下出現(xiàn)并發(fā)展壯大。自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)是通過利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行管理并加以控制，對(duì)于物料的存儲(chǔ)以及搬運(yùn)能夠按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)好的程序進(jìn)行自動(dòng)的運(yùn)行的倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)，在無人直接參與的情況下實(shí)現(xiàn)物料的自動(dòng)存取且實(shí)現(xiàn)倉(cāng)庫(kù)中物料的數(shù)量信息和計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)信息一致。自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)由高層次立體式貨架、堆垛機(jī)、傳輸裝置、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、自動(dòng)化系統(tǒng)以及圍繞倉(cāng)庫(kù)中物料的管理上的一些周邊搬運(yùn)系統(tǒng)組成。

先進(jìn)的自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)能實(shí)現(xiàn)土地資源的節(jié)??；實(shí)現(xiàn)物料的隨機(jī)化的存儲(chǔ)；在物料的利用上保證100%，使得物料保證先進(jìn)先出；在物料的管理上可以做到防盜以及防損；減輕勞動(dòng)強(qiáng)度；實(shí)現(xiàn)物料管理的智能化，做到計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)信息與倉(cāng)庫(kù)中物料的實(shí)際存儲(chǔ)量的一致性；便于呆料翻查和節(jié)約成本。本研究針對(duì)基于PLC的控制方式實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的控制管理。

1 PLC控制技術(shù)

本論文對(duì)自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的研究實(shí)現(xiàn)上是通過PLC技術(shù)的利用?；赑LC技術(shù)的控制能夠保證設(shè)備工作上協(xié)調(diào)性。

1.1 PLC簡(jiǎn)介

PLC是能夠進(jìn)行數(shù)字化處理方式的電子控制裝置，它專門應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)設(shè)計(jì)上。實(shí)質(zhì)上就是應(yīng)用在工業(yè)環(huán)境下的計(jì)算機(jī)，如圖1所示。

圖1 PLC的組成等效圖

1.2 控制方案設(shè)計(jì)

在自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)中對(duì)物料堆垛機(jī)的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)立體倉(cāng)庫(kù)的自動(dòng)控制，如圖2所示。而這其中最關(guān)鍵的地方就在于在物料的存儲(chǔ)及搬運(yùn)上能夠按照程序設(shè)定好的方式進(jìn)行入庫(kù)和出庫(kù)，而對(duì)于這一過程的操作方式目前實(shí)際控制中有很多實(shí)現(xiàn)，包括通過利用繼電器的原理可以實(shí)現(xiàn)這樣一個(gè)存儲(chǔ)及搬運(yùn)過程，還可以通過單片機(jī)以及PLC實(shí)現(xiàn)這一控制。但是值得一提的就是堆垛設(shè)備對(duì)于物料不僅僅是堆垛，還具有其他的功能，也就是真正價(jià)值體現(xiàn)的依據(jù)是自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)，保證在整個(gè)系統(tǒng)中所有的設(shè)備工作的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。相較于繼電器和單片機(jī)，應(yīng)用PLC系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)控制上的優(yōu)良性。控制網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成主要是主站和從站，主站由一臺(tái)PC或者一臺(tái)PLC組成，從站由多臺(tái)PLC組成。以可編程邏輯控制器PLC為中心，實(shí)現(xiàn)下位機(jī)與上位機(jī)之間的通信，進(jìn)而使得整個(gè)倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的控制，如圖3所示。

圖2 自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)貨架示意圖

圖3 自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)平面示意圖

1.3 監(jiān)控系統(tǒng)

通過PLC控制技術(shù)的應(yīng)用，使得立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的過程控制。再通過組態(tài)王監(jiān)控軟件進(jìn)行過程中環(huán)節(jié)的監(jiān)控。具體的可以應(yīng)用通用的監(jiān)控系統(tǒng)（MCGS），通過采集現(xiàn)場(chǎng)控制過程中的數(shù)據(jù)然后加以處理。最后形成一套能夠在實(shí)際應(yīng)用中完成問題解決的實(shí)現(xiàn)方案，通過多種形式加以輸出，即動(dòng)態(tài)的畫面效果顯示、實(shí)時(shí)的監(jiān)控報(bào)警、流程環(huán)節(jié)控制以及輸出報(bào)表等。首先要完成的就是實(shí)現(xiàn)畫面的監(jiān)控建立，主要包含的顯示畫面有：溫/濕控制、貨架、物料存/取模式、物料位置等相應(yīng)的顯示畫面；其次是完成對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)控并存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)庫(kù)的建立，進(jìn)而對(duì)其中的數(shù)據(jù)對(duì)象加以定義。其中涉及到的數(shù)據(jù)對(duì)象主要包含：開關(guān)型的數(shù)據(jù)對(duì)象即針對(duì)于PLC控制系統(tǒng)中的I/O端、數(shù)值型的數(shù)據(jù)對(duì)象即針對(duì)于堆垛機(jī)具體的運(yùn)行動(dòng)畫以及一些和具體的控制過程相關(guān)的數(shù)據(jù)對(duì)象等；最后就是完成所有畫面的動(dòng)態(tài)連接。

1.4 仿真測(cè)試

取貨的命令被響應(yīng)后，基于已經(jīng)完成設(shè)定的I/O端口，設(shè)定相應(yīng)的位移量利用數(shù)據(jù)的移位指令為雙字節(jié)，使兩路分別位于X軸和Y軸的步進(jìn)電機(jī)同時(shí)進(jìn)行正向的轉(zhuǎn)動(dòng)，以接近各自目標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。

當(dāng)目標(biāo)點(diǎn)值到達(dá)后，兩路步進(jìn)電機(jī)就停止動(dòng)作并發(fā)出相應(yīng)的信號(hào)，這時(shí)完成相應(yīng)的響應(yīng)動(dòng)作的是分別完成對(duì)X軸和Z軸的步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的器件，主要?jiǎng)幼餍袨槭荴軸的驅(qū)動(dòng)器完成與相應(yīng)的步進(jìn)電機(jī)動(dòng)作行為的斷開，Z軸的動(dòng)作行為正好與之相反。與此同時(shí)，Z軸上的步進(jìn)電機(jī)對(duì)PLC控制器發(fā)出的信號(hào)進(jìn)行接收，動(dòng)作上完成正向轉(zhuǎn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)接近其目標(biāo)點(diǎn)值。到達(dá)后就停止運(yùn)動(dòng)。

動(dòng)作停止后完成0.5s的延時(shí)，為下一個(gè)動(dòng)作執(zhí)行做準(zhǔn)備。Y軸的步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行反向的轉(zhuǎn)動(dòng)完成下降的動(dòng)作，之后工作臺(tái)就要對(duì)物料進(jìn)行存取，到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)值后停止動(dòng)作。再進(jìn)行0.5s延時(shí)，Z軸的步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行反向的轉(zhuǎn)動(dòng)返回初始位置。位置到達(dá)后，動(dòng)作停止，相應(yīng)的繼電控制器復(fù)位。Y軸和Z軸的步進(jìn)電機(jī)都完成相應(yīng)的動(dòng)作。

設(shè)定相應(yīng)的位移量利用數(shù)據(jù)的移位指令且是雙字節(jié)的，使兩路分別位于X軸和Y軸的步進(jìn)電機(jī)同時(shí)進(jìn)行反向的轉(zhuǎn)動(dòng)，具體的動(dòng)作是返回初始位置。到達(dá)后，兩路電機(jī)動(dòng)作停止回到初始位置，物料就完成了初始位置的送達(dá)。

物料到達(dá)初始位置后，Z軸的步進(jìn)電機(jī)通過其轉(zhuǎn)動(dòng)方向的不同完成不同的動(dòng)作使得物料最終得以放下。動(dòng)作行為的完成與設(shè)定程序的步進(jìn)指令相符。這就完成了物料的設(shè)定倉(cāng)位的取出和送回的動(dòng)作過程，如圖4所示。

2 結(jié)束語(yǔ)

圖4 物料存取仿真測(cè)試圖

隨著應(yīng)用在立體倉(cāng)庫(kù)上的相關(guān)控制技術(shù)的不斷進(jìn)步，自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)對(duì)物料存儲(chǔ)及搬運(yùn)更加高效以及安全可靠，作為生產(chǎn)企業(yè)在實(shí)際生產(chǎn)上實(shí)現(xiàn)整個(gè)生產(chǎn)過程的自動(dòng)化要求加以應(yīng)用，同時(shí)也是積極應(yīng)對(duì)當(dāng)前社會(huì)對(duì)于物料倉(cāng)儲(chǔ)方面的完善措施。本研究基于PLC的控制技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)倉(cāng)庫(kù)管理控制的高效的自動(dòng)化，對(duì)其資源的合理利用實(shí)現(xiàn)了便捷化的維修、高抗干擾能力和故障的低發(fā)生率。在程序的編制實(shí)現(xiàn)上簡(jiǎn)單化及合理化，使得倉(cāng)庫(kù)的運(yùn)行更加的安全可靠。相應(yīng)的組態(tài)的監(jiān)控的系統(tǒng)應(yīng)用在整個(gè)倉(cāng)庫(kù)自動(dòng)化運(yùn)行的全過程，使得狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)視從而可以及時(shí)進(jìn)行故障的排查及處理。在實(shí)際的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)中具有很好的前景。

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