堆垛機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中PLC的運(yùn)用

林慶亮

摘 要：對(duì)于自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)而言，其優(yōu)越性的發(fā)揮依賴于堆垛機(jī)。PLC可編程控制器是工業(yè)控制計(jì)算機(jī)中的一種，具有很強(qiáng)的控制功能，有很快的處理速度，結(jié)構(gòu)呈模塊化，配置本身靈活度也比較高，對(duì)應(yīng)較高的性價(jià)比，優(yōu)點(diǎn)非常的明顯，在當(dāng)前諸多的控制裝置里面，應(yīng)用的最為廣泛。文章主要對(duì)堆垛機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中PLC的運(yùn)用進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：堆垛機(jī)；控制系統(tǒng)；PLC

中圖書分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2012）32-0141-02

對(duì)于自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)而言，巷道堆垛機(jī)是一個(gè)至關(guān)重要的設(shè)備。這個(gè)設(shè)備能夠取貨于巷道口，送達(dá)到指定的特定貨格?；蛘邚奶囟ㄘ浉駥⒇浳锶〕?，放于巷道對(duì)應(yīng)的出貨口。PLC不但可靠，而且功能非常的強(qiáng)大，能夠?qū)崿F(xiàn)巷道堆垛機(jī)之具體的自動(dòng)控制功能，貨物進(jìn)出庫(kù)、乃至盤庫(kù)都可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。

1 堆垛機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理

在堆垛機(jī)控制系統(tǒng)里面，無(wú)論是控制還是記錄堆垛機(jī)的具體狀態(tài)，都是由PLC控制的。當(dāng)前西門子生產(chǎn)的S7-300可編程控制器是所有的堆垛機(jī)控制系統(tǒng)的核心。要想實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)而且安全的運(yùn)行，這些技術(shù)都需要得到很好的解決：

①能夠在指定貨位精準(zhǔn)的多貨物予以存取，為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的，那么作為控制系統(tǒng)，一定要能夠?qū)Χ讯鈾C(jī)的具體位置予以精準(zhǔn)的定位。

②準(zhǔn)確定位和穩(wěn)定運(yùn)行的同時(shí)，如果還想同步的實(shí)現(xiàn)效率的提升，那么一定要很好的控制堆垛機(jī)的具體運(yùn)行速度。

故而，下面的測(cè)控方法需要予以很好的考慮：

①檢測(cè)相關(guān)位置。堆垛機(jī)作業(yè)的目標(biāo)是貨架，為了實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的作業(yè)，那么對(duì)位置一定要能夠予以精準(zhǔn)的確定，也就是說(shuō)不管是對(duì)于升降，還是對(duì)于行走的具體方向，都應(yīng)該給予準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)，這樣地址才能夠獲得精準(zhǔn)的定位。對(duì)于堆垛機(jī)來(lái)說(shuō)，有兩種比較常見(jiàn)的具體尋址方法，分別是絕對(duì)和相對(duì)，絕對(duì)認(rèn)址的時(shí)候，即使堆垛機(jī)出現(xiàn)了比較嚴(yán)重的顛簸，或者中途有斷電的現(xiàn)象發(fā)生，尋址也不會(huì)出錯(cuò)，不過(guò)會(huì)耗費(fèi)很高的造價(jià)。在本系統(tǒng)里面，尋址的方法選擇的為絕對(duì)尋址，也就是固定行走和升降兩個(gè)方向?qū)用嫔系牡刂?，固定為代碼，在目標(biāo)地址和固定的代碼地址之間吻合的條件下，堆垛機(jī)就可以予以存取。

②控制具體的速度。作業(yè)效率的提升對(duì)于運(yùn)行的具體速度提出了更高的要求；定位的精確也期望在出現(xiàn)緊急的停止的情況下，貨物不會(huì)發(fā)生傾倒，這個(gè)目標(biāo)則要求運(yùn)行的速度得到一定的控制，那么就出現(xiàn)了矛盾。為了解決這個(gè)矛盾，按照當(dāng)前堆垛機(jī)的具體位置以及和目標(biāo)貨位之間的距離，無(wú)論是行走還是升降的具體速度都是要進(jìn)行恰當(dāng)?shù)倪x擇的，速度一般劃分為高、中、低三檔。

③控制貨叉。為了貨叉能夠精準(zhǔn)的存取貨物，那么貨叉對(duì)應(yīng)的速度也設(shè)定作高、低兩個(gè)不同的檔次，如果貨物本身的質(zhì)量比較輕，不會(huì)輕易的出現(xiàn)傾倒的現(xiàn)象，這個(gè)時(shí)候的運(yùn)行速度就應(yīng)該選擇高速。

④控制具體的方向。對(duì)方向進(jìn)行控制，作業(yè)的堆垛機(jī)一共包括了三臺(tái)不同的電機(jī)，這些電機(jī)沿著三個(gè)不同的方向?qū)\(yùn)動(dòng)與以控制，這三個(gè)方向分別是導(dǎo)軌、貨叉伸縮、載物臺(tái)升降方向的旋轉(zhuǎn)，分別記錄為X、Y、Z運(yùn)動(dòng)。

可以借助本地觸摸屏對(duì)堆垛機(jī)予以手動(dòng)的控制，借助上位監(jiān)管的主機(jī)對(duì)堆垛機(jī)進(jìn)行自動(dòng)的控制。數(shù)據(jù)通訊目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)是借助PLC和DP口進(jìn)行的。所有對(duì)象的具體狀態(tài)都能夠借助觸摸屏予以很好的顯現(xiàn)；在觸摸屏上面，還有操作的按鈕，這些按鈕能夠發(fā)出指令給PLC；對(duì)于上位機(jī)來(lái)說(shuō)，其主要的作用包括了對(duì)指令的接收，對(duì)堆垛機(jī)予以指揮，診斷故障，顯示信息以及報(bào)警。用一對(duì)遠(yuǎn)紅外通信器完成堆垛機(jī)中PLC與上位監(jiān)控主機(jī)之間的無(wú)線通信，實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的聯(lián)機(jī)功能，上位機(jī)可籍此向堆垛機(jī)中的PLC發(fā)送任務(wù)信息或接收其狀態(tài)信息。圖1描述了簡(jiǎn)化版的堆垛機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)。

2 操作模式

具體來(lái)說(shuō)，操作堆垛機(jī)的模式有三種，分別是本地手動(dòng)、聯(lián)機(jī)以及本地自動(dòng)：

①本地手動(dòng)這種作業(yè)模式運(yùn)用于如下情形。堆垛機(jī)復(fù)位出現(xiàn)了異常，堆垛機(jī)位于調(diào)試安裝這個(gè)作業(yè)階段。本地手動(dòng)作業(yè)的具體模式下，可以借助于觸摸顯示屏上面的按鈕堆垛機(jī)進(jìn)行操作，實(shí)現(xiàn)相關(guān)的手動(dòng)控制目標(biāo)。

②在本地自動(dòng)作業(yè)這種具體的模式下面，借助觸摸屏，操作員將作業(yè)指令予以輸入，在PLC的具體控制下，能夠?qū)⒆鳂I(yè)予以自動(dòng)的完成，而后返至待命的初始位置。

③聯(lián)機(jī)作業(yè)的具體模式之下，借助于上位機(jī)操作終端，能夠?qū)⒆鳂I(yè)指令輸入，借助紅外線實(shí)現(xiàn)堆垛機(jī)和上位機(jī)之間的連接，下達(dá)作業(yè)指令給堆垛機(jī)的PLC，完成出庫(kù)。

3 PLC的具體配置

在堆垛機(jī)中，核心性的控制部件就是PLC。西門子生產(chǎn)的S7-300系列PL屬于中小型的，其具有強(qiáng)大的功能，緊湊的結(jié)構(gòu)，靈活的配置，豐富的擴(kuò)展模塊，性價(jià)比非常的高，所以其備用在本系統(tǒng)里面。為了實(shí)現(xiàn)CPU和HMI，CPU與上位機(jī)之間的通訊，端口至少要兩個(gè)，所以型號(hào)選擇的為緊湊的類型，這種類型有集成16DI/16DO模塊；除此之外，還要有輸入和輸出數(shù)字量的具體模塊以及必要的借口。為了控制電機(jī)變頻，借助MM440變頻器與SM334模擬量這個(gè)輸出模塊進(jìn)行互相的配合。對(duì)于上位監(jiān)控機(jī)來(lái)講，本研究用的是研華工控機(jī)IPC-610。兩個(gè)內(nèi)置的通訊借口能夠用到多種不同的通訊模式，在本系統(tǒng)里面，HMI觸摸屏以及Pro-fibus-DP模式被用來(lái)進(jìn)行相關(guān)的通訊；Port2通訊方式選擇的是自由口模式，也就是需要通過(guò)紅外通訊器以及上位監(jiān)控機(jī)才能夠?qū)崿F(xiàn)相關(guān)的通訊功能。

編程S7-300的時(shí)候，選擇的軟件為STEP 7，這樣不但能夠進(jìn)行軟件編程，還能夠做到硬件組態(tài)，此外，還能夠通過(guò)S7-PLCSIM軟件在離線的狀態(tài)下模擬調(diào)試用戶程序，也就是說(shuō)無(wú)論是維護(hù)程序，還是開(kāi)發(fā)程序，都會(huì)非常的方便。

4 PLC控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本研究對(duì)堆垛機(jī)進(jìn)行控制系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)的時(shí)候，上位機(jī)能夠完成如下作業(yè)：輸入作業(yè)指令，分配作業(yè)指令，顯示狀態(tài)；PLC把主要的控制任務(wù)予以很好地完成。PLC控制堆垛機(jī)的主要任務(wù)有：

①處理作業(yè)命令。對(duì)當(dāng)前作業(yè)的具體狀態(tài)以及具體指令予以確定。

②處理定位檢測(cè)。對(duì)位置代碼牌和光電開(kāi)關(guān)的具體狀態(tài)予以檢測(cè)，進(jìn)而對(duì)當(dāng)前載貨臺(tái)以及堆垛機(jī)的具體位置進(jìn)行判斷。

③停車和處理調(diào)速。按照堆垛機(jī)和目標(biāo)貨位之間的具體距離，將速度信號(hào)輸出，停車前，切換運(yùn)行速度到低檔，滿滿的和目標(biāo)位置相靠近，實(shí)現(xiàn)停車的準(zhǔn)確，制動(dòng)的迅速。

④控制作業(yè)任務(wù)對(duì)應(yīng)的具體順序邏輯。按照指定指令和調(diào)度任務(wù)的具體策略，對(duì)邏輯控制的具體信號(hào)予以確定，將出入庫(kù)的具體作業(yè)予以很好地完成。

⑤保護(hù)極限位置。為了讓堆垛機(jī)出于安全運(yùn)行的環(huán)境下，應(yīng)該設(shè)置相關(guān)的限位保護(hù)開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)設(shè)于貨叉伸縮、升降載貨臺(tái)以及水平行走的時(shí)候。

控制系統(tǒng)的定位方法為絕對(duì)認(rèn)證，在X/Z這個(gè)方向上，認(rèn)址方法選擇的為地址代碼牌以及光電開(kāi)關(guān)，也就是設(shè)置標(biāo)有X/Z地址的具體代碼牌到不同的貨位上面。在這個(gè)代碼牌被光電開(kāi)關(guān)感應(yīng)到之后，就會(huì)將這個(gè)地址讀取下來(lái)，更新X/Z地址，將應(yīng)減速停止的具體位置計(jì)算出來(lái)。設(shè)置對(duì)應(yīng)的傳感器于貨叉對(duì)應(yīng)的上下位置，確定每層的具體貨位，按照控制任務(wù)的具體要求，進(jìn)行模塊化的具體設(shè)計(jì)。圖1為軟件程序的具體框架圖。

無(wú)論是自動(dòng)入庫(kù)，還是聯(lián)機(jī)作業(yè)，堆垛機(jī)的初始位置都是巷道入口，底層是升降載貨臺(tái)，貨叉在回縮的位置上，但是沒(méi)有貨物，限位開(kāi)關(guān)對(duì)應(yīng)的具體位置也并未超限。上述條件得到很好的滿足以后，等到待機(jī)和聯(lián)機(jī)的指示燈亮了以后，開(kāi)始對(duì)作業(yè)指令予以接受。收到后，借助X/Z軸運(yùn)動(dòng)向指定的貨位，和貨叉伸縮進(jìn)行配合入出庫(kù)。作業(yè)完成后，回歸初始，自檢，進(jìn)入待命的具體狀態(tài)，準(zhǔn)備進(jìn)行下次作業(yè)。如果運(yùn)行中發(fā)生了異常，不管異常是什么，就會(huì)有聲光報(bào)警，運(yùn)行停止。

5 結(jié) 語(yǔ)

伴隨著日益改善和提升的工程自動(dòng)化水平，堆垛機(jī)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。本研究構(gòu)筑堆垛機(jī)控制系統(tǒng)的核心在于PLC，選擇了變頻器調(diào)速配合光電開(kāi)關(guān)絕對(duì)認(rèn)址這種特定的方式，能夠?qū)崿F(xiàn)精確的定位，運(yùn)行也非常的穩(wěn)定，非常的可靠，維護(hù)起來(lái)也非常的方便。這個(gè)控制系統(tǒng)可以將諸多功能予以很好地實(shí)現(xiàn)，所以被成功地運(yùn)用到了自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)里面。

參考文獻(xiàn)：

[1] 廖常初.S7-300/400 PLC應(yīng)用技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

[2] 劉昌祺，董良.自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

[3] 路林吉，王堅(jiān)，江龍康.可編程控制器原理及應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，2002.