基于力控組態(tài)的立體倉庫監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

梅秋燕

(華中科技大學(xué) 武昌分校 機(jī)電與自動(dòng)化學(xué)院，湖北 武漢 430064)

0 引言

自動(dòng)立體倉庫具有方便快捷、自動(dòng)化控制以及節(jié)省空間的優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種大中小型倉儲(chǔ)環(huán)境中，對于提高生產(chǎn)效率、降低成本、增加效益等具有重要意義。監(jiān)控組態(tài)軟件是一種面向工業(yè)自動(dòng)化的通用數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控軟件，監(jiān)控組態(tài)軟件只需進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)模塊的軟件組態(tài)和簡單的編程，就可設(shè)計(jì)出標(biāo)準(zhǔn)化，可靠性高的人機(jī)界面監(jiān)控程序，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)管理為自動(dòng)立體倉庫的運(yùn)作提供良好的控制與管理，很好的適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)生產(chǎn)發(fā)展的需要[1]。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

自動(dòng)立體倉庫監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要是硬件配置和軟件設(shè)計(jì)，軟件設(shè)計(jì)包括可編程控制器(以下簡稱PLC)的控制程序設(shè)計(jì)和組態(tài)軟件設(shè)計(jì)兩部分，該系統(tǒng)主要由上位機(jī)、控制器、位置檢測系統(tǒng)、系統(tǒng)狀態(tài)顯示、故障報(bào)警及執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制電路等部分組成，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

上位機(jī):以監(jiān)控組態(tài)軟件力控組態(tài)軟件V6.0為核心，是立體倉庫的控制中心，實(shí)現(xiàn)監(jiān)視、控制、出入庫管理及報(bào)表打印等。通過監(jiān)視界面，以動(dòng)畫方式顯示各現(xiàn)場設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行位置等實(shí)時(shí)信息[2]。

控制器:FX系列PLC，通過RS－232C模塊與上位機(jī)進(jìn)行通信，組成完整的監(jiān)控系統(tǒng)，完成數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳送，同時(shí)通過 PLC的I/O接口，實(shí)現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的手動(dòng)與自動(dòng)控制，完成存貨、取貨和任意兩個(gè)貨倉之間的盤貨等作業(yè)[3]。

圖1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

位置檢測系統(tǒng):自動(dòng)立體倉庫貨倉位置檢測依靠的是位于導(dǎo)軌上的傳感器和位于立柱上的傳感器。位于導(dǎo)軌上的傳感器提供水平方向的識別定位，位于立柱上的傳感器提供豎直方向的識別定位。當(dāng)同時(shí)識別水平和豎直方向的傳感器時(shí)，就能準(zhǔn)確地找到指定的貨倉位置。

系統(tǒng)狀態(tài)和故障顯示:系統(tǒng)運(yùn)行中手動(dòng)與自動(dòng)控制方式顯示、倉庫作業(yè)形式顯示、各部分運(yùn)行狀態(tài)及系統(tǒng)故障顯示等。

執(zhí)行機(jī)構(gòu):執(zhí)行機(jī)構(gòu)電機(jī)包括水平移動(dòng)電機(jī)、升降移動(dòng)電機(jī)、伸縮移動(dòng)電機(jī)、堆放滾動(dòng)電機(jī)、輸送進(jìn)出電機(jī)及輸送臺(tái)皮帶輸送電機(jī)等[4]。

2 PLC程序設(shè)計(jì)

2.1 硬件配置

PLC選用的是三菱FX2N系列，其內(nèi)部具有高速計(jì)數(shù)和中斷處理功能，配置RS－232C通信模塊，實(shí)現(xiàn)與 PC機(jī)的串行通信。通信端口引腳信號如表1所示。

表1 通信端口引腳信號定義

2.2 控制程序設(shè)計(jì)

PLC程序主要包括手動(dòng)控制和自動(dòng)控制兩部分，手動(dòng)控制是通過控制各電機(jī)點(diǎn)動(dòng)或連續(xù)運(yùn)行，使貨物可以任意存取。這一部分既有單個(gè)設(shè)備運(yùn)行操作功能，同時(shí)也具有測試功能，可以作為設(shè)備檢修時(shí)分別測試各部分是否正常工作，只有在所有設(shè)備都能正常工作時(shí)，自動(dòng)控制工作方式才能運(yùn)行。自動(dòng)控制工作方式是立體倉庫運(yùn)行的核心，通過編寫自動(dòng)控制程序?qū)崿F(xiàn)倉庫的任何貨位的任意存取[5]。

PLC程序設(shè)計(jì)分為經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)、邏輯設(shè)計(jì)、移植設(shè)計(jì)、順序功能圖等設(shè)計(jì)方法。對于手動(dòng)控制，采用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。自動(dòng)控制程序采用順序功能圖設(shè)計(jì)法，按照生產(chǎn)工藝預(yù)先規(guī)定的順序，在各個(gè)輸入信號的作用下，根據(jù)內(nèi)部狀態(tài)和時(shí)間的順序，使倉庫運(yùn)行過程中各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)自動(dòng)有序地進(jìn)行工作[6]。手動(dòng)控制和自動(dòng)控制程序流程圖如圖2所示，包括存貨、取貨和任意兩個(gè)貨倉之間的盤貨等作業(yè)的自動(dòng)控制及手動(dòng)控制程序。

圖2 手動(dòng)/自動(dòng)控制程序流程圖

3 監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)

3.1 串行通信設(shè)置

進(jìn)入力控組態(tài)軟件V6.0開發(fā)環(huán)境，在工程項(xiàng)目欄中選擇I/O設(shè)備組態(tài)，選擇PLC/MITSUBISHI(三菱)/FX系列(串口)，確保與現(xiàn)場控制器PLC相匹配。串行通信的串口選擇COM1，通信參數(shù)設(shè)置如圖3所示，波特率為9600，奇偶校驗(yàn)為偶校驗(yàn)，數(shù)據(jù)位為7，停止位為1。

圖3 串口設(shè)置

3.2 監(jiān)控界面

運(yùn)用力控組態(tài)軟件V6.0，共設(shè)計(jì)了6幅界面。其中基本信息界面中通過口令等方式來識別用戶，并區(qū)分用戶的使用權(quán)限?？偪亟缑鏋橛脩籼峁┎僮鬟x擇。分別是自動(dòng)控制、手動(dòng)控制、模擬仿真、數(shù)據(jù)報(bào)表、返回首頁。單擊可進(jìn)入相應(yīng)的操作界面。

如圖4為自動(dòng)控制界面。界面中提供了3種操作方式，單倉存貨、單倉取貨、雙倉盤貨。位于界面中間的是由倉位組成的矩陣。該矩陣的排列與立體倉庫的貨倉相對應(yīng)。在單、雙倉操作的貨倉號碼輸入端口中，可以輸入倉位號碼選擇作業(yè)倉位，也可以單擊矩陣中的倉位號碼進(jìn)行倉位選擇。

圖4 自動(dòng)控制界面

3.2.1 貨倉定位

在倉位選擇定位中，采用的是位置傳感器和PLC軟元件M相結(jié)合的定位方法，使堆垛機(jī)識別指定貨倉位置，表2為輔助繼電器M對應(yīng)倉位的橫向與縱向位置，M100－M109是橫向位置的識別，M110－M115是縱向位置的識別。只有當(dāng)堆垛機(jī)橫向與縱向相對應(yīng)的位置傳感器和表2中所對應(yīng)的橫向與縱向位置識別的輔助繼電器同時(shí)動(dòng)作時(shí)，才完成了貨倉定位。

在單倉操作中只有一個(gè)貨倉號碼輸入口，只需要一次貨倉位置識別，橫向和縱向的識別分別對應(yīng) M100－M109和 M110－M115。而雙倉操作有兩個(gè)貨倉號碼輸入，一個(gè)是起始貨倉號碼，另一個(gè)是終端貨倉號碼，所以需要兩次貨倉位置識別。貨倉位置的二次識別所用的輔助繼電器與一次識別所用的輔助繼電器不可以相同，如果相同，系統(tǒng)將無法分辨起始貨倉號碼和終端貨倉號碼，使定位系統(tǒng)紊亂。所以在進(jìn)行雙倉操作時(shí)，起始貨倉號碼和單倉操作時(shí)的輔助繼電器位置識別M設(shè)置相同，終端貨倉號碼橫向和縱向的識別分別對應(yīng)M116－M125和M126－M131。

表2 輔助繼電器M對應(yīng)的貨倉位置

3.2.2 貨倉號碼輸入

圖4的自動(dòng)控制界面中，在單倉操作的貨倉號碼輸入端或雙倉操作的兩個(gè)貨倉號碼輸入端，直接輸入貨倉號碼，可以使每一個(gè)數(shù)值輸入端口保持獨(dú)立。若單擊界面中間由倉位組成的矩陣選擇貨倉時(shí)，則會(huì)使3個(gè)號碼輸入端口的數(shù)值相互關(guān)聯(lián)。為了避免這種情況的出現(xiàn)，在每一個(gè)號碼輸入端前加上了一個(gè)選擇確定按鈕(“貨倉號碼:”、“起始貨倉號碼:”、“終端貨倉號碼:”)，只有當(dāng)選擇了相對應(yīng)的確定按鈕動(dòng)作后，后面的號碼輸入端口中的數(shù)據(jù)才有效，確保每個(gè)數(shù)據(jù)輸入端口的貨倉號碼相互獨(dú)立。

在力控組態(tài)軟件 V6.0制作的自動(dòng)控制界面中，“貨倉號碼:”選擇確定按鈕對應(yīng)實(shí)型中間變量a6，號碼輸入端口對應(yīng)實(shí)型中間變量a1。在“貨倉號碼:”的動(dòng)畫鏈接中左鍵動(dòng)作腳本設(shè)置為a6=1;a2=0;a3=0，顏色的條件變化設(shè)置為a6==1成立顯示綠色，不成立顯示紅色。

“起始貨倉號碼:”和“終端貨倉號碼:”選擇確定按鈕以同樣的方法進(jìn)行設(shè)置。其中“起始貨倉號碼”按鈕對應(yīng)實(shí)型中間變量a2，數(shù)值輸入端口對應(yīng)實(shí)型中間變量a4?！敖K端貨倉號碼”按鈕對應(yīng)實(shí)型中間變量a3，數(shù)值輸入端口對應(yīng)實(shí)型中間變量a5。

為了確保每一個(gè)數(shù)值輸入端口的數(shù)據(jù)獨(dú)立，在對應(yīng)于立體倉庫的倉位矩陣中的每一個(gè)倉位號都設(shè)置了相應(yīng)的腳本程序。01號倉位的動(dòng)畫連接腳本如下:

倉位矩陣中每一個(gè)倉位都對應(yīng)一個(gè)輸入顯示數(shù)值和用于貨倉位置識別的輔助繼電器 M設(shè)定值。其中 a1，a4，a5的數(shù)值與貨倉編號相同，輔助繼電器M卻隨貨倉位置改變。不管用何種方式選擇作業(yè)倉位，在自動(dòng)控制界面?zhèn)}位矩陣中，運(yùn)用動(dòng)畫連接進(jìn)行顏色條件變化設(shè)置，用來顯示被選中的貨倉[7]。選擇“單存”、“單取”、“啟動(dòng)”按鈕，則啟動(dòng)相對應(yīng)的控制程序，進(jìn)行相應(yīng)的倉庫作業(yè)。

4 結(jié)束語

通過數(shù)據(jù)庫以及組態(tài)軟件 I/O設(shè)備驅(qū)動(dòng)，與FX2NPLC通信連接，完成立體倉庫系統(tǒng)的控制，實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控。立體倉庫方便快捷的操作系統(tǒng)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)管理，極大的提高了生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)物流和信息流的一體化。

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