自動化立體倉庫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

石樹正　馬立勇　梁永生

(河北建筑工程學(xué)院，河北 張家口 075000)

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自動化立體倉庫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

石樹正馬立勇梁永生

(河北建筑工程學(xué)院，河北 張家口 075000)

主要設(shè)計(jì)了一個(gè)由PLC控制的自動化的立體倉庫控制系統(tǒng).首先根據(jù)立體倉庫的基本構(gòu)架及其所能實(shí)現(xiàn)的主要功能，對立體倉庫的PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì).為了更好的表現(xiàn)此立體倉庫的工作流程，利用組態(tài)軟件制作了一個(gè)9倉位的立體倉庫仿真模型，該模型系統(tǒng)通過PLC與組態(tài)王軟件的通訊，在組態(tài)王軟件的界面中模擬了PLC程序的動作，實(shí)現(xiàn)了控制系統(tǒng)對貨物進(jìn)行準(zhǔn)確的存取.

立體倉庫；PLC控制；組態(tài)王軟件

1　前　言

自動化立體倉庫也稱自動存取系統(tǒng)是倉庫系統(tǒng)中出現(xiàn)的新概念.立體倉庫的特點(diǎn)在于建立高層立體貨架，利用現(xiàn)代成套先進(jìn)搬運(yùn)設(shè)備，計(jì)算機(jī)技術(shù)等提高倉儲空間利用率，大大節(jié)約人力、物力和財(cái)力，因此在輕工和化工企業(yè)、商儲業(yè)、電器制造業(yè)、航空港、機(jī)器制造業(yè)、軍需部門等各行各業(yè)中被廣泛應(yīng)用.其中自動化立體倉庫更是具有更廣闊市場前景，它具有自動化程度高、科技含量高、貨物存取的效率高等優(yōu)點(diǎn)，集機(jī)械、計(jì)算機(jī)、控制、電子技術(shù)于一體，在物流監(jiān)控技術(shù)、貨位優(yōu)化管理、計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)等技術(shù)領(lǐng)域都有很好的應(yīng)用.特別是隨著人們生活水平的提高，我國的機(jī)動車數(shù)量日益猛增，傳統(tǒng)的停車場已經(jīng)不能滿足人們的需求，人們面臨著停車難、停車費(fèi)貴的問題.于是人們迫切的將立體倉庫這一理念應(yīng)用于停車庫，來增多停車位.因此很多城市都相繼出現(xiàn)了立體停車庫，使停車難的問題慢慢得以緩解，為了更好的合理利用資源、提高物流效率，我們對于自動化立體倉庫的研究迫在眉睫.

2　立體倉庫的硬件設(shè)計(jì)

2.1立體倉庫的組成

立體倉庫一般由高層貨架、運(yùn)輸小車、港道堆垛機(jī)、輸送系統(tǒng)、建筑物及控制和管理系統(tǒng)等組成.根據(jù)用戶的不同需求貨架可以有很多不同的形式.為了保證安全，貨架一般用鋼材、鋼筋混凝土制作.鋼材貨架的主要優(yōu)點(diǎn)是提高倉庫空間利用率，節(jié)省時(shí)間，制作成本低.立體倉庫一般使用托盤、貨箱、集裝箱統(tǒng)一盛放貨物，來提高其存貨、取貨、裝卸效率.貨箱與托盤主要是為了便于運(yùn)輸車運(yùn)送和堆跺機(jī)的插取和存放.堆垛機(jī)設(shè)備是自動化立體倉庫中的非常重要設(shè)備，它一般由電動機(jī)驅(qū)動，把貨物從一處搬運(yùn)到另一處.

2.2貨架

2.2.1貨架的分類

輕型貨架、中型貨架、重型貨架、橫梁式貨架、貫穿式貨架

2.2.2貨架材料選擇

通過查閱(CECS 23：90鋼貨架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)選材規(guī)范).及類似設(shè)計(jì)類比，貨架的立柱及橫梁采用6號結(jié)構(gòu)用冷彎方型空心剛，材料為Q235-A.貨架片用5號結(jié)構(gòu)用冷彎矩形空心鋼，材料Q235-A.

2.3堆垛機(jī)的結(jié)構(gòu)

堆垛機(jī)如圖所示，主要由天軌、載貨臺、貨叉機(jī)構(gòu)、立柱、底架、水平運(yùn)行機(jī)構(gòu)、起升機(jī)構(gòu)、電控系統(tǒng)、等幾部分組成.

圖1立體倉庫結(jié)構(gòu)圖2堆垛機(jī)結(jié)構(gòu)

2.4傳感器的選型

傳感器的分類按被測物理量可分為：溫度傳感器、轉(zhuǎn)矩傳感器、壓力傳感器、位移傳感器、加速度傳感器、力傳感器、流量傳感器、液位傳感器等.

本立體倉庫選用光電傳感器和壓力傳感器來對堆垛機(jī)進(jìn)行精確定位以及對倉位貨物的感應(yīng).

2.5電機(jī)的選型

電機(jī)是指依據(jù)電磁感應(yīng)定律將一種形式的電能轉(zhuǎn)換成另一種形式的電能電機(jī)的分類1、按電源種類劃分：可分為交流電機(jī)和直流電機(jī)，直流電動機(jī)按結(jié)構(gòu)及工作原理可劃分：無刷直流電動機(jī)和有刷直流電動機(jī)2、按結(jié)構(gòu)和工作原理可劃分：可分為直流電動機(jī)、異步電動機(jī)、同步電動機(jī)4、按用途可劃分：驅(qū)動用電動機(jī)和控制用電動機(jī).

步進(jìn)電動機(jī)是把電脈沖信號變換成角位移，每輸入一個(gè)脈沖信號時(shí)，步進(jìn)電動機(jī)就轉(zhuǎn)動一步，所以又稱為脈沖電動機(jī).步進(jìn)電動機(jī)可用于打印機(jī)、繪圖機(jī)和磁盤等裝置.

步進(jìn)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是制造簡單，沒有累累積誤差、使用維修方便，帶動負(fù)載慣量的能力大、制造成本低，缺點(diǎn)是效率較低，發(fā)熱大.水平和豎直方向上為了準(zhǔn)確的定位選用步進(jìn)電動機(jī).

3　立體倉庫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1坐標(biāo)原點(diǎn)的建立

為了系統(tǒng)的準(zhǔn)確定位和安全運(yùn)行及減少累積誤差，在每次運(yùn)行開始時(shí)和運(yùn)行結(jié)束時(shí)都應(yīng)該保證堆垛機(jī)位于坐標(biāo)原點(diǎn).保證X.Y.Z軸都位于坐標(biāo)原點(diǎn)時(shí)才能進(jìn)行運(yùn)行程序.報(bào)警系統(tǒng)的建立

3.2倉庫坐標(biāo)系統(tǒng)的建立

以倉庫入庫口的左下角點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，以水平方向?yàn)閤軸，一個(gè)庫位的寬度為單位長度，以垂直方向?yàn)閥軸一個(gè)庫位高度為單位長度.庫位的長、寬、高各一米，以貨叉運(yùn)動方向?yàn)閦軸，并規(guī)定貨叉向原料庫運(yùn)動方向?yàn)殡姍C(jī)正轉(zhuǎn)，貨叉向成品庫運(yùn)動方向?yàn)殡姍C(jī)反轉(zhuǎn)，這樣可以建立倉庫庫位的坐標(biāo)系.分別對各個(gè)倉位的做坐標(biāo)值進(jìn)行計(jì)算，并把X軸的最終結(jié)果存到AC1中，Y軸的最終結(jié)果存到AC2中.

3.3出入庫程序的設(shè)計(jì)

在堆垛機(jī)定位完成后，為實(shí)現(xiàn)取原料的操作，堆垛機(jī)必須向下運(yùn)動一小段距離，在貨叉到位后，堆垛機(jī)向上運(yùn)動一段距離，然后收回.運(yùn)動到具體的位置之后，為實(shí)現(xiàn)放原料的操作，堆垛機(jī)必須向上運(yùn)動一小段距離，在貨叉到位后堆垛機(jī)向下運(yùn)行一段距離然后收回.最后回到原點(diǎn).

3.4報(bào)警系統(tǒng)的建立

處理異常情況檢查判別立體庫系統(tǒng)狀態(tài)中的不正常信息，根據(jù)不同情況進(jìn)行相應(yīng)處理.為了保護(hù)堆垛機(jī)的安全運(yùn)行，對重要操作、誤操作分別給出提示和告警.當(dāng)取貨時(shí)，如果堆垛機(jī)有貨載貨臺沒有貨物則不能進(jìn)行取貨操作系統(tǒng)報(bào)警；當(dāng)送貨時(shí)，如果堆垛機(jī)無貨載貨臺有貨則不能進(jìn)行送貨操作，系統(tǒng)報(bào)警.

3.5堆剁機(jī)自動尋址系統(tǒng)

本自動化立體倉庫采用的是相對數(shù)字認(rèn)址系統(tǒng)沒有絕對的關(guān)系，其坐標(biāo)原點(diǎn)要建立的靠近原點(diǎn)的位置開關(guān).即采用光電開關(guān)在經(jīng)過相應(yīng)的貨位時(shí)，通過光電傳感器產(chǎn)生電脈沖，按照不同的運(yùn)動方向?qū)Φ刂肪幋a進(jìn)行加一或者減一操作，利用PLC計(jì)數(shù)記錄當(dāng)前地址.

3.6主程序的設(shè)計(jì)

上電時(shí)對電動機(jī)的脈沖信號進(jìn)行復(fù)位，在運(yùn)行前先判斷堆垛機(jī)是否位于坐標(biāo)原點(diǎn)，如果不在坐標(biāo)原點(diǎn)必須先運(yùn)動到坐標(biāo)原點(diǎn)，才能進(jìn)行出入庫操作，當(dāng)按鍵號為零或者按鍵號大于9時(shí)不能進(jìn)行按鍵操作.

4　仿真模型的建立

為了驗(yàn)證程序的可行性與完整性，利用組態(tài)軟件制作了一個(gè)9倉位的立體倉庫仿真模型，該模型系統(tǒng)通過PLC與組態(tài)王軟件的通訊，在組態(tài)王軟件的界面中模擬了PLC程序的動作過程，實(shí)現(xiàn)了控制系統(tǒng)對貨物進(jìn)行準(zhǔn)確的存取.

圖3　立體倉庫仿真界面

利用組態(tài)王仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括以下幾個(gè)方面：(1)圖形界面的設(shè)計(jì)(2)構(gòu)造數(shù)據(jù)庫(3)建立動畫連接(4)運(yùn)行和調(diào)試來實(shí)現(xiàn)對立體倉庫的仿真.仿真界面如圖3所示.

5　結(jié)　論

本文根據(jù)立體倉庫的實(shí)際結(jié)構(gòu)以及其使用需求，建立了一個(gè)基于PLC的自動化立體倉庫的控制系統(tǒng)模型.實(shí)現(xiàn)了立體倉庫自動存取貨物、自我監(jiān)控、以及自動報(bào)警功能.并通過組態(tài)王軟件對PLC程序進(jìn)行了仿真模擬.驗(yàn)證了PLC控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性.

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[5]杜勝霖.基于貨位優(yōu)化的自動化立體倉庫出入庫系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].山東：山東大學(xué)

Designation of the Controlling System of Automated Warehouse

SHI Shu-zheng,MA Li-yong,LIANG Yong-sheng

(Hebei University of Architecture,Hebei,Zhangjiakou 075000)

In order to design a controlling system of an automated warehouse,a PLC controlling system is firstly designed in this paper based on the fundamental construction of the warehouse and its main function.Then,an simulation model of the automated warehouse is built by using configuration software,with which the options of the PLC system is simulated.

automated warehouse；PLC system；configuration software

2016-02-21

河北省高等學(xué)校科學(xué)技術(shù)研究青年基金項(xiàng)目,基金號(ZC2016030)

石樹正(1984-),男，講師，從事機(jī)電一體化研究.

TG 33

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