基于PLC的自動(dòng)立體倉庫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

陸偉

（無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 無錫214121）

基于PLC的自動(dòng)立體倉庫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

陸偉

（無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 無錫214121）

介紹了基于PLC的自動(dòng)立體倉庫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，闡述了自動(dòng)立體倉庫運(yùn)行原理和運(yùn)行過程，分析了控制系統(tǒng)組成、步進(jìn)電機(jī)和步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的選用、直流電機(jī)和傳感器的選用以及PLC的選擇及資源配置，并設(shè)計(jì)了系統(tǒng)軟件流程圖。

立體倉庫；PLC；步進(jìn)電機(jī)

目前自動(dòng)化立體倉庫得到了大規(guī)模的應(yīng)用。自動(dòng)化立體倉庫有著倉庫高層合理、存取自動(dòng)、操作簡便等優(yōu)點(diǎn)。我國1973年開始研制中國第一座由計(jì)算機(jī)控制的自動(dòng)化立體倉庫，據(jù)粗略統(tǒng)計(jì)，到2010年底，我國自動(dòng)化立體倉庫的保有量超過1000座，基本都是為大中型企業(yè)設(shè)計(jì)。本文為小型企業(yè)設(shè)計(jì)了一個(gè)倉位為12的小型自動(dòng)立體倉庫。

1　自動(dòng)立體倉庫概述

本文設(shè)計(jì)的立體倉庫是一個(gè)小型的自動(dòng)化立體倉庫，有一個(gè)專用的控制面板用于人機(jī)交流，系統(tǒng)的操作可大體分為兩種：一種是手動(dòng)操作；另一種是自動(dòng)操作，自動(dòng)操作是由PLC控制的。本系統(tǒng)的主要?jiǎng)幼骺煞譃閮煞N：取貨和送貨，這兩個(gè)動(dòng)作也可拆開成3臺(tái)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)系統(tǒng)也可以進(jìn)行自我檢查，如果操作錯(cuò)誤系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警。

2　自動(dòng)立體倉庫控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

自動(dòng)化立體倉庫主要由貨架、巷道式堆垛機(jī)、貨叉和操作控制系統(tǒng)等幾個(gè)部分組成。主體部分有貨架、機(jī)械部分及電氣控制部分等。PLC是電氣控制的核心，拖動(dòng)元件由步進(jìn)電機(jī)、直流電機(jī)組成?？刂葡到y(tǒng)總圖如圖1所示。

圖1　控制系統(tǒng)總圖

2.1步進(jìn)電機(jī)

巷道式堆垛機(jī)的運(yùn)動(dòng)主要是水平運(yùn)動(dòng)和垂直運(yùn)動(dòng)，將堆垛機(jī)的運(yùn)動(dòng)拆分為水平X軸和垂直Y軸兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)是以一個(gè)設(shè)定的角度一步一步進(jìn)行的，沒有誤差的積累，精度高，脈沖信號頻率和速度成正比，速度調(diào)節(jié)范圍大且穩(wěn)定，性價(jià)比高在開環(huán)控制中被大量的使用。

根據(jù)計(jì)算，本系統(tǒng)使用了北京斯達(dá)特機(jī)電科技發(fā)展有限公司開發(fā)的2相8拍混合步進(jìn)電機(jī)，如圖2所示，具有轉(zhuǎn)矩定位、體積小、高頻率啟動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)。

圖2　2相8拍步進(jìn)電機(jī)原理圖

2.2步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器

步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器把控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號轉(zhuǎn)化為步進(jìn)電機(jī)的角位移，使得步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與脈沖信號的頻率成正比?？刂撇竭M(jìn)脈沖信號的頻率，可以對電機(jī)精確調(diào)速；控制步進(jìn)脈沖的個(gè)數(shù)，可以對電機(jī)精確定位［1］。本系統(tǒng)采用北京斯達(dá)特機(jī)電科技發(fā)展有限公司SH系列步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，型號為SH-2H057.

2.3直流電動(dòng)機(jī)

立體倉庫直流電機(jī)是用來拖動(dòng)Z軸貨叉。直流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)性能好，調(diào)速范圍廣，調(diào)速均勻，本系統(tǒng)采用的是輸入電壓為12～24 V的直流電動(dòng)機(jī)。

2.4傳感器

為了判斷運(yùn)行前倉位中的情況，在每個(gè)倉位安裝一個(gè)光電傳感器。如果倉位中有貨物，那么傳感器將會(huì)有一個(gè)中斷信號，這個(gè)信號可以轉(zhuǎn)化成電信號送到PLC控制器，本設(shè)計(jì)采用日本歐姆龍公司產(chǎn)品OMRON EE-SPY402溝型和反射型連接器型傳感器。這種傳感器把發(fā)射器和接收器裝入同一個(gè)裝置內(nèi)，在其前方裝一塊反光板，利用反射原理完成光電控制作用。

2.5PLC選型和資源配置

PLC是整個(gè)立體倉庫控制系統(tǒng)的核心，有強(qiáng)大的功能，良好的適應(yīng)能力，很高的可靠性，能滿足的絕大多數(shù)場合的工業(yè)生產(chǎn)需求的監(jiān)測和控制。立體倉庫共有12個(gè)倉位，每個(gè)倉位鍵要配置一個(gè)輸入點(diǎn)，每個(gè)倉位檢驗(yàn)也要配置一個(gè)輸入點(diǎn)，12個(gè)倉位共24點(diǎn)，再加上啟動(dòng)、急停、以及前后上下的限位共39個(gè)輸入點(diǎn)，如表1所示。輸出為21點(diǎn)如表1所示，所選擇的I/O點(diǎn)應(yīng)不低于60，結(jié)合實(shí)際情況，并考慮到成本，選擇西門子S7-200的CPU226（DC/DC/DC）模塊（輸入24點(diǎn)，輸出16點(diǎn)），外加二個(gè)數(shù)字量擴(kuò)展模塊EM223（輸入16點(diǎn)，輸出16點(diǎn)）［2］。

根據(jù)系統(tǒng)的要求，系統(tǒng)的I/O分配見表1所示。

表1　PLC輸入輸出分配表

3　自動(dòng)立體倉庫控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)工作流程如下：首先啟動(dòng)后，系統(tǒng)檢測所有倉位是否有貨；第二部選擇方式為手動(dòng)或者自動(dòng)；自動(dòng)情況下，規(guī)定12號倉位為初始位置，選擇取貨并按下12號倉位鍵，如果0號倉位（0號倉位為中轉(zhuǎn)倉位）無貨而12號倉位有貨，系統(tǒng)執(zhí)行取貨操作，否則顯示錯(cuò)誤；如果0號倉位有貨而12號倉位無貨，那么系統(tǒng)執(zhí)行送貨操作，否則顯示錯(cuò)誤。流程圖如圖3所示。

圖3　流程圖

4　結(jié)束語

本設(shè)計(jì)以PLC作為控制系統(tǒng)的核心，PLC具有強(qiáng)大的控制功能，使用的PLC西門子S7-200接線簡單，編程方便，易于擴(kuò)展。如果需要設(shè)計(jì)更多的倉位，只需要增加硬件連接開關(guān)的輸入信號，適當(dāng)?shù)靥砑映绦蛘Z句。因此，基于PLC的自動(dòng)立體倉庫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，方便實(shí)用，易于擴(kuò)展和改造。另外，大型或者超大型的自動(dòng)化立體倉庫有著很大的浪費(fèi)，小型化是自動(dòng)化立體倉庫的一個(gè)發(fā)展方向。自動(dòng)化立體倉庫的多樣性，更多的功能和更加實(shí)用的人機(jī)交流界面也是未來自動(dòng)化立體倉庫的發(fā)展方向。

［1］黃麟.交流調(diào)速系統(tǒng)及應(yīng)用［M］.大連：大連理工大學(xué)出版社，2009：119-124.

［2］向曉漢.PLC應(yīng)用技術(shù)實(shí)踐［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2014：32

PLC Control Automatic Stereoscopic Warehouse Design

LU Wei
（Wuxi Vocational and Technical College，Wuxi Jiangsu 214121，China）

Introduces the control system design based on PLC in the automatic stereoscopic warehouse，this paper expounds the automatic stereoscopic warehouse operation principle and operation process，analyzes the composition of control system，stepping motor and stepping drive selection，the selection of dc motor and sensors as well as the selection of PLC and the allocation of resources，and designs the system software flow chart.

Three dimensional warehouse；PLC；stepping motor

TP273

A

1672-545X（2016）07-0062-03

2016-04-22

陸偉（1973-），女，江蘇常州人，碩士，副教授，從事機(jī)電一體化技術(shù)教學(xué)與研究。