PLC模塊化設(shè)計在立體倉庫中的應(yīng)用

王欣瑞

摘 要：在PLC傳統(tǒng)的經(jīng)驗法設(shè)計及編程過程當(dāng)中，存在編寫周期過長、程序可讀性差、不易糾錯、維護困難等問題。為了克服以上缺點，在立體倉庫控制系統(tǒng)的PLC程序編寫過程當(dāng)中，采用了模塊化編程思想，取得了滿意的效果。

關(guān)鍵詞：PLC；編程；模塊化；立體倉庫

中圖分類號：TP273 文獻標(biāo)識碼：A

0.引言

隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，現(xiàn)代化企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的逐年擴大，物資供應(yīng)與存儲已成為制約企業(yè)發(fā)展的一大因素。如何充分發(fā)揮潛力，在有限的場地實現(xiàn)倉庫存儲規(guī)模的最大化，是擺在每個企業(yè)管理人員面前的一大問題。而自動化立體倉庫的出現(xiàn)，不但有效地解決了存儲空間緊張的問題，同時實現(xiàn)了物流系統(tǒng)的合理化配置。

由于PLC操作簡單，性能可靠，在立體倉庫的控制系統(tǒng)中，廣泛使用了PLC作為啟停、開關(guān)、互鎖等功能。在以往的PLC程序設(shè)計和編程過程當(dāng)中，往往采用經(jīng)驗法進行設(shè)計。然而在立體倉庫的控制過程當(dāng)中，特別是大型立體倉庫，邏輯關(guān)系復(fù)雜，互鎖條件較多，在采用經(jīng)驗法設(shè)計過程中，存在編寫周期過長，程序可讀性差等問題。為了解決以上問題，在程序設(shè)計時采用模塊化設(shè)計取代傳統(tǒng)的經(jīng)驗法設(shè)計，使程序邏輯關(guān)系便于梳理，增加了可讀性，特別是在后期維護和改變條件時，顯著減少了工作量。

1.立體倉庫控制系統(tǒng)的特點和結(jié)構(gòu)

立體倉庫的庫位示意圖如圖1所示。

在庫位的分布上，有一個緩沖區(qū)作為貨物存放的初始位置。1～9號位倉庫的存儲位。整個立體倉庫的工作過程可以描述為：

（1）當(dāng)貨物需要入庫進行存放時，叉車從緩沖區(qū)取貨，然后把貨物輸送至相應(yīng)的倉位放置貨物，完成后叉車回到初始位置等待下一步操作。

（2）當(dāng)貨物需要出庫拿取時，叉車找到相應(yīng)的倉位進行取貨操作，然后把貨物送到緩沖區(qū)，完成后回到初始位置等待下一步操作。

為了實現(xiàn)上述功能，一般采用三維叉車作為執(zhí)行元件。示意圖如圖2所示。

三維叉車由電機完成水平方向（X軸）拖動系統(tǒng)、垂直方向（Y軸）拖動系統(tǒng)、進出方向（Z軸）拖動系統(tǒng)的驅(qū)動。它可以完成從緩沖區(qū)到倉位的自動存貨過程和從倉位到緩沖區(qū)的自動取貨過程。

在使用該系統(tǒng)時，我們可以通過操作手柄選擇相應(yīng)的倉位（1～9號，可根據(jù)實際現(xiàn)場條件進行增減），選擇入庫還是出庫，完成所需要的工作。

2.模塊化編程思想

我們?yōu)榱私鉀Q一個復(fù)雜的問題時，往往采用模塊化的方式進行，即把一個復(fù)雜問題拆分成若干個便于理解和解決的模塊，每個模塊能夠?qū)崿F(xiàn)特定的子功能，把所有模塊組合起來，再根據(jù)系統(tǒng)的要求加上一定的運行條件和邏輯判斷，從而實現(xiàn)整個系統(tǒng)的功能。

一般情況下，模塊具有以下幾個基本屬性，接口、功能、邏輯、狀態(tài)，功能、狀態(tài)與接口反映模塊的外部特性，邏輯反映它的內(nèi)部特性。

在計算機編程語言中，特別是高級編程語言中，大量使用模塊化設(shè)計有助于解決復(fù)雜問題。而在PLC程序設(shè)計過程中，同樣可以借鑒這樣的編程思想。如果分解出來的模塊還是無法解決，則繼續(xù)分解形成新的模塊，直到解決問題為止。

另外需要注意的是，為降低軟件系統(tǒng)的復(fù)雜性，提高可理解性和可維護性，模塊不能任意劃分，應(yīng)在分解時盡量保持其獨立性。模塊的獨立性可用兩個定性標(biāo)度衡量，即耦合和內(nèi)聚，要獲得較高的獨立性，就需要做到低耦合和高內(nèi)聚。

3.模塊化編程在立體倉庫中的應(yīng)用

整個立體化倉庫的控制流程如圖3所示。

通過該流程可知，整個立體倉庫的運行實際上分為每一個具體的步驟進行，每一個步驟包含了若干動作，實現(xiàn)所需要的功能。在控制流程中，可以把一個步驟看成一個模塊，每個步驟內(nèi)有其自身的邏輯和功能，完成特定的動作。

在劃分方式上，可以把整個流程劃分為兩大模塊，即入庫模塊和出庫模塊。兩大模塊具有剛才列舉的基本屬性，入庫模塊完成貨物的入庫功能，出庫模塊完成貨物的出庫功能。當(dāng)選擇入庫或者出庫時，可以看作接口的選擇；當(dāng)入庫動作或者出庫動作時，就是系統(tǒng)運行的兩種不同狀態(tài)。而兩個模塊有其自身的邏輯控制功能，完成特定的動作。

在該控制系統(tǒng)中，按入庫、出庫的模塊劃分雖然能理清兩個不同功能的邏輯關(guān)系，但是并沒有降低系統(tǒng)的復(fù)雜性。在仔細分析工作過程后，我們可以繼續(xù)把兩大模塊拆分成若干個子模塊，即：

入庫功能分為緩沖區(qū)取貨模塊、送貨至指定倉位模塊、入庫完成模塊和復(fù)位模塊；出庫功能分為指定倉位取貨模塊、送貨至緩沖區(qū)模塊、出庫完成模塊和復(fù)位模塊。經(jīng)過模塊的繼續(xù)細分后，整個工作過程條理清楚，大大降低了程序編寫的難度。

在子模塊程序的編寫上，注意工作過程的邏輯關(guān)系，前一模塊是后一模塊的啟動條件，在前一模塊沒有完成之前，后一模塊無法啟動；而當(dāng)所有子模塊完成之后，入庫和出庫模塊才算完成。

模塊化設(shè)計還有一個好處是，相同功能模塊可以直接調(diào)用，比如入庫和出庫功能中，都使用了復(fù)位功能，我們在設(shè)計復(fù)位功能模塊的時候只要注意邏輯關(guān)系、互鎖和啟動條件，便可以在入庫或者出庫模塊的最后調(diào)用寫好的復(fù)位模塊，提高了效率。

最后需要說明的是，在立體倉庫的模塊化設(shè)計過程當(dāng)中，在流程圖上沒有標(biāo)注，但是經(jīng)常重復(fù)使用的功能模塊不應(yīng)該忘記編寫，比如頻繁使用的限位開關(guān)脈沖信號，驅(qū)動叉車在X、Y、Z軸方向上運動的信號等，都可以作為獨立模塊進行設(shè)計和編寫，方便在每個不同的子模塊中調(diào)用。

結(jié)語

采用模塊化編程思想，使PLC系統(tǒng)的編程變得簡單、靈活。特別是對于控制系統(tǒng)比較復(fù)雜的場合中，或者需要多次調(diào)用的情況下，采用模塊化編程后，使調(diào)試時間大幅減少，便于理清控制過程的邏輯關(guān)系，也為系統(tǒng)增加了方便的擴展功能（如增加倉位、增加緩沖區(qū)）。在自動化的復(fù)雜程度越來越高的今天，值得運用和推廣。

參考文獻

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[2]張博，王志信.模塊化編程思想在PLC系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].化工自動化及儀表，2013（3）：416-418.