基于PLC的堆垛機控制系統(tǒng)設(shè)計

趙昆 王云海

摘 要：隨著時代的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的融合，物流技術(shù)日漸呈現(xiàn)出現(xiàn)代化發(fā)展趨勢。伴隨物流現(xiàn)代化技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，做好倉庫的立體化構(gòu)建，并實現(xiàn)機電一體化的融合，才能夠滿足當(dāng)前現(xiàn)代化物流的需要?；赑LC控制系統(tǒng)所構(gòu)建的堆垛機，則能夠?qū)崿F(xiàn)行走機構(gòu)、伸縮叉機構(gòu)、升降機構(gòu)等多功能需要，并實現(xiàn)其精度的提升，在現(xiàn)代化倉庫建設(shè)中發(fā)揮重要作用。

關(guān)鍵詞：PLC控制系統(tǒng)；堆垛機控制系統(tǒng)；系統(tǒng)設(shè)計

前言：現(xiàn)代化物流的建立離不開立體倉庫的建設(shè)，立體倉庫的建設(shè)和應(yīng)用能夠節(jié)省大面積土地的使用，并對空間予以高效利用，結(jié)合計算機技術(shù)控制，能夠?qū)崿F(xiàn)便捷、快速貨物的存取。堆垛機作為倉庫建設(shè)的重要組成部分，更加需要高度重視和對待，結(jié)合PLC技術(shù)進行堆垛機控制系統(tǒng)的設(shè)計，則可以讓其更具自動化，讓其立體化倉庫運行過程中發(fā)揮核心作用。

一、堆垛機系統(tǒng)組成及功能分析

堆垛機一般由升降機構(gòu)、運行機構(gòu)、貨叉、伸縮機構(gòu)、機架以及電氣部分等組成。立體化倉庫之中所運用的堆垛機，要求能夠接受上位機指令，并作出適當(dāng)判斷，通過指令分析所要運行的方向，判斷入庫還是出庫，判斷依托于手動操作還是自動操作。堆垛機還需要結(jié)合自身所在位置，以及指令完成需要進行比較判斷，進而作出正確的運行。一般來說，堆垛機有水平行走、垂直運行、貨叉伸縮等三種基本操作。融合PLC技術(shù)則可以讓堆垛機完成以上功能，并進行精準運行。

二、堆垛機運行原理

堆垛機所選用的運行方案為半閉環(huán)控制方案，結(jié)合實踐需要來進行控制運行。其運行原理主要通過主控機的指令發(fā)出，發(fā)送到變頻器之后再將指令發(fā)送到電機，電機所發(fā)出的指令進入到運行機構(gòu)，則實現(xiàn)堆垛機運行。其中質(zhì)量到電機之后一部分指令也進入傳感器，傳感器可以對速度進行反饋，進而調(diào)整堆垛機的運行速度。堆垛機具有曲線式存儲變頻器，這樣可以讓堆垛機通過比較的方式來進行起止距離的分析，繼而選擇最佳路線。在此原理支撐下結(jié)合PLC對堆垛機進行控制系統(tǒng)設(shè)計則能夠達到更好的應(yīng)用效能。

三、基于PLC的堆垛機控制系統(tǒng)設(shè)計

1.功能模塊設(shè)計

就堆垛機的模塊設(shè)計來說主要分為以下幾種：水平行走、垂直升降；貨叉伸縮；附屬設(shè)備。PLC在接到指令之后則通過激光測距儀定位位置，進而作出判斷，依托于控制變頻器的驅(qū)動首先水平行走。PLC在接到指令之后，垂直方向同樣依靠激光測距儀進行定位，并作出相應(yīng)判斷，實現(xiàn)電機帶動下的垂直行走。就貨叉伸縮來說，因為考慮到貨叉運行距離較短，所以不需要考慮變頻器的控制要求，僅需要PLC以很定速度來保持即可。附屬設(shè)備則需要設(shè)置多對光電開光，主要是就設(shè)備出現(xiàn)的故障進行報警，預(yù)防堆垛機運行中可能出現(xiàn)的危險。

2.水平速度模式和運行方向的確定

堆垛機在倉庫貨架之間穿行，很多時候其目的地與所在位置存在距離，為了能夠有效提升工作效率，則需要讓堆垛機在結(jié)合自身遠近的情況下做好運行速度的控制。在此方面進行的研究則可以結(jié)合PLC所發(fā)出的多段速度指令控制水平變頻器，垂直方向則可以考慮其距離較短而不需要采用多段速度。

結(jié)合當(dāng)前堆垛機的運行速度來說，一般為160～240m/min，最高可以達到320m/min。起升的速度控制在40～60m/min，最高達到100m/min。堆垛機要向達到理想的運行速度，則需要最大加速度a來作為啟動點，勻加速到最大值，然后進行勻速運動。接近理想目標之后則勻速減速，V=0時候則可以正好達到存取貨物的位置。

為了保證堆垛機控制的準確性，需要在其臨近貨位停機前以較低的速度運行，依照一般情況來說，此時堆垛機保持2～4m/min的速度為最佳。這時候，堆垛機則遇到一個調(diào)速的問題，為了更好地提升堆垛機的運行效率和精準度，需要對其水平運行和垂直運行設(shè)定變頻器。

其水平方向判斷，可以設(shè)置初始位置為S1，目標位置為S2，兩者之差為S，那么可以得出公式S=S1-S2，如果S為正，那么多堆積則可以接到向前的指令，如果S為負，那么堆垛機向后移動。

堆垛機的水平運行速度可以采用三級控制方式，出了工作速度和慢速爬行速度之外，中間可以加入一個中檔速度，增加中速可以降低運行速度，爬行距離和時間均縮短，這樣有效降低堆垛機的作業(yè)周期。也可以將速度轉(zhuǎn)換成為變頻器輸出頻率，也可以達到設(shè)置方便的目的。

3.輸入輸出結(jié)構(gòu)

PLC輸入包括數(shù)字輸入和模擬輸入，光電開關(guān)主要是對數(shù)字量輸入控制，激光測距儀主要是對模擬量輸入控制。采用A/D轉(zhuǎn)換器的方式將模擬輸入轉(zhuǎn)換成為數(shù)字輸入，并輸入到PLC。數(shù)字量輸入則可以通過手動、單走運行、自動循環(huán)的方式進行。

PLC的輸出則包括水平變頻器、多段速度輸出、垂直變頻、貨叉等輸出。在進行PLC選擇時候可以選用西門子公司的CPU226（24輸入/16輸出），輸入輸出模塊為EM223（16輸入/16輸出），EM221（8輸入），EM231（4輸入）。

4運行程序

程序的選定方面首先需要確定的是手動操作還是自動操作，手動的指令包括前進、后退、上升、下降，貨叉左伸，貨叉右伸。手動情況下不需要考慮故障分析。

自動運行則需要先將水平和垂直傳感器的位置數(shù)據(jù)調(diào)出，并取得上位機作業(yè)方式，目的地址，之后進行操作動作，主要包括東進、東出、西進、西出，其動作順序主要是入庫行走→取貨→出庫行走→卸貨。自動運行情況下需要做好故障分析和處理。

入庫行走需要考慮水平運動和垂直運動兩種運動標準，可以結(jié)合前述的正負值設(shè)定來首先，入庫行走需要到達目的地之后再啟用下一程序。取貨操作則需要做好位置調(diào)整，保證貨叉可以直接深入到貨架托盤，并通過指令要求堆垛機運行方向，此過程需要檢查鏈條、變頻器故障。卸貨與取貨操作具有相同操作，不過此環(huán)節(jié)還需要保證貨叉已經(jīng)收回，才能完成整改任務(wù)。入庫操作則與出庫行走具有相同的程序操作，其僅是位置數(shù)據(jù)不同，動作和順序基本相同。

給予PLC的堆垛機控制系統(tǒng)設(shè)計能夠很好地滿足貨物實際生產(chǎn)中自動存取的需要和要求，并且能夠給予堆垛機一定的安全保障，能夠讓堆垛機在自動化立體庫中發(fā)揮更大作業(yè)，也能夠讓立體庫的應(yīng)用效率不斷提高。

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（作者單位：沈陽新松機器人自動化股份有限公司）