基于人機(jī)界面控制的立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

朱重陽(yáng)

摘要：利用空間的立體性，立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了貨物的自動(dòng)存儲(chǔ)與分揀。本文設(shè)計(jì)出一個(gè)基于三菱PLC、電機(jī)、MCGS觸摸屏的立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程存、取貨物及監(jiān)控倉(cāng)庫(kù)動(dòng)態(tài)運(yùn)行情況。

關(guān)鍵詞：立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)；三菱PLC；電機(jī)；MCGS觸摸屏

中圖分類號(hào)：TP202 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2019）01-0006-02

1 立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)概述

立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)通過合理利用空間的立體性，來完成貨物的自動(dòng)化分類與存儲(chǔ)。它分為存貨與取貨兩個(gè)過程。存、取貨時(shí)，按照指令進(jìn)入指定的倉(cāng)位，完成貨物的存取操作。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)出一個(gè)二維矩陣模型，以四層、三列為例，組成十二個(gè)倉(cāng)位。由三菱PLC及相關(guān)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)三維度X、Y、Z方向上的運(yùn)動(dòng)控制。通過觸摸屏進(jìn)行遠(yuǎn)程存、取貨物及監(jiān)控倉(cāng)庫(kù)動(dòng)態(tài)運(yùn)行情況。

倉(cāng)庫(kù)的整個(gè)控制系統(tǒng)由倉(cāng)庫(kù)本體、上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)即觸摸屏和下位機(jī)PLC控制系統(tǒng)組成。在倉(cāng)庫(kù)本體上集成了倉(cāng)位，巷道起重機(jī)（兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)、一個(gè)直流電機(jī)，滿足X、Y、Z三個(gè)方向的運(yùn)行）、觸摸屏、電源單元、接口單元等組成。

倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)的控制方式有兩種，其一為面板手動(dòng)控制模式，在此模式下，既可以完成設(shè)備的調(diào)試、維護(hù)、維修，又可以存取貨物；其二遠(yuǎn)程監(jiān)控模式，通過觸摸屏、PLC等，來完成控制過程的動(dòng)態(tài)監(jiān)控。

2 立體倉(cāng)庫(kù)結(jié)構(gòu)及控制原理

系統(tǒng)在電氣結(jié)構(gòu)上，小功率直流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，來實(shí)現(xiàn)取、放貨物；兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)同時(shí)工作，完成水平、垂直方向上的運(yùn)送貨物。利用不同類型的傳感器，來完成輸入信號(hào)的采集工位的保護(hù)等。

系統(tǒng)在硬件設(shè)計(jì)上采用滾珠絲杠、滑杠和普通絲杠作為主要傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。當(dāng)碼垛機(jī)平臺(tái)移動(dòng)到貨架的指定位置時(shí)，送貨臺(tái)向前伸出可將貨物取出或送入，當(dāng)取到貨物或貨已送入，則鏟叉向后縮回。整個(gè)系統(tǒng)可滿足三維的位置控制。其工作流程如圖1所示。

同時(shí)，根據(jù)其硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出，系統(tǒng)的PLC的IO接線圖。系統(tǒng)設(shè)計(jì)了矩陣鍵盤，來采集存取按鍵情況及倉(cāng)庫(kù)狀況。這一鍵盤模式的設(shè)置，節(jié)省了PLC的IO口。矩陣鍵盤輸入采集，通過PLC軟件設(shè)置的時(shí)鐘掃面程序，通過分時(shí)選通行數(shù)A，傳感器采集庫(kù)里面的狀態(tài)輸入到PLC，可以到達(dá)較少的點(diǎn)數(shù)（加和），來表征較多的狀態(tài)（乘機(jī)）。

在PLC的硬件連接上，將檢測(cè)行接PLC輸出端子上，通過定時(shí)器設(shè)置接通輸出端子Y，來不斷掃描，分時(shí)選通，倉(cāng)庫(kù)及鍵盤的檢測(cè)系列接PLC的輸入端子，設(shè)定為輸入檢測(cè)，接收倉(cāng)庫(kù)傳感器及按鍵信息。

3 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)，分為兩部分，其一按鈕掃描和倉(cāng)庫(kù)掃描，即將鍵盤的按鍵情況反饋給PLC，將倉(cāng)庫(kù)的有無空位情況實(shí)時(shí)傳遞給PLC，以保證存取操作的有效性；其二就是電機(jī)的運(yùn)行控制，即雙軸步進(jìn)電機(jī)按要求運(yùn)行到指定位置和直流電機(jī)的正反運(yùn)動(dòng)。下面分別進(jìn)行闡述：

3.1 按鍵掃描和倉(cāng)庫(kù)掃描

按鍵掃描和倉(cāng)庫(kù)掃描的程序設(shè)計(jì)，是要將按鍵的出入庫(kù)情況、庫(kù)號(hào)選擇情況、倉(cāng)庫(kù)空置情況實(shí)時(shí)的傳遞給PLC。由于硬件矩陣鍵盤的設(shè)計(jì)，需要軟件上進(jìn)行循環(huán)掃面，分時(shí)選通的結(jié)構(gòu)。通過輸出端子和控制按鈕時(shí)長(zhǎng)，就可以將按鍵情況和倉(cāng)位情況，轉(zhuǎn)存到輔助繼電器M中，其程序如圖2所示。

3.2 電機(jī)控制程序設(shè)計(jì)

電機(jī)控制的程序設(shè)計(jì)，首先要滿足設(shè)備的初始化，即上電之后，電機(jī)控制的三個(gè)方位的運(yùn)行，回到原點(diǎn)位置。在次基礎(chǔ)上，完成進(jìn)行取貨和存貨。

3.3 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

人機(jī)界面的監(jiān)控系統(tǒng)，由MCSG組態(tài)來完成。所有的存取貨物操作，及倉(cāng)庫(kù)的運(yùn)行狀況，均可在此界面完成及動(dòng)態(tài)監(jiān)控；監(jiān)控系統(tǒng)集成了操作系統(tǒng)，倉(cāng)庫(kù)監(jiān)控系統(tǒng)、檢測(cè)信號(hào)監(jiān)視等功能。人機(jī)界面的監(jiān)控系統(tǒng)如圖3。

（1）在此操作系統(tǒng)下，可以進(jìn)行貨物存取庫(kù)操作，系統(tǒng)的復(fù)位操作，急停操作及取消等操作，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程化控制；

（2）在倉(cāng)庫(kù)監(jiān)控系統(tǒng)下，完成所有倉(cāng)位的動(dòng)態(tài)監(jiān)控，實(shí)時(shí)監(jiān)控貨去哪了；

（3）檢測(cè)信號(hào)監(jiān)控，是在倉(cāng)庫(kù)數(shù)據(jù)采集基礎(chǔ)上完成的，采集了各種光電、開關(guān)的輸入信號(hào)，及電機(jī)等負(fù)載信號(hào)，實(shí)時(shí)顯示電機(jī)的升降、鏟叉的平移等，與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際一直。

3.4 通訊設(shè)計(jì)

三菱PLC與MCGS組態(tài)的聯(lián)機(jī)運(yùn)行，可同時(shí)分別設(shè)置參數(shù)來完成通訊設(shè)置。組態(tài)通過串口、PLC通過485通訊口，建立硬件連接。在通訊協(xié)議上，組態(tài)要設(shè)置通訊口的波特率、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度、奇偶校驗(yàn)、停止位等，建立通訊協(xié)議。三菱PLC既可以設(shè)置程序參數(shù)，又可以通過PLC內(nèi)的D8120，來完成設(shè)置。此協(xié)議的設(shè)置必須和組態(tài)的保持一致，就可以實(shí)現(xiàn)兩者之間的數(shù)據(jù)傳輸。

4 結(jié)語

此立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)通過系統(tǒng)構(gòu)建、硬件搭建、軟件實(shí)現(xiàn)等工作流程，有效完成了預(yù)設(shè)的構(gòu)想，通過調(diào)試，完全實(shí)現(xiàn)了貨物的自動(dòng)存取及倉(cāng)庫(kù)情況的動(dòng)態(tài)監(jiān)控。為空間的立體化利用，開創(chuàng)了良好的實(shí)際效果和示范效應(yīng)。

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Abstract：The automatic storage and sorting of goods is realized by the stereoscopic warehouse system. This paper designs a three-dimensional warehouse system based on MITSUBISHI PLC， motor and MCGS touch-screen. It realizes remote storage， retrieval of goods and dynamic operation of monitoring warehouse.

Key words：stereoscopic warehouse system；MITSUBISHI PLC；motor；MCGS touch-screen