基于PLC的智能立體倉庫控制系統(tǒng)設(shè)計

王金龍 ， 黃素丹

（承德應(yīng)用技術(shù)職業(yè)學(xué)院，河北 承德 067000）

0 引言

隨著科技水平的日益提升，我國已成為世界上舉足輕重的工業(yè)大國，各類國產(chǎn)物品銷往國外，在整個運輸途中需要多次將物資進(jìn)行存儲[1-2]。同時，隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，衍生了多個購物節(jié)，這也使得物流業(yè)亟需高效的、容量大的倉儲系統(tǒng)。不僅如此，隨著各行業(yè)的迅猛發(fā)展，土地空間資源也隨之緊缺，如果在傳統(tǒng)倉庫中橫向擴(kuò)展規(guī)模，則土地資源的可用空間將逐漸減少[3-5]?；诖耍悄芰Ⅲw倉庫的研究及投入使用將是升級傳統(tǒng)倉庫的有效途徑。

智能立體倉庫與傳統(tǒng)倉庫相比優(yōu)勢顯著，最明顯的就是采用立體化設(shè)計，貨架結(jié)構(gòu)為多層，并且與自動化搬運設(shè)備及計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)集成為一個整體，達(dá)到智能化效果。不僅可以節(jié)省土地資源，提高空間利用率，節(jié)約投入的人力和物力成本，也能夠提高各行業(yè)物流的管理水平，提高生產(chǎn)質(zhì)量和效率[6-7]。因此，智能立體倉庫的技術(shù)得到了廣泛的研究，并受到了行業(yè)企業(yè)的高度重視[8-10]。

本文對智能立體倉庫的控制系統(tǒng)進(jìn)行深入研究，該立體倉庫具有到達(dá)目標(biāo)位前減速、取貨貨物檢測、存貨貨物檢測等功能。本文介紹了系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計方案，以三菱FX系列FX2N-128MR PLC作為核心控制元件，列舉出部分功能的梯形圖及編程環(huán)境，以期為相關(guān)行業(yè)提供借鑒。

1 方案設(shè)計

1.1 整體設(shè)計

智能立體倉庫分為多個功能，因此設(shè)計過程中也是按功能模塊進(jìn)行的，既能夠提高執(zhí)行效率，又便于升級優(yōu)化。智能立體倉庫整體架構(gòu)如圖1所示。立體倉庫工作流程圖如圖2所示。

圖1 智能立體倉庫架構(gòu)

圖2 立體倉庫工作流程圖

1.2 硬件設(shè)計

此部分是根據(jù)系統(tǒng)實際需要，對控制系統(tǒng)相關(guān)元器件進(jìn)行選擇。部分硬件選擇如下。

1.2.1 控制元件

控制元件選用三菱FX系列的FX2N-128MR型號的PLC，控制規(guī)模為16～256點，內(nèi)置8 K容量的RAM存儲器，最大可以擴(kuò)展到16 K，CPU運算處理速度0.08 微秒/基本指令。內(nèi)置超高速脈沖計數(shù)器，對于輸入輸出刷新、中斷、濾波方式更新、恒定掃描時間有著更快的處理速度，而且有高速計數(shù)器專用的比較指令，能夠支持本系統(tǒng)的控制功能。

1.2.2 斷路器

主電路中用于分配電能、短路保護(hù)的斷路器選用正泰NM1-63H型。

1.2.3 電抗器

變頻器工作過程中，通過改變脈沖頻率控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，所以在變換過程中，會有諧波產(chǎn)生，同時電路中浪涌電壓、電流的沖擊可能會對變頻器的穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響，為了減少影響，需要在變頻器回路中加裝輸入電抗器。綜合分析，本系統(tǒng)選用ABB品牌NOCH-0016-6X型電抗器。

1.2.4 變頻器

電動機(jī)性能直接影響著智能立體倉庫的工作效率和質(zhì)量，而電動機(jī)的轉(zhuǎn)速尤為關(guān)鍵。在電動機(jī)轉(zhuǎn)動過程中，變頻器起到的作用為將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，再將其再次轉(zhuǎn)換，最終變?yōu)槟軌蚩刂齐妱訖C(jī)的交流電源。結(jié)合項目實際情況，本設(shè)計選用ABB品牌ACS510-01-04A1-4型高性能變頻器。

1.2.5 對射型光電傳感器

在貨箱載貨過程中，需要通過對射型光電傳感器檢測貨物是否超出貨箱左右兩端。一旦出現(xiàn)超出的情況，則會阻擋對射光路，從而將相應(yīng)信號發(fā)送給PLC。從尺寸和性能角度出發(fā)，本設(shè)計選用堡盟FEDK 07N6901型對射型光電傳感器。

1.2.6 壓力傳感器

本系統(tǒng)中壓力傳感器的作用是將壓力轉(zhuǎn)換為電信號，實現(xiàn)模擬量模塊外部輸入信號穩(wěn)定。本系統(tǒng)中的壓力傳感器選用XM-C51柱式傳感器，天宇恒創(chuàng)稱重傳感器專用變送器。

1.3 軟件設(shè)計

1.3.1 I/O口分配

結(jié)合企業(yè)現(xiàn)場工作情況需要，項目在輸入部分為各個模塊設(shè)置了對應(yīng)的PLC輸入端子，其部分分配情況如表1所示。

表1 I/O分配表

1.3.2 編程界面

本設(shè)計系統(tǒng)中的梯形圖是在三菱PLC專用軟件GX Works2中編寫的，該軟件靈活、易上手，修改程序方便，還具有仿真功能。經(jīng)過試驗，該程序能夠完成本系統(tǒng)的運行。編寫及下載過程如圖3～圖5所示。

圖3 打開界面

圖5 下載程序頁面

圖4 編程頁面

2 部分功能程序

2.1 到位前減速階段

堆垛機(jī)到達(dá)設(shè)定好的位置之前，要有一個緩沖，否則可能會因為慣性導(dǎo)致不能立刻停住而超出停止位，這就可能會對后續(xù)的一系列操作產(chǎn)生不利影響。所以在到達(dá)設(shè)定好的位置之前，要采取措施使之減速。本設(shè)計使用紅外對射傳感器進(jìn)行計數(shù)操作，當(dāng)計數(shù)達(dá)到一定值后，就會使變頻器自動跳到低速擋，并且保持此速度一直到停在設(shè)定的位置。部分梯形圖如圖6所示。

圖6 到達(dá)設(shè)定位置前的減速程序

2.2 取貨時檢測倉位是否有貨

堆垛機(jī)接到取貨命令后，首先通過PLC發(fā)出信號，通過傳感器檢測倉位是否有貨。如果有貨，則進(jìn)行下一步操作，如果沒貨，那么貨叉就不再伸出，同時傳遞無貨信號給PLC，PLC也將自動進(jìn)行回原點（復(fù)位）操作，并可以進(jìn)行下一步的其他任務(wù)。部分梯形圖如圖7所示。

圖7 取貨時檢測倉位是否有貨的程序

2.3 存貨時檢測倉位是否有貨

堆垛機(jī)接到存貨指令后，將移動到指定倉位，然后通過傳感器檢測倉位是否已經(jīng)有了貨。如果已經(jīng)有貨，那么貨叉將不再伸出，同時將檢測信號傳遞給PLC，然后PLC將發(fā)送信號使相關(guān)動作復(fù)位，并準(zhǔn)備執(zhí)行其他任務(wù)。部分梯形圖如圖8所示。

圖8 存貨時檢測倉位是否有貨的程序

3 結(jié)論

隨著我國科技的飛速發(fā)展，以PLC為核心控制元件的智能立體倉庫技術(shù)水平也得到了不斷優(yōu)化，智能立體倉庫不僅在節(jié)約土地資源上起到了積極作用，也有效提升了空間利用率、工作效率等。本文對智能立體倉庫控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計，從硬件選型到程序設(shè)計、編程界面展示，都進(jìn)行了全方位的介紹。該智能立體倉庫控制系統(tǒng)能夠很好地達(dá)到預(yù)期效果，這對于工業(yè)智能立體倉庫的長遠(yuǎn)發(fā)展具有非常重要的意義，也能夠為相關(guān)企業(yè)建設(shè)智能立體倉庫提供一定的借鑒。