基于S7-1200立體倉庫碼垛機(jī)的組網(wǎng)通信與軟件設(shè)計(jì)

張懷宇，趙恒博，王強(qiáng)，劉磊

（宜賓職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 宜賓 644003）

根據(jù)生產(chǎn)要求，立體倉庫碼垛機(jī)將貨物從立體倉庫入口處搬運(yùn)到指定庫位，或者碼垛機(jī)自動(dòng)將指定庫位的貨物搬運(yùn)到立體倉庫的出口處,碼垛機(jī)在整個(gè)運(yùn)行中起核心作用，是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心。

1 立體倉庫碼垛機(jī)總體構(gòu)成

立體倉庫系統(tǒng)主要由立體倉庫、碼垛機(jī)和基礎(chǔ)底板組成。碼垛機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的核心，由電氣設(shè)備、機(jī)械架、貨叉機(jī)構(gòu)、升降機(jī)構(gòu)和水平行機(jī)構(gòu)5部分組成，實(shí)現(xiàn)貨品的出入庫。其中碼垛機(jī)X、Y、Z軸分別實(shí)現(xiàn)碼垛機(jī)的水平行移動(dòng)、升降移動(dòng)及伸縮移動(dòng)。同時(shí)碼垛機(jī)需根據(jù)預(yù)取好貨品等待AGV小車對(duì)接。本系統(tǒng)采用西門子S7-1200 PLC做控制器，西門子觸摸屏為操作顯示器，PLC分別通過對(duì)3個(gè)變頻器進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)碼垛機(jī)3個(gè)運(yùn)行軸的控制。變頻器通訊控制由硬件連接和軟件配置兩部分組合實(shí)現(xiàn)，并且系統(tǒng)配有一個(gè)交換機(jī)。該系統(tǒng)硬件組網(wǎng)設(shè)計(jì)如圖1。

圖1 硬件總體組網(wǎng)設(shè)計(jì)

2 立體倉庫碼垛機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

2.1 控制流程設(shè)計(jì)

（1）碼垛機(jī)控制流程。PLC與碼垛機(jī)觸摸屏的控制與操作下，在觸摸屏點(diǎn)擊需指定的一個(gè)或多個(gè)庫位，碼垛機(jī)前往指定的庫位，將貨物取出后回到原點(diǎn)處并放置在AGV小車完成取貨。當(dāng)碼垛機(jī)從AGV小車上取貨后，在觸摸屏點(diǎn)擊需指定的一個(gè)或多個(gè)庫位，在PLC與變頻器的控制作用下，碼垛機(jī)將貨物運(yùn)送到指定庫位，并返回到原位置處，完成一個(gè)入庫動(dòng)作。為保證系統(tǒng)、設(shè)備和操作人員的安全，手動(dòng)運(yùn)行模式和自動(dòng)運(yùn)行模式不能同時(shí)運(yùn)行，因此兩種模式為互鎖關(guān)系，程序流程如圖2。

圖2 碼垛機(jī)流程圖

（2）出入庫控制流程。用自動(dòng)出庫流程說明碼垛機(jī)的運(yùn)行。在自動(dòng)運(yùn)行模式下，首先進(jìn)行出庫復(fù)位，其次在觸摸屏上選擇相應(yīng)庫位并發(fā)出出庫命令后，系統(tǒng)開始自檢，首先檢查3個(gè)軸的碼垛機(jī)是否都在原點(diǎn)位置，如不在原點(diǎn)，讓3個(gè)軸的碼垛機(jī)先回原點(diǎn)位置。再檢查貨叉和選擇的庫位上是否有貨物，若貨叉有貨物，則系統(tǒng)報(bào)警；若無貨物，則程序繼續(xù)運(yùn)行，若對(duì)應(yīng)庫位無貨物，則系統(tǒng)報(bào)警；若有貨物，則程序繼續(xù)運(yùn)行。系統(tǒng)依靠行列定位片與光電傳感器進(jìn)行尋址定位，當(dāng)碼垛機(jī)當(dāng)前行結(jié)果等于目標(biāo)行結(jié)果、當(dāng)前列結(jié)果等于目標(biāo)列結(jié)果時(shí)，此時(shí)碼垛機(jī)已運(yùn)動(dòng)置選擇庫位。接著碼垛機(jī)在目標(biāo)位置開始取貨，當(dāng)貨叉取出貨物后，再次借助行列定位片與光電傳感器進(jìn)行位置判斷返回原點(diǎn)。其次判斷AGV小車是個(gè)否到達(dá)預(yù)定位置，若到達(dá)則碼垛機(jī)將貨物放在AGV小車上，若未到達(dá)則繼續(xù)等待小車。最后當(dāng)貨物放到AGV小車動(dòng)作結(jié)束后啟動(dòng)小車離開碼垛機(jī)，接著判斷選擇出庫數(shù)量是否為零，若不為零則繼續(xù)出貨，若等于零則停止出貨。其流程如圖3。入庫流程與出庫流程相反，如圖4。

圖3 碼垛機(jī)出庫流程圖

圖4 碼垛機(jī)入庫流程圖

2.2 數(shù)據(jù)塊

控制系統(tǒng)使用數(shù)據(jù)塊“DB”塊1個(gè)，數(shù)據(jù)類型以數(shù)組功能進(jìn)行設(shè)置，具體參數(shù)見圖5。本系統(tǒng)在“出庫”和“入庫”兩子程序中均設(shè)置了一個(gè)臨時(shí)變量，如圖6。

圖5 DB塊參數(shù)

圖6 FC臨時(shí)變量

2.3 PLC控制程序設(shè)計(jì)

為保證系統(tǒng)和人員的安全，系統(tǒng)在進(jìn)行出庫和入庫運(yùn)行前都須復(fù)位，可進(jìn)行手動(dòng)或自動(dòng)復(fù)位，主程序分別為圖7、8。本設(shè)計(jì)主程序1個(gè)，寫在“OB1”塊中，其余所有子程序均寫在“FC”塊中。

圖7 手動(dòng)運(yùn)行主程序

圖8 出庫復(fù)位主程序

3 運(yùn)行調(diào)試

3.1 主界面設(shè)計(jì)

立體倉庫主界面設(shè)計(jì)如圖9，主要系統(tǒng)包含設(shè)備狀態(tài)、碼垛機(jī)位置、運(yùn)行模式選擇和手動(dòng)命令。

圖9 立體倉庫主界面設(shè)計(jì)

設(shè)備狀態(tài)：顯示立體倉庫系統(tǒng)當(dāng)前的狀態(tài)；碼垛機(jī)位置：顯示立體倉庫系統(tǒng)碼垛機(jī)當(dāng)前的位置在幾行幾列；運(yùn)行模式：可選自動(dòng)模式或手動(dòng)模式。

3.2 立體倉庫倉位畫面設(shè)計(jì)

立體倉庫系統(tǒng)通電后，需先進(jìn)行系統(tǒng)復(fù)位，確認(rèn)碼垛機(jī)準(zhǔn)確位置，方能自動(dòng)運(yùn)行。

（1）按下觸摸屏“倉庫畫面”中“出庫復(fù)位”按鈕，碼垛機(jī)出庫復(fù)位運(yùn)行。

（2）Y軸縮回，原點(diǎn)信號(hào)接通，復(fù)位到位。

（3）X軸與Z軸先向負(fù)限位運(yùn)行，運(yùn)行到位以后，再反向運(yùn)行至（x1，z1）倉位。（4）3個(gè)軸運(yùn)動(dòng)全部完成，系統(tǒng)完成復(fù)位。

如圖10所示，在“倉庫畫面”可以觀測到當(dāng)前立體倉庫狀態(tài)，有工件的倉位將顯示綠色。

圖10 倉庫畫面

（1）在“工位信息”欄的綠色高亮倉位中，按所需工件出庫順序進(jìn)行選擇。“工位信息”下側(cè)顯示工件選擇數(shù)，可重新選擇工件順序。

（2）設(shè)置好待出庫工件順序以后，按下“出庫啟動(dòng)”按鈕，碼垛機(jī)按設(shè)定的出庫順序?qū)⒐ぜ鰩臁?/p>

（3）向目標(biāo)倉位運(yùn)行時(shí)，速度由高速（啟動(dòng)運(yùn)行）—低速（距目標(biāo)倉位1行1列）—停止（到達(dá)）。

（4）當(dāng)需入庫時(shí)，先完成入庫復(fù)位，選擇入庫倉位，碼垛機(jī)再取出AGV小車送來的貨物，同時(shí)送到指定的入庫倉位。

4 結(jié)語

以西門子S7-1200型為系統(tǒng)的主控制器,采用變頻器控制3個(gè)三相異步電動(dòng)機(jī)從而拖動(dòng)碼垛機(jī)的3個(gè)運(yùn)行軸承,采用西門子觸摸屏操作和顯示整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行,搭建一個(gè)立體倉庫的工業(yè)運(yùn)行實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。本文對(duì)立體倉庫碼垛機(jī)的組網(wǎng)通信與軟件設(shè)計(jì)等進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了碼垛機(jī)手動(dòng)、自動(dòng)、復(fù)位、根據(jù)倉位進(jìn)行自動(dòng)取貨，同時(shí)結(jié)合自動(dòng)化生產(chǎn)線AGV小車，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)取貨功能，從而提升系統(tǒng)的效率和自動(dòng)化程度。