基于ＰＬＣ的現代物流技術

摘要：自動化立體倉庫作為現代物流系統中的一個重要組成部分，是一種多層次存放貨物的高架倉庫系統。它是把計算機與信息管理和設備控制集成起來，能按照控制指令要求自動完成貨物的存取作業，并能對庫存的貨物進行自動管理，達到倉儲技術的全面自動化。因此，自動化立體倉庫也是企業管理現代化的重要手段之一。可編程控制器（PLC）作為自動控制的三大技術支柱（PLC、機器人、CAD/CAM）之一，成為大多數自動化系統的設備基礎。用PLC控制的自動化立體倉庫達到倉儲技術的全面自動化。

關鍵詞：現代物流；可編程控制器；立體倉庫

中圖分類號：TP273+.5 文獻標識碼：A文章編號：1002-3100(2007)01-0055-04

Abstract: Automated warehouse， as an important part of modern material handling system， is a kind of multi-layers warehousing system. It integrates computers， information management system and control devices， which can conduct storing and retrieving under the order of control instruct and management goods automatically. Thus， such an automated warehousing system is an important way of realizing the modernization of enterprise management. As one of supporting techniques， PLC is a fundamental device in most automation systems. The automated warehouse controlled by PLC is a full automation in warehousing system. This paper designs the system based on PLC.

Key words: modern logistics technology; PLC; stereoscopic warehouse

1自動化倉庫技術

自動化倉庫集成了機械、電器、計算機、土建和管理等多方面的技術，是現代物流技術的集中體現。近年來，自動化倉庫在我國得到快速發展，立體倉庫的需求越來越大。

自動化倉庫技術的特點：（1）高速化。自動化立體倉庫的主體設備堆垛機的運行速度每年都在提升，目前其水平運行速度最大可達400米/分，垂直速度達100米/分；復合作業循環時間由15～20次/時，提高到50～70次/時。（2）準確化。由認址片加旋轉編碼器定位，到部分采用旋轉編碼器加激光定位，使定位精度從＋10毫米，提高到3毫米。驅動由傳統的調速技術發展為內置嵌入式計算機的矢量變頻調速技術，從而獲得更佳啟動停止曲線圖，減少循環時間，獲得更佳啟動扭矩。

通信方式從有線、電磁感應已過渡到紅外無線通信技術，未來藍牙技術有可能成為新的熱點。貨位虛實探測技術已開始應用無線攝像傳輸技術。機上控制技術已開始采用現場總線技術代替專用硬軟件，便于與上位機兼容聯網。

廣泛采用CAD/CAE技術以及新材料技術減輕自重；采用超高層，高達50米；堆垛機的載重達5 000公斤，航空集裝箱專用堆垛機的載重量已達16.5噸。

自動化倉庫計算機管理系統向著信息化、自動化、網絡化、智能化方向發展。在控制上，FCS（現場總線）技術取得了長足的發展。千兆位寬帶網絡的采用使動態圖像網絡傳輸和實時監控成為可能。管理信息系統廣泛采用B/S體系結構。廣泛采用條碼、二維碼、IC卡、POS、電子標簽、視覺自動識別等技術、實現高速準確的分揀、堆碼、出入庫、數據采集和管理。與EDI、ECR、SCM、CRM、ERP、EC等集成，在高速信息化、自動化的基礎上實現物流對內與ERP系統的集成，對外與供應鏈管理、客戶關系管理、配送管理、電子商務、虛擬物流等的集成。

2PLC的基本結構

2.1邏輯結構圖

3制作流程及設計思路

3.1模型中控制面板內容及功能

模型中控制面板的界面樣式及顯示內容如圖3所示。

模型中控制面板顯示的倉位號樣式如圖4所示。

3.2立體倉庫模型裝置說明

立體倉庫主體由底盤、四層十二倉位庫體、傳動機械及電氣控制等四部分組成。模型的傳動機械部分采用滾珠絲杠、滑軌、普通絲杠等機械元件組成，采用步進電機、直流電機作為拖動元件。電氣控制由FP0型可編程序控制器（PLC）、步進電機驅動電源模塊、開關電源、位置傳感器等器件組成。直接面向用戶的控制面板安裝在底盤上，上面有用作輸入的倉位選擇鍵，取、送、放棄選擇鍵，還有用作輸出的倉位顯示數碼管，狀態顯示燈等。倉位的主體框架除包括十二個庫位外，還配有一個物品入口位和一個出口位，并在這十四個庫位的底部均設置有檢測開關，若庫內有物品，則壓制相應的檢測開關使之閉合，若無物品，則相應的檢測開關斷開。由于庫內有無物品將直接關系到“取”“送”操作的進行，因此我們將這十四個檢測開關信號作為現場輸入信號送入PLC，來控制后續程序的執行。作單臺控制學習，主要以PLC編程練習及位置控制的上位機監控練習。通過傳感器信號采集，PLC編程，實現對步進電機及直流電機進行較復雜的位置控制及時序邏輯控制等功能。

主要技術參數：輸入電壓：AC 200V-240V（帶保護地三芯插座）；耗電量<250W；外型尺寸：680×480×600mm。

裝置的硬件保護：X軸極限位保護（SQ0、SQ1，硬件、軟件雙重聯鎖）；Y軸極限位保護（SQ2、SQ3，硬件、軟件雙重聯鎖）；Z軸極限位保護（SQ4、SQ5，硬件、軟件雙重聯鎖）；X軸、Y軸與Z軸協調保護（SQ7、SQ8，硬件聯鎖）。

3.3工作流程

接通電源，通電狀態下，各機構復位，X軸、Y軸、Z軸回復零位，小車停在0號庫位處，“就緒”指示燈亮，數碼管顯示0。

執行“取”指令：選擇倉位號，如所選倉位有物品，則指示燈閃爍，表明有物品，可執行“取”操作；如指示燈不閃爍，表明倉位內無物品，不響應操作。再按“取”鍵，此時取指示燈亮，X軸、Y軸步進電機運行到該庫位，Z軸直流電機正轉將伸桿伸入庫內，Y軸步進電機上升將物體抬起，Z軸電機反轉將物體帶出，步進電機運行到0號出庫位，Z軸電機正轉送物體入庫，Y軸電機下降使物體入庫，Z軸電機反轉出庫，步進電機復位，運行至0號入庫位。

執行“送”指令：選擇倉位號，如所選庫位有物品，則指示燈閃爍，此時不能執行送指令；如指示燈不閃爍，表明無物品，且0號庫位有物品，可執行“送”指令。此時“送”指示燈亮，Z軸電機正轉伸入0號庫內，Y軸電機上升將物體抬起，Z軸電機反轉伸出庫外，X軸、Y軸步進電機運行至所選倉位，Z軸正轉送入物體，Y軸電機下降將物體入庫，Z軸電機反轉出庫。步進電機運行至0號入庫位。

3.4指示燈閃爍問題設計

由于立體車庫庫體規模龐大，庫位眾多，立體倉庫操作人員在操作間很難了解哪一個倉位有貨物，哪一個倉位無貨物。為了使操作人員對倉位有無貨物一目了然，便于操作。我們特提出了當庫位有貨物時，利用小燈閃爍來指示倉位信號的想法。首先，我們利用兩個延時1S的指令來相互控制指示燈，以達到小燈閃爍的目的，然后利用倉位的行程開關來控制延時程序，這樣當倉位有貨物時，按下相應的控制按鈕，指示燈就會閃爍，此時表明倉位中有貨物，只能執行送指令，反之亦然。這樣便于操作人員在操作之前，就能很容易的看到倉位有無貨物，便于操作。當然，在調試過程中遇到了不少的麻煩，最后逐一解決。既簡化了程序，又優化了程序。

3.5編程軟件FPWIN-GR簡介

日本松下電工公司開發的PLC編程軟件有三種，一個是DOS環境下使用的NPST-GR；另兩個是Windows環境下使用的軟件：FPWIN-GR和FPSOFT。前兩種軟件分中英文兩個版本，后一種只有英文版。這三種軟件雖然使用的環境不同，但他們的功能和操作步驟大同小異，他們均支持所有松下電工生產的PLC產品，其中包括FP0、FP1、FP2、FP3、FP5、FP10、FP-M和FP-C。用戶可以用它實現以下功能：對PLC程序和注釋的輸入及編輯；程序檢查；運行狀態和數據的監控及測試；系統寄存器和PLC各種系統參數的設置；程序清單和監控結果等文檔的打印；數據傳輸及文件管理等。

3.5.1FPWIN-GR 軟件的特點。新近開發的FPWIN-GR軟件采用的是典型的Windows界面，菜單界面、編程界面、監控界面等可同時以窗口形式相疊或平鋪顯示，甚至可以把兩個不同的程序在一個屏幕上同時顯示，可以通過Ctrl+Tab鍵或Ctrl+F6鍵在各個窗口之間進行移動切換，有利于調試程序和現場監控。各種功能切換和指令的輸入既可用NPST-GR軟件用鍵盤上的快捷鍵操作，也可用鼠標點擊圖標操作。軟件菜單、界面設計友好，功能更趨合理、使用更加方便。可以采用在計算機與PLC聯機狀態下，進行程序編輯、調試的在線編輯方式，也可以采用在脫機狀態下進行編程、調試的“離線編輯方式”。

菜單中增加了軟件操作方法和指令、特殊內部繼電器、特殊數據寄存器等一覽表。這樣在沒有手冊的情況下，用戶也能方便的使用。另外它的顯示分辨率也大大提高了。但這一軟件對計算機的要求相對高一些，其操作系統為中文Windows95/98/2000/NT，硬盤可用空間要在15MB以上。為了使用效果達到最佳還對計算機的配置有以下建議：CPU為Pentium100MHZ以上、內存32MB以上、畫面分辨率800×600以上、顯示High Color以上。

3.5.2PLC工作模式的改變。PLC有三種工作模式：運行模式（RUN）、編輯模式（PROG）和遙控模式（REMOTE）。

工作模式的改變可由PLC主機上的工作模式開關來完成，也可由計算機通過編程軟件來改變。后者是在“在線編輯方式”下，先把plc的工作模式開關設置為“遙控方式”，在通過計算機改變軟件上的工作模式的選項，使PLC在“遙控運行”和“遙控編程”兩種方式間進行切換。此項操作必須根據操作功能要求來進行，如需在計算機上對PLC中程序進行編輯時，一般應為“遙控編程方式”；而監控則為“遙控運行方式”下進行。具體操作方法：FPWIN-GR通過點擊屏幕上方工具欄中的圖標RUN進行工作模式切換，或通過在菜單欄中選擇“工作模式”功能來實現。

3.5.3編程模式。編程軟件提供了四種基本編程模式：除符號梯形圖、布爾梯形圖和布爾非梯形圖外，FPSOFT軟件還多提供了一個文本格式編程模式。

3.5.3.1符號梯形圖編程模式（LDS）：用戶通過輸入一些表示邏輯關系的元素圖形符號來建立程序，程序在屏幕上用梯形圖形式顯示。在符號梯形圖編輯方式下，必須進行“程序轉換”，才能使已輸入的程序編輯為可執行程序，否則當推出該編程窗口后程序自動消失。對于FPWIN-GR軟件進行程序轉換編譯時，請用點擊功能鍵欄中PG轉換，或按Ctrl+F1鍵。一般生成或轉換序最多一次只能處理33行，因此在輸入程序過程中要隨時進行程序轉換。

3.5.3.2布爾梯形圖編程模式（BLD）：用戶通過輸入指令的助記符來建立程序，程序在屏幕上仍以梯形圖的形式顯示。這種編程模式不需編譯即可直接生成可執行程序，所以輸入指令快捷且直觀。

3.5.3.3布爾非梯形圖編程模式（BNL）：用戶通過輸入指令助記符建立程序，并在屏幕上也按指令地址的順序列出。雖然該模式不能直觀的顯示出梯形圖的結構，但它能在出現語法錯誤時照例逐條顯示指令，以便于查找錯誤進行修改。

4結論

本立體倉庫模型在一定程度上體現了由PLC控制的立體倉庫工作流程的全過程，充分體現了PLC的優點與特點。隨著科學技術的發展，PLC技術越來越多地應用到各種實際生產領域，在集成化、智能化的生產系統理念中，自動化立體倉庫的貨物存儲全面使用自動化裝備，使運行和處理速度加快，從而全面提升了企業的綜合競爭能力，提高了企業總體效益。

在物流業迅速發展的今天，PLC在立體倉庫中的應用，必將大大推進物流業的進一步發展。

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注：本文中所涉及到的“圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文。”

注：“本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF閱讀原文”。