自動緩沖庫控制系統的設計

謝小美

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自動緩沖庫控制系統的設計

謝小美

（漳州職業技術學院 機械與自動化工程系，福建 漳州 363000）

基于源峰公司生產的自動緩沖庫柔性制造系統, 主要做了PLC的軟件設計。設計中以松下電工產品FPΣ型PLC為核心，通過PLC控制直流電動機的正反轉與汽缸來實現自動緩沖庫貨物的出庫與入庫操作以及傳感器與PLC的配合使用完成對貨物數目的統計、定位等并通過PC-Link網絡實現數據共享。它具有成本低，穩定性好、可靠性高，完善的安全機制，廣泛應用于工業自動化控制領域。

傳感器；PLC；PC－Link網絡

1 引言

緩沖系統是生產物流的重要組成部分。生產物流是從原材料采購開始，經過基本制造過程的轉換活動，最后形成具有一定使用價值的成品，并將其運至成品庫或用戶。物料經歷著采購運進、入庫驗收、存放、加工制造、進入成品庫以及成品外運等一系列物料實體運送的動態流轉過程，其中均包含了緩沖存儲環節。目前，裝卸和儲運作業，即物流作業在國民經濟中占用了大批勞動力，物流工作機械化和自動化的主要優點，就在于提高勞動生產率和節省勞動資源。實踐證明，自動緩沖系統能夠產生很大的社會效益和經濟效益。效益主要來自以下幾個方面[1]：

（1）高層緩沖貨架存儲由于使用高層緩沖貨架存儲貨物，存儲區可以大幅度地向高空發展，充分利用倉庫地面和空間，因此節省了庫存占地面積，提高了空間利用率。緩沖系統也便于防止貨物的丟失及損壞，對于防火防潮等大有好處。

（2）自動存取AS/RS使用機械和自動化設備，運行和處理速度快，提高了勞動生產率，降低操作人員的勞動強度。同時，能方便地納入企業的物流系統，使企業物流更趨合理化。[2]

（３）計算機控制計算機控制能夠始終準確無誤地對各種信息進行存儲和管理，能減少貨物處

理和信息處理過程中的差錯，而人工管理做不到這一點。同時借助于計算機管理還能有效地利用倉庫儲存能力，便于清點和盤算，合理減少庫存，加快資金周轉，節約流動資金，從而提高倉庫的管理水平。

自動緩沖系統的信息可以與其它物流系統進行聯網，實現物流系統的自動化。

2 自動緩沖庫系統的硬件設計

系統的硬件設計主要是對各元器件（直流電動機、傳感器、電源等）的選型和PLC硬件的設計，根據控制要求和外圍硬件電路對PLC的I/O口進行統計和分配，硬件部分設計如下。

2.1 系統基本元器件選型

根據系統結構及工藝流程圖，選用下列硬件設備。

2.1.1 系統電源電源型號為DW150-24。輸入為220V15%，輸出為24V、6.5A。

2.1.2 傳感器傳感器檢測技術是機電一體化系統的感受器官。它與信息的輸入端相連，并將檢測到的信號輸送到信息處理部分，經過處理，從而對系統進行控制。因此傳感器技術是實現自動控制、自動調節的關鍵環節。其功能的強弱，直接決定著系統自動化程度的高低。傳感檢測環節的關鍵元件是傳感器。

①光電傳感器：它是利用光線的亮暗來發出檢測信號，使用的是普通發光二極管。該傳感器選擇OMRON公司生產的EE-SPY402系列，輸入電壓為24V（DC）。應用于倉庫的定位。[3]

②開光型霍爾傳感器：它是通過磁電作用將被測量轉換成電信號的一種傳感器。該傳感器選擇D-C72系列，輸入電壓為24V（DC）。應用于汽缸退到位信號檢測。[3]

③顏色傳感器所謂顏色傳感器，實際就是利用傳感器的分光度，根據波長檢測出光的顏色。該傳感器選擇OMRON公司生產的E3S-VS1E4型號，輸入電壓為24V（DC）。應用于貨物標志的檢測。[3]

2.1.3 電動機電動機使用直流和交流兩種類型，分別用于皮帶輪和庫體的旋轉。

①直流電動機：為永磁低速同步電動機，輸入電壓為24V、30r/min。

②交流電動機：選擇型號為55TDY4，輸入電壓為220V，電流：0.075A，電容：0.47uF/400V，轉數：60r/min，電阻：1千歐/8W。

2.1.4 汽缸汽缸選擇單作用汽缸，當檢測到對應屬性的貨物時，兩位三通電磁滑閥動作，這時汽缸就把貨物推入相應的倉庫中；當兩位三通電磁滑閥失電的時候，電磁閥依靠自身彈簧的作用使汽缸復位。

2.2 PLC選型

該系統由三個斗式緩沖庫組成，每個庫各儲存一種貨物。根據控制要求，輸入輸出信號如下表1所示，以確定PLC配置。FP系列中的FP∑型PLC是目前世界上最小型的PLC，主機最大可有32點的I/O點，有繼電器輸出型和晶體管輸出型兩種，可滿足不同的需要。FP∑型PLC提供了開關量擴展模塊、模擬量輸入輸出擴展模塊，最多可擴展三個擴展單元，因此完全滿足本設計的需要。主機選用FP∑型，具有16點輸入，8點輸出，因輸入點數不夠，再配置一塊開關量擴展模塊FP0-E8X。[4 ]

表1　 輸入輸出信號表

3 自動緩沖庫系統的軟件設計

軟件設計上運用PC內部繼電器觸點作為中間繼電器，采用互鎖保護；運用PC內部定時器定時，時間調整靈活方便；采用F118、F119、F136等指令完成數據的左右移位與貨物的統計。

3.1 設計思路

系統要求PLC完成的功能主要是對貨物的檢測與統計、入庫與出庫動作等，并通過傳感器完成貨架的定位。

3.2 程序流程圖

根據設計思路，主程序設計流程圖如圖1所示。

3.3 程序編寫

該系統是物流系統的第三個單元，由三個斗式緩沖庫組成。由于三個緩沖庫運行的控制大致相同，所以就以一個庫的控制方式來設計?，F以第二個庫為例來設計其梯形圖程序。

3.3.1 系統自檢梯形圖程序當系統開始運行時，三個緩沖庫都應自動正轉一圈，檢測緩沖庫中的貨物數量，并將結果存儲在數據寄存器中。系統自檢的梯形圖程序如圖2所示。

在庫旋轉的過程中，可以通過進料傳感器X6檢測每層是否有貨，并把檢測的結果傳送給系統數據寄存器DT1002中。編寫梯形圖程序如圖3所示。

3.3.2 傳輸帶控制梯形圖程序當進料檢測傳感器檢測到機械手把貨物放入進貨帶式傳送機構的平行帶上時（X0動作），平行帶開始運行，同時時間繼電器T0開始計時30s后關斷傳輸帶電動機。并將貨物運送至斗式分選工作區。貨物根據動作過程，編寫程序如圖4所示。

3.3.3 傳感器檢測貨物梯形圖程序當貨物達到進料工位時，檢測傳感器被觸發，為了保證硬件的安全性，在控制系統中加入了X9（2#氣缸退到位），此時R24為ON，當進料汽缸Y4動作時R24才為OFF并且檢測到貨物的5s內沒響應該信號，則自動放棄該信號。當然如果2#庫的貨物已經達到24個的話，說明該庫已經沒有空位裝貨，也應自動放棄該信號的請求。X24表征黃色貨物，此信號是從顏色傳感器的輸出信號引入的，以辨別貨物的屬性。編寫程序如圖5所示。

3.3.4 物品入庫梯形圖程序當檢測傳感器檢測到貨物時，由氣缸送入相應的斗式分選緩沖庫。在入庫的過程中，應該考慮三個問題：其一：對應的層應該為空，否則庫應該自動旋轉，直到有一層為空才能入庫；其二：入庫的貨物應該與對應的緩沖庫所定義的屬性相同，即要求檢測貨物的屬性；其三：為了保證硬件不會發生沖突，入庫時，庫旋轉的位置應正好與層定位一致，庫旋轉動作停止?；谝陨峡紤]，設計的梯形圖程序如圖6所示。

3.3.5 物品出庫梯形圖程序當物體出庫時，應該考慮以下幾個問題：其一：緩沖庫存放的貨物數是否大于10；其二：當同時有兩個庫或是三個庫的貨物數量達到10時，誰先出庫的問題；其三：在同一時間，保證只有一個緩沖庫出庫。為此，特別設立出庫標志位，用于判別是否能夠出庫，編寫的梯形圖程序如圖7所示。

當出庫標志位觸發時，就得準備出庫，為了保證硬件的安全性，同樣應該考慮以下幾個問題：其一：庫體必須旋轉到庫層定位點，其二：出庫的那一層必須有貨物；其三：當有貨物要進入緩沖庫時，應保證入庫優先于出庫。針對于以上幾點編寫的梯形圖程序如圖8所示。其中DT1003是記錄出庫的貨物數，當數目達到10個時，出庫結束。至此，動作完成。

圖1 程序流程圖

圖2 系統自檢梯形圖程序

圖3 初始化緩沖庫貨物統計

圖4 傳輸帶控制梯形圖程序

圖5 傳感器檢測貨物梯形圖程序

圖6 物品入庫梯形圖程序

圖7 梯形圖程序

圖8 梯形圖程序

4 PC-Link網絡

上面已完成PLC對自動緩沖系統的控制設計，現需利用PC-Link網絡把程序中的某些參數與其它單元進行共享，以實現全自動化生產。

PC-Link是指通過使用雙絞線實現兩臺PLC連接的一種簡單經濟方式。通過使用鏈接繼電器和鏈接寄存器，能實現PLC之間的數據共享。在PC-Link網絡中，一臺PLC所配置的鏈接繼電器和鏈接寄存器的狀態參數能自動反饋到其它的PLC里去。PC-Link是一種多站之間的對等網絡，采用的是全局I/O通信方式，即通過共享存儲區實現帶有鏈接區的PLC之間的通信，它是一種N:N通信。

4.1 緩沖系統通訊參數設置

1）通信格式：數據位：8位，奇偶校驗：奇校驗，停止位：1位。

2）波特率：115200b/s。

3）站號是分配給指定PLC的一個地址，用以標識特定的PLC，因此站號應該是唯一的，在同一網絡中，PLC站號不能重復。

4.2 PC-Link系統連線

具有多站的PC-Link通信系統連線示意圖如圖9所示。

圖9 PC-Link通信系統連線示意圖

每個系統之間的通信采用RS485總線進行傳輸，各個系統的接收端子對應著另一個系統的發送端子。[5]

5 結束語

本文介紹了以松下電工產品FPΣ型PLC為核心的自動緩沖庫控制系統的設計，并通過PC-Link網絡實現數據共享。它具有成本低，穩定性好、可靠性高，完善的安全機制，廣泛應用于工業自動化控制領域。但在使用過程中需要注意以下幾點：

（1）自動緩沖庫系統中汽缸的速度取決于產品的工藝并自行調節。

（2）與其他系統的的數據共享必須放在PC-Link共享區中，否則無法進行。

（3）使用監控設備時，可適當增加程序供監控使用，但前提是不影響系統的正常工作。

[1] 陳志韻.現代物流系統[M].北京:機械工業出版社，2004（7）:21－27.

[2] 劉昌祺.自動化立體倉庫[M].北京:機械工業出版社，2004:38－47.

[3] 中國電子協會.2003傳感器大全[M]北京:機械工業出版社，2005（3）:17－19 .

[4] 常斗南.可編程序控制器原理、應用與實驗[M].北京:機械工業出版社，1998:240－260.

[5] 邱公偉.可編程控制器網絡通信及應用[M].北京:清華大學出版社，2000:72－83.

The Buffer Library System Design

XIE Xiao-mei

（Department of Mechanical and Automation Engineering,Zhangzhou Insitute of Technology,Zhangzhou 363000,China）

This design is based on the FPΣ PLC of Panasonic. Through controlling the positive inversion of DC motor and the operation of cylinder by PLC,goods in the system can enter and exit the storage buffer automatically. By the use of sensors and PLC, the system can complete the statistics and orientation of goods. It can also realize data sharing by the use of PC-Link network. Because of its low cost, well stability, high reliability, and perfect security mechanism, the system can be widely used in the field of industrial automation. And the promotion of this design will play an important role in the field of industrial automation in our country.

sensor；PLC；PC-Link network

2010－09－15

謝小美(1981－),女,福建龍巖人,助教,工學學士,研究方向：電氣技術。

TH165

A

1673-1417（2010）04-0005-05