基于PLC控制的自動化立體倉庫仿真研究

趙洪濤，劉家駿

ZHAO Hong-tao, LIU Jia-jun

（淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，淮安 223003）

0 引言

在當今世界時間就是金錢，保證物料在有限的時間內(nèi)能及時的進行貨物的提取同時保證沒有呆料的出現(xiàn)，一門綜合了系統(tǒng)設(shè)備的控制、自動化控制和數(shù)據(jù)庫的管理控制等相關(guān)控制技術(shù)的工程技術(shù)（自動化立體倉庫）在這樣的背景下出現(xiàn)并發(fā)展壯大。自動化立體倉庫是通過利用計算機進行管理并加以控制，對于物料的存儲以及搬運能夠按照系統(tǒng)設(shè)計好的程序進行自動的運行的倉儲系統(tǒng)，在無人直接參與的情況下實現(xiàn)物料的自動存取且實現(xiàn)倉庫中物料的數(shù)量信息和計算機中的數(shù)據(jù)信息一致。自動化立體倉庫由高層次立體式貨架、堆垛機、傳輸裝置、計算機系統(tǒng)、自動化系統(tǒng)以及圍繞倉庫中物料的管理上的一些周邊搬運系統(tǒng)組成。

先進的自動化立體倉庫能實現(xiàn)土地資源的節(jié)省；實現(xiàn)物料的隨機化的存儲；在物料的利用上保證100%，使得物料保證先進先出；在物料的管理上可以做到防盜以及防損；減輕勞動強度；實現(xiàn)物料管理的智能化，做到計算機中數(shù)據(jù)信息與倉庫中物料的實際存儲量的一致性；便于呆料翻查和節(jié)約成本。本研究針對基于PLC的控制方式實現(xiàn)自動化立體倉庫的控制管理。

1 PLC控制技術(shù)

本論文對自動化立體倉庫的研究實現(xiàn)上是通過PLC技術(shù)的利用。基于PLC技術(shù)的控制能夠保證設(shè)備工作上協(xié)調(diào)性。

1.1 PLC簡介

PLC是能夠進行數(shù)字化處理方式的電子控制裝置，它專門應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)設(shè)計上。實質(zhì)上就是應(yīng)用在工業(yè)環(huán)境下的計算機，如圖1所示。

圖1 PLC的組成等效圖

1.2 控制方案設(shè)計

在自動化立體倉庫系統(tǒng)中對物料堆垛機的應(yīng)用可以實現(xiàn)立體倉庫的自動控制，如圖2所示。而這其中最關(guān)鍵的地方就在于在物料的存儲及搬運上能夠按照程序設(shè)定好的方式進行入庫和出庫，而對于這一過程的操作方式目前實際控制中有很多實現(xiàn)，包括通過利用繼電器的原理可以實現(xiàn)這樣一個存儲及搬運過程，還可以通過單片機以及PLC實現(xiàn)這一控制。但是值得一提的就是堆垛設(shè)備對于物料不僅僅是堆垛，還具有其他的功能，也就是真正價值體現(xiàn)的依據(jù)是自動化立體倉庫系統(tǒng)，保證在整個系統(tǒng)中所有的設(shè)備工作的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。相較于繼電器和單片機，應(yīng)用PLC系統(tǒng)可以實現(xiàn)控制上的優(yōu)良性。控制網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成主要是主站和從站，主站由一臺PC或者一臺PLC組成，從站由多臺PLC組成。以可編程邏輯控制器PLC為中心，實現(xiàn)下位機與上位機之間的通信，進而使得整個倉庫系統(tǒng)實現(xiàn)自動化的控制，如圖3所示。

圖2 自動化立體倉庫貨架示意圖

圖3 自動化立體倉庫平面示意圖

1.3 監(jiān)控系統(tǒng)

通過PLC控制技術(shù)的應(yīng)用，使得立體倉庫系統(tǒng)實現(xiàn)自動化的過程控制。再通過組態(tài)王監(jiān)控軟件進行過程中環(huán)節(jié)的監(jiān)控。具體的可以應(yīng)用通用的監(jiān)控系統(tǒng)（MCGS），通過采集現(xiàn)場控制過程中的數(shù)據(jù)然后加以處理。最后形成一套能夠在實際應(yīng)用中完成問題解決的實現(xiàn)方案，通過多種形式加以輸出，即動態(tài)的畫面效果顯示、實時的監(jiān)控報警、流程環(huán)節(jié)控制以及輸出報表等。首先要完成的就是實現(xiàn)畫面的監(jiān)控建立，主要包含的顯示畫面有：溫/濕控制、貨架、物料存/取模式、物料位置等相應(yīng)的顯示畫面；其次是完成對數(shù)據(jù)實時監(jiān)控并存儲的數(shù)據(jù)庫的建立，進而對其中的數(shù)據(jù)對象加以定義。其中涉及到的數(shù)據(jù)對象主要包含：開關(guān)型的數(shù)據(jù)對象即針對于PLC控制系統(tǒng)中的I/O端、數(shù)值型的數(shù)據(jù)對象即針對于堆垛機具體的運行動畫以及一些和具體的控制過程相關(guān)的數(shù)據(jù)對象等；最后就是完成所有畫面的動態(tài)連接。

1.4 仿真測試

取貨的命令被響應(yīng)后，基于已經(jīng)完成設(shè)定的I/O端口，設(shè)定相應(yīng)的位移量利用數(shù)據(jù)的移位指令為雙字節(jié)，使兩路分別位于X軸和Y軸的步進電機同時進行正向的轉(zhuǎn)動，以接近各自目標點進行運動。

當目標點值到達后，兩路步進電機就停止動作并發(fā)出相應(yīng)的信號，這時完成相應(yīng)的響應(yīng)動作的是分別完成對X軸和Z軸的步進電機進行驅(qū)動的器件，主要動作行為是X軸的驅(qū)動器完成與相應(yīng)的步進電機動作行為的斷開，Z軸的動作行為正好與之相反。與此同時，Z軸上的步進電機對PLC控制器發(fā)出的信號進行接收，動作上完成正向轉(zhuǎn)動，運動接近其目標點值。到達后就停止運動。

動作停止后完成0.5s的延時，為下一個動作執(zhí)行做準備。Y軸的步進電機進行反向的轉(zhuǎn)動完成下降的動作，之后工作臺就要對物料進行存取，到達目標點值后停止動作。再進行0.5s延時，Z軸的步進電機進行反向的轉(zhuǎn)動返回初始位置。位置到達后，動作停止，相應(yīng)的繼電控制器復(fù)位。Y軸和Z軸的步進電機都完成相應(yīng)的動作。

設(shè)定相應(yīng)的位移量利用數(shù)據(jù)的移位指令且是雙字節(jié)的，使兩路分別位于X軸和Y軸的步進電機同時進行反向的轉(zhuǎn)動，具體的動作是返回初始位置。到達后，兩路電機動作停止回到初始位置，物料就完成了初始位置的送達。

物料到達初始位置后，Z軸的步進電機通過其轉(zhuǎn)動方向的不同完成不同的動作使得物料最終得以放下。動作行為的完成與設(shè)定程序的步進指令相符。這就完成了物料的設(shè)定倉位的取出和送回的動作過程，如圖4所示。

2 結(jié)束語

圖4 物料存取仿真測試圖

隨著應(yīng)用在立體倉庫上的相關(guān)控制技術(shù)的不斷進步，自動化立體倉庫對物料存儲及搬運更加高效以及安全可靠，作為生產(chǎn)企業(yè)在實際生產(chǎn)上實現(xiàn)整個生產(chǎn)過程的自動化要求加以應(yīng)用，同時也是積極應(yīng)對當前社會對于物料倉儲方面的完善措施。本研究基于PLC的控制技術(shù)可以實現(xiàn)倉庫管理控制的高效的自動化，對其資源的合理利用實現(xiàn)了便捷化的維修、高抗干擾能力和故障的低發(fā)生率。在程序的編制實現(xiàn)上簡單化及合理化，使得倉庫的運行更加的安全可靠。相應(yīng)的組態(tài)的監(jiān)控的系統(tǒng)應(yīng)用在整個倉庫自動化運行的全過程，使得狀態(tài)的實時監(jiān)視從而可以及時進行故障的排查及處理。在實際的生產(chǎn)運營中具有很好的前景。

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