基于PLC的立體倉庫控制系統的設計

高殿明，辛艷東

(1.哈爾濱哈電機械電子設備有限責任公司哈爾濱150040;2.哈爾濱電機廠有限責任公司哈爾濱150040)

立體倉庫一般是指采用幾層、十幾層乃至幾十層高的貨架儲存單元貨物，用相應的物料搬運設備進行貨物入庫和出庫作業的倉庫。由于這類倉庫能充分利用空間儲存貨物，故常形象地將其稱為“立體倉庫”。立體倉庫的產生和發展是第二次世界大戰之后生產和技術發展的結果。50年代初，美國出現了采用橋式堆垛起重機的立體倉庫;50年代末60年代初出現了司機操作的巷道式堆垛起重機立體倉庫;1963年美國率先在高架倉庫中采用計算機控制技術，建立了第一座計算機控制的立體倉庫。此后，自動化立體倉庫在美國和歐洲得到迅速發展，并形成了專門的學科。60年代中期，日本開始興建立體倉庫，并且發展速度越來越快，成為當今世界上擁有自動化立體倉庫最多的國家之一。

我國對立體倉庫及其物料搬運設備的研制開始并不晚，1963年研制成第一臺橋式堆垛起重機(機械部北京起重運輸機械研究所)，1973年開始研制我國第一座由計算機控制的自動化立體倉庫(高15 m，機械部起重所負責)，該庫1980年投入運行。到目前為止，我國自動化立體倉庫數量已超過200座。立體倉庫由于具有很高的空間利用率、很強的入出庫能力、采用計算機進行控制管理而利于企業實施現代化管理等特點，已成為企業物流和生產管理不可缺少的倉儲技術，越來越受到企業的重視。

1 立體倉庫的結構和工作原理

1.1 自動化立體倉庫的概述

自動化立體倉庫是指在不直接進行人工處理的情況下，自動地完成物品倉儲和取出的系統，它以高層立體貨架為主體，以成套搬運設備為基礎，是集自動控制技術、通信技術及機電技術于一體的高效率、大容量存儲機構。自動化立體倉庫的出現，實現了倉庫功能從單純保管型向綜合流通型的轉變。用PLC控制的自動化立體倉庫達到倉儲技術的全面自動化。

自動化立體庫基本由以下部分組成:高層貨架:用于存儲貨物的鋼結構。目前主要有焊接式貨架和組合式貨架兩種基本形式。托盤(貨箱):用于承載貨物的器具，亦稱工位器具。

巷道堆垛機:用于自動存取貨物的設備。按結構形式分為單立柱和雙立柱兩種基本形式;按服務方式分為直道、彎道和轉移車三種基本形式。

輸送機系統:立體庫的主要外圍設備，負責將貨物運送到堆垛機或從堆垛機將貨物移走。輸送機種類非常多，常見的有輥道輸送機、鏈條輸送機、升降臺、分配車、提升機機和皮帶機等。

AGV系統:即自動導向小車。根據其導向方式分為感應式導向小車和激光導向小車。

自動控制系統:驅動自動化立體庫系統各設備的自動控制系統。目前以采用現場總線方式為控制模式為主。

庫存信息管理系統:亦稱中央計算機管理系統。是全自動化立體庫系統的核心。目前典型的自動化立體庫系統均采用大型的數據庫系統(如ORACLE，SYBASE等)構筑典型的客戶機/服務器體系，可以與其他系統(如ERP系統等)聯網或集成。

1.2 立體倉庫的結構和功能

根據某一物流公司對立體倉庫的具體要求，本文所設計的立體倉庫具有以下功能。結構圖如圖1所示。

(1)堆垛機(機械手)要有三個自由度，即:前進、后退;上、下;左、右。

(2)堆垛機的運動由步進電機驅動。

(3)堆垛機前進(或后退)運動和上(或下)運動可同時進行。

(4)堆垛機前進、后退和上、下運動時必須有超限位保護。

(5)每個倉位必須有檢測裝置(微動開關)，當操作有誤時發出錯誤報警信號。

(6)當按完倉位號后，沒按入或取前，可以按取消鍵進行取消該操作。

(7)整個電氣控制系統必須設置急停按鈕，以防發生意外。

2 系統控制方案

2.1 立體倉庫技術參數的確定

立體倉庫技術參數見表1。

表1 立體倉庫具體參數

2.2 PLC 的選型

在PLC系統設計時，首先應確定控制方案，下一步工作就是PLC工程設計選型。工藝流程的特點和應用要求是設計選型的主要依據。因此，工程設計選型和估算時，應詳細分析工藝過程的特點、控制要求，明確控制任務和范圍確定所需的操作和動作，然后根據控制要求，估算輸入輸出點數、所需存儲器容量、確定PLC的功能和外部設備特性等，最后選擇有較高性能價格比的PLC和設計相應的控制系統。

FX2系列可編程控制器主機分為16、24、32、64、80和128點六檔，還有各種輸入和輸出擴展單元，這樣在增加I/O點數時，不必改變機型，可以通過擴展模塊實現，降低了經濟投入。本課題設計的立體倉庫控制系統有輸入信號40個，輸出信號21個。其中，外部輸入元件包括:檢測元件、按鈕、取、送、急停、限位開關和超限位保護等;輸出有三個步進電機的正反向、動作指示、錯誤顯示等。按照上述配置，所選I/O點不得低于61點，結合實際情況，所選I/O點為80點。因此我所選型號為FX2N-80MR。

圖1 立體倉庫結構示意圖

2.3 步進電機驅動器的選擇

采用SH系列步進電動機驅動器，型號為SH-2H057。主要由電源輸入部分、信號輸入部分、輸出部分組成。SH-2H057步進電動機驅動器采用鑄鋁結構，此種結構主要用于小功率驅動器，這種結構為封閉的超小型結構，本身不帶風機，其外殼即為散熱體，所以使用時要將其固定在較厚、較大的金屬板上或較厚的機柜內，接觸面之間要涂上導熱硅脂，在其旁邊加一個風機也是一種較好的散熱辦法。

2.4 傳感器的選擇

在該立體倉庫中采用歐姆龍EE-SPY402凹槽型、反射型接插件式傳感器作貨物檢測，它是日本歐姆龍公司的產品，采用能抗周圍外來光干擾的變調光式;采用變調光式，與直流光式比，不易受外來光干擾的影響;電源電壓為DC5-24V的大量程電壓輸出型;帶有容易調整的光軸標識;帶有便于調整，動作確認的入光顯示燈。

2.5 系統流程圖

根據系統工作過程的分析得出，示意圖如圖2所示。

圖2 系統流程圖

3 結束語

文中主要以PLC為核心，利用PLC的強大的控制功能，實現了利用可編程控制器控制立體倉庫的功能，具有接線簡單、編程直觀和擴展容易等特點。當機械手的功能增加時，硬件接線上只需增加行程開關輸入信號。原來的接線不需改變，軟件上只需增加相應程序以及輸出的功能，要改動的地方也較少。調試結果表明，在適應性、精確性和可靠性方面，到達到了設計的要求，表明該設計方案是可行的。

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