基于PLC的物流自動化包裝線出庫穿梭車的設計

李亞軍，劉艷明

（北京機械工業自動化研究所，北京 100120）

0 引言

隨著計算機信息技術的發展，現代企業生產規模的不斷擴大和競爭的日益加劇，市場對企業物流系統提出了新的要求，物流自動化包裝線越來越受到關注并得到廣泛應用[1]。出庫穿梭車是出庫大托盤搬運設備，它不僅聯接著立體倉庫，而且還聯接小托盤輥道輸送線，是整個出庫包裝系統設計核心內容。本文以某化纖生產企業自動化包裝線出庫穿梭車為例，介紹出庫穿梭車的結構和特點，工作原理，并對它的設計要點進行了分析和討論。

1 出庫穿梭車系統概述

出庫穿梭車可以實現在任意工位之間雙向運行的功能。它主要由行走機構、托盤輸送鏈式機，檢測元件和讀碼器構成；其中，行走機構由西門子M420變頻器控制，可實現高低速切換；另外，它共有四個運行工位，每一個工位由車體上兩個獨立的U型光電開關來定位與檢測。自動模式下，通過判斷鏈式機上大托盤的狀態，控制出庫穿梭車到達指定的工位；手動模式下，通過觸摸屏或車體上的手動開關控制出庫穿梭車按工位步進；點動模式下，車體可手動正反向移動到任意一個可達的范圍。車體上讀碼器讀取每次取的大托盤碼，到達出庫工位后保存。

2 出庫穿梭車控制系統的布置

在某化纖物流自動化包裝線中，出庫穿梭車是雙軌式出庫穿梭車。它采用PLC，傳感器，網絡通訊，電氣傳動等技術，實現大托盤的出庫功能，同時配置WINCC FLEXIBLE 2008觸摸屏，實現友好的人機界面交互功能。

其出庫穿梭車布置圖如圖1所示。

圖1 出庫穿梭車鏈式機布置圖

其中各鏈式機在出庫中所起的作用，如表1所示。

表1 鏈式機工位的定義

3 出庫穿梭車工作原理

正常情況下，出庫工位鏈式機75和鏈式機77出庫工位從堆垛機接收滿大托盤，由出庫穿梭車輸送到出庫機器人抓紗工位1或出庫機器人抓紗工位2，機器人把大托盤上的紗抓完后，出庫穿梭車把空托盤輸送到空托盤暫存工位鏈式機80，然后輸送到升降機內，送到二樓出庫部分，這樣就完成了一個出庫循環。當升降機停用時，機器人抓紗完成后，出庫穿梭車需要把空托盤返回到其中一個回庫工位即鏈式機74或鏈式機76，由堆垛機指定入庫.。

4 出庫穿梭車的控制原理

4.1 出庫穿梭車的工作方式

出庫穿梭車共有兩種工作方式分別為自動工作方式和手動工作方式[2]。可以通過觸摸屏上的出庫穿梭車界面的選擇開關選擇。當點擊手動按鈕時，可以實現出庫穿梭車手動操作，當點擊自動按鈕時，可以實現穿梭車的自動運行。

4.1.1 自動工作方式

在該工作方式下，出庫穿梭車與總控上位機通訊，接收總控下達的各種任務指令，完成相應的任務，且及時反饋大托盤的信息及狀態。若出庫穿梭車不具備執行該任務的條件，出庫穿梭車不動作，同時將故障原因發送給總控并報警。

4.1.2 手動工作方式

該工作方式是在出庫穿梭車界面上的手動或點動操作完成的。選擇要執行的動作點動執行按鈕出庫穿梭車即執行該動作從而完成出庫穿梭車電機的正轉與反轉，及實現出庫穿梭車上鏈式機的取貨與放貨。

4.2 出庫穿梭車工作流程圖

本系統采用以CPU-315-2DP的PLC為核心配以M420變頻器及傳感器等組成一個完整的控制系統，在自動工作方式下出庫穿梭車首先要進行自檢并初始化[5]。尤其注意的是，在自動工作方式下，出庫穿梭車的當前工位保存在，中斷電不丟失，但手動操作后，出庫穿梭車的實際工位有可能與保存在中的工位不一樣，在進行自動控制時，將會產生誤動作，為了避免意外問題發生，在進行自動控制前，要先確認出庫穿梭車的工位和實際工位是否一致。

4.2.1 上電初始化

當系統上電時，或者由急停狀態復位時，出庫穿梭車處于手動模式，通過檢測開關和讀碼器判斷當前出庫穿梭車所在工位以及出庫穿梭車上大托盤狀態，人工確認無誤后進入自動運行狀態，如有問題，則手動操作修改后出庫穿梭車進入自動運行狀態。

圖2 穿梭車上電初始化

4.2.2 自動運行過程

自動運行時，以穿梭車上鏈式機有無大托盤作為主線，以任務驅動來控制出庫穿梭車的取貨放貨、行走移動。出庫穿梭車的任務通過判斷鏈式機上的大托盤狀態，通過總控驗證后給出。

穿梭車自動運行流程圖如圖3所示，首先檢測小車上有無大托盤，當有大托盤時，再判斷是空托盤還是滿托盤，如果是滿托盤，則小車移動到抓紗工位，然后將大托盤輸送到抓紗工位鏈式機上，將大托盤號通知相應鏈式機保存；如果是空托盤，如果當前運行模式為正常模式，則小車移動到空托盤暫存工位，大托盤輸送到該鏈式機上；如果運行模式為單獨出庫模式，則小車移動到空托盤回庫工位，大托盤輸送到鏈式機上。當小車上沒有大托盤時，等待取貨請求，當滿托盤請求出庫時，則小車移動到出庫工位，從出庫鏈式機上取貨；當空托盤請求移出時，小車移動到抓紗工位，從抓紗鏈式機上取空托盤。

托盤檢測由車上的檢測開關和讀碼器比較得出，當檢測開關與讀碼器輸出結果不一致時，報警停機。托盤是滿還是空由讀碼器讀取條碼后與總控交互后得到。

圖3 穿梭車自動運行流程圖

5 出庫穿梭車安全保護

出庫穿梭車是在預埋地軌上來回運動的機械設備。本系統的出庫穿梭車是雙軌式出庫穿梭車。為了保護人員，設備及大托盤上絲卷的安全，除了必要的機械死檔限位外，還必需在電氣控制上采取一系列的聯鎖和保護措施。

5.1 聯鎖保護

當出庫穿梭車上信息錯誤時：即出庫穿梭車上有大托盤，而無大托盤碼和大托盤狀態；或者出庫穿梭車上無大托盤，而有大托盤碼或者大托盤狀態時，出庫穿梭車運動被鎖定。

當出庫穿梭車正/反轉進行，出庫穿梭車定位不準確時，出庫穿梭車上的鏈式機的取大托盤或者送大托盤被鎖定。

當出庫穿梭車上的鏈式機取大托盤貨或者送大托盤貨，且大托盤不到位時，出庫穿梭車行走控制被鎖定。

5.2 電氣限位保護

出庫穿梭車兩端安裝有運行終端限位行程開關，當出庫穿梭車運行到兩端極限位置時，該行程開關有效電平信號能自動切斷行走電機或出庫穿梭車的電源，起到限位保護功能。

5.3 斷電保護

如出庫穿梭車忽然斷電，則出庫穿梭車電機制動，同時出庫穿梭車停止運行。

6 結束語

基于PLC設計的出庫穿梭車的控制系統，該系統已成功應用于盛虹化纖自動化立體倉庫物流包裝線中，自動化程度大大提高,操作方便，工作更可靠，完全達到控制要求，運行良好，保證了出庫穿梭車的運行精度，提高了工作效率，收到了良好的效果[4]。

[1]丁立言,張鐸.倉儲自動化[M].北京：清華大學出版,2002

[2]張志杜,亞江,李小平.輸送機控制系統在自動化立體倉庫中的應用[J].工業控制計算機,2009(1).

[3]楊繼志,郭敬.自動化立體倉庫的關鍵技術[J].起重運輸機械,2007(1).

[4]易蕓蕓,楊公源.基于PLC的立體倉庫控制系統設計[J].儀器儀表用戶,2008(5).

[5]胡峰,自動化立體倉庫控制系統設計與實現[J].科技信息,2010(15)：101-104 .

[6]劉曙光.基于PLC的立體倉庫運行系統[J].物流技術,2006(9)：31-34.