基于PLC的自動立體倉庫控制系統設計

陸偉

（無錫職業技術學院，江蘇 無錫214121）

基于PLC的自動立體倉庫控制系統設計

陸偉

（無錫職業技術學院，江蘇 無錫214121）

介紹了基于PLC的自動立體倉庫控制系統設計，闡述了自動立體倉庫運行原理和運行過程，分析了控制系統組成、步進電機和步進驅動器的選用、直流電機和傳感器的選用以及PLC的選擇及資源配置，并設計了系統軟件流程圖。

立體倉庫；PLC；步進電機

目前自動化立體倉庫得到了大規模的應用。自動化立體倉庫有著倉庫高層合理、存取自動、操作簡便等優點。我國1973年開始研制中國第一座由計算機控制的自動化立體倉庫，據粗略統計，到2010年底，我國自動化立體倉庫的保有量超過1000座，基本都是為大中型企業設計。本文為小型企業設計了一個倉位為12的小型自動立體倉庫。

1　自動立體倉庫概述

本文設計的立體倉庫是一個小型的自動化立體倉庫，有一個專用的控制面板用于人機交流，系統的操作可大體分為兩種：一種是手動操作；另一種是自動操作，自動操作是由PLC控制的。本系統的主要動作可分為兩種：取貨和送貨，這兩個動作也可拆開成3臺電機的正反轉運動，同時系統也可以進行自我檢查，如果操作錯誤系統會自動報警。

2　自動立體倉庫控制系統硬件設計

自動化立體倉庫主要由貨架、巷道式堆垛機、貨叉和操作控制系統等幾個部分組成。主體部分有貨架、機械部分及電氣控制部分等。PLC是電氣控制的核心，拖動元件由步進電機、直流電機組成。控制系統總圖如圖1所示。

圖1　控制系統總圖

2.1步進電機

巷道式堆垛機的運動主要是水平運動和垂直運動，將堆垛機的運動拆分為水平X軸和垂直Y軸兩個步進電機的運動。步進電動機的旋轉是以一個設定的角度一步一步進行的，沒有誤差的積累，精度高，脈沖信號頻率和速度成正比，速度調節范圍大且穩定，性價比高在開環控制中被大量的使用。

根據計算，本系統使用了北京斯達特機電科技發展有限公司開發的2相8拍混合步進電機，如圖2所示，具有轉矩定位、體積小、高頻率啟動等優點。

圖2　2相8拍步進電機原理圖

2.2步進電機驅動器

步進電機驅動器把控制系統發出的脈沖信號轉化為步進電機的角位移，使得步進電機的轉速與脈沖信號的頻率成正比。控制步進脈沖信號的頻率，可以對電機精確調速；控制步進脈沖的個數，可以對電機精確定位［1］。本系統采用北京斯達特機電科技發展有限公司SH系列步進電機驅動器，型號為SH-2H057.

2.3直流電動機

立體倉庫直流電機是用來拖動Z軸貨叉。直流電動機起動性能好，調速范圍廣，調速均勻，本系統采用的是輸入電壓為12～24 V的直流電動機。

2.4傳感器

為了判斷運行前倉位中的情況，在每個倉位安裝一個光電傳感器。如果倉位中有貨物，那么傳感器將會有一個中斷信號，這個信號可以轉化成電信號送到PLC控制器，本設計采用日本歐姆龍公司產品OMRON EE-SPY402溝型和反射型連接器型傳感器。這種傳感器把發射器和接收器裝入同一個裝置內，在其前方裝一塊反光板，利用反射原理完成光電控制作用。

2.5PLC選型和資源配置

PLC是整個立體倉庫控制系統的核心，有強大的功能，良好的適應能力，很高的可靠性，能滿足的絕大多數場合的工業生產需求的監測和控制。立體倉庫共有12個倉位，每個倉位鍵要配置一個輸入點，每個倉位檢驗也要配置一個輸入點，12個倉位共24點，再加上啟動、急停、以及前后上下的限位共39個輸入點，如表1所示。輸出為21點如表1所示，所選擇的I/O點應不低于60，結合實際情況，并考慮到成本，選擇西門子S7-200的CPU226（DC/DC/DC）模塊（輸入24點，輸出16點），外加二個數字量擴展模塊EM223（輸入16點，輸出16點）［2］。

根據系統的要求，系統的I/O分配見表1所示。

表1　PLC輸入輸出分配表

3　自動立體倉庫控制系統軟件設計

系統工作流程如下：首先啟動后，系統檢測所有倉位是否有貨；第二部選擇方式為手動或者自動；自動情況下，規定12號倉位為初始位置，選擇取貨并按下12號倉位鍵，如果0號倉位（0號倉位為中轉倉位）無貨而12號倉位有貨，系統執行取貨操作，否則顯示錯誤；如果0號倉位有貨而12號倉位無貨，那么系統執行送貨操作，否則顯示錯誤。流程圖如圖3所示。

圖3　流程圖

4　結束語

本設計以PLC作為控制系統的核心，PLC具有強大的控制功能，使用的PLC西門子S7-200接線簡單，編程方便，易于擴展。如果需要設計更多的倉位，只需要增加硬件連接開關的輸入信號，適當地添加程序語句。因此，基于PLC的自動立體倉庫控制系統的設計，方便實用，易于擴展和改造。另外，大型或者超大型的自動化立體倉庫有著很大的浪費，小型化是自動化立體倉庫的一個發展方向。自動化立體倉庫的多樣性，更多的功能和更加實用的人機交流界面也是未來自動化立體倉庫的發展方向。

［1］黃麟.交流調速系統及應用［M］.大連：大連理工大學出版社，2009：119-124.

［2］向曉漢.PLC應用技術實踐［M］.北京：電子工業出版社，2014：32

PLC Control Automatic Stereoscopic Warehouse Design

LU Wei
（Wuxi Vocational and Technical College，Wuxi Jiangsu 214121，China）

Introduces the control system design based on PLC in the automatic stereoscopic warehouse，this paper expounds the automatic stereoscopic warehouse operation principle and operation process，analyzes the composition of control system，stepping motor and stepping drive selection，the selection of dc motor and sensors as well as the selection of PLC and the allocation of resources，and designs the system software flow chart.

Three dimensional warehouse；PLC；stepping motor

TP273

A

1672-545X（2016）07-0062-03

2016-04-22

陸偉（1973-），女，江蘇常州人，碩士，副教授，從事機電一體化技術教學與研究。