基于PLC的堆垛機控制系統設計

趙昆 王云海

摘 要：隨著時代的發展和科學技術的融合，物流技術日漸呈現出現代化發展趨勢。伴隨物流現代化技術的應用和發展，做好倉庫的立體化構建，并實現機電一體化的融合，才能夠滿足當前現代化物流的需要。基于PLC控制系統所構建的堆垛機，則能夠實現行走機構、伸縮叉機構、升降機構等多功能需要，并實現其精度的提升，在現代化倉庫建設中發揮重要作用。

關鍵詞：PLC控制系統；堆垛機控制系統；系統設計

前言：現代化物流的建立離不開立體倉庫的建設，立體倉庫的建設和應用能夠節省大面積土地的使用，并對空間予以高效利用，結合計算機技術控制，能夠實現便捷、快速貨物的存取。堆垛機作為倉庫建設的重要組成部分，更加需要高度重視和對待，結合PLC技術進行堆垛機控制系統的設計，則可以讓其更具自動化，讓其立體化倉庫運行過程中發揮核心作用。

一、堆垛機系統組成及功能分析

堆垛機一般由升降機構、運行機構、貨叉、伸縮機構、機架以及電氣部分等組成。立體化倉庫之中所運用的堆垛機，要求能夠接受上位機指令，并作出適當判斷，通過指令分析所要運行的方向，判斷入庫還是出庫，判斷依托于手動操作還是自動操作。堆垛機還需要結合自身所在位置，以及指令完成需要進行比較判斷，進而作出正確的運行。一般來說，堆垛機有水平行走、垂直運行、貨叉伸縮等三種基本操作。融合PLC技術則可以讓堆垛機完成以上功能，并進行精準運行。

二、堆垛機運行原理

堆垛機所選用的運行方案為半閉環控制方案，結合實踐需要來進行控制運行。其運行原理主要通過主控機的指令發出，發送到變頻器之后再將指令發送到電機，電機所發出的指令進入到運行機構，則實現堆垛機運行。其中質量到電機之后一部分指令也進入傳感器，傳感器可以對速度進行反饋，進而調整堆垛機的運行速度。堆垛機具有曲線式存儲變頻器，這樣可以讓堆垛機通過比較的方式來進行起止距離的分析，繼而選擇最佳路線。在此原理支撐下結合PLC對堆垛機進行控制系統設計則能夠達到更好的應用效能。

三、基于PLC的堆垛機控制系統設計

1.功能模塊設計

就堆垛機的模塊設計來說主要分為以下幾種：水平行走、垂直升降；貨叉伸縮；附屬設備。PLC在接到指令之后則通過激光測距儀定位位置，進而作出判斷，依托于控制變頻器的驅動首先水平行走。PLC在接到指令之后，垂直方向同樣依靠激光測距儀進行定位，并作出相應判斷，實現電機帶動下的垂直行走。就貨叉伸縮來說，因為考慮到貨叉運行距離較短，所以不需要考慮變頻器的控制要求，僅需要PLC以很定速度來保持即可。附屬設備則需要設置多對光電開光，主要是就設備出現的故障進行報警，預防堆垛機運行中可能出現的危險。

2.水平速度模式和運行方向的確定

堆垛機在倉庫貨架之間穿行，很多時候其目的地與所在位置存在距離，為了能夠有效提升工作效率，則需要讓堆垛機在結合自身遠近的情況下做好運行速度的控制。在此方面進行的研究則可以結合PLC所發出的多段速度指令控制水平變頻器，垂直方向則可以考慮其距離較短而不需要采用多段速度。

結合當前堆垛機的運行速度來說，一般為160～240m/min，最高可以達到320m/min。起升的速度控制在40～60m/min，最高達到100m/min。堆垛機要向達到理想的運行速度，則需要最大加速度a來作為啟動點，勻加速到最大值，然后進行勻速運動。接近理想目標之后則勻速減速，V=0時候則可以正好達到存取貨物的位置。

為了保證堆垛機控制的準確性，需要在其臨近貨位停機前以較低的速度運行，依照一般情況來說，此時堆垛機保持2～4m/min的速度為最佳。這時候，堆垛機則遇到一個調速的問題，為了更好地提升堆垛機的運行效率和精準度，需要對其水平運行和垂直運行設定變頻器。

其水平方向判斷，可以設置初始位置為S1，目標位置為S2，兩者之差為S，那么可以得出公式S=S1-S2，如果S為正，那么多堆積則可以接到向前的指令，如果S為負，那么堆垛機向后移動。

堆垛機的水平運行速度可以采用三級控制方式，出了工作速度和慢速爬行速度之外，中間可以加入一個中檔速度，增加中速可以降低運行速度，爬行距離和時間均縮短，這樣有效降低堆垛機的作業周期。也可以將速度轉換成為變頻器輸出頻率，也可以達到設置方便的目的。

3.輸入輸出結構

PLC輸入包括數字輸入和模擬輸入，光電開關主要是對數字量輸入控制，激光測距儀主要是對模擬量輸入控制。采用A/D轉換器的方式將模擬輸入轉換成為數字輸入，并輸入到PLC。數字量輸入則可以通過手動、單走運行、自動循環的方式進行。

PLC的輸出則包括水平變頻器、多段速度輸出、垂直變頻、貨叉等輸出。在進行PLC選擇時候可以選用西門子公司的CPU226（24輸入/16輸出），輸入輸出模塊為EM223（16輸入/16輸出），EM221（8輸入），EM231（4輸入）。

4運行程序

程序的選定方面首先需要確定的是手動操作還是自動操作，手動的指令包括前進、后退、上升、下降，貨叉左伸，貨叉右伸。手動情況下不需要考慮故障分析。

自動運行則需要先將水平和垂直傳感器的位置數據調出，并取得上位機作業方式，目的地址，之后進行操作動作，主要包括東進、東出、西進、西出，其動作順序主要是入庫行走→取貨→出庫行走→卸貨。自動運行情況下需要做好故障分析和處理。

入庫行走需要考慮水平運動和垂直運動兩種運動標準，可以結合前述的正負值設定來首先，入庫行走需要到達目的地之后再啟用下一程序。取貨操作則需要做好位置調整，保證貨叉可以直接深入到貨架托盤，并通過指令要求堆垛機運行方向，此過程需要檢查鏈條、變頻器故障。卸貨與取貨操作具有相同操作，不過此環節還需要保證貨叉已經收回，才能完成整改任務。入庫操作則與出庫行走具有相同的程序操作，其僅是位置數據不同，動作和順序基本相同。

給予PLC的堆垛機控制系統設計能夠很好地滿足貨物實際生產中自動存取的需要和要求，并且能夠給予堆垛機一定的安全保障，能夠讓堆垛機在自動化立體庫中發揮更大作業，也能夠讓立體庫的應用效率不斷提高。

參考文獻

[1]徐琪，汪惠芬.基于PLC的注塑模具倉庫堆垛機控制系統設計[J].機械設計與制造工程，2017，46（07）：65-68.

[2]張乾，崔陸月.基于PLC立體倉庫堆垛機的控制系統設計[J].信息技術與信息化，2015（07）：158-160.

[3]劉魯，常曉玲.基于工業控制網絡的立體倉庫堆垛機PLC控制系統設計[J].組合機床與自動化加工技術，2015（01）：93-96.

[4]薛廣庫.S7-300 PLC在巷道堆垛機中的應用[J].制造業自動化，2014，36（17）：29-33.

[5]樊佳偉.立體自動化倉庫堆垛機中PLC控制系統[J].科技與企業，2014（15）：153.

（作者單位：沈陽新松機器人自動化股份有限公司）