小型立體倉庫PLC自動定位控制系統設計

摘要：介紹了小型立體倉庫的控制系統， 根據自動化立體倉庫運行的基本原理和結構，在整個控制系統中以以西門子S7-200PLC作為核心控制元件，采用SIMATIC WinCC V5.0組態軟件設計設計立體倉庫的監控系統，實現了設備的運行狀態、貨架貨位的使用情況、報警等信息的實時監控。

關鍵詞：立體倉庫；SIMATIC WinCC V5.0；PLC

中圖分類號：TP271.5 文件標識碼：B

自動化立體倉庫是現代物流系統發展中的關鍵部分，是一種多層存放貨物的高架倉庫系統，由自動控制系統、管理系統、高位貨架、巷道堆垛機、自動入庫、自動出庫、計算機管理控制系統和其他一些輔助設備組成。它具有減少用地、減小勞力、消除差錯、提高倉儲水平和管理水平、提高管理能力、降低儲運損耗、減少流動資金的積壓、提高物流效率等諸多優點。如今中國國民經濟的快速發展，與自動化立體倉庫在各行各業的廣泛應用息息相關。

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。

1.2立體倉庫系統的功能

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）整個控制系統必須設置急停按鈕，避免發生意外。

設計的具體控制功能如下：

（1）將選擇開關置于自動位置，通電狀態下，各機構復位，即返回零位。立體倉庫坐標以零位開始。

（2）當送貨的時候，選擇要送貨物的倉位號，按動相對應的按鈕，控制面板數碼管顯示倉位號。按送貨按鈕后，貨物自動送入所對應倉庫號的倉庫位里。如果被指定的倉位號里有貨物，則送貨命令不執行。送完貨物后，小車回到原來的位置。

（3）當取貨的時候，選擇要取貨物的倉位號后，按動取貨按鈕后，在控制面板的數碼管里顯示出來，堆垛機可以自動將貨物取出。如果小車里有貨物，則取貨命令不被執行。

（4）取貨和送貨指令完成后，機構自動返回原來位置。

（5）整個電氣控制系統必須設置急停按鈕，避免發生意外。

2 系統控制方案

2.1 PLC的選型

（1）輸入電源電壓：本設計采用24V直流電。

（2）輸入輸出點數：估算本設計中需要輸入端口40個，輸出端口21個。

（3）輸出觸點類型：本設計因為有步進電機的控制所以選擇晶體管輸出類型。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。所選I/O點不得低于61點，結合實際情況，考慮到經濟實惠所選本系統所采用的PLC是西門子S7-200 CPU226 DC24V，外加一個數字量擴展模塊EM223。

2.2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，采用變調光式；電源電壓為DC5-24V的大量程電壓輸出型；帶有易調整的光軸標識；帶有便于調整，動作確認的入光顯示燈。

2.3系統流程圖

根據系統工作過程的分析得出，示意圖1所示

3畫面設計

本監控系統畫面包含：主畫面、倉庫平面圖畫面、每排貨架貨位使用情況畫面、貨物出入庫實時曲線、貨物出入庫報表及故障報警信息畫面，各個畫面之間可以自由切換。主畫面采用分級式用戶管理，如以監控員身份登錄監控系統，只能使用畫面的切換功能而無法對下位機發出控制指令，提高系統的安全性避免監控人員的誤操作。

倉庫的平面圖畫面，畫面上方顯示三臺堆垛機的工作狀態，白、黃、綠分別代表堆垛機在入出庫臺就位等待、堆垛機執行出庫任務、堆垛機執行入庫任務。同時當堆垛機發生任意故障停機時對應的報警燈變成紅色，并閃爍提醒現場監控人員。在故障報警信息畫面中可以查看故障報警的具體信息，如報警時間、故障點等畫面下方提供各種功能按鈕，包括堆垛機的控制方式、各個堆垛機的復位及個畫面之間的切換。

貨位使用情況的畫面，畫面上方顯示每排貨架貨位的使用狀況，白、黃、綠分別代表貨位空位無貨物、貨位貨物正在執行出庫操作、貨位己有貨物。畫面下方報警區顯示跟本貨架有關的堆垛機超出限位、貨位有貨和升降機斷繩報警，方便快速找到故障原因并進行及時的排除。出入庫管理區，當進行貨物出入庫操作時，需輸入貨物的目標位置（排列層）、貨物名稱及其數量，點擊相應的入庫按鈕（入庫按鈕），會彈出提示是否入庫（是否出庫），避免人為因數的誤操作，點擊“是”堆垛機開始出（入）庫動作。

4結束語

采用SIMATIC WinCC V5.0組態軟件和PLC開發的模擬立體倉庫，實現了遠程實時監控和管理，結構簡單，實時性好，可靠性高，運行穩定，系統人機界面友好，具有一定的靈活性。利用組態王設計的運行軟件，可以逼真地觀察系統的工作過程，發現控制程序的錯誤和缺陷，然后不斷對程序進行修改和測試，直到完全正確，可大大提高工作效率，節省了成本，降低了風險，特別對大型PLC控制系統的設計仿真非常具有參考價值。

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作者簡介：孫莉（1982-），女，安徽省淮北人，副教授，碩士，研究方向：工業綜合自動化