基于PLC的智能立體倉庫控制系統設計

王金龍 ， 黃素丹

（承德應用技術職業學院，河北 承德 067000）

0 引言

隨著科技水平的日益提升，我國已成為世界上舉足輕重的工業大國，各類國產物品銷往國外，在整個運輸途中需要多次將物資進行存儲[1-2]。同時，隨著我國經濟的飛速發展，衍生了多個購物節，這也使得物流業亟需高效的、容量大的倉儲系統。不僅如此，隨著各行業的迅猛發展，土地空間資源也隨之緊缺，如果在傳統倉庫中橫向擴展規模，則土地資源的可用空間將逐漸減少[3-5]。基于此，智能立體倉庫的研究及投入使用將是升級傳統倉庫的有效途徑。

智能立體倉庫與傳統倉庫相比優勢顯著，最明顯的就是采用立體化設計，貨架結構為多層，并且與自動化搬運設備及計算機網絡集成為一個整體，達到智能化效果。不僅可以節省土地資源，提高空間利用率，節約投入的人力和物力成本，也能夠提高各行業物流的管理水平，提高生產質量和效率[6-7]。因此，智能立體倉庫的技術得到了廣泛的研究，并受到了行業企業的高度重視[8-10]。

本文對智能立體倉庫的控制系統進行深入研究，該立體倉庫具有到達目標位前減速、取貨貨物檢測、存貨貨物檢測等功能。本文介紹了系統的軟硬件設計方案，以三菱FX系列FX2N-128MR PLC作為核心控制元件，列舉出部分功能的梯形圖及編程環境，以期為相關行業提供借鑒。

1 方案設計

1.1 整體設計

智能立體倉庫分為多個功能，因此設計過程中也是按功能模塊進行的，既能夠提高執行效率，又便于升級優化。智能立體倉庫整體架構如圖1所示。立體倉庫工作流程圖如圖2所示。

圖1 智能立體倉庫架構

圖2 立體倉庫工作流程圖

1.2 硬件設計

此部分是根據系統實際需要，對控制系統相關元器件進行選擇。部分硬件選擇如下。

1.2.1 控制元件

控制元件選用三菱FX系列的FX2N-128MR型號的PLC，控制規模為16～256點，內置8 K容量的RAM存儲器，最大可以擴展到16 K，CPU運算處理速度0.08 微秒/基本指令。內置超高速脈沖計數器，對于輸入輸出刷新、中斷、濾波方式更新、恒定掃描時間有著更快的處理速度，而且有高速計數器專用的比較指令，能夠支持本系統的控制功能。

1.2.2 斷路器

主電路中用于分配電能、短路保護的斷路器選用正泰NM1-63H型。

1.2.3 電抗器

變頻器工作過程中，通過改變脈沖頻率控制電動機的轉速和轉向，所以在變換過程中，會有諧波產生，同時電路中浪涌電壓、電流的沖擊可能會對變頻器的穩定性產生不利影響，為了減少影響，需要在變頻器回路中加裝輸入電抗器。綜合分析，本系統選用ABB品牌NOCH-0016-6X型電抗器。

1.2.4 變頻器

電動機性能直接影響著智能立體倉庫的工作效率和質量，而電動機的轉速尤為關鍵。在電動機轉動過程中，變頻器起到的作用為將交流電轉換為直流電，再將其再次轉換，最終變為能夠控制電動機的交流電源。結合項目實際情況，本設計選用ABB品牌ACS510-01-04A1-4型高性能變頻器。

1.2.5 對射型光電傳感器

在貨箱載貨過程中，需要通過對射型光電傳感器檢測貨物是否超出貨箱左右兩端。一旦出現超出的情況，則會阻擋對射光路，從而將相應信號發送給PLC。從尺寸和性能角度出發，本設計選用堡盟FEDK 07N6901型對射型光電傳感器。

1.2.6 壓力傳感器

本系統中壓力傳感器的作用是將壓力轉換為電信號，實現模擬量模塊外部輸入信號穩定。本系統中的壓力傳感器選用XM-C51柱式傳感器，天宇恒創稱重傳感器專用變送器。

1.3 軟件設計

1.3.1 I/O口分配

結合企業現場工作情況需要，項目在輸入部分為各個模塊設置了對應的PLC輸入端子，其部分分配情況如表1所示。

表1 I/O分配表

1.3.2 編程界面

本設計系統中的梯形圖是在三菱PLC專用軟件GX Works2中編寫的，該軟件靈活、易上手，修改程序方便，還具有仿真功能。經過試驗，該程序能夠完成本系統的運行。編寫及下載過程如圖3～圖5所示。

圖3 打開界面

圖5 下載程序頁面

圖4 編程頁面

2 部分功能程序

2.1 到位前減速階段

堆垛機到達設定好的位置之前，要有一個緩沖，否則可能會因為慣性導致不能立刻停住而超出停止位，這就可能會對后續的一系列操作產生不利影響。所以在到達設定好的位置之前，要采取措施使之減速。本設計使用紅外對射傳感器進行計數操作，當計數達到一定值后，就會使變頻器自動跳到低速擋，并且保持此速度一直到停在設定的位置。部分梯形圖如圖6所示。

圖6 到達設定位置前的減速程序

2.2 取貨時檢測倉位是否有貨

堆垛機接到取貨命令后，首先通過PLC發出信號，通過傳感器檢測倉位是否有貨。如果有貨，則進行下一步操作，如果沒貨，那么貨叉就不再伸出，同時傳遞無貨信號給PLC，PLC也將自動進行回原點（復位）操作，并可以進行下一步的其他任務。部分梯形圖如圖7所示。

圖7 取貨時檢測倉位是否有貨的程序

2.3 存貨時檢測倉位是否有貨

堆垛機接到存貨指令后，將移動到指定倉位，然后通過傳感器檢測倉位是否已經有了貨。如果已經有貨，那么貨叉將不再伸出，同時將檢測信號傳遞給PLC，然后PLC將發送信號使相關動作復位，并準備執行其他任務。部分梯形圖如圖8所示。

圖8 存貨時檢測倉位是否有貨的程序

3 結論

隨著我國科技的飛速發展，以PLC為核心控制元件的智能立體倉庫技術水平也得到了不斷優化，智能立體倉庫不僅在節約土地資源上起到了積極作用，也有效提升了空間利用率、工作效率等。本文對智能立體倉庫控制系統進行設計，從硬件選型到程序設計、編程界面展示，都進行了全方位的介紹。該智能立體倉庫控制系統能夠很好地達到預期效果，這對于工業智能立體倉庫的長遠發展具有非常重要的意義，也能夠為相關企業建設智能立體倉庫提供一定的借鑒。