PLC技術在立體倉庫設計中的應用研究

趙晶晶

（江蘇省宿遷經貿高等職業技術學校，江蘇 宿遷 223600）

現代工業生產相較過去，更加注重效率和效益，為此，依托于現代技術實現對工業科技水平的強化便至為重要。立體倉庫由多個貨架按照高低順序組成，貨架按照設計需要，會預留出不同的空間，貨物的取用，會由專門的運輸設備自動化完成以替代人工[1]。現如今，這種自動化的物料儲存與取用方式，使得傳統倉庫管理中人工容易疏忽的問題得以被有效解決，從而帶動倉庫儲存安全水平提升，也為各行各業的發展提供穩定支持。

1 PLC概述

1.1 介紹

PLC也叫作可編程邏輯控制器，由中央處理器、儲存器、輸入器、編程設備與電源構成。現如今，PLC在工業領域應用廣泛，具有強化控制能力的積極作用[2]。

1.2 應用優勢

PLC技術是科技發展的產物，在立體倉庫中有著較為明顯的應用優勢。

1）安全性。PLC在設計立體倉庫時，依托于較強的邏輯能力，能夠在很大程度上保證整個控制系統按照既定邏輯運行，降低系統故障概率，包括物料運輸、出入庫管理等。此外，PLC由于其獨特的性能，具有較強的抗干擾能力，且通過集成系統的有效應用，能夠將多個控制系統安裝在其中，實現統一化管理。得益于這一優點，PLC已經成為目前工業領域中公認的最為可靠的控制設備之一。

2）簡便性。由于PLC自身的邏輯能力與判斷能力較好，能夠在一定程度上實現智能優化，實際應用時，相關指令和狀態的判定依托于該裝置便可實現。同時，故障判斷也更為簡單，相關操作人員無需對具體的系統運行邏輯和程序審查便能夠實現對于操作系統的控制。而從設計的角度來說，PLC的設計相較于其他編程語言來說也更為簡單，設計人員無需耗費過多精力便可掌握[3]。在實際的工作中，不需要通過拆解或安裝硬件的方式，便能夠實現功能的改變。此外，PLC裝置的體積較小，便于攜帶，在安裝與拆卸上也較為簡便，可以有效降低工作量。

2 立體倉庫概述

立體倉庫是一種立體化處理的新型倉庫模式，與傳統倉庫不同，立體倉庫更多的是縱向發展，提升空間利用率，減少占地面積。基于PLC的立體倉庫在設計上，具備自動化的功能，整體操作原理類似于自動售貨機，通過控制系統，便可以實現自動化的貨物出入庫。立體倉庫主要由以下幾個部分組成。

1）儲存設施。倉庫最為基礎的作用便是存放貨物，立體倉庫也不例外。因此，儲存設施是立體倉庫最為基礎的一個部分。目前而言，儲存設施的形式主要有兩種，一種為可移動或可拆解式的貨架，便于移動或轉移；另一種則與倉庫相連，形成一個整體結構，在起到倉庫存儲作用的同時，也能夠起到支撐的作用[4]。

2）存取設施。立體倉庫的存取功能，主要是依靠堆垛機與貨架兩側的滑道來實現的，堆垛機在立體倉庫中也有著十分重要的地位，通過堆垛機與控制系統的配合，貨物便能夠自動存取。

3）輸送設施。立體倉庫中，若想將貨物存放至指定位置和區域，還需要依靠輸送裝置來實現，具體而言，主要是自動傳送帶裝置。

4）控制系統。立體倉庫所有功能的實現，都需要依靠控制系統來進行，控制系統起到總體控制的作用，會對上述所有功能進行控制，依據PLC技術的控制系統，能夠有效簡化控制程序。

3 立體倉庫的設計

3.1 總體設計

總體設計由輸送、分揀與入庫三個系統組成。PLC會在檢測到物料底座后，將其推送至傳送帶。當經過傳感器時，便會檢測到物料底座，停止傳送帶的運行，將物料放置底座上后，傳感器感應到物料，會再次啟動運行，運行至指定位置時，光電傳感器會進行檢測，再次停止傳送帶，輸送成品物料，檢測到相應的物料信號后，傳送帶會將其運送至指定位置進行物料的分揀工作，完成整個物料輸送流程。

3.2 硬件設計

3.2.1 電機設計

電機設計屬于硬件設計中的一部分，是立體倉庫中重要的硬件裝置，具體而言，包含電機、驅動器與傳感器三個部分[5]。

1）電機部分，電機主要用于發電與電能轉化，向其他設備提供動力和能量，使其能夠正常運行。在立體倉庫中，電機的主要作用是通過發電使得堆垛機、傳送帶等裝置得以運行，使得貨物位移至指定位置。首先，是步進電機，步進電機主要用于控制堆垛機，使其能夠實現橫向與縱向的運動，使用兩臺步進電機分別控制其橫向與縱向的運動，共同配合完成貨物的存取工作。步進電機的運動軌跡和角度經過設定，其本身具有較高的精確程度，相對而言，發生故障的概率較小。本研究選擇的步進電機型號為2S86Q-034A。其次，是直流電動機，直流電動機主要用于垂直方向，與步進電機共同作用。直流電動機在運行時，需要始終保持勻速，以穩定的速度完成物料運輸，與步進電機配合使用。

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2）驅動器部分，即步進電機驅動器。該驅動器主要服務于步進電機，用于對步進電機速度與頻率進行精準控制。通過將步進電機與控制系統聯系，能夠實現信號頻率的轉化，實現精準定位。驅動器型號為2M530。

3）傳感器部分。傳感器部分可設置兩個傳感器，一個為光電傳感器，一個為壓力傳感器。光電傳感器主要通過光電感應，對貨物是否準確放置于貨箱中進行檢驗，如果發現貨物存在超出貨箱范圍的情況，就會及時發送信號到PLC，并阻擋對射光路，實現對物料的修正。綜合考慮，光電傳感器選擇EE-SY672（歐姆龍），該裝置具有較高的適應性與靈活性，便于操作。同時，與PLC的連接也較為方便。壓力傳感器的主要功能是：通過壓力感應，將壓力轉化為電信號，向PLC發送中斷信號，從而保證模擬量輸入模塊信號穩定[6]。

3.2.2 控制元件

控制元件需要保證內存容量與較快的CPU處理速度，應至少保證8 K的容量，同時預留出接口，便于實現后續容量擴展，處理器則應選擇64位。需要保證控制元件能夠執行大量數據的計算與運行，為系統的高效化運行提供支持，可以選用FX2N-128MR型號的PLC。

3.2.3 現場設備

現場設備方面，主要是指除了控制系統硬件以外的其他類型設備，用于輔助控制系統的穩定運行，同時也能夠起到立即停止運行或提示的作用。在立體倉庫系統中，主要包含倉庫內燈、系統指示燈、控制開關、警示音響等裝置。

3.2.4 電源

電源是提供電能所需的重要結構，需要先將220 V交流電轉變為直流電，之后，再通過變壓器調整成PLC所需電壓，為立體倉庫系統供電，保證PLC正常運行。

3.3 軟件設計

3.3.1 上位機與下位機

上位機與下位機屬于軟件設計的部分。上位機在整個控制系統中，主要承擔命令、指令的發送功能，依據程序運行中發生的各種參數變化，向下位機發送指令，下位機在接收到指令后，依據指令對系統運行的設備情況進行調整，并將調整后的狀態反饋給上位機，從而實現一個完整的控制—監測—控制的流程。

3.3.2 I/O分配

I/O分配在PLC系統中的作用，主要是實現輸入與輸出功能，包括數值的開關量與模擬量，從而實現PLC系統的運算與控制[7]。選用兩臺PLC控制，型號為SR40和ST30，其I/O分配表如表1、表2所示。

表1 S7-200SmartCPU SR40 PLC I/O分配表

3.3.3 程序設定流程

1）程序設定流程的設計上，通過既定算法，依據實際的立體化倉庫控制需求，完成相應的設計工作。可以將整個程序設定為一個總控程序和三個分控程序進行控制，總控程序起到命令、傳輸指令等作用，分控程序分別用于控制兩臺步進電機與一臺直流電動機接受指令，并反饋運行信號。主控程序設置在PLC設備上，借由PLC下達傳輸命令給分控程序，執行貨物的垂直、橫向與縱向的移動[8]。貨物出庫時，在主控程序操作會選擇相對應的貨物序列號、儲存位置、類型等信息，分控程序會自動按照對應的信息執行貨物的出庫程序，將物料自貨箱中提出，移送至傳送帶上，實現出庫。PLC開啟后，數據會初始化，啟動后，會開啟各個分程序的控制系統。運行中，PLC會接收到來自上位機的手動或自動控制程序，手動下，垂直、水平等操作由手動完成；自動下，垂直、水平等操作交由系統自動完成[9]。

2）針對故障檢測的設置。程序在運行的過程中，應自動檢測系統是否存在邏輯錯誤或故障問題，包括軟硬件設施，同時設置自動報警功能和切斷功能。此外，在設計堆垛機時，需要盡可能自動調用最近距離的堆垛機，選擇最近的貨物出口。系統監控軟件選擇MCGS嵌入版，能夠模擬運行環境，具有較高的智能程度，方便對整個運行流程進行模擬與測試，通過對模擬結果進行調試，提高運行穩定性[10]。

3）程序控制上，應每日定期對立體倉庫內貨物的儲存環境進行監測，控制好干濕度、溫度，做好防止細菌滋生的防護處理，判斷倉庫內環境是否適宜貨物儲存。

4 結束語

綜上所述，PLC技術在立體倉庫設計上，能夠起到自動化與智能化控制的作用，規避傳統手動控制的弊端，在提高管理效率同時，也能夠避免人為因素致使的故障問題發生。此外，立體倉庫對于空間的利用率也能夠隨著PLC技術的應用而逐漸提升，進而提升企業的經濟效益，極大地促進了社會的發展。