基于PLC 家居貨品進(jìn)出庫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

黃賢蕾，楊璟榮，董梓聰，莫伊靖

（廣東科技學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，東莞 523668）

為了緩解物流壓力，解決倉庫收發(fā)貨品效率低下的問題，做好倉儲(chǔ)管理顯得十分必要。對于絕大多數(shù)企業(yè)來說，如果能夠做好倉儲(chǔ)管理，將會(huì)大大降低庫存成本。倉庫運(yùn)行管理效率是很關(guān)鍵的指標(biāo)，隨著近幾年物流行業(yè)的飛速發(fā)展，智能倉儲(chǔ)也應(yīng)運(yùn)而生。對于家居大件商品倉庫來說，從長遠(yuǎn)考慮打造智能化倉儲(chǔ)，非常具有實(shí)用價(jià)值。

智能倉儲(chǔ)的出現(xiàn)對倉庫的運(yùn)行管理來說省時(shí)省力。智能倉儲(chǔ)物流管理平臺(tái)的功能包含商品存儲(chǔ)管理、商品調(diào)動(dòng)和物流配送等方面，具備權(quán)限管理、出庫管理、庫存管理[1]。有了智能倉儲(chǔ)系統(tǒng)，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)商品庫存情況，了解暢銷品和滯銷品，并快速作出倉儲(chǔ)調(diào)整，減少不必要庫存，同時(shí)可做到及時(shí)補(bǔ)貨[2]。

PLC 具有邏輯運(yùn)算功能，算術(shù)運(yùn)算、模擬信號(hào)處理和通信聯(lián)網(wǎng)等功能，為了適應(yīng)運(yùn)動(dòng)控制產(chǎn)業(yè)的需求，當(dāng)前的PLC 更是具備了強(qiáng)大的運(yùn)動(dòng)控制功能，再加上PLC 具有高可靠性，非常適合應(yīng)用于智能倉儲(chǔ)中做控制系統(tǒng)控制器[3]。

家居的快銷小件商品進(jìn)出庫，運(yùn)營管理都比較容易，對于那些大件商品出入庫純?nèi)斯げ僮鳎粌H費(fèi)時(shí)費(fèi)力，沒辦法滿足消費(fèi)者需求，還會(huì)增加人工成本。智能倉儲(chǔ)系統(tǒng)的出現(xiàn)，可以很好地解決這一問題[4]。本文主要研究PLC 自動(dòng)控制系統(tǒng)在家居大件貨品進(jìn)出庫的智能倉儲(chǔ)中的應(yīng)用。

1 智能倉儲(chǔ)整體功能設(shè)計(jì)

本研究中倉庫硬件設(shè)施搭建，應(yīng)用了某公司研發(fā)的智能倉儲(chǔ)系統(tǒng)，由立體鋼架、滾筒輸送線、自動(dòng)檢測系統(tǒng)、頂升移載輸送機(jī)、提升機(jī)、鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)、四向穿梭車、PLC 自動(dòng)控制系統(tǒng)等幾部分組成[5]。商品入庫前需要將商品放上棧板，如果是多個(gè)相同的商品放在一個(gè)棧板上，還需要將多商品打捆成一個(gè)整體，接著對棧板及棧板上的商品貼標(biāo)，標(biāo)簽包含商品信息和包裝信息，這部分入庫前的準(zhǔn)備工作對于數(shù)量不大，重量較輕的商品可選擇人工操作完成，對于數(shù)量大，較重的商品，也可設(shè)計(jì)為碼垛機(jī)器人，貼標(biāo)機(jī)等配合下自動(dòng)完成。

接收到入庫信息后，叉車將需要入庫的貨物搬運(yùn)至滾筒輸送線，滾筒輸送線將貨物運(yùn)送至自動(dòng)檢測系統(tǒng)，完成庫層庫位信息分配后，滾筒輸送線將貨物運(yùn)送至頂升移載輸送機(jī)，由頂升移載輸送機(jī)將貨物移至提升機(jī)，提升機(jī)將貨物運(yùn)送到對應(yīng)庫層后由鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)將貨物從提升機(jī)中移出，四向穿梭車將貨物搬運(yùn)至對應(yīng)庫位后進(jìn)行貨物存儲(chǔ)，完成貨物的入庫作業(yè)。

接收到出庫信息后，四向穿梭車取貨后將貨物送向自動(dòng)檢測系統(tǒng)核對出庫貨物信息，核對信息一致后將貨物放置在鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)上，等待提升機(jī)移至對應(yīng)的庫層后，將貨物移入提升機(jī)，提升機(jī)再將貨物運(yùn)至頂升移載輸送機(jī)，再由頂升移載輸送機(jī)將貨物從提升機(jī)中移出至滾筒輸送線，滾筒輸送線將貨物運(yùn)至出貨口，叉車將貨物移出，完成貨物出庫作業(yè)[6]。

進(jìn)庫和出庫的商品數(shù)據(jù)均會(huì)被記錄下來，并顯示庫存數(shù)據(jù)，對庫存提醒進(jìn)行設(shè)置后可及時(shí)發(fā)現(xiàn)需要補(bǔ)貨的商品，根據(jù)進(jìn)庫量和出庫量的數(shù)據(jù)分析，可判斷出暢銷品、慢銷品和滯銷品，從而對商品進(jìn)貨量進(jìn)行調(diào)整，對倉庫空間利用進(jìn)行調(diào)整，以達(dá)到備貨合理及倉庫被充分使用的目的。

2 進(jìn)出庫設(shè)計(jì)原理

為提高工作效率，本設(shè)計(jì)采用入庫通道和出庫通道兩個(gè)不同通道。在貨品入庫和出庫的流程中，有些環(huán)節(jié)需要進(jìn)行判斷，另外還需要對入庫和出庫是否到位進(jìn)行判斷，確保貨品已經(jīng)完全入庫或出庫。

2.1 入庫設(shè)計(jì)

貨品入庫設(shè)計(jì)流程如圖1 所示，當(dāng)接收到入庫信號(hào)，傳感器檢測到貨物在入口放置到位后，PLC 控制滾筒輸送線正轉(zhuǎn)，將貨物移至自動(dòng)檢測系統(tǒng)，運(yùn)送到位，自動(dòng)檢測系統(tǒng)開始檢測貨物信息及外形，首先判斷外形是否合格，如果外形判斷不合格，將拒絕入庫，滾筒輸送線反轉(zhuǎn)，將貨物輸送至入口處，取出貨物，如果外形判斷合格就自動(dòng)分配指定庫層和庫位。庫層信息要傳遞給提升機(jī)，提升機(jī)才知道需要將貨物運(yùn)送至第幾層，庫層和庫位信息還需要傳遞給四向穿梭車，這樣才知道第幾層的四向穿梭車需要運(yùn)貨，將貨物運(yùn)至哪個(gè)庫位。自動(dòng)檢測系統(tǒng)工作完成后，滾筒輸送線繼續(xù)工作，將貨物輸送至頂升移載輸送機(jī)，貨物到位后，PLC 控制提升機(jī)降落至頂升移載輸送機(jī)處，提升機(jī)到位后，PLC 控制頂升移載輸送機(jī)啟動(dòng)，將貨物送進(jìn)提升機(jī)，貨物到位后，提升機(jī)將貨物運(yùn)送至對應(yīng)的庫層，提升機(jī)到位后，通知四向穿梭車來取貨，同時(shí)PLC 控制鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)啟動(dòng)，將貨物從提升機(jī)中取出，等待四向穿梭車到來，四向穿梭車在搬運(yùn)貨物的過程中需要換軌行駛，取到貨物后將從主通道換軌至子通道，并按照一定路線將貨物運(yùn)送至對應(yīng)的庫位，同時(shí)判斷貨物是否入庫到位，沒有入庫到位，四向穿梭車?yán)^續(xù)入庫，入庫到位后指示燈亮起，四向穿梭車等待下一次作業(yè)任務(wù)，此次入庫作業(yè)結(jié)束。

圖1 貨品入庫流程Fig.1 Flow chart of goods warehousing

2.2 出庫設(shè)計(jì)

出庫設(shè)計(jì)流程如圖2 所示，接收到出庫信號(hào)后，四向穿梭車根據(jù)貨品庫位信息將貨物取出，通過子通道，換軌至主通道，將貨物運(yùn)送至自動(dòng)檢測系統(tǒng)，此時(shí)自動(dòng)檢測系統(tǒng)核對貨物信息與出貨信息是否一致，如果不一致，將由四向穿梭車將貨物運(yùn)至中轉(zhuǎn)倉后重新取貨，如果核對信息一致，四向穿梭車將貨物放置在鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)上等待提升機(jī)的到來，提升機(jī)升至對應(yīng)的庫層，提升機(jī)到位后，PLC 控制鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)將貨物移至提升機(jī)中，貨物到位后，提升機(jī)下降至頂升移載輸送機(jī)處，下降到位，PLC 控制頂升移載輸送機(jī)啟動(dòng)，將貨物移出提升機(jī)，移出到位，PLC 將控制滾筒輸送線啟動(dòng)，將貨物運(yùn)送到出口處，同時(shí)判斷是否出庫到位，未完全出庫，滾筒輸送線繼續(xù)工作，直至完全出庫，若出口處的傳感器檢測到貨物已被取出，則貨物完全出庫，滾筒輸送線停止工作，等待下一次任務(wù)，此次出庫作業(yè)結(jié)束。

圖2 貨品出庫流程Fig.2 Flow chart of goods delivery

2.3 保護(hù)設(shè)計(jì)

整個(gè)系統(tǒng)正常工作，缺少不了保護(hù)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)。從貨品進(jìn)出庫流程來看，PLC 主要控制滾筒輸送線，頂升移載輸送機(jī)，鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)，還需要控制提升機(jī)上升和下降工作，這4 個(gè)工位的驅(qū)動(dòng)都是電機(jī)。為了保證電機(jī)正反轉(zhuǎn)不出錯(cuò)，在硬件中設(shè)計(jì)硬件互鎖，梯形圖中設(shè)計(jì)軟件自鎖和互鎖，采用軟硬件的雙重保護(hù)設(shè)計(jì)，另外，電機(jī)工作都需要考慮短路和過載保護(hù)，發(fā)生短路或過載時(shí)，需立馬停止工作。

工作過程中，任何環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障，該環(huán)節(jié)立馬停車并報(bào)警，便于快速排除故障。對于提升機(jī)來說，故障時(shí)除了停車外，還需位置保持，除了梯形圖設(shè)計(jì)考慮外，對提升機(jī)用伺服電機(jī)還配有保持制動(dòng)器以提高安全性[7]。四向穿梭車工作時(shí)自由度更大，需要考慮的保護(hù)設(shè)計(jì)也更多。

3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 控制系統(tǒng)I/O 分配

PLC 控制系統(tǒng)需要控制滾筒輸送線電機(jī)，頂升移載輸送機(jī)電機(jī)，鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)電機(jī)，外加提升機(jī)電機(jī)工作。提升機(jī)電機(jī)選用伺服電機(jī)，需要匹配伺服控制器。PLC 的輸入信號(hào)除開關(guān)按鈕外，還有傳感器和限位開關(guān)。PLC 的輸出端連接接觸器控制電機(jī)是否得電。為了減少端子的使用，同時(shí)使梯形圖更簡潔，此處將電機(jī)過載保護(hù)放在PLC 的輸出端。另外在每個(gè)工位上還需要報(bào)警蜂鳴器和報(bào)警指示燈以便發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)。控制系統(tǒng)I/O 分配如表1 所示。此表省略進(jìn)出庫脈沖及方向指令和各蜂鳴器及指示燈的分配。

表1 控制系統(tǒng)I/O 分配表Tab.1 I/O allocation table of control system

3.2 控制系統(tǒng)硬件接線

為了提高入庫和出庫時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)向的準(zhǔn)確性，針對電機(jī)正反轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)了硬件互鎖。控制系統(tǒng)硬件接線如圖3 所示[8]。

圖3 控制系統(tǒng)硬件接線圖Fig.3 Hardware wiring diagram of control system

本系統(tǒng)如果在出入口都設(shè)計(jì)自動(dòng)檢測系統(tǒng)，入庫按鈕和出庫按鈕選擇轉(zhuǎn)換開關(guān)，那么入庫通道可當(dāng)出庫通道使用，出庫通道也可當(dāng)入庫通道使用，可根據(jù)需求去選擇進(jìn)出庫通道，以提高入庫或出庫繁忙期的工作效率。

3.3 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)采用梯形圖設(shè)計(jì)，需要對4種工位進(jìn)行控制，從整個(gè)程序的復(fù)雜程度來看，要屬提升機(jī)的程序設(shè)計(jì)，近似電梯程序設(shè)計(jì)[9]，而其他3 種工位的控制程序相對比較簡單。除了對電機(jī)的控制外，梯形圖中還需要數(shù)據(jù)邏輯運(yùn)算，用以統(tǒng)計(jì)入庫數(shù)據(jù)、出庫數(shù)據(jù)、庫存數(shù)據(jù)等，如圖4 所示。

圖4 庫存數(shù)據(jù)處理程序Fig.4 Program of inventory data processing

3.4 觸摸屏

觸摸屏人機(jī)界面操作簡單、易于掌握、功能強(qiáng)大、系統(tǒng)穩(wěn)定性好，適用于復(fù)雜環(huán)境[10]。本設(shè)計(jì)中觸摸屏人機(jī)界面包括首頁、設(shè)置畫面、貨品數(shù)量統(tǒng)計(jì)畫面和實(shí)時(shí)監(jiān)控畫面。首頁主要是選擇工作狀態(tài)，進(jìn)庫還是出庫作業(yè)，顯示需要補(bǔ)貨的提醒，如圖5所示；設(shè)置畫面需要輸入賬號(hào)和密碼后才能進(jìn)行數(shù)據(jù)修改，比如設(shè)置補(bǔ)貨提醒的商品數(shù)量等；貨品數(shù)量統(tǒng)計(jì)畫面，可直觀的看到貨品的入庫數(shù)據(jù)、庫存和出庫數(shù)據(jù)，根據(jù)這些數(shù)據(jù)可判斷出商品是暢銷品還是滯銷品，隨時(shí)作出進(jìn)貨調(diào)整；系統(tǒng)監(jiān)控畫面可直接看見系統(tǒng)的工作狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，并快速作出倉庫空間利用調(diào)整。

圖5 觸摸屏首頁畫面Fig.5 Home page of GT_Designer

4 結(jié)語

本文采用PLC 來做智能倉儲(chǔ)控制器控制家居貨品進(jìn)出庫，更適用于中件和大件貨品的進(jìn)出庫及銷量大的小件貨品，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作，解決了傳統(tǒng)人工搬運(yùn)速度慢、效率低的問題。通過使用觸摸屏來做人機(jī)界面設(shè)計(jì)，可實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，了解系統(tǒng)工作情況。從設(shè)計(jì)的畫面可更直觀的看見庫存數(shù)據(jù)，快速發(fā)現(xiàn)補(bǔ)貨提醒，及時(shí)補(bǔ)貨。根據(jù)進(jìn)出庫數(shù)據(jù)處理，很容易辨別出快銷品和滯銷品，便于合理調(diào)整商品庫存。本系統(tǒng)具有操作方便、控制準(zhǔn)確、可靠性高、維護(hù)簡單等特點(diǎn)，非常適合用于家居貨品進(jìn)出庫。