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基于西門子PLC的自動化立體倉庫堆垛機控制系統(tǒng)設計

發(fā)布日期： 2013-04-21 發(fā)布：  

  2013年第2期目錄       本期共收錄文章20篇

　　【摘要】自動化立體倉庫是建立在計算機管理技術、自動化控制技術和機械制造設計技術三者的基礎上，它具有獨立完成倉庫物流作業(yè)的能力，準確的將貨物運送至存取地點，并科學管理倉儲信息，因而它是促進現(xiàn)代物流進程的關鍵。自動化立體倉庫堆垛機控制系統(tǒng)主要由計算機管理系統(tǒng)、高層貨架和堆垛機三部分組成，本文針對其結構和工作流程進行了簡單的介紹，并著重講述了各子系統(tǒng)的硬件、軟件設計，，以促進自動化立體倉庫堆垛機控制系統(tǒng)在現(xiàn)代物流倉管中的運用。
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　　【關鍵詞】自動化立體倉庫系統(tǒng)；西門子；PLC
　　1.前言
　　現(xiàn)代物流技術和自動化技術的不斷發(fā)展衍生了各種物流產(chǎn)品，立體倉庫就是針對物流倉儲常用的一種，立體倉庫作為自動化技術的產(chǎn)品，它綜合了自動控制技術與計算機管理技術，借助堆垛機對貨物實現(xiàn)存取操作，自動化立體倉庫堆垛機不僅具有存取貨物的功能，它還能對貨物進行分類、分揀、計數(shù)和配送等操作。自動化立體倉庫主要由計算機控制系統(tǒng)、自動化堆垛機和高層貨架三部分組成，多個功能子系統(tǒng)共同構成了物流倉儲的信息系統(tǒng)。隨著客戶對物流信息化要求增高，切實掌握倉儲情況及時更新倉儲信息成了現(xiàn)代物流信息化的重要因素，為了提高物流信息的可靠性和實時性，我們必須保證立體倉庫系統(tǒng)具有正常作業(yè)和信息統(tǒng)計功能。除此之外還需提高立體倉庫系統(tǒng)的柔性化，在系統(tǒng)中融入條形碼掃描技術和射頻計數(shù)等采集貨物信息的技術，以滿足現(xiàn)代物流自動化需求。
　　2.自動化立體倉庫系統(tǒng)設計
　　從圖1可看出自動化立體倉庫主要包括計算機控制系統(tǒng)、自動存取設備和高層貨架三個部分，另外它還具有整合子系統(tǒng)收集整理信息等功能。自動化立體倉庫由多個環(huán)節(jié)綜合而成，在多方面因素的相互作用下其過程相對復雜，因而構建自動化立體倉庫，首先需了解各個組成部分的特性和相互作用。計算機控制系統(tǒng)即人機交互界面，通過它操作人員可對立體倉庫的運作進行控制和監(jiān)視，另外貨物存儲和物流作業(yè)安排都是由控制系統(tǒng)負責；高層貨架與傳統(tǒng)的貨架區(qū)別在于利用貨物的層疊擴展和延伸儲存空間，科學有序的安置不僅使得貨物分類明確，同時也降低了管理難度；自動存取設備是執(zhí)行任務的主要工具，作為倉儲作業(yè)的主要勞動力，它決定了物流倉儲的工作效率，提高立體倉庫運行效率的關鍵就在此。如圖1所示為自動化立體倉庫系統(tǒng)構成圖。
　　自動化立體倉庫與周邊設備的位置呈星形拓樸模式，自動化立體倉庫系統(tǒng)主要由堆垛機工控系統(tǒng)、計算機上位機WMS軟件系統(tǒng)、轉軌車工控系統(tǒng)、地面主柜工控系統(tǒng)和AGV工控子系統(tǒng)五部分組成。WMS是自動化立體倉庫管理系統(tǒng)的軟件，該系統(tǒng)屬于常見的數(shù)據(jù)庫應用軟件系統(tǒng)。由于該軟件是按照標準化設計的，因而在貨物控制和管理中具有很強的相似性，因此可將它作為企業(yè)ERP系統(tǒng)的一個子模塊，主要負責兩者的數(shù)據(jù)交匯。相對應用系統(tǒng)而言，針對不同的項目堆垛機的設置需嚴格按照要求定制，對工控系統(tǒng)而言除了在功率配置上有所不同外，其它工作模式基本類似，因此，采用標準化的軟件就可進行設計開發(fā)。轉軌車的工作原理更加簡單，它只需按照設定軌道將貨物運行到制定地點，AGV工控系統(tǒng)從上位機上接受任務指令后，負責對貨物進行裝卸
　　3.堆垛機工控系統(tǒng)硬件設計
　　如圖3所示堆垛機工控系統(tǒng)包括了計算機控制平臺、地面主柜控制系統(tǒng)以及堆垛機控制系統(tǒng)三個部分。堆垛機控制系統(tǒng)本身具有輸入輸出數(shù)字端口（I/0）模塊，它主要由三個驅動部分、激光定位單元和保護功能傳感器共同組成，通過端口與PLC相連接，接收堆垛機PLC控制器的指令并執(zhí)行任務。操作人員只需在堆垛機提供的手動控制按鈕端口處輸入指令，即可實現(xiàn)手動模式。如圖2所示為堆垛機工控系統(tǒng)結構框圖。
　　堆垛機工控系統(tǒng)模塊配置包括輸入地址、輸出地址、訂貨號、固件、MPI地址等信息，其中MPI地址號主要是針對在線調試通訊。另外該系統(tǒng)使用的西門子PLC本身自帶現(xiàn)場總線通訊功能，針對不同方向的電機變頻器及激光定位裝置提供通訊，Profibus總線連接配置需與從機號相對應，保證主機與從機之間的正常通訊。如圖3所示為堆垛機工控系統(tǒng)模塊配置。
　　地面主柜控制系統(tǒng)的主控單元采用的是西門子PLCCPU315-ZDP，數(shù)據(jù)交互則是通過CP343-1Lean無線通訊模塊實現(xiàn)計算機主控系統(tǒng)與堆垛機之間的通訊。根據(jù)倉儲需求地面主柜控制系統(tǒng)需具備液晶顯示和操控按鈕輸入兩項功能，通過在線操作實現(xiàn)立體倉庫的半自動功。CP343-1Lean無線通訊模塊與TCP/IP局域網(wǎng)連接后，操作人員可布置相應的任務，數(shù)據(jù)通過PC機可直接進行交換，計算機管理系統(tǒng)根據(jù)數(shù)據(jù)引導便可下達相應的指令，由堆垛機執(zhí)行命令完成任務。
　　4.堆垛機工控系統(tǒng)軟件設計
　　堆垛機工控系統(tǒng)是由堆垛機控制系統(tǒng)、地面主柜控制系統(tǒng)和計算機上位機軟件三部分實現(xiàn)立體倉庫的自動化，前兩者是建立在PLC基礎上，主要針對西門子PLC集成第七步設立的開發(fā)環(huán)境；后者則是通過visua1C++實現(xiàn)環(huán)境開發(fā)的，Visualstudio6.0是該軟件的主要開發(fā)環(huán)境。
　　4.1 堆垛機控制系統(tǒng)軟件設計
　　借助PLC堆垛機控制系統(tǒng)可實現(xiàn)其功能，按照程序標準在第七步集成開發(fā)環(huán)境下對功能模塊進行設計，由堆垛機控制系統(tǒng)控制的五個子模塊分別具有入庫功能、出庫功能、轉彎功能、通訊功能和保護功能，而堆垛機控制系統(tǒng)則是各子模塊的控制中心，同時負責對數(shù)據(jù)進行發(fā)送與監(jiān)聽、功能請求與判斷、數(shù)據(jù)實時捕捉、激光數(shù)據(jù)定位以及采集傳感器信號等工作。如圖4所示為堆垛機控制系統(tǒng)軟件框圖。
　　入庫功能模塊根據(jù)接收到的指令將貨物從卸貨點運送到指定貨架的某個位置，它的云次運行流程為移動到制定貨源位置、升出貨叉、載貨臺微升、收回貨叉、移動到高層貨架制指定位置、升出貨叉、載貨臺微降、收回貨叉。其中貨源位置和高層貨架位置是用坐標表示的，x代表平行貨架的行號，Y代表位于固定軌道方向的貨架列號，Z代表縱向位置即貨架高度，用坐標的方式表示可將貨物準確的送至指定位置。當操作過程中沒有無轉軌車，堆垛機執(zhí)行任務的運動軌道轉變?yōu)閳A弧形，當堆垛機運行速度過快時就可能出現(xiàn)側翻現(xiàn)象，且運行速度過快對軌道早成的磨損也就越大。當堆垛機從一條巷道進入另一條巷道，貨叉方向發(fā)生了左右置換，此時還需要考慮堆垛機存取貨物時所在行道，需要用奇數(shù)偶數(shù)的方法來判斷貨叉方向是否發(fā)生了左右置換。堆垛機轉彎動作：接收入庫指令后起動運行直至轉彎點，降低運行速度準備轉彎，由于激光定位裝置無法定位轉彎位置，因此無法獲取相應的定位信息，當堆垛機運行到水平位置，激光定位裝置恢復定位功能，獲取對應的定位信息，設置左右貨叉方向到達新巷道目標地址，這就是轉彎的整個過程。 　　4.2 地面柜臺控制系統(tǒng)軟件設計
　　地面主柜控制系統(tǒng)主要負責堆垛機的半自動作業(yè)過程，在控制盤鍵盤上輸入作業(yè)指令使堆垛機開始作業(yè)，通過地面柜臺的控制盤顯示設備對堆垛機運行狀態(tài)信息進行查看和監(jiān)督，該控制系統(tǒng)可對堆垛機實行在線調試，另外當上位機出現(xiàn)通訊失靈現(xiàn)象時還可通過手動調度協(xié)助堆垛機完成作業(yè)。地面主柜控制系統(tǒng)主要由PLC主控制單元、輸入輸出I/O接口、無線數(shù)據(jù)模塊和LCD顯示模塊四部分組成。
　　4.3 上位機軟件系統(tǒng)設計
　　自動化立體倉庫是自動化技術與計算機技術兩者的綜合產(chǎn)品，在現(xiàn)代物流中采用自動化立體倉庫不僅降低了倉儲成本，還提高了倉儲管理效率，上位機軟件的規(guī)范性和通用性是自動化立體倉庫的有效保證。計算機上位機軟件在自動化立體倉庫的管理中具有以下功能：貨物在庫管理、貨物調整貨位管理、入庫出庫管理、遠程監(jiān)控堆垛機的運行狀態(tài)、錄入和查詢貨單、對地面主柜工作狀態(tài)進行遠程控制、打印庫存物流信息。
　　5.結語
　　本文針對自動化立體倉庫堆垛機控制系統(tǒng)進行了設計和研究，提出了基于西門子PLC的自動化立體倉庫堆垛機控制系統(tǒng)設計，該設計不僅包含了堆垛機坐標運行設置，還包括地面主柜控制系統(tǒng)軟件的實現(xiàn)與計算機端上位機管理信息系統(tǒng)的實現(xiàn)。堆垛機是自動化立體倉庫執(zhí)行任務的主要器械，同時也是倉庫搬運的主要勞動力，它的運行受到了地面主柜控制系統(tǒng)和上位機管理信息系統(tǒng)的共同作用。對于控制系統(tǒng)設計而言，PLC控制器和外圍擴展設備都是有各種功能模塊組成，只需通過編程就可實現(xiàn)模塊功能，唯一需要考慮的是它們之間的相互兼容性，因此需根據(jù)子系統(tǒng)的功能要求進行編程，明確模塊化思想。
　　參考文獻
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　　作者簡介：哈貴庭（1961—），男，回族，寧夏靈武人，大學本科，寧夏職業(yè)技術學院教授，主要研究方向：計算機網(wǎng)絡、計算機過程控制。

  本文關鍵詞：基于西門子PLC的自動化立體倉庫堆垛機控制系統(tǒng)設計，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。