基于PLC控制的自动化立体仓库仿真研究

赵洪涛，刘家骏

ZHAO Hong-tao, LIU Jia-jun

（淮安信息职业技术学院，淮安 223003）

0 引言

在当今世界时间就是金钱，保证物料在有限的时间内能及时的进行货物的提取同时保证没有呆料的出现，一门综合了系统设备的控制、自动化控制和数据库的管理控制等相关控制技术的工程技术（自动化立体仓库）在这样的背景下出现并发展壮大。自动化立体仓库是通过利用计算机进行管理并加以控制，对于物料的存储以及搬运能够按照系统设计好的程序进行自动的运行的仓储系统，在无人直接参与的情况下实现物料的自动存取且实现仓库中物料的数量信息和计算机中的数据信息一致。自动化立体仓库由高层次立体式货架、堆垛机、传输装置、计算机系统、自动化系统以及围绕仓库中物料的管理上的一些周边搬运系统组成。

先进的自动化立体仓库能实现土地资源的节省；实现物料的随机化的存储；在物料的利用上保证100%，使得物料保证先进先出；在物料的管理上可以做到防盗以及防损；减轻劳动强度；实现物料管理的智能化，做到计算机中数据信息与仓库中物料的实际存储量的一致性；便于呆料翻查和节约成本。本研究针对基于PLC的控制方式实现自动化立体仓库的控制管理。

1 PLC控制技术

本论文对自动化立体仓库的研究实现上是通过PLC技术的利用。基于PLC技术的控制能够保证设备工作上协调性。

1.1 PLC简介

PLC是能够进行数字化处理方式的电子控制装置，它专门应用在工业生产设计上。实质上就是应用在工业环境下的计算机，如图1所示。

图1 PLC的组成等效图

1.2 控制方案设计

在自动化立体仓库系统中对物料堆垛机的应用可以实现立体仓库的自动控制，如图2所示。而这其中最关键的地方就在于在物料的存储及搬运上能够按照程序设定好的方式进行入库和出库，而对于这一过程的操作方式目前实际控制中有很多实现，包括通过利用继电器的原理可以实现这样一个存储及搬运过程，还可以通过单片机以及PLC实现这一控制。但是值得一提的就是堆垛设备对于物料不仅仅是堆垛，还具有其他的功能，也就是真正价值体现的依据是自动化立体仓库系统，保证在整个系统中所有的设备工作的协调统一。相较于继电器和单片机，应用PLC系统可以实现控制上的优良性。控制网络的构成主要是主站和从站，主站由一台PC或者一台PLC组成，从站由多台PLC组成。以可编程逻辑控制器PLC为中心，实现下位机与上位机之间的通信，进而使得整个仓库系统实现自动化的控制，如图3所示。

图2 自动化立体仓库货架示意图

图3 自动化立体仓库平面示意图

1.3 监控系统

通过PLC控制技术的应用，使得立体仓库系统实现自动化的过程控制。再通过组态王监控软件进行过程中环节的监控。具体的可以应用通用的监控系统（MCGS），通过采集现场控制过程中的数据然后加以处理。最后形成一套能够在实际应用中完成问题解决的实现方案，通过多种形式加以输出，即动态的画面效果显示、实时的监控报警、流程环节控制以及输出报表等。首先要完成的就是实现画面的监控建立，主要包含的显示画面有：温/湿控制、货架、物料存/取模式、物料位置等相应的显示画面；其次是完成对数据实时监控并存储的数据库的建立，进而对其中的数据对象加以定义。其中涉及到的数据对象主要包含：开关型的数据对象即针对于PLC控制系统中的I/O端、数值型的数据对象即针对于堆垛机具体的运行动画以及一些和具体的控制过程相关的数据对象等；最后就是完成所有画面的动态连接。

1.4 仿真测试

取货的命令被响应后，基于已经完成设定的I/O端口，设定相应的位移量利用数据的移位指令为双字节，使两路分别位于X轴和Y轴的步进电机同时进行正向的转动，以接近各自目标点进行运动。

当目标点值到达后，两路步进电机就停止动作并发出相应的信号，这时完成相应的响应动作的是分别完成对X轴和Z轴的步进电机进行驱动的器件，主要动作行为是X轴的驱动器完成与相应的步进电机动作行为的断开，Z轴的动作行为正好与之相反。与此同时，Z轴上的步进电机对PLC控制器发出的信号进行接收，动作上完成正向转动，运动接近其目标点值。到达后就停止运动。

动作停止后完成0.5s的延时，为下一个动作执行做准备。Y轴的步进电机进行反向的转动完成下降的动作，之后工作台就要对物料进行存取，到达目标点值后停止动作。再进行0.5s延时，Z轴的步进电机进行反向的转动返回初始位置。位置到达后，动作停止，相应的继电控制器复位。Y轴和Z轴的步进电机都完成相应的动作。

设定相应的位移量利用数据的移位指令且是双字节的，使两路分别位于X轴和Y轴的步进电机同时进行反向的转动，具体的动作是返回初始位置。到达后，两路电机动作停止回到初始位置，物料就完成了初始位置的送达。

物料到达初始位置后，Z轴的步进电机通过其转动方向的不同完成不同的动作使得物料最终得以放下。动作行为的完成与设定程序的步进指令相符。这就完成了物料的设定仓位的取出和送回的动作过程，如图4所示。

2 结束语

图4 物料存取仿真测试图

随着应用在立体仓库上的相关控制技术的不断进步，自动化立体仓库对物料存储及搬运更加高效以及安全可靠，作为生产企业在实际生产上实现整个生产过程的自动化要求加以应用，同时也是积极应对当前社会对于物料仓储方面的完善措施。本研究基于PLC的控制技术可以实现仓库管理控制的高效的自动化，对其资源的合理利用实现了便捷化的维修、高抗干扰能力和故障的低发生率。在程序的编制实现上简单化及合理化，使得仓库的运行更加的安全可靠。相应的组态的监控的系统应用在整个仓库自动化运行的全过程，使得状态的实时监视从而可以及时进行故障的排查及处理。在实际的生产运营中具有很好的前景。

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