PLC在模拟立体仓库中的应用

赵妍

摘 要：针对目前仓储行业劳动密集、效率低下的落后面貌，本文在简要介绍立体仓库系统基本构成的基础上，重点探讨了利用松下电工生产的FP0型可编程控制器来实现控制面板智能显示、堆垛机三维位置控制的方法和程序，经调试成功，此系统运行稳定可靠。

关键词：立体仓库；可编程控制器；堆垛机；智能显示；三维位置控制

引言

仓库是港口物料供应的重要基地，仓库进出库的自动化程度直接影响港口作业生产的效率，目前在部分港口仓库中已出现“立体仓库”的应用案例，立体仓库是指无需人工参与能自动地完成物料仓储和取出的系统，它一般是以多层立体货架为承重主体，借助成套设备（堆垛机）完成搬运，是集自动控制技术、通讯技术、机电技术于一体的高效率、大容量存储机构.它的出现，实现了仓库功能从单纯保管型向综合流通型的转变，提升了港口生产备件管理水平。

PLC全称Programmable Logic Controller，即可编程控制器，它是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术而发展起来的一种新型工业控制装置.由于PLC具有可靠性高、环境适应性强、维护简单等优点，因此，目前以PLC作为立体仓库的核心控制单元最为普遍。

本文将在简要介绍立体仓库构成的基础上，重点探讨PLC在仓库存取物料中的应用。

1 系统模型硬件构成

立体仓库主体由底盘、模拟四层十二仓位库体、运动机械及电气控制等4部分组成.主体仓位的左、右两侧分别为货物入口位和出口位.其结构示意图如图1所示。

①底盘 ②四层十二仓位库体 ③控制面板 ④可编程控制器 ⑤X轴步进电机 ⑥Y轴步进电机 ⑦Z轴直流电机 ⑧堆垛机 ⑨物品入口位

用户操作的控制面板安装在底盘上，上面设置有仓位选择键，取、送、放弃选择键，还有仓位显示数码管，状态显示灯。

1.1 机械组成

模型机械部分采用滚珠丝杠、滑杠等机械元件，采用步进电机、直流电机作为拖动元件，并通过限位开关、微动开关的状态反映工况信息.限位开关安装在堆垛机运行中的极限位置，微动开关则安装在十四个仓位的底部，货物入库时压制相应的微动开关使其闭合，出库时，微动开关断开。

1.2 电气组成

电气控制由松下电工生产的FP0型PLC、电机驱动模块等组成。上述各位置传感器的通、断状态作为输入信号送入PLC，经内部程序运算，再由输出端口的开、关量去控制电机驱动模块，图2即为系统硬件结构控制图，而表1为PLC硬件连接的I/O地址分配表。

2 控制系统软件设计

立体仓库运行的技术要求为：输入仓位号后，系统自行判定所选仓位的库存情况，并显示仓位无货和有货的信息；判断指令的有效性并执行，即对有货的仓位，“取”指令有效；对无货的仓位，“送”指令有效.对于合法的命令，堆垛机将自动运行到指定仓位，执行操作，并且相应的状态显示灯亮；而对不合法的指令，系统不予响应；指令完成后，机械自动返回到入口位，各元件复位。

整个软件设计包括两个子程序模块：数码管显示模块和堆垛机三维位置定位模块。

2.1 数码管智能显示

编程中通过采用两个时钟为0.01s的定时器交替导通分别对数码管的明暗进行控制，完成了数码管的闪烁功能，丰富了其控制内涵.以1#仓位显示为例，当用户按下1#键时，比较语句[= WR11，H1]和常开触点Y20闭合两个条件均满足，中间继电器R121被置位；根据1#库位的库存情况，即有货时X41闭合，无货时X41断开，来分别控制动态闪烁的中间继电器R11和静态显示的中间继电器R10，然后将R10、R11并联控制输出口Y24，从而达到数码管正确反映库存的显示要求。图3即为控制1#仓位显示的梯形图程序.其他仓位的控制则大同小异，不同之处仅在于中间继电器最后要接入不同的输出口Y23～Y27，具体可参照表1。

2.2 堆垛机三维位置定位

堆垛机由水平、垂直及伸叉机构3部分组成，水平、垂直部分运动分别由X轴、Y轴步进电机驱动丝杠完成，伸叉机构由上层的铲叉和底层的丝杠传动机构组成，铲叉可前后伸缩，其运动由Z轴直流电机正反转控制。

堆垛机的运动主要包括：

（1）定位精度：在使堆垛机能准确寻找目标仓位进行存取操作。

（2）速度特性：起制动过程迅速。

（3）位置、速度控制与方向判断：在接近指定位置减速，到达指定位置準确停车。

堆垛机定位采用绝对值位置控制的编码器认址方式，该方式是以水平、垂直方向步进电机每转输出的脉冲数为基础，对立体仓库的每个货格都予以二维地址编码.当堆垛机运行时，PLC根据目的地址和原点基准地址之间的脉冲差值来控制电机的位移.图4为其输出两路脉冲控制X、Y轴步进电机的梯形图程序。

3 结束语

当下港口生产使用的大型机械在日益大型化、结构复杂化，港口机械备件管理的重要性在日益显现，立体仓库的出现打破了传统仓库物资管理模式，既节约了库房建设成本，又节省了后期仓库物资的管理成本，对于当前处于经济转型期的港口经营形势来说，是一项重要的管理及技术革新。

参考文献

[1]林春方.可编程控制器原理及其应用[M].上海交通大学出版社，2004.

[2]麻桃花.可编程控制器应用系统设计方法[J].价值工程，2013，（23）：186-187.

[3]贺力克.可编程序控制器在模拟立体仓库中的应用[J].湖南工业职业技术学院学报，2003，3（2）：20-21.

（作者单位：日照港集团岚山港务公司）