基于人机界面控制的立体仓库系统的设计

朱重阳

摘要：利用空间的立体性，立体仓库系统实现了货物的自动存储与分拣。本文设计出一个基于三菱PLC、电机、MCGS触摸屏的立体仓库系统，实现了远程存、取货物及监控仓库动态运行情况。

关键词：立体仓库系统；三菱PLC；电机；MCGS触摸屏

中图分类号：TP202 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2019）01-0006-02

1 立体仓库系统概述

立体仓库系统通过合理利用空间的立体性，来完成货物的自动化分类与存储。它分为存货与取货两个过程。存、取货时，按照指令进入指定的仓位，完成货物的存取操作。本系统设计出一个二维矩阵模型，以四层、三列为例，组成十二个仓位。由三菱PLC及相关电机，实现三维度X、Y、Z方向上的运动控制。通过触摸屏进行远程存、取货物及监控仓库动态运行情况。

仓库的整个控制系统由仓库本体、上位机监控系统即触摸屏和下位机PLC控制系统组成。在仓库本体上集成了仓位，巷道起重机（两个步进电机、一个直流电机，满足X、Y、Z三个方向的运行）、触摸屏、电源单元、接口单元等组成。

仓库系统的控制方式有两种，其一为面板手动控制模式，在此模式下，既可以完成设备的调试、维护、维修，又可以存取货物；其二远程监控模式，通过触摸屏、PLC等，来完成控制过程的动态监控。

2 立体仓库结构及控制原理

系统在电气结构上，小功率直流电机的正反转，来实现取、放货物；两个步进电机同时工作，完成水平、垂直方向上的运送货物。利用不同类型的传感器，来完成输入信号的采集工位的保护等。

系统在硬件设计上采用滚珠丝杠、滑杠和普通丝杠作为主要传动机构。当码垛机平台移动到货架的指定位置时，送货台向前伸出可将货物取出或送入，当取到货物或货已送入，则铲叉向后缩回。整个系统可满足三维的位置控制。其工作流程如图1所示。

同时，根据其硬件结构设计出，系统的PLC的IO接线图。系统设计了矩阵键盘，来采集存取按键情况及仓库状况。这一键盘模式的设置，节省了PLC的IO口。矩阵键盘输入采集，通过PLC软件设置的时钟扫面程序，通过分时选通行数A，传感器采集库里面的状态输入到PLC，可以到达较少的点数（加和），来表征较多的状态（乘机）。

在PLC的硬件连接上，将检测行接PLC输出端子上，通过定时器设置接通输出端子Y，来不断扫描，分时选通，仓库及键盘的检测系列接PLC的输入端子，设定为输入检测，接收仓库传感器及按键信息。

3 系统程序设计

本系统的程序设计，分为两部分，其一按钮扫描和仓库扫描，即将键盘的按键情况反馈给PLC，将仓库的有无空位情况实时传递给PLC，以保证存取操作的有效性；其二就是电机的运行控制，即双轴步进电机按要求运行到指定位置和直流电机的正反运动。下面分别进行阐述：

3.1 按键扫描和仓库扫描

按键扫描和仓库扫描的程序设计，是要将按键的出入库情况、库号选择情况、仓库空置情况实时的传递给PLC。由于硬件矩阵键盘的设计，需要软件上进行循环扫面，分时选通的结构。通过输出端子和控制按钮时长，就可以将按键情况和仓位情况，转存到辅助继电器M中，其程序如图2所示。

3.2 电机控制程序设计

电机控制的程序设计，首先要满足设备的初始化，即上电之后，电机控制的三个方位的运行，回到原点位置。在次基础上，完成进行取货和存货。

3.3 监控系统设计

人机界面的监控系统，由MCSG组态来完成。所有的存取货物操作，及仓库的运行状况，均可在此界面完成及动态监控；监控系统集成了操作系统，仓库监控系统、检测信号监视等功能。人机界面的监控系统如图3。

（1）在此操作系统下，可以进行货物存取库操作，系统的复位操作，急停操作及取消等操作，实现系统的远程化控制；

（2）在仓库监控系统下，完成所有仓位的动态监控，实时监控货去哪了；

（3）检测信号监控，是在仓库数据采集基础上完成的，采集了各种光电、开关的输入信号，及电机等负载信号，实时显示电机的升降、铲叉的平移等，与现场实际一直。

3.4 通讯设计

三菱PLC与MCGS组态的联机运行，可同时分别设置参数来完成通讯设置。组态通过串口、PLC通过485通讯口，建立硬件连接。在通讯协议上，组态要设置通讯口的波特率、数据长度、奇偶校验、停止位等，建立通讯协议。三菱PLC既可以设置程序参数，又可以通过PLC内的D8120，来完成设置。此协议的设置必须和组态的保持一致，就可以实现两者之间的数据传输。

4 结语

此立体仓库系统通过系统构建、硬件搭建、软件实现等工作流程，有效完成了预设的构想，通过调试，完全实现了货物的自动存取及仓库情况的动态监控。为空间的立体化利用，开创了良好的实际效果和示范效应。

参考文献

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[3] 徐茜.电气控制與PLC应用技术教程[M].北京：机械工业出版社，2015.

[4] 杨少光.机电一体化设备组装与调试备赛指导[M].北京：高等教育出版社，2015.

Abstract：The automatic storage and sorting of goods is realized by the stereoscopic warehouse system. This paper designs a three-dimensional warehouse system based on MITSUBISHI PLC， motor and MCGS touch-screen. It realizes remote storage， retrieval of goods and dynamic operation of monitoring warehouse.

Key words：stereoscopic warehouse system；MITSUBISHI PLC；motor；MCGS touch-screen