1 引言

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)飛速的發(fā)展和企業(yè)現(xiàn)代化生產(chǎn)規(guī)模不斷的擴(kuò)大，現(xiàn)代物流系統(tǒng)從六十年代剛剛起步到現(xiàn)在蓬勃發(fā)展，其中立體倉庫控制系統(tǒng)是不可缺少的重要部分。立體倉庫控制系統(tǒng)是以PLC作為控制核心，集自動控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)和機(jī)電一體化技術(shù)于一體的高科技控制設(shè)備。本文探討了如何利用德國西門子PLC S7—200實(shí)現(xiàn)立體倉庫控制，并分別從硬件和軟件兩個(gè)方面進(jìn)行了分析和研究。

此自動控制系統(tǒng)已在營口紅塔集團(tuán)得到了很好的應(yīng)用。

2 系統(tǒng)概況

自動化立體倉庫又稱自動存取系統(tǒng)(AS／RS)，是一種用高層立體貨架儲存物資，坩自動控制堆垛機(jī)進(jìn)行存取作業(yè)和，f=I計(jì)算機(jī)監(jiān)控管理的倉庫。目前，立體倉庫主要有以下幾種形式：升降橫移式、巷道堆垛式、垂直提升式、垂直循環(huán)式、圓形水平循環(huán)式等等。本系統(tǒng)采用巷道堆垛式立體倉庫，此系統(tǒng)由PLC、堆垛機(jī)、計(jì)算機(jī)、貨架、出入庫輸送機(jī)等設(shè)備構(gòu)成。其巾PLC是控制核心，堆垛機(jī)是立體倉庫的主要存取設(shè)備，它是由機(jī)架、行走機(jī)構(gòu)、升降機(jī)構(gòu)、載貨臺、伸叉、導(dǎo)軌構(gòu)成。堆垛機(jī)執(zhí)行PLC命令去高速度、高密度地自動存取貨物，同時(shí)在上位機(jī)可進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

根據(jù)立體倉庫控制系統(tǒng)要求，我們采用了德國西門子PI C S7—200 CPU226型號，此類型PLC可以滿足多種多樣自動化控制的要求，它雖為小型機(jī)，但有些功能可與大中型PLC 媲美。S7—200具有很強(qiáng)大的指令系統(tǒng)，具有功能齊全的編程軟件和界面友好的工業(yè)控制組態(tài)軟件，同時(shí)它有多種功能模塊，便于組網(wǎng)，有良好的擴(kuò)展性。此外，低廉的價(jià)格，很高的性價(jià)比也是我們采用它的重要原因。尤其它的兩路高速脈沖輸出(Fro)功能在步進(jìn)電機(jī)控制上非常的方便，它可以直接通過驅(qū)動模塊來驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)不同的旋轉(zhuǎn)要求，從而實(shí)現(xiàn)起步的加速或停止時(shí)的減速。

此系統(tǒng)為了保證堆垛機(jī)三維位置移動定位的精確 ，在同一位置誤差不超過10毫米，我們采用兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)控制堆 機(jī)的升降和行走。同時(shí)伸叉控制使用直流電動機(jī)為執(zhí)行元件，完成伸出收回動作。堆垛機(jī)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。PLC把多種輸入信號如控制面板信號和傳感器信號采樣進(jìn)來，通過PLC內(nèi)部邏輯控制和運(yùn)算處理，輸出步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動所需的Fro脈沖等信號，從而控制堆垛機(jī)通過導(dǎo)軌按其指定距離運(yùn)動，同時(shí)輸出變量控制直流電動機(jī)正反轉(zhuǎn)從而控制伸叉的伸出和收回動作。



此系統(tǒng)的輸入信號分為兩部分，一是控制面板上的控制按鈕，包括急停按鈕、自動手動轉(zhuǎn)換開關(guān)、左右按鈕、上下按鈕、伸出和收回按鈕。另一部分是各方位的限位開關(guān)，包括：上下限位、左右限位、伸出限位和收回限位。此系統(tǒng)的輸出相對要復(fù)雜一些，s7—200 CPU226支持兩路的PTO脈沖輸出，分別為QO．0和QO．1。PTO可以輸出一串占空比50％的脈沖，我們可以控制脈沖的周期和個(gè)數(shù)，其中周期可以根據(jù)需要選用微秒或毫秒，脈沖個(gè)數(shù)是一個(gè)32位的無符號數(shù)。此系統(tǒng)用QO．0來控制上下電機(jī)的運(yùn)動，QO．1來控制左右電機(jī)的運(yùn)動。另外，步進(jìn)電機(jī)還有正反轉(zhuǎn)控制功能，用QO．2來控制上下電機(jī)的運(yùn)動方向，用QO．3來控制左右電機(jī)的運(yùn)行方向。同時(shí)，用QO．4和QO．5來控制伸叉電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。

此系統(tǒng)PLC硬件I／O端口分配表如表1所示，硬件接線圖如圖2所示。





4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

4.1 通訊協(xié)議的制定

當(dāng)選擇自動的工作方式，上位機(jī)可以通過通訊來控制PLC并最終控制步進(jìn)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)堆垛機(jī)的送貨和取貨過程。

PLC通過串口與上位機(jī)做通訊，當(dāng)有操作的時(shí)候會將控制信息發(fā)給PLC，PLC收到后發(fā)回一個(gè)接收到的信息，并在執(zhí)行完發(fā)回一個(gè)完成信息。

我們采用計(jì)算機(jī)編程軟件Ⅵsu Basic 6．0作為 佬 撳件，在PLC和VB編程的時(shí)f嚏設(shè)置，兩邊的波特率部為9600bps，每個(gè)字符的數(shù)據(jù)為8位，—個(gè)啪匕位。通信協(xié)議定義如下：

“#”+bytel+byte2+byte3+chr(13)

其中，byte1為控制字符(cON)，設(shè)0為入庫，設(shè)1為出庫，設(shè)2回原點(diǎn)，設(shè)3為停止。byte2和byte3分別為貨架左右和上下運(yùn)動脈沖輪廓號。Chr(1 3)為回車符表示信息結(jié)束。

4．2 向?qū)渲肞TO 脈沖輸出

西門子s7—200有兩臺PTO／PWM 生成器，建立高速脈沖鏈或脈沖寬度調(diào)節(jié)波形。一臺生成器指定給數(shù)字輸出點(diǎn)QO．0，另一臺生成器指定給數(shù)字輸出點(diǎn)QO．1。一個(gè)指定的特殊內(nèi)存(SM)位置為每臺生成器存儲以下數(shù)據(jù)：一個(gè)控制字節(jié)、一個(gè)脈沖計(jì)數(shù)值和一個(gè)循環(huán)時(shí)間和脈沖寬度值。

我們使用S7-200編程軟件STEP7所帶的脈沖輸出向?qū)磉M(jìn)行脈沖串輸出和運(yùn)動輪廓的配置。PTO的輸出直接控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器的PLS接口，我們只要精確地控制輸出脈沖的數(shù)量和周期，那么電機(jī)就能實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的運(yùn)動距離了。因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)驅(qū)動器提供了細(xì)分功能，所以不同的細(xì)分方式下電機(jī)的相同轉(zhuǎn)數(shù)則需要不同的脈沖個(gè)數(shù)。根據(jù)公式：(脈沖個(gè)數(shù)=運(yùn)行距離／齒輪周長 步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)步數(shù) 細(xì)分?jǐn)?shù))計(jì)算出運(yùn)動一格的脈沖數(shù)添入向?qū)峁┑妮喞?，在程序中根?jù)各個(gè)情況調(diào)用不同的運(yùn)動輪廓來實(shí)現(xiàn)運(yùn)動距離。

立體倉庫的入庫程序流程圖如圖3所示，具體梯形圖和VB程序省略。



5 結(jié)束語

PLC應(yīng)用于立體倉庫控制系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的繼電接觸器控制系統(tǒng)相比較，具有通用性強(qiáng)，可靠性高，操作方便，維護(hù)簡單等優(yōu)點(diǎn)。此控制系統(tǒng)經(jīng)過兩年多的實(shí)際運(yùn)行，自動化程度高，空間利用率高，減輕了勞動強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率，已取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益，具有很好的應(yīng)用前景。