【正文】 機控制立體倉庫。同時通過PROFIBUS— DP 現(xiàn)場總線網(wǎng)實現(xiàn) 三 臺 PLC 的連接以及與監(jiān)控系統(tǒng)的通信，接收出入庫指令，完成相應(yīng)的出入庫操作 。 1 基于 西門子 S7 一 200PLC 的立體倉庫控制系統(tǒng)的設(shè)計 摘 要 自動化立體倉庫集存儲、搬運、輸送、分發(fā)一體，作為工業(yè)物流與計算機集成制造系統(tǒng) (CIMS)的一部分，代表了當今物流發(fā)展的趨勢。研究了整個控制 系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)與控制原理，進行 了總休功能設(shè)計重點設(shè)計了 PLC 控制的程序模塊，實現(xiàn)了各個單元的單動控制與聯(lián)動的順序控制。 立體倉庫的產(chǎn)生和發(fā)展是第二次世界大戰(zhàn)之后生產(chǎn)和技術(shù)發(fā)展的結(jié)果。在我國，自動化倉庫應(yīng)用的行業(yè)主要有機械、冶金、化工、航空航天、電子、醫(yī)藥、食品加工、煙草、印刷、配送中心、機場、港口等。 PLC 是集自動控制技術(shù)，計算機技術(shù)和通訊技術(shù)于一體的一種新型工業(yè)控制裝置，已 躍居工業(yè)自動化三大支柱（ PLC、 ROBOT、 CAD/CAM）的首位。 在管理系統(tǒng)中，研究內(nèi)容涉及到 ： 自動化立體倉庫的出入庫方式、存儲策略及貨位分配原則 ： 根 據(jù)自動化立體倉庫中存放貨品的特點，提出了采用分類隨機存儲和定位存儲相結(jié)合的貨品存儲策略。立體庫的投入使用，徹底解決了這一難題。 自動化立體倉庫由以下部分組成： 高層貨架：用于存儲貨物的鋼結(jié)構(gòu)。根據(jù)其導向方式分為感應(yīng)式導向小車和激光導向小車。分離式是指儲存貨物的貨架獨立存在，建在建筑物內(nèi)部，主要用于高度不大或者己經(jīng)有建筑物的情況。 (2 )貫通式貨架倉庫。垂直旋轉(zhuǎn)貨架式倉庫與水平旋轉(zhuǎn)貨架式倉庫相 似，只是把水平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)改為垂直面內(nèi)旋轉(zhuǎn) .垂直旋轉(zhuǎn)貨架式倉庫特別適用于存放長的卷狀貨物，如地毯、膠片卷等，也可用于小件貨品存儲。兩種分揀方式又分為人工分揀和自動分揀。因此，這一技術(shù)一旦進入商業(yè)化階段，將會促進電信市場的變革，并給互聯(lián)網(wǎng)普及帶來極大的發(fā)展空間。 2. 3 自動化立體倉庫的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 我國 在 自 動化立體倉庫的研究和應(yīng)用方面起步較早。 發(fā)展至今，自動化倉庫在設(shè)計、制造、自動化控制和計算機管理方面的技術(shù)也日趨成熟。隨 著柔性化的普及，自動化倉庫的儲運作業(yè)也 將向柔性化發(fā)展。根據(jù)立體倉庫控制系統(tǒng)的功能要求，確定系統(tǒng)所需的用戶輸入、輸 8 出設(shè)備。當有物體通過時，傳感器所連接的繼電器瞬間收到脈沖信號，從而確認其位置 .為了真實的模擬物流搬運工序，輥道皮帶設(shè)計為既可正轉(zhuǎn)也可反轉(zhuǎn)，速度也分為高速及低速兩檔。該讀寫器支持串口及標準網(wǎng)口通信。另一相為方向電平信號 DIR： 它決定了電機的旋轉(zhuǎn)方向。從站地址是使用 EM277 模塊上的旋轉(zhuǎn)開關(guān)設(shè)定的。 控制系統(tǒng)簡介 實驗平臺上的控制對象可分為三個控制區(qū)域，即輸送帶、機械手及立體倉庫。在實驗 臺的按鈕板上有一些轉(zhuǎn)換開關(guān)和按鈕，用于手動控制操作。 4 DP 網(wǎng)主站 在一臺計算機中裝有一塊 CSP161 網(wǎng)卡和三塊 EM277DP 網(wǎng)卡一起構(gòu)成一個 PROFIBUS 一 DP 網(wǎng)。 圖３－１連接 PC/PPI 電纜 ３．３自動化立體倉庫控制系統(tǒng)的總 體設(shè)計 本文研究的實驗室規(guī)模的自動化立體倉庫是一個集硬件、軟件、通信、建模、仿真于一體的控制系統(tǒng)。 13 整個控制系統(tǒng)的三個 PLC 首先需要完成獨立的手、自動操作，最后將三個單元整合在一起，實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，接收監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)送過來的出入庫指令、完成相應(yīng)的出入庫操作，并成功返回操作完成信號。因此， PLC 作為控制器協(xié)調(diào)系統(tǒng)的運行。進貨輥道上有一個進貨輥道后光電開關(guān)。一次出庫操作完成，返回出庫成功信息給 WinCC。所以，入庫程序分為入庫啟動 3 號位到 1 號位和入庫啟動 3 號 位到 4 號位兩大塊。采用 PLS 指令完成步進電機脈沖控制的 PLC 程序設(shè)計如圖 3— 6 所示。 底盤轉(zhuǎn)動程序包括底盤限位計數(shù)、底盤當前位置、底盤轉(zhuǎn)動三塊。 根據(jù)以上對機械手功能模塊的分析。為此堆垛機具有三大機構(gòu) :運行機構(gòu)、起升機構(gòu)、貨叉伸縮機構(gòu)。堆垛機應(yīng)能自動檢測它當前所處的坐標位置，使其能到達指定貨位。 10m)，堆垛機在臨近指定貨位停機前又必須以較低的速度運轉(zhuǎn)。 堆垛機接收到機械手把貨品運送到位的命令。反之，如果當前列小于目的列，則堆垛機向右運行，直到當前列等于目的列，堆垛機停止水平行走。如果當前層大于目的層，則堆垛機下降運行 :反之，如果當前層小于目的層，則堆垛機上升運行，直到當前層等于目的層，堆垛機停止垂直升降運行。采用 SMB67 作為高速脈沖輸出的控制字節(jié)。包絡(luò)表的起始偏移地址為 400 存放在特殊繼電器 SMW178 當中，初始周期為 500，周期增量值為一 1，輸出脈沖個數(shù)為 300。這里的目的層以及目的列均由 WinCC 傳送。二是要選擇待出庫貨品的貨位 (因為同種貨品可能同時存放在多個貨位里 )。 2. 分類存儲 :所有的儲存貨品按照一定特性加以分類，每一類貨品都有固定存放的位置，而同屬一類的不同貨品又按一定的法則來分配貨位。 3 隨機存儲 :每一個貨品被指派儲存的位置都是經(jīng)由隨機的過程所產(chǎn)生的，而且可經(jīng)常改變 。分類隨機存儲優(yōu)點 :具有分類存儲的部分優(yōu)點，又可節(jié)省儲位數(shù)量，提高儲區(qū)利用率。 把貨品出入庫頻度劃分為 6 個級別， P=｛ 0， 1， 2， 3， 4， 5｝分別表示頻度很少、較少、一般、較多、經(jīng)常和頻繁。在進行出入庫操作時，結(jié)合電子標簽技術(shù)，在掃描電子標簽自動獲得標簽信息時，根據(jù)標簽信息查詢數(shù)據(jù)庫，獲得貨品的包括頻度等在內(nèi)的詳細信息，并在貨品信息欄里進行顯示，讓操作員能明顯地在操作界面上看到每類貨品的大致存儲區(qū)域，從而對貨位選擇可以做出初步的判斷。同類貨品出庫時，先入庫者，先提取出庫，以加快貨品周轉(zhuǎn)。如為保證快速響應(yīng)出庫請求，一般將貨品就近放置在出庫臺附近 。均勻分布分配原則中能描述該原則的屬性有貨位所在的巷道、排、列、層，可以根據(jù)貨位分配原則的特性給這些屬性分別賦 以相應(yīng)的權(quán)值，并按一定算法計算出貨位對應(yīng)的優(yōu)先權(quán)值。在進行出入庫作業(yè)時，通過貨位權(quán)值排序后的先后順序進行貨位分配即可實現(xiàn)出入庫貨位的均勻分配，當然參加排序的貨位是該貨品可以存儲或取出的貨位。 1. 管理層的主要功能。 它的主要功能是接受監(jiān)控層的出入庫指令 ，控制設(shè)備執(zhí)行相應(yīng)的出入庫任務(wù)。使用 ADO. NET 技術(shù)建立與數(shù)據(jù)庫的聯(lián)系。訪問過程數(shù)據(jù)的應(yīng)用程序與通訊網(wǎng)絡(luò)的訪問協(xié)議捆綁在一起。 OPC 概述 OPC( OLE for Prcess Control)是為過程控制設(shè)計的 OLE 技術(shù)，由一些世界上技術(shù)占領(lǐng)先地位的自動化系統(tǒng)和硬件、軟件公司與微軟公司 (Microsoft)緊密合作而建立的， OPC 基金會負責 OPC 規(guī)范的制定和發(fā)布。執(zhí)行層接收監(jiān)控層的指令，觸發(fā)相應(yīng)的寄存器，完成出入庫操作，并將完成標志位傳送回監(jiān)控層。 2 監(jiān)控層的主要功能。相應(yīng)地 .如果出入庫臺都在巷道的同一側(cè)，在進行出入庫操作時都將貨位依據(jù)均勻分布算法計算的優(yōu)先權(quán)進行升序排序，也就是說，此時，優(yōu) 先進行出入庫操作的貨位是權(quán)值最小的貨位。排權(quán)值 排權(quán)值 列權(quán)值、層權(quán)值這些系數(shù)的取值可根據(jù)倉庫規(guī)模與分配原則而定。在實現(xiàn)均勻分巷道 存放時，在進行存放前應(yīng)先計算出各巷道原有的同類貨品存放數(shù)，然后計算出各巷道本次入庫應(yīng)存放的數(shù)量。盡量做到同一品種規(guī)格的貨物在倉庫的各個巷道內(nèi)都有大體上等量的存放，以便出庫時能夠使各巷道的堆垛機同時出庫，提高出庫速度。 1 貨架承載均勻，上 輕下重、分散存放。 在后數(shù)據(jù)庫中，以歷史數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)統(tǒng)計每類貨品的出庫頻度和入庫頻度。共享存儲在管理 上雖然較復雜，所需的儲存空間及搬運時間卻更為經(jīng)濟。缺點 :貨品的出入庫管理及盤點工作的進行困難度較高 。分類存儲比定位存儲更具有彈性，但 也有與定位存儲同樣的缺點。缺點是貨位必須按各項貨品的最大在庫量設(shè)計，因此儲存區(qū)域平時的使用效率較低。 23 子程序 3 和子程序 4 的流程圖如圖 3— 和圖 3— 所示 24 初始化 收到 WinCC 發(fā)送過來的機械手運行結(jié)束信號 堆 垛機源層源列為 1 層 1 列 堆垛機行走至源層源列 伸叉右伸、下降 伸叉左伸、上升 從入庫臺取出貨物 是否為左排入庫臺 伸叉右伸、下降 伸叉左伸、上升 從入庫臺取出貨物 伸叉是否處于中限位 堆垛機向右行走 當前列 目的列 當前列是否目的列 堆垛機下降 堆垛機上升 當前層 目的層 當前層是否目的層 伸叉右伸、下降 伸叉左伸、上升 放下貨物 目的排是否左排 伸叉左伸、下降 伸叉右伸、上升 從入庫臺取出貨物 堆垛機復位 否 是 是 是 否 否 是 是 堆 垛機向左行走 是 否 否 是 是 否 25 初始化 收到 WinCC 發(fā)送過來的出庫指令 伸叉右伸、下降 伸叉左伸、上升 從入庫臺取出貨物 是否為左排入庫臺 伸叉右伸、下降 伸叉左伸、上升 從入庫臺取出貨物 伸叉是否處于中限位 堆垛機向右行走 當前列 源列 當前列是否目源列 堆垛機下降 堆垛機上升 當前層 源層 當前層是否源層 伸叉右伸、下降 伸叉左伸、上升 取出貨物 源排是否左排 伸叉左伸、下降 伸叉右伸、上升 取出貨物 是 否 否 是 是 堆 垛機向左行走 是 否 否 是 是 否 堆垛機開始動作 堆垛機行走至目的層目的列 否 否 是 是 堆垛機復位 堆垛機的目的層目的列為 1 層 1 列 26 4．自動化立體倉庫貨物 存儲與 分 配 立體倉庫的貨物 存儲 立體倉庫貨物的存儲 原則 自動化立體倉庫的高效率是建立在高效的貨位管理基礎(chǔ)之上的。 伸叉復位程序主要用于堆垛機貨叉的伸縮復位。 升降運行程序主要用于控制堆垛機的垂直方向運行。 行走運行程序主要用于控制堆垛機的水平方向運行。 升降計數(shù)程序主要用于控制堆垛機在垂直升降方向運行時的位置定位。作者在設(shè)計時使用一個增減計數(shù)器來 進行步數(shù)控制。 經(jīng)過以上的分析，可以得出以下的結(jié)論 : （ 1） 推薦采用相對認址方式，但應(yīng)解決好它的可靠性問題。我們經(jīng)常采用的認址方式有絕對認址和相對認址兩種方式。因此自動控制系統(tǒng)對于堆垛機是至關(guān)重要的。 子程序 5 實現(xiàn)的功能 ： WinCC 將堆垛機運行結(jié)束信號傳送給機械手，機械手開始動作，根據(jù)勿右排信息分別選擇其源位為 4 號位和 1 號位，目的位為 2 號位 (出庫輥道 )。抓手動作程序完成機械手的取放貨物動作。作者同樣采用高速脈沖數(shù)處理指令 PLS 來完成步進電機脈 沖控制。采用高速脈沖數(shù)處理指令 PLS 來完成步進電機脈沖控制。 入庫程序主要實現(xiàn)機械手從進貨輥道抓取貨物，通過 X 軸移動、 Y 軸移動以及底盤轉(zhuǎn)動將貨物放至入庫臺。 根據(jù)對輥道進 /出貨控制功能的分析，子程序 0 實現(xiàn)的功能 ： 開機檢測，系統(tǒng)初始化 收到 WinCC 發(fā)送過來的入庫操作信號 收到 WinCC 發(fā)送過來的出庫操作信號 點動進貨裝置檢測到貨物，入庫輥道動作，調(diào)用子程序 0 WinCC 將輥道進貨運行結(jié)束信號發(fā)送給機械手 PLC 機械手動作，調(diào)用子程序 2 WinCC 將機械手運行結(jié)束信號發(fā)給堆垛機，堆垛機動作，調(diào)用子程序 3 入庫結(jié)束將入庫完成報告返回監(jiān)控系統(tǒng)，堆垛機復位，等待下一 個指令。 16 輥道進 /出貨控制功能模塊設(shè)計 根據(jù)變頻器工作原理及其與 PLC 的連接，編寫程序進行調(diào)試，完成輥道輸送帶的啟 /停控制，正/反轉(zhuǎn)控制，高 /低速控制，并且把進出貨光電傳感器的信號送入 PLC，通過 FO 送給組態(tài)監(jiān)控軟件WinCC，再用 OPC 方式把數(shù)據(jù)參數(shù)送給管理信息系統(tǒng)，并通過 ADO 技術(shù)把數(shù)據(jù)送 往數(shù)據(jù)庫作為貨品信息存儲起來。 所示。在熟悉了 PLC 的控制原理以后，進入 到本次論文的重點：軟件編程，先從局部著手，按照控制系統(tǒng)的三個組成部分，局部進行編程調(diào)試，當全部調(diào)通以后，再完成入庫、出庫的自動編程、手動編程以及網(wǎng)絡(luò)連接編程。同其它的 PLC 一樣基本組成也是由單元加編程器，在需要進行系統(tǒng)擴展時，系統(tǒng)組成中還包括：數(shù)字擴展單元模塊、模擬量擴展單元模塊、通信模塊、網(wǎng)絡(luò)、人機界面 HMI 等。堆垛機在行走方向共有三個限位開關(guān) ： 左 /右極限限位開關(guān)和行走認址限位開關(guān)，行走的位置靠碰到限位開關(guān)計數(shù)來完成。每臺輸送機可由安裝在其上面的光電開關(guān)根據(jù)程序設(shè)計自動控制啟 /停及正 /反轉(zhuǎn)，完成貨物送入、取出動作。 EM277 模塊不斷地更新其從 S7— 200CPU 傳來的輸入，以便向 DP 主站提供最新的輸入數(shù)據(jù)。 PROFIBUS 網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過其 DP 通信端口，連接到 EM277PROFIBUS 一 DP 模塊。 5. 傳感器件 本系統(tǒng)選用有光電傳感器、顏色識別傳感器、稱重變送器、鐵 (金屬 )/非鐵 (非金屬 )識別傳感器等。全自動堆垛機其實質(zhì)為一臺三自由度機械手，有三個運行機構(gòu) ： 升降運行機構(gòu)、行走運行機構(gòu)和貨叉伸縮機構(gòu)。 將程序輸入 PLC 進行軟件測試，查找錯誤，使系統(tǒng)程序更加完善。工作方式為單