【文章內容簡介】 實現(xiàn)了簡單的人－機對話，保證了輸入的作業(yè)地址和作業(yè)指令的準確性，提高了堆垛機運行的可靠性。這個方法使堆垛機的小車每通過一個位置就記錄一個數(shù)，一直移動到和預定位置號一致時停止移動。這個方法的特點是電路簡單。另外隨著電子技術的發(fā)展，出現(xiàn)了眾多優(yōu)秀的 PLC，用 PLC 來控制堆垛機是相當靈活方便的，可以在 PLC 的軟件中加保護，即堆垛機每走過一個貨格的時間超過或少于正常的時間范圍就報警。這樣就可以有效地避免記數(shù)出錯，本例即采用此方法。智能立體倉庫能實現(xiàn)貨物的自動存取功能，這就要小車在作水平、升降臺做垂直運動時，能準確記憶堆垛機的位置，即堆垛機的小車和升降臺所在的列和層數(shù)，以實現(xiàn)貨物的定位存取，使堆垛機先以較高的速度運行到接近目的地址的位置后將速度平穩(wěn)降到較低的速度下工作，并在目的地址處準確制動停準，必要時可采取機械抱閘系統(tǒng)來輔助快速定位；堆垛機在工作過程中實時采集水平運行、貨物升降、貨叉伸縮三個方向的數(shù)據，并不斷地與存放在軟件控制數(shù)據塊里的標準位置參數(shù)進行比較和控制決策，從而達到準確定位、快速存儲貨物、提高作業(yè)效率的目的，并與監(jiān)控系統(tǒng)交換工作信息和庫位狀態(tài)信息等以實現(xiàn)系統(tǒng)的全面動態(tài)管理。根據設計要求將整個定位控制的全過程分成多個階段：小車前進到指定貨架列的過程，將貨物抬升到指定貨架行的過程，機械手放置貨物或者取得貨物的過程，放置或者取得貨物之后返回的過程。在各個階段，對象的特性相對穩(wěn)定，并且小車在前進和抬升貨物的過程控制方面是基本一致的。下面對各個階段進行簡單地介紹。（1）前進的過程：在這個過程中，處于自動或者手動控制狀態(tài)的小車由起始點出發(fā)，經過位置的校對，到達預先指定的貨架的列。（2）抬升貨物的過程：在這個過程中，貨物被抬升到預先指定的貨架的行。（3）存取貨物的過程：在這個過程中，通過控制機械手臂的運動，使機械手到達預先指定的位置，然后根據實際的需要完成存放或者取得貨物的操作。（4）返回過程：在完成指定的操作之后，小車應該返回起始位置。 遼寧科技大學畢業(yè)設計（論文） 第 14 頁 小車定位控制工藝流程圖 清楚了小車工作的邏輯關系后，可設計整體工藝流程圖： 否 是 否 是圖 工藝流程圖自動運動方式初始化過程僅在啟動時完成啟動主程序選擇運行方式判斷定位程序選擇運行方式是否已經到位置運行到位標志結束主程序 遼寧科技大學畢業(yè)設計（論文） 第 15 頁4 小車定位控制 PLC 程序編制在確定了控制方式并且掌握了小車控制系統(tǒng)流程圖和 STEP7 PLC 編程軟件的編程過程后，那么在本章里就可以很好的編制出小車定位控制系統(tǒng)各個部分流程的 PLC 梯形圖程序。 PLC 選型和資源配置PLC 選型S7300 系列的 PLC，由于其具有緊湊的設計、良好的擴展性、低廉的價格及強大的命令，使得 S7300 系列可以近乎完美地滿足小規(guī)模的控制要求。此外，豐富的 CPU 類型和電壓等級使其在解決工業(yè)自動化問題時，具有很強的適應性。S7300 CPU312 系統(tǒng)分別對小車電機用變頻器、機械手電機步進驅動模塊進行自動控制，并對檢測信號及外部輸入數(shù)據和控制信號進行處理，實現(xiàn)了對小車、機械手驅動、升降臺提升及保護等控制的基本要求。表 所示是 CPU312 的技術參數(shù)。表 CPU312 的技術參數(shù)技術參數(shù) 說明主存儲器 16K 字節(jié)/5K 語句裝載存儲器 通過 MMC 的 64K 字節(jié)到 8Mbyte 字節(jié)后備 通過 MMC 的所有模塊處理時間 位操作 ＜200ns位存儲器/定時器/計數(shù)器位存儲器 1k 字節(jié)S7 定時器/ S7 計數(shù)器 128/128IEC 定時器/ IEC 計數(shù)器 有模塊的數(shù)量可裝載的塊的數(shù)量(FC+FB+DB 的總和) 1024數(shù)量的范圍 512FC,512FB,511DB地址范圍I/O 地址區(qū) 1024/1024 字節(jié)I/O 過程映象 128/128 字節(jié)數(shù)字量通道(中央) 256模擬量通道(中央) 64I/O 資源配置系統(tǒng)資源分配如表 所示。 遼寧科技大學畢業(yè)設計（論文） 第 16 頁表 PLC I/O 地址分配表位號名 數(shù)據類型 說明 BOOL START BOOL STOP BOOL 自動選擇輸入 BOOL 手動選擇輸入 BOOL 前后運動 BOOL 向前運動 BOOL 向后運動 BOOL 升降運動 BOOL 上升運動 BOOL 下降運動 BOOL 伸縮運動 BOOL 前伸運動 BOOL 后縮運動 BOOL 抓取物品 BOOL 放置物品 BOOL 小車向前運行 BOOL 小車停止向前運行 BOOL 小車向后運行 BOOL 小車停止向后運行 BOOL 機械手上升 BOOL 停止上升 BOOL 機械手下降 BOOL 停止下降 BOOL 機械手前伸 BOOL 停止前伸 BOOL 機械手后縮 BOOL 停止后縮 BOOL 放置物品 BOOL 抓取物品 BOOL 運動狀態(tài) BOOL 手、自動狀態(tài)BOOLBOOLBOOL小車前后運動使能列到位標志升降運動使能 遼寧科技大學畢業(yè)設計（論文） 第 17 頁續(xù)表位號名數(shù)據類型BOOL說明行到位標志 BOOL 伸縮運動使能 BOOL 物品到位標志 BOOL BOOL 程序運行方向標志 BOOL 向前運行標志 BOOL 向后運行標志 BOOL 上升運行標志 BOOL 下降運行標志 BOOL 前伸運行標志 BOOL 后縮運行標志 BOOL 小車已經完成預定動作，返回 BOOL 機械手放下貨物標志 BOOL 前后電機運行停止 BOOL 機械手抓取貨物標志其他資源配置EM253 位控模塊是 S7300 的特殊功能模塊。能夠產生移動控制所需的脈沖串，其組態(tài)信息存儲在 S7300 的 V 存儲區(qū)中，用于步進電機和伺服電機的速度和位置的開環(huán)控制。位控模塊的特性如下：（1）位控模塊可提供單軸開環(huán)移動控制所需要的功能和性能；（2）提供高速控制從每秒 12 個脈沖至每秒 200 000 個脈沖；（3）支持急停 S 曲線或線形的加速減速功能；（4）提供可組態(tài)的測量系統(tǒng)，既可以使用工程單位如英寸或厘米，也可以使用脈沖數(shù)；（5）支持手動的位控方式；（6）提供連續(xù)操作；（7）提供 4 種不同的參考點尋找模式，每種模式都可對起始的尋找方向和最終的接近方向進行選擇。 遼寧科技大學畢業(yè)設計（論文） 第 18 頁 PLC 程序設計程序初始化在程序的第一個掃描周期（=1）設置重要的參數(shù)，然后運行，按下設備的“啟動” （START）按鈕開始運行，首先調用子程序檢測位置信號，取得當前位置記數(shù)，然后將位置計數(shù)存放在變量 MW12（行記數(shù)） 、MW14（列記數(shù)）中，以便程序判斷是否已經到達指定的位置。程序初始化由網絡 1 和網絡 2 完成。 （網絡是 PLC 梯形圖的一個基本單位，通常可以理解為一個程序行。 ）這是一段簡單的初始化過程程序，S7300 在讀特殊內存，只有在首次掃描循環(huán)時打開，所以這段初始化程序只在程序開始運行的時候執(zhí)行一次。這里執(zhí)行的兩條指令對變量 MW12 以及 MW14 進行初始化，這兩個變量分別為小車運行中所經過的行計數(shù)以及列計數(shù)。由于要涉及到小車完成任務的過程以及完成任務以后返回的過程，所以程序在執(zhí)行的過程中必須要明確其運動方式和目的，是前進或后退運動、升降運動或者是機械手臂的伸縮運動等。因此，在以下的程序中，每一個運動過程都必須加上很明確的標志和條件限制來確定。其運動的方式和運動的目的，這樣才不至于因為目的不明確而造成錯誤的判斷以及錯誤的動作，造成存取貨物的失敗。網絡 1 的梯形圖如圖 所示 遼寧科技大學畢業(yè)設計（論文） 第 19 頁圖 網絡 1網絡 2 的梯形圖如圖 所示 圖 網絡 2列向自動運行下面是一段小車沿列向自動運行的程序。在這段程序中，首先要考慮的問題就是：小車處于前進或者是存放貨物的過程，還是完成了預定任務返回的過程。但是由于PLC 程序的執(zhí)行特點是逐行掃描，所以僅僅判斷小車是處于前進過程還是返回過程是不夠的，因為在返回過程中，還有機械手臂從貨架上縮回、機械手臂下降到初始位置等幾個過程，所以說，必須要在程序中能夠將這 3 種完全不同的運動區(qū)分開來。根據這種要求，在編寫程序的時候加入了 3 個不同的 BOOL 類型的變量 、 以及 ，分別作為小車沿列向運行到位標志、機械手沿行向運行到位標志、機械手貨架到位標志。當變量為 ON 時，表示已經完成了該項動作，為 OFF 時表明小車還沒有完成對應的運動。 是開關量輸出，表示啟動小車前進，小車開始向前運動。在這里，筆者認為自動控制不需要控制小車的向后運動。當小車還處于取放貨的動作未完成的階段時，需要判斷的是小車是否已經完成了列的定位，如果未完成列的定位（ 為 OFF） ，那么啟動小車前進的電機使小車向前運動。如果小車處于已經完成了取放貨的動作時，那么判斷小車是否已經完成了由貨架上返回（伸縮機械手的運動） 、是否已經完成了由指定行數(shù)退回初始行位置的運動（如果完成，小車應該是第一行以下的位置） 。如果小車這兩個過程都已經完成，那么將開始進行后退運動， 表示啟動小車后退電機，使小車向后運行并返回初始位置。 是伸縮運動到位標志。為 ON 時，表示機械手已經到達指定位置，為 OFF 遼寧科技大學畢業(yè)設計（論文） 第 20 頁時表示還未到達指定位置。 表示前伸運動的開關量輸出， 表示后縮運動開關量輸出。網絡 3 的梯形圖如圖 所示 圖 網絡 3手動控制下面一段程序是手動情況下對小車進行控制的程序代碼。在開始按鈕已經按下的情況下（START 按鈕的狀態(tài)由變量 來對應） ， 為 ON 時表示已經開始運行，反之則為停滯狀態(tài)。網絡 4 的梯形圖如圖 所示 遼寧科技大學畢業(yè)設計（論文） 第 21 頁圖 網絡 4自動控制下面是自動控制部分，由網絡 5 實現(xiàn)。 是開關量輸出，表示啟動小車機械手上升，機械手開始運動。在這里，我認為自動控制不需要控制小車機械手的下降運動。當小車還處于取放貨的動作未完成的階段時，需要判斷的是小車是否已經完成了列的定位，如果未完成列的定位（ 為 OFF） ,那么啟動小車機械手上升的電機，使機械手做上升運動。如果小車處于已經完成了取放貨的動作，那么判斷小車是否已經完成了由貨架上的返回（伸縮機械手的運動） ，如果小車這個過程已經完成，那么將開始進行后退運動。 表示啟動機械手下降電機，使機械手下降并返回初始位置。網絡 5 的梯形圖如圖 所示