高殿明，辛艷東

(1.哈爾濱哈電機械電子設備有限責任公司哈爾濱150040;2.哈爾濱電機廠有限責任公司哈爾濱150040)

立體倉庫一般是指采用幾層、十幾層乃至幾十層高的貨架儲存單元貨物，用相應的物料搬運設備進行貨物入庫和出庫作業(yè)的倉庫。由于這類倉庫能充分利用空間儲存貨物，故常形象地將其稱為“立體倉庫”。立體倉庫的產生和發(fā)展是第二次世界大戰(zhàn)之后生產和技術發(fā)展的結果。50年代初，美國出現(xiàn)了采用橋式堆垛起重機的立體倉庫;50年代末60年代初出現(xiàn)了司機操作的巷道式堆垛起重機立體倉庫;1963年美國率先在高架倉庫中采用計算機控制技術，建立了第一座計算機控制的立體倉庫。此后，自動化立體倉庫在美國和歐洲得到迅速發(fā)展，并形成了專門的學科。60年代中期，日本開始興建立體倉庫，并且發(fā)展速度越來越快，成為當今世界上擁有自動化立體倉庫最多的國家之一。

我國對立體倉庫及其物料搬運設備的研制開始并不晚，1963年研制成第一臺橋式堆垛起重機(機械部北京起重運輸機械研究所)，1973年開始研制我國第一座由計算機控制的自動化立體倉庫(高15 m，機械部起重所負責)，該庫1980年投入運行。到目前為止，我國自動化立體倉庫數(shù)量已超過200座。立體倉庫由于具有很高的空間利用率、很強的入出庫能力、采用計算機進行控制管理而利于企業(yè)實施現(xiàn)代化管理等特點，已成為企業(yè)物流和生產管理不可缺少的倉儲技術，越來越受到企業(yè)的重視。

1 立體倉庫的結構和工作原理

1.1 自動化立體倉庫的概述

自動化立體倉庫是指在不直接進行人工處理的情況下，自動地完成物品倉儲和取出的系統(tǒng)，它以高層立體貨架為主體，以成套搬運設備為基礎，是集自動控制技術、通信技術及機電技術于一體的高效率、大容量存儲機構。自動化立體倉庫的出現(xiàn)，實現(xiàn)了倉庫功能從單純保管型向綜合流通型的轉變。用PLC控制的自動化立體倉庫達到倉儲技術的全面自動化。

自動化立體庫基本由以下部分組成:高層貨架:用于存儲貨物的鋼結構。目前主要有焊接式貨架和組合式貨架兩種基本形式。托盤(貨箱):用于承載貨物的器具，亦稱工位器具。

巷道堆垛機:用于自動存取貨物的設備。按結構形式分為單立柱和雙立柱兩種基本形式;按服務方式分為直道、彎道和轉移車三種基本形式。

輸送機系統(tǒng):立體庫的主要外圍設備，負責將貨物運送到堆垛機或從堆垛機將貨物移走。輸送機種類非常多，常見的有輥道輸送機、鏈條輸送機、升降臺、分配車、提升機機和皮帶機等。

AGV系統(tǒng):即自動導向小車。根據其導向方式分為感應式導向小車和激光導向小車。

自動控制系統(tǒng):驅動自動化立體庫系統(tǒng)各設備的自動控制系統(tǒng)。目前以采用現(xiàn)場總線方式為控制模式為主。

庫存信息管理系統(tǒng):亦稱中央計算機管理系統(tǒng)。是全自動化立體庫系統(tǒng)的核心。目前典型的自動化立體庫系統(tǒng)均采用大型的數(shù)據庫系統(tǒng)(如ORACLE，SYBASE等)構筑典型的客戶機/服務器體系，可以與其他系統(tǒng)(如ERP系統(tǒng)等)聯(lián)網或集成。

1.2 立體倉庫的結構和功能

根據某一物流公司對立體倉庫的具體要求，本文所設計的立體倉庫具有以下功能。結構圖如圖1所示。

(1)堆垛機(機械手)要有三個自由度，即:前進、后退;上、下;左、右。

(2)堆垛機的運動由步進電機驅動。

(3)堆垛機前進(或后退)運動和上(或下)運動可同時進行。

(4)堆垛機前進、后退和上、下運動時必須有超限位保護。

(5)每個倉位必須有檢測裝置(微動開關)，當操作有誤時發(fā)出錯誤報警信號。

(6)當按完倉位號后，沒按入或取前，可以按取消鍵進行取消該操作。

(7)整個電氣控制系統(tǒng)必須設置急停按鈕，以防發(fā)生意外。

2 系統(tǒng)控制方案

2.1 立體倉庫技術參數(shù)的確定

立體倉庫技術參數(shù)見表1。

表1 立體倉庫具體參數(shù)

2.2 PLC 的選型

在PLC系統(tǒng)設計時，首先應確定控制方案，下一步工作就是PLC工程設計選型。工藝流程的特點和應用要求是設計選型的主要依據。因此，工程設計選型和估算時，應詳細分析工藝過程的特點、控制要求，明確控制任務和范圍確定所需的操作和動作，然后根據控制要求，估算輸入輸出點數(shù)、所需存儲器容量、確定PLC的功能和外部設備特性等，最后選擇有較高性能價格比的PLC和設計相應的控制系統(tǒng)。

FX2系列可編程控制器主機分為16、24、32、64、80和128點六檔，還有各種輸入和輸出擴展單元，這樣在增加I/O點數(shù)時，不必改變機型，可以通過擴展模塊實現(xiàn)，降低了經濟投入。本課題設計的立體倉庫控制系統(tǒng)有輸入信號40個，輸出信號21個。其中，外部輸入元件包括:檢測元件、按鈕、取、送、急停、限位開關和超限位保護等;輸出有三個步進電機的正反向、動作指示、錯誤顯示等。按照上述配置，所選I/O點不得低于61點，結合實際情況，所選I/O點為80點。因此我所選型號為FX2N-80MR。

圖1 立體倉庫結構示意圖

2.3 步進電機驅動器的選擇

采用SH系列步進電動機驅動器，型號為SH-2H057。主要由電源輸入部分、信號輸入部分、輸出部分組成。SH-2H057步進電動機驅動器采用鑄鋁結構，此種結構主要用于小功率驅動器，這種結構為封閉的超小型結構，本身不帶風機，其外殼即為散熱體，所以使用時要將其固定在較厚、較大的金屬板上或較厚的機柜內，接觸面之間要涂上導熱硅脂，在其旁邊加一個風機也是一種較好的散熱辦法。

2.4 傳感器的選擇

在該立體倉庫中采用歐姆龍EE-SPY402凹槽型、反射型接插件式傳感器作貨物檢測，它是日本歐姆龍公司的產品，采用能抗周圍外來光干擾的變調光式;采用變調光式，與直流光式比，不易受外來光干擾的影響;電源電壓為DC5-24V的大量程電壓輸出型;帶有容易調整的光軸標識;帶有便于調整，動作確認的入光顯示燈。

2.5 系統(tǒng)流程圖

根據系統(tǒng)工作過程的分析得出，示意圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)流程圖

3 結束語

文中主要以PLC為核心，利用PLC的強大的控制功能，實現(xiàn)了利用可編程控制器控制立體倉庫的功能，具有接線簡單、編程直觀和擴展容易等特點。當機械手的功能增加時，硬件接線上只需增加行程開關輸入信號。原來的接線不需改變，軟件上只需增加相應程序以及輸出的功能，要改動的地方也較少。調試結果表明，在適應性、精確性和可靠性方面，到達到了設計的要求，表明該設計方案是可行的。

［1］ 湯自春.PLC原理及應用技術［M］.北京：高等教育出版社，2006.

［2］ 吳明亮、蔡夕忠.可編程控制器實訓教程［M］.北京：化學工業(yè)出版社，2005.

［3］ 賈德勝.PLC應用開發(fā)實用自程序［M］.北京：人民郵電出版社，2006.

［4］ 周伯英.工業(yè)機器人設計［M］.北京：機械工業(yè)出版社，1995.

［5］ 薛偉，單文斯.基于GE矩陣1T行業(yè)CRM客戶分類方法的研究［J］.森林工程，2008，24(4)：93-96.

［6］ 蓋志武，孫震，楊學春.臭氧防治病蟲害裝置及其控制系統(tǒng)設計［J］.森林工程，2009，25(5)：40-43.