梅秋燕

(華中科技大學 武昌分校 機電與自動化學院，湖北 武漢 430064)

0 引言

自動立體倉庫具有方便快捷、自動化控制以及節(jié)省空間的優(yōu)點，廣泛應用于各種大中小型倉儲環(huán)境中，對于提高生產效率、降低成本、增加效益等具有重要意義。監(jiān)控組態(tài)軟件是一種面向工業(yè)自動化的通用數據采集和監(jiān)控軟件，監(jiān)控組態(tài)軟件只需進行標準模塊的軟件組態(tài)和簡單的編程，就可設計出標準化，可靠性高的人機界面監(jiān)控程序，實時數據管理為自動立體倉庫的運作提供良好的控制與管理，很好的適應現代社會生產發(fā)展的需要[1]。

1 系統(tǒng)總體設計

自動立體倉庫監(jiān)控系統(tǒng)設計主要是硬件配置和軟件設計，軟件設計包括可編程控制器(以下簡稱PLC)的控制程序設計和組態(tài)軟件設計兩部分，該系統(tǒng)主要由上位機、控制器、位置檢測系統(tǒng)、系統(tǒng)狀態(tài)顯示、故障報警及執(zhí)行機構控制電路等部分組成，控制系統(tǒng)結構圖如圖1所示。

上位機:以監(jiān)控組態(tài)軟件力控組態(tài)軟件V6.0為核心，是立體倉庫的控制中心，實現監(jiān)視、控制、出入庫管理及報表打印等。通過監(jiān)視界面，以動畫方式顯示各現場設備的運行狀態(tài)、運行位置等實時信息[2]。

控制器:FX系列PLC，通過RS－232C模塊與上位機進行通信，組成完整的監(jiān)控系統(tǒng)，完成數據的實時傳送，同時通過 PLC的I/O接口，實現執(zhí)行機構的手動與自動控制，完成存貨、取貨和任意兩個貨倉之間的盤貨等作業(yè)[3]。

圖1 控制系統(tǒng)結構圖

位置檢測系統(tǒng):自動立體倉庫貨倉位置檢測依靠的是位于導軌上的傳感器和位于立柱上的傳感器。位于導軌上的傳感器提供水平方向的識別定位，位于立柱上的傳感器提供豎直方向的識別定位。當同時識別水平和豎直方向的傳感器時，就能準確地找到指定的貨倉位置。

系統(tǒng)狀態(tài)和故障顯示:系統(tǒng)運行中手動與自動控制方式顯示、倉庫作業(yè)形式顯示、各部分運行狀態(tài)及系統(tǒng)故障顯示等。

執(zhí)行機構:執(zhí)行機構電機包括水平移動電機、升降移動電機、伸縮移動電機、堆放滾動電機、輸送進出電機及輸送臺皮帶輸送電機等[4]。

2 PLC程序設計

2.1 硬件配置

PLC選用的是三菱FX2N系列，其內部具有高速計數和中斷處理功能，配置RS－232C通信模塊，實現與 PC機的串行通信。通信端口引腳信號如表1所示。

表1 通信端口引腳信號定義

2.2 控制程序設計

PLC程序主要包括手動控制和自動控制兩部分，手動控制是通過控制各電機點動或連續(xù)運行，使貨物可以任意存取。這一部分既有單個設備運行操作功能，同時也具有測試功能，可以作為設備檢修時分別測試各部分是否正常工作，只有在所有設備都能正常工作時，自動控制工作方式才能運行。自動控制工作方式是立體倉庫運行的核心，通過編寫自動控制程序實現倉庫的任何貨位的任意存取[5]。

PLC程序設計分為經驗設計、邏輯設計、移植設計、順序功能圖等設計方法。對于手動控制，采用經驗設計法進行程序設計。自動控制程序采用順序功能圖設計法，按照生產工藝預先規(guī)定的順序，在各個輸入信號的作用下，根據內部狀態(tài)和時間的順序，使倉庫運行過程中各個執(zhí)行機構自動有序地進行工作[6]。手動控制和自動控制程序流程圖如圖2所示，包括存貨、取貨和任意兩個貨倉之間的盤貨等作業(yè)的自動控制及手動控制程序。

圖2 手動/自動控制程序流程圖

3 監(jiān)控軟件設計

3.1 串行通信設置

進入力控組態(tài)軟件V6.0開發(fā)環(huán)境，在工程項目欄中選擇I/O設備組態(tài)，選擇PLC/MITSUBISHI(三菱)/FX系列(串口)，確保與現場控制器PLC相匹配。串行通信的串口選擇COM1，通信參數設置如圖3所示，波特率為9600，奇偶校驗為偶校驗，數據位為7，停止位為1。

圖3 串口設置

3.2 監(jiān)控界面

運用力控組態(tài)軟件V6.0，共設計了6幅界面。其中基本信息界面中通過口令等方式來識別用戶，并區(qū)分用戶的使用權限?？偪亟缑鏋橛脩籼峁┎僮鬟x擇。分別是自動控制、手動控制、模擬仿真、數據報表、返回首頁。單擊可進入相應的操作界面。

如圖4為自動控制界面。界面中提供了3種操作方式，單倉存貨、單倉取貨、雙倉盤貨。位于界面中間的是由倉位組成的矩陣。該矩陣的排列與立體倉庫的貨倉相對應。在單、雙倉操作的貨倉號碼輸入端口中，可以輸入倉位號碼選擇作業(yè)倉位，也可以單擊矩陣中的倉位號碼進行倉位選擇。

圖4 自動控制界面

3.2.1 貨倉定位

在倉位選擇定位中，采用的是位置傳感器和PLC軟元件M相結合的定位方法，使堆垛機識別指定貨倉位置，表2為輔助繼電器M對應倉位的橫向與縱向位置，M100－M109是橫向位置的識別，M110－M115是縱向位置的識別。只有當堆垛機橫向與縱向相對應的位置傳感器和表2中所對應的橫向與縱向位置識別的輔助繼電器同時動作時，才完成了貨倉定位。

在單倉操作中只有一個貨倉號碼輸入口，只需要一次貨倉位置識別，橫向和縱向的識別分別對應 M100－M109和 M110－M115。而雙倉操作有兩個貨倉號碼輸入，一個是起始貨倉號碼，另一個是終端貨倉號碼，所以需要兩次貨倉位置識別。貨倉位置的二次識別所用的輔助繼電器與一次識別所用的輔助繼電器不可以相同，如果相同，系統(tǒng)將無法分辨起始貨倉號碼和終端貨倉號碼，使定位系統(tǒng)紊亂。所以在進行雙倉操作時，起始貨倉號碼和單倉操作時的輔助繼電器位置識別M設置相同，終端貨倉號碼橫向和縱向的識別分別對應M116－M125和M126－M131。

表2 輔助繼電器M對應的貨倉位置

3.2.2 貨倉號碼輸入

圖4的自動控制界面中，在單倉操作的貨倉號碼輸入端或雙倉操作的兩個貨倉號碼輸入端，直接輸入貨倉號碼，可以使每一個數值輸入端口保持獨立。若單擊界面中間由倉位組成的矩陣選擇貨倉時，則會使3個號碼輸入端口的數值相互關聯。為了避免這種情況的出現，在每一個號碼輸入端前加上了一個選擇確定按鈕(“貨倉號碼:”、“起始貨倉號碼:”、“終端貨倉號碼:”)，只有當選擇了相對應的確定按鈕動作后，后面的號碼輸入端口中的數據才有效，確保每個數據輸入端口的貨倉號碼相互獨立。

在力控組態(tài)軟件 V6.0制作的自動控制界面中，“貨倉號碼:”選擇確定按鈕對應實型中間變量a6，號碼輸入端口對應實型中間變量a1。在“貨倉號碼:”的動畫鏈接中左鍵動作腳本設置為a6=1;a2=0;a3=0，顏色的條件變化設置為a6==1成立顯示綠色，不成立顯示紅色。

“起始貨倉號碼:”和“終端貨倉號碼:”選擇確定按鈕以同樣的方法進行設置。其中“起始貨倉號碼”按鈕對應實型中間變量a2，數值輸入端口對應實型中間變量a4。“終端貨倉號碼”按鈕對應實型中間變量a3，數值輸入端口對應實型中間變量a5。

為了確保每一個數值輸入端口的數據獨立，在對應于立體倉庫的倉位矩陣中的每一個倉位號都設置了相應的腳本程序。01號倉位的動畫連接腳本如下:

倉位矩陣中每一個倉位都對應一個輸入顯示數值和用于貨倉位置識別的輔助繼電器 M設定值。其中 a1，a4，a5的數值與貨倉編號相同，輔助繼電器M卻隨貨倉位置改變。不管用何種方式選擇作業(yè)倉位，在自動控制界面?zhèn)}位矩陣中，運用動畫連接進行顏色條件變化設置，用來顯示被選中的貨倉[7]。選擇“單存”、“單取”、“啟動”按鈕，則啟動相對應的控制程序，進行相應的倉庫作業(yè)。

4 結束語

通過數據庫以及組態(tài)軟件 I/O設備驅動，與FX2NPLC通信連接，完成立體倉庫系統(tǒng)的控制，實現對現場設備的實時監(jiān)控。立體倉庫方便快捷的操作系統(tǒng)、實時數據的統(tǒng)計管理，極大的提高了生產效率，實現物流和信息流的一體化。

[1]覃貴禮.組態(tài)軟件控制技術[M].北京:北京理工大學出版社，2007.

[2]葛永國.自動化立體倉庫控制系統(tǒng)程序設計與故障診斷[D].天津:天津大學，2004.

[3]汪國春.自動化立體倉庫堆垛機控制系統(tǒng)的設計[J].起重運輸機械，2008，48(10):89 －91.

[4]谷明霞，包繼華.自動化立體倉庫系統(tǒng)中的堆垛機控制[J].工業(yè)控制計算機，2010，23(4):83 －85.

[5]辛征，馮占營，李明.基于PLC的立體倉庫輸送控制系統(tǒng)研究[J].山東科學，2008，21(5):50 －53.

[6]王萬麗，臧永福，郝慶文.三菱系列PLC原理及運用[M].北京:人民郵電出版社，2009.

[7]曹輝，馬棟萍.組態(tài)軟件技術及運用[M].北京:電子工業(yè)出版社，2009.