原 峰

營口港務(wù)股份有限公司 固機(jī)分公司作業(yè)一部

本文針對港口物流快速高效的需求，為實現(xiàn)港口物流倉庫堆垛機(jī)自動化運(yùn)行和控制，在構(gòu)建巷道式港口物流倉庫物理模型的基礎(chǔ)上，提出了一種基于PLC 技術(shù)的物流倉庫堆垛機(jī)自動監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)方案，詳細(xì)討論了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計、系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計和通信技術(shù)實現(xiàn)的過程。實驗證明，通過PLC 對物流倉庫堆垛機(jī)進(jìn)行自動控制安全可靠，為港口物流管理工作的信息化奠定了基礎(chǔ)。

隨著貨運(yùn)港口經(jīng)濟(jì)建設(shè)的迅猛發(fā)展，沿海的貨運(yùn)港口吞吐量快速提升，逐步擴(kuò)大的物流倉庫建設(shè)規(guī)模，貨物的儲備和運(yùn)送量也越來越大，物資流通得到進(jìn)一步促進(jìn)，倉儲物流設(shè)備在市場中的需求量更會逐年遞增，并且在倉儲存取率、信息化程度、自動化程度等方面對港口物流提出更高的要求。

隨著貨運(yùn)港口經(jīng)濟(jì)建設(shè)的迅猛發(fā)展，沿海的貨運(yùn)港口吞吐量快速提升，逐步擴(kuò)大的物流倉庫建設(shè)規(guī)模，貨物的儲備和運(yùn)送量也越來越大，物資流通得到進(jìn)一步促進(jìn)，倉儲物流設(shè)備在市場中的需求量更會逐年遞增，并且在倉儲存取率、信息化程度、自動化程度等方面對港口物流提出更高的要求。

物流立體庫也稱為高架倉庫，一般是指將貨物儲存在幾層、十幾層高的貨架中，用相應(yīng)的自動化搬運(yùn)設(shè)備對物資進(jìn)行出庫和入庫操作的物資倉庫。自動化立體庫是物流技術(shù)快速發(fā)展的成果，一般由輸送機(jī)、巷道堆垛機(jī)、高層貨架、計算機(jī)控制系統(tǒng)等構(gòu)成，能夠在計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的控制下對單元貨物進(jìn)行自動存取作業(yè)。

在物流倉庫中，堆垛機(jī)是自動化立體倉庫中輸送系統(tǒng)的核心機(jī)械設(shè)備，是整個倉庫出入貨物運(yùn)行通暢的關(guān)鍵。自動化立體倉庫應(yīng)用日趨廣泛，提高堆垛機(jī)的性能，通過合理的控制速度，精準(zhǔn)的貨格定位來實現(xiàn)堆垛機(jī)的效安全運(yùn)行，能夠提高物流倉庫的運(yùn)行效率，對物流倉庫的正常運(yùn)行起著重要作用。

港口物流倉庫堆垛機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用西門子S7-300 型PLC 設(shè)計，運(yùn)用Step7 編寫堆垛機(jī)自檢、復(fù)位、運(yùn)行控制、異常應(yīng)急處理等程序。同時，在Visual C++開發(fā)環(huán)境下設(shè)計監(jiān)控系統(tǒng)的人機(jī)操作界面，并通過RS-485 總線實現(xiàn)監(jiān)控計算機(jī)與PLC 的實時通信。在港口物流中利用先進(jìn)的PLC 技術(shù)建設(shè)港口物流倉庫堆垛機(jī)實時監(jiān)控系統(tǒng)，可以提高物流倉庫執(zhí)行效率，促進(jìn)港口貨運(yùn)的服務(wù)水平，滿足現(xiàn)代物流快速發(fā)展的需求，提高港口在運(yùn)輸市場的競爭力。

1 監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

本文研究的港口物流倉庫采用高層貨架來完成貨物存儲，每兩排貨架間留有巷道供堆垛機(jī)存取貨物作業(yè)。倉庫主要由貨架、巷道堆垛機(jī)、出入庫配套設(shè)施和計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)組成。貨架由；巷道堆垛機(jī)是自動化立體倉庫的關(guān)鍵設(shè)備，由機(jī)架、升降機(jī)及貨叉等組成，它在貨架中的巷道上往返運(yùn)行，完成貨物的出入庫任務(wù)；貨架上裝有配套機(jī)械設(shè)施，能夠保證堆垛機(jī)準(zhǔn)確、高速地完成貨物的存取操作；計算機(jī)系統(tǒng)控制堆垛機(jī)在固定的巷道中完成垂直和水平作業(yè)，實現(xiàn)貨物存取的集中控制。圖1 為貨運(yùn)倉庫的動畫模擬圖。

圖1 貨運(yùn)倉庫模擬圖

圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D

本系統(tǒng)由現(xiàn)場堆垛機(jī)控制單元與監(jiān)控計算機(jī)系統(tǒng)組成?，F(xiàn)場堆垛機(jī)控制單元是采用PLC 組成的控制系統(tǒng)對各設(shè)備進(jìn)行實時自動控制操作，堆垛機(jī)采用S7-300 型PLC 控制，通過堆垛機(jī)水平和縱向變頻系統(tǒng)對堆垛機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)速。監(jiān)控計算機(jī)系統(tǒng)實現(xiàn)與現(xiàn)場控制的PLC進(jìn)行實時數(shù)據(jù)通訊、實時監(jiān)控堆垛機(jī)存取貨物流程。同時，在Visual C++開發(fā)環(huán)境下設(shè)計監(jiān)控系統(tǒng)的人機(jī)操作界面，并通過RS-485 總線實現(xiàn)監(jiān)控計算機(jī)與PLC 的實時通信。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D如圖2 所示。

2 監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計

堆垛機(jī)現(xiàn)場控制程序包括：堆垛機(jī)自檢、復(fù)位、運(yùn)行控制、異常應(yīng)急處理等程序。

1）堆垛機(jī)自檢程序

堆垛機(jī)自檢程序主要完成設(shè)備的自檢，用于檢測堆垛機(jī)設(shè)備以及各種機(jī)械是否處于初始位置，設(shè)備初始化正常，檢測信息無異常情況，才能對運(yùn)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的控制操作。如果檢測信息發(fā)現(xiàn)異常，則需排除故障問題后才可繼續(xù)操作。

2）堆垛機(jī)復(fù)位程序

堆跺機(jī)控制程序在運(yùn)行過程中有異常狀況發(fā)生時，如果不能及時排除故障，會導(dǎo)致貨物出入庫管理出現(xiàn)問題，復(fù)位程序能通過復(fù)位按鈕方便的恢復(fù)堆垛機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和設(shè)置，會啟動返回原位程序，以重新設(shè)定系統(tǒng)的當(dāng)前值歸到原位，保障系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

3）堆垛機(jī)出入庫程序

堆垛機(jī)現(xiàn)場控制程序接收到操作任務(wù)命令后，對堆垛機(jī)執(zhí)行自動入庫或者出庫作業(yè)。通過通訊接口接收到目標(biāo)貨物的層數(shù)、列數(shù)，設(shè)定入庫動作，然后開始執(zhí)行貨物入庫操作。控制堆垛機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)取貨，托起貨物后移動向程序設(shè)定的目標(biāo)貨位，通過傳感器檢測目標(biāo)貨位是否有貨，將貨物運(yùn)放到目標(biāo)貨位，控制堆垛機(jī)返回到初始位置待命。

3 系統(tǒng)安全保護(hù)措施

堆垛機(jī)控制系統(tǒng)是貨物倉庫儲存和流通的重要部分，如果系統(tǒng)發(fā)生故障，將會對操作人員和貨物造成嚴(yán)重?fù)p失，因此對系統(tǒng)設(shè)置相應(yīng)的保護(hù)措施十分必要。堆垛機(jī)的故障一般可分為機(jī)械故障和電氣故障。機(jī)械故障是指由于系統(tǒng)長期使用而引起的設(shè)備磨損、斷裂、老化。電氣故障是指系統(tǒng)的電氣控制設(shè)備由于老化接觸不良等引起的系統(tǒng)失效故障。為了保障系統(tǒng)安全運(yùn)行設(shè)置保護(hù)措施如下：

1）在貨架的水平和垂直端分別設(shè)置開關(guān)起到限位的作用，在堆垛機(jī)移動超出極限位置時，系統(tǒng)將對執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行自動斷電并發(fā)出故障報警信號；

2）為了承受堆垛機(jī)全速滿載運(yùn)行時的沖擊，通過設(shè)置緩沖器，在開關(guān)限位故障時能保障堆垛機(jī)的緩沖停車，確保堆垛機(jī)運(yùn)行設(shè)備的安全；

3）在堆垛機(jī)上安裝貨倉虛實傳感器，用來檢測貨位是否已經(jīng)存在貨物，避免雙重入庫操作引發(fā)的故障；

4）在貨倉上安裝貨物超差檢測傳感器，當(dāng)檢測到貨物超出貨倉存儲空間時，停止貨物入庫動作并發(fā)出故障報警；

5）在堆垛機(jī)上安裝限速器安全鉗系統(tǒng)，當(dāng)堆垛機(jī)的提升鋼繩出現(xiàn)斷裂時能夠及時鉗住貨叉，避免貨物跌落。

4 結(jié)語

本文設(shè)計了基于PLC 技術(shù)的港口物流倉庫堆垛機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，構(gòu)建了港口貨運(yùn)倉庫及堆垛機(jī)控制物理模型。該系統(tǒng)采用Visual C++作為上位機(jī)軟件開發(fā)平臺，完成監(jiān)控軟件設(shè)計，通過485 總線實現(xiàn)上位監(jiān)控計算機(jī)與S7-300 PLC 的實時通信，采用Step 7 軟件編寫堆垛機(jī)現(xiàn)場控制程序，實現(xiàn)自檢、復(fù)位、運(yùn)行控制、異常應(yīng)急處理等程序。通過港口物流倉庫堆垛機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)仿真模型調(diào)試運(yùn)行，該監(jiān)控系統(tǒng)具有穩(wěn)定性、可靠性和實時性，達(dá)到了預(yù)期控制指標(biāo)，在港口物流倉庫系統(tǒng)中具有一定的應(yīng)用價值。