劉琳霞 吳佳

（蘇州健雄職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系，江蘇太倉 215400）

一種基于PLC的堆垛機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

劉琳霞 吳佳

（蘇州健雄職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系，江蘇太倉 215400）

堆垛機(jī)是自動(dòng)化立體倉庫系統(tǒng)中的重要組成部分?；诖?，根據(jù)立體倉庫系統(tǒng)的特點(diǎn)，給出堆垛機(jī)提升、行走、取料等部分的結(jié)構(gòu)，提出一種通過伺服定位來實(shí)現(xiàn)精確位置控制的堆垛機(jī)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、定位準(zhǔn)確、安全性高，有一定的應(yīng)用前景。

自動(dòng)化倉庫；PLC；伺服位置控制；HMI；安全

自動(dòng)化立體倉庫在現(xiàn)代物流企業(yè)和現(xiàn)代制造企業(yè)中是非常重要的一環(huán)，相比較傳統(tǒng)倉庫現(xiàn)代化立體倉庫，土地使用面積大量減少，空間利用率高，采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)控制，存取貨物的效率高。堆垛機(jī)作為自動(dòng)化立體化倉庫中執(zhí)行機(jī)構(gòu)，起著非常重要的作用，貨物的進(jìn)庫、出庫運(yùn)輸都需要堆垛機(jī)來完成，是自動(dòng)化立體倉庫的核心部件［1］。

1 堆垛機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)選擇

堆垛機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，本堆垛機(jī)結(jié)構(gòu)采用單立柱的結(jié)構(gòu)方式，堆垛機(jī)的提升運(yùn)動(dòng)和行走運(yùn)動(dòng)分別由2臺(tái)伺服電機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)定位，貨叉通過氣動(dòng)控制來實(shí)現(xiàn)其取貨和送貨動(dòng)作［2］。

2 堆垛機(jī)控制系統(tǒng)功能

堆垛機(jī)運(yùn)行模式分為手動(dòng)模式和自動(dòng)模式2種。手動(dòng)模式中可以通過操作不同的控制按鈕，來實(shí)現(xiàn)堆垛機(jī)的行走、提升和取送貨等動(dòng)作。手動(dòng)模式下可以實(shí)現(xiàn)對(duì)自動(dòng)化立體倉庫中任何無貨倉位的送貨操作，也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)有貨倉位的取貨操作。

圖1 堆垛機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

堆垛機(jī)在自動(dòng)運(yùn)行模式下可以實(shí)現(xiàn)以下的基本功能（控制流程圖如圖2所示）：①工作任務(wù)可以由上位機(jī)控制或操作人員實(shí)現(xiàn)單循環(huán)或連續(xù)操作；②系統(tǒng)運(yùn)行后，堆垛機(jī)的行走運(yùn)動(dòng)電機(jī)和升降運(yùn)動(dòng)電機(jī)可同時(shí)動(dòng)作，到達(dá)目標(biāo)貨倉時(shí)，減速停車，行走和升降運(yùn)動(dòng)由伺服電機(jī)帶動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)精確定位；③整個(gè)運(yùn)行過程中速度分為4段：取貨時(shí)低速運(yùn)行，中間階段快速運(yùn)行，接近目標(biāo)倉位時(shí)再低速運(yùn)行，返回時(shí)快速運(yùn)行［3，4］。

圖2 控制流程圖

3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

硬件中本控制系統(tǒng)采用伺服電機(jī)進(jìn)行精確定位，程序設(shè)計(jì)中本系統(tǒng)采用表指令對(duì)立體化倉庫各個(gè)貨位進(jìn)貨出貨進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄。定位和數(shù)據(jù)記錄可靠性高，因此未在各個(gè)倉位安裝物料檢測(cè)傳感器，節(jié)省了I/O點(diǎn)數(shù)。

本文中的自動(dòng)化立體倉庫共3層，每層含6個(gè)倉位，共18個(gè)倉位，行走和升降運(yùn)動(dòng)各使用1臺(tái)伺服電機(jī)控制，取送貨的貨叉由氣缸控制。綜上因素，本文中的控制器選擇西門子公司的CPU224xp，本款PLC共有DI 14個(gè)和DO 10個(gè)，能夠滿足點(diǎn)數(shù)的數(shù)量要求。

輸入信號(hào)方面，行走方向設(shè)置3個(gè)傳感器，分別是原點(diǎn)、左限位、右限位；升降方向設(shè)置了3個(gè)傳感器，分別是原點(diǎn)、上限位、下限位；輸出方面，行走伺服電機(jī)用到高速輸出脈沖和方向信號(hào)2個(gè)輸出點(diǎn)，升降伺服電機(jī)用到高速輸出脈沖和方向信號(hào)2個(gè)輸出點(diǎn)，貨叉用到2個(gè)輸出點(diǎn)。CPU224xp接線圖如圖3所示。

本項(xiàng)目中采用伺服電機(jī)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制，因此要使用到PLC的高速脈沖輸出功能，本例中采用脈沖輸出MAP庫文件來實(shí)現(xiàn)脈沖輸出。

圖3 CPU224xpPLC接線圖

S7-200的內(nèi)置脈沖串輸出提供了2個(gè)數(shù)字輸出通道（Q0.0和Q0.1），該數(shù)字輸出可以通過位控向?qū)ЫM態(tài)為PWM或PTO的輸出。當(dāng)組態(tài)一個(gè)輸出為PTO操作時(shí)，生成一個(gè)50%占空比脈沖串，用于步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的速度和位置的開環(huán)控制。內(nèi)置PTO功能僅提供了脈沖串輸出。應(yīng)用程序必須通過PLC內(nèi)置I/O或擴(kuò)展模塊提供方向和限位控制。CPU224xp可以提供最高100KHz的脈沖輸出。部分初始化程序如圖4所示。

圖4 初始化程序

4 結(jié)語

西門子S7-200的PLC與西門子MM420變頻器通過RS485口用西門子的專用協(xié)議USS協(xié)議進(jìn)行通訊，應(yīng)用在小型自動(dòng)控制系統(tǒng)中。因?yàn)閁SS協(xié)議采用輪詢方式通訊，所以PLC所帶的變頻器不能太多，否則會(huì)因?yàn)槌瑫r(shí)而造成通訊失敗。另外，采用MM420的RS485接口（即端子板上的14、15腳）通訊時(shí)，變頻器上不能安裝PROFIBUSDP通訊板。

［1］田峰.PLC在堆垛機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.制造業(yè)自動(dòng)化，2000（22）：66-68.

［2］周彬.S7-200PLC的MAP庫文件應(yīng)用解析［J］.科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2014（18）：50.

［3］劉琳霞.變頻器的PLC控制方式研究［J］.科技世界，2013（34）：309.

［4］徐菱.基于PLC的堆垛機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2005（1）：72-75.

Design of a Stacker Control System Based on PLC

Liu LinxiaWu Jia
（Department of Mechanical and Electrical Engineering，Suzhou Chien-Shiung Institute of Technology，Taicang Jiangsu 215400）

The stacker is an important component of the automated warehouse system.According to the characteristics of the warehouse system,according to the characteristics of warehouse system,the structure of lifting,walking, picking and other parts of stacking machine was gave,a kind of stacking machine control system was put forward, which can realize precise position control by servo positioning.The stacker system has the advantages of simple structure,accurate positioning,high security,it has a certain application prospect.

automation warehouse；PLC；servo position control；HMI；security

TH246

A

1003-5168（2016）11-0037-02

2016-10-13

江蘇高校品牌專業(yè)建設(shè)工程資助項(xiàng)目（PPZY2015B188）。

劉琳霞（1979-），女，本科，工程師，研究方向：電氣控制。