冉玉梅

(德州學(xué)院 機電工程學(xué)院，山東 德州 253023)

隨著信息化技術(shù)的發(fā)展，我國工業(yè)和建筑行業(yè)等都逐漸由傳統(tǒng)模式轉(zhuǎn)變?yōu)閼?yīng)用機械設(shè)備的智能化模式，可以大大提高生產(chǎn)工作效率，為個人、企業(yè)帶來便利。除了生產(chǎn)過程的自動化外，還應(yīng)當(dāng)發(fā)展管理的自動化，例如自動化立體倉庫的研究和建設(shè)。PLC相較于其它的單片機，具有強大的功能和過硬的質(zhì)量，因此可以將其作為倉庫控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。

1 自動化立體倉庫簡介

自動化立體倉庫指的就是在沒有人員管理的情況下，可以自主進行貨物儲存和取出工作的現(xiàn)代化倉庫，它的運作模式類似于自動販賣機，內(nèi)部設(shè)置層層疊疊的貨架，并對相應(yīng)的隔間位置作出編號，將物料置于其中，然后通過控制系統(tǒng)進行自動化管理[1]。它主要由四個部分組成：

1.1 儲存設(shè)備

儲存設(shè)備指的就是用于存放貨物的貨架，它分為兩種，一種是放置在倉庫中、沒有與倉庫墻體等連接的貨架，它們能夠取出或者方便地進行轉(zhuǎn)移，而另一種是與倉庫建筑物墻體、屋頂?shù)认噙B的貨架，它還起到支撐建筑結(jié)構(gòu)的作用，并且造價較低。

1.2 貨物存取設(shè)備

它指的是貨架之間的巷道上架設(shè)的能夠水平或者垂直移動的堆垛機，它們能夠完成貨物的裝載工作，執(zhí)行貨物存取任務(wù)。

1.3 輸送設(shè)備

它指的是將貨物運送到存取設(shè)備所能接觸到的范圍外的設(shè)備，大多為傳送帶等裝置，可以連接貨物存取設(shè)備與其它貨物運輸裝置。

1.4 控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)指的就是統(tǒng)計并記錄倉庫中各類型貨物的種類、數(shù)量和存放位置，并將各個部分進行有機連接的裝置，過去在不完全自動化的倉庫中，控制系統(tǒng)往往會采用幾臺計算機，成本較高，但如今可以使用PLC作為控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，在保證功能完整的前提下還能大大減少生產(chǎn)成本[2]。

2 PLC特性介紹

2.1 起源與發(fā)展

PLC控制系統(tǒng)誕生于二十世紀(jì)六十年代，彼時監(jiān)測控制系統(tǒng)已經(jīng)初具規(guī)模，但是還沒有人創(chuàng)造性地提出將PLC應(yīng)用于工業(yè)自動化立體倉庫控制系統(tǒng)的設(shè)計。當(dāng)時它是一種即時系統(tǒng)，專為工業(yè)生產(chǎn)而誕生，其結(jié)構(gòu)類似微電腦，具備角比較基礎(chǔ)的部件，但又與電腦存在很大差異。

此后汽車制造業(yè)率先引入PLC控制系統(tǒng)，提高了汽車的性能，為汽車制造業(yè)帶來福音。它在之后數(shù)年內(nèi)得到了飛速發(fā)展，當(dāng)時世界范圍PLC控制器的數(shù)量以每年20%～30%的速率增長，市場之巨大令人咋舌。近年來，其在發(fā)達國家的市場趨近飽和，因而增長速度大大減緩，但在以我國為代表的發(fā)展中國家仍然保持著迅猛的增長勢頭，近年來智能化與自動化概 念深入人心，許多行業(yè)都發(fā)生了重大變革，于是有人創(chuàng)設(shè)性地提出自動監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)想，其中自動化立體倉庫控制系統(tǒng)設(shè)計乃是十分重要的一種。

2.2 組成結(jié)構(gòu)

它的組成結(jié)構(gòu)與計算機類似，具有CPU、存儲器等，并且具備接受和輸出數(shù)據(jù)的功能，但是又區(qū)別于計算機，因為它不具備1/0設(shè)備，并且體積遠遠小于計算機。簡單說來，PLC本身就是一塊智能化芯片，它自己同時也是一個小型的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，能夠高速地對所獲得的數(shù)據(jù)進行分析處理[3]。需要注意的是，“小型”數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)指的是其功能不如計算機完善，只能承擔(dān)一部分工作，而不是其體積較小。

2.3 特點與優(yōu)勢

2.3.1 抗干擾能力強

許多設(shè)備都是使用電波進行信息的傳遞，而波在傳播過程中會發(fā)生相互作用，從而產(chǎn)生干擾，尤其是同頻率的波。但PLC芯片不存在這種顧慮，它可以在復(fù)雜環(huán)境中正常工作。

2.3.2 配套齊全，功能完善，適用性強

PLC發(fā)展到今天，經(jīng)歷了數(shù)十年的的漫長進化過程，為了滿足不同行業(yè)消費者的需求，它已經(jīng)形成了一系列不同尺寸，小到建筑工地的大型器械和電廠中的發(fā)電設(shè)備，小到電子手表，都能夠有與之對應(yīng)的芯片。并且經(jīng)歷多年發(fā)展，PLC的功能愈發(fā)強大和完善，如今它已經(jīng)能夠在很短時間內(nèi)處理龐大的數(shù)據(jù)，在數(shù)控領(lǐng)域發(fā)揮了巨大作用，經(jīng)過調(diào)整后也可用于倉庫的監(jiān)測控制系統(tǒng)。

2.3.3 界面簡潔，容易學(xué)會

PLC的適用人群十分廣泛，由于它的界面簡潔易懂，沒有過多贅余的功能，許多不具備專業(yè)IT知識或是只有一點基礎(chǔ)的人也能夠使用，并且它的編程語言相較于其它同類型產(chǎn)品而言算是十分簡單，能夠為廣大工程師接受。

2.3.4 設(shè)計容易，維護方便

PLC采用的是存儲邏輯，這就意味著相比起使用布線邏輯的產(chǎn)品，它的設(shè)計步驟要簡潔得多，設(shè)計和建造所需時間也十分短暫，并且控制系統(tǒng)裝置外部很少出現(xiàn)線路，維護工作也輕松不少[4]。更重要的是，它有可能通過改變同一裝置來改變生產(chǎn)過程。

3 設(shè)計基于PLC的工業(yè)自動化立體倉庫控制系統(tǒng)的設(shè)計要求

3.1 確保滿足控制需求

使PLC芯片的能力充分發(fā)揮出來，盡可能地滿足在進行控制設(shè)計的要求，這是設(shè)計PLC控制系統(tǒng)的最重要的原則。這就需要設(shè)計人在設(shè)計控制系統(tǒng)前就要去現(xiàn)場進行分析和研究，并且多多研讀相關(guān)著作和論文，了解用戶需求。例如，根據(jù)工業(yè)自動化立體倉庫中所貯存的物資的不同，該系統(tǒng)需要監(jiān)測的參數(shù)也不同，例如存放化學(xué)藥劑的除了常規(guī)參數(shù)檢測外，還需要監(jiān)測光照，有些物質(zhì)如硝酸在光照條件下容易分解，還有些容易揮發(fā)，另外有些物質(zhì)受到光照甚至?xí)l(fā)爆炸，帶來巨大的危險。而存放精密儀器的倉庫則需要對空氣中的粉塵進行監(jiān)測，要知道，許多較為精細的儀器中一旦進入灰塵，其功能和穩(wěn)定性將會大打折扣，一些傳感器會因為接觸面布滿灰塵而降低靈敏度，甚至無法感知信息。

3.2 確保PLC控制系統(tǒng)可靠性

在設(shè)計的時候，必須確保該系統(tǒng)可以穩(wěn)定且安全地長在很長一段時間內(nèi)不出現(xiàn)任何問題地運轉(zhuǎn)和操作，它必須具備強大的穩(wěn)定性和可靠性，保證不會出現(xiàn)判斷失誤和決策失誤，導(dǎo)致倉庫中的物品受到損傷，從而帶來巨大的經(jīng)濟損失，或是由于監(jiān)管不力而導(dǎo)致爆炸、火災(zāi)等的發(fā)生，這也是在設(shè)計所有控制系統(tǒng)時需要遵守的最重要的原則之一。

3.3 力求設(shè)計簡單方便，后期維護容易

在滿足控制要求的前提下，在設(shè)計系統(tǒng)時要注意將生產(chǎn)成本和獲得的效益相結(jié)合。也就是說在設(shè)計時要充分考慮成本價格的高低，在滿足要求的前提下將控制系統(tǒng)變得簡潔明了、較為經(jīng)濟，而且要盡量使系統(tǒng)的操作簡單化，畢竟想要實現(xiàn)工業(yè)自動化立體倉庫的普及，就一定需要廣大基層工人群體的參與，而我國很大一部分基層工人并沒有很高的知識水平，過于復(fù)雜的系統(tǒng)不會被他們接受，他們也不需要某些看似華麗實則無用的功能，因此設(shè)計師不能盲目地增添系統(tǒng)功能，要以簡潔實用為主。

3.4 適應(yīng)社會發(fā)展需要

隨著社會的發(fā)展和技術(shù)的進步，人們的需求在不斷的提升，對于控制系統(tǒng)的要求也將越來越高，例如需要它能夠具備互動功能，向操作員匯報系統(tǒng)運轉(zhuǎn)情況，或是除了采集倉庫及其周圍環(huán)境的溫度濕度等信息外還要具備一定的數(shù)據(jù)分析和處理功能，還要能夠應(yīng)對突發(fā)事件，分析當(dāng)下環(huán)境并作出最優(yōu)選擇，力求將損失降到最低，在設(shè)計系統(tǒng)時也要考慮到未來控制系統(tǒng)的進展和人們的需要。

4 基于PLC的工業(yè)自動化立體倉庫控制系統(tǒng)設(shè)計

4.1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖1 控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

如圖1控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，該系統(tǒng)主要是由上位機、下位機PLC、現(xiàn)場設(shè)備和電機構(gòu)成。

4.2 上位機和下位機的含義及作用

上位機指的就是能夠顯示倉庫中各類信息參數(shù)變化并且發(fā)出操控命令的計算機，下位機接收它的命令，直接操控設(shè)備，并采集數(shù)據(jù)、將其反饋給上位機，使之能夠?qū)υO(shè)備進行監(jiān)測，從而做出最優(yōu)選擇。之前大多采用電子計算機，但如今使用PLC便足夠完成各項工作，并且可以減小設(shè)備造價。

4.3 現(xiàn)場設(shè)備

現(xiàn)場設(shè)備指的是直接進行工作的設(shè)備，在不同的系統(tǒng)中，現(xiàn)場設(shè)備也存在差異，而在本控制系統(tǒng)中，它指的是包括開關(guān)、運轉(zhuǎn)指示燈等的一些設(shè)備。

4.4 電機

電機就是實現(xiàn)電能與其他形式的能量轉(zhuǎn)化的裝置，在本系統(tǒng)中，電機將電能轉(zhuǎn)化為機械能，用于對貨物做功，使之產(chǎn)生位移，也就是為設(shè)備的存取工作提供能量。

4.5 I/O地址分配

表1 I/O地址分配表

如表1，本系統(tǒng)的I/O地址分配表可以直接按照表中進行設(shè)計。

4.6 控制程序流程

首先，當(dāng)控制程序啟動后，應(yīng)當(dāng)自動監(jiān)測整個系統(tǒng)中硬件是否出現(xiàn)故障，若有，則必須啟動自動報警功能，并切斷存取設(shè)備和運送設(shè)備的電源，使其緊急停止，然后進行故障深入檢測和處理。若未發(fā)現(xiàn)異常，則需要監(jiān)測需要移動的貨物附近是否有空閑的堆垛機和貨架，并智能化地調(diào)取最近的堆垛機進行工作，入庫時要選擇大小、距離合理的位置存放貨物，出庫時則要選擇距離最近的出口，節(jié)省電能的損耗。另外，當(dāng)貨物數(shù)量或是位置等出現(xiàn)變動時，系統(tǒng)需要自動采集數(shù)據(jù)并進行記錄。

此外，每隔一段時間，控制系統(tǒng)都應(yīng)當(dāng)自主進行倉庫的環(huán)境監(jiān)測，并根據(jù)所儲存貨物的特點進行數(shù)據(jù)分析，若是當(dāng)前環(huán)境不利于貨物貯存，則需要立即采取措施，例如當(dāng)環(huán)境過于干燥可能引起某些材料干裂時，要及時噴灑水分；當(dāng)環(huán)境過于潮濕容易引發(fā)貨物氧化受潮等時，需要自動進行除濕工作。若光照強度太高，則需要自動使用簾子等遮蓋貨物，遇到機器無法解決的問題時，還應(yīng)當(dāng)及時反饋給管理人員，由人工進行緊急處理。

5 結(jié)束語

隨著經(jīng)濟和科技的不斷發(fā)展，各行各業(yè)的自動化程度必然會逐步提升，人類將會從繁重的勞動中解放出來，只需管理不同的控制系統(tǒng)。若是能夠?qū)崿F(xiàn)倉庫管理的自動化，則能夠避免許多人工監(jiān)管中出現(xiàn)的錯誤和問題，并減少儲存過程中倉庫物資的損壞，必定會提升管理工作的效率，為我國工業(yè)水平的提升和綜合國力的增強貢獻一份力量。