趙晶晶

（江蘇省宿遷經(jīng)貿(mào)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，江蘇 宿遷 223600）

現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)相較過(guò)去，更加注重效率和效益，為此，依托于現(xiàn)代技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)科技水平的強(qiáng)化便至為重要。立體倉(cāng)庫(kù)由多個(gè)貨架按照高低順序組成，貨架按照設(shè)計(jì)需要，會(huì)預(yù)留出不同的空間，貨物的取用，會(huì)由專門(mén)的運(yùn)輸設(shè)備自動(dòng)化完成以替代人工[1]。現(xiàn)如今，這種自動(dòng)化的物料儲(chǔ)存與取用方式，使得傳統(tǒng)倉(cāng)庫(kù)管理中人工容易疏忽的問(wèn)題得以被有效解決，從而帶動(dòng)倉(cāng)庫(kù)儲(chǔ)存安全水平提升，也為各行各業(yè)的發(fā)展提供穩(wěn)定支持。

1 PLC概述

1.1 介紹

PLC也叫作可編程邏輯控制器，由中央處理器、儲(chǔ)存器、輸入器、編程設(shè)備與電源構(gòu)成?，F(xiàn)如今，PLC在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，具有強(qiáng)化控制能力的積極作用[2]。

1.2 應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

PLC技術(shù)是科技發(fā)展的產(chǎn)物，在立體倉(cāng)庫(kù)中有著較為明顯的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

1）安全性。PLC在設(shè)計(jì)立體倉(cāng)庫(kù)時(shí)，依托于較強(qiáng)的邏輯能力，能夠在很大程度上保證整個(gè)控制系統(tǒng)按照既定邏輯運(yùn)行，降低系統(tǒng)故障概率，包括物料運(yùn)輸、出入庫(kù)管理等。此外，PLC由于其獨(dú)特的性能，具有較強(qiáng)的抗干擾能力，且通過(guò)集成系統(tǒng)的有效應(yīng)用，能夠?qū)⒍鄠€(gè)控制系統(tǒng)安裝在其中，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一化管理。得益于這一優(yōu)點(diǎn)，PLC已經(jīng)成為目前工業(yè)領(lǐng)域中公認(rèn)的最為可靠的控制設(shè)備之一。

2）簡(jiǎn)便性。由于PLC自身的邏輯能力與判斷能力較好，能夠在一定程度上實(shí)現(xiàn)智能優(yōu)化，實(shí)際應(yīng)用時(shí)，相關(guān)指令和狀態(tài)的判定依托于該裝置便可實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，故障判斷也更為簡(jiǎn)單，相關(guān)操作人員無(wú)需對(duì)具體的系統(tǒng)運(yùn)行邏輯和程序?qū)彶楸隳軌驅(qū)崿F(xiàn)對(duì)于操作系統(tǒng)的控制。而從設(shè)計(jì)的角度來(lái)說(shuō)，PLC的設(shè)計(jì)相較于其他編程語(yǔ)言來(lái)說(shuō)也更為簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)人員無(wú)需耗費(fèi)過(guò)多精力便可掌握[3]。在實(shí)際的工作中，不需要通過(guò)拆解或安裝硬件的方式，便能夠?qū)崿F(xiàn)功能的改變。此外，PLC裝置的體積較小，便于攜帶，在安裝與拆卸上也較為簡(jiǎn)便，可以有效降低工作量。

2 立體倉(cāng)庫(kù)概述

立體倉(cāng)庫(kù)是一種立體化處理的新型倉(cāng)庫(kù)模式，與傳統(tǒng)倉(cāng)庫(kù)不同，立體倉(cāng)庫(kù)更多的是縱向發(fā)展，提升空間利用率，減少占地面積?；赑LC的立體倉(cāng)庫(kù)在設(shè)計(jì)上，具備自動(dòng)化的功能，整體操作原理類似于自動(dòng)售貨機(jī)，通過(guò)控制系統(tǒng)，便可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的貨物出入庫(kù)。立體倉(cāng)庫(kù)主要由以下幾個(gè)部分組成。

1）儲(chǔ)存設(shè)施。倉(cāng)庫(kù)最為基礎(chǔ)的作用便是存放貨物，立體倉(cāng)庫(kù)也不例外。因此，儲(chǔ)存設(shè)施是立體倉(cāng)庫(kù)最為基礎(chǔ)的一個(gè)部分。目前而言，儲(chǔ)存設(shè)施的形式主要有兩種，一種為可移動(dòng)或可拆解式的貨架，便于移動(dòng)或轉(zhuǎn)移；另一種則與倉(cāng)庫(kù)相連，形成一個(gè)整體結(jié)構(gòu)，在起到倉(cāng)庫(kù)存儲(chǔ)作用的同時(shí)，也能夠起到支撐的作用[4]。

2）存取設(shè)施。立體倉(cāng)庫(kù)的存取功能，主要是依靠堆垛機(jī)與貨架兩側(cè)的滑道來(lái)實(shí)現(xiàn)的，堆垛機(jī)在立體倉(cāng)庫(kù)中也有著十分重要的地位，通過(guò)堆垛機(jī)與控制系統(tǒng)的配合，貨物便能夠自動(dòng)存取。

3）輸送設(shè)施。立體倉(cāng)庫(kù)中，若想將貨物存放至指定位置和區(qū)域，還需要依靠輸送裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)，具體而言，主要是自動(dòng)傳送帶裝置。

4）控制系統(tǒng)。立體倉(cāng)庫(kù)所有功能的實(shí)現(xiàn)，都需要依靠控制系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行，控制系統(tǒng)起到總體控制的作用，會(huì)對(duì)上述所有功能進(jìn)行控制，依據(jù)PLC技術(shù)的控制系統(tǒng)，能夠有效簡(jiǎn)化控制程序。

3 立體倉(cāng)庫(kù)的設(shè)計(jì)

3.1 總體設(shè)計(jì)

總體設(shè)計(jì)由輸送、分揀與入庫(kù)三個(gè)系統(tǒng)組成。PLC會(huì)在檢測(cè)到物料底座后，將其推送至傳送帶。當(dāng)經(jīng)過(guò)傳感器時(shí)，便會(huì)檢測(cè)到物料底座，停止傳送帶的運(yùn)行，將物料放置底座上后，傳感器感應(yīng)到物料，會(huì)再次啟動(dòng)運(yùn)行，運(yùn)行至指定位置時(shí)，光電傳感器會(huì)進(jìn)行檢測(cè)，再次停止傳送帶，輸送成品物料，檢測(cè)到相應(yīng)的物料信號(hào)后，傳送帶會(huì)將其運(yùn)送至指定位置進(jìn)行物料的分揀工作，完成整個(gè)物料輸送流程。

3.2 硬件設(shè)計(jì)

3.2.1 電機(jī)設(shè)計(jì)

電機(jī)設(shè)計(jì)屬于硬件設(shè)計(jì)中的一部分，是立體倉(cāng)庫(kù)中重要的硬件裝置，具體而言，包含電機(jī)、驅(qū)動(dòng)器與傳感器三個(gè)部分[5]。

1）電機(jī)部分，電機(jī)主要用于發(fā)電與電能轉(zhuǎn)化，向其他設(shè)備提供動(dòng)力和能量，使其能夠正常運(yùn)行。在立體倉(cāng)庫(kù)中，電機(jī)的主要作用是通過(guò)發(fā)電使得堆垛機(jī)、傳送帶等裝置得以運(yùn)行，使得貨物位移至指定位置。首先，是步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)主要用于控制堆垛機(jī)，使其能夠?qū)崿F(xiàn)橫向與縱向的運(yùn)動(dòng)，使用兩臺(tái)步進(jìn)電機(jī)分別控制其橫向與縱向的運(yùn)動(dòng)，共同配合完成貨物的存取工作。步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)軌跡和角度經(jīng)過(guò)設(shè)定，其本身具有較高的精確程度，相對(duì)而言，發(fā)生故障的概率較小。本研究選擇的步進(jìn)電機(jī)型號(hào)為2S86Q-034A。其次，是直流電動(dòng)機(jī)，直流電動(dòng)機(jī)主要用于垂直方向，與步進(jìn)電機(jī)共同作用。直流電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行時(shí)，需要始終保持勻速，以穩(wěn)定的速度完成物料運(yùn)輸，與步進(jìn)電機(jī)配合使用。

通過(guò)專業(yè)群建設(shè)，可全面提高專業(yè)建設(shè)的內(nèi)涵和水平，增強(qiáng)社會(huì)服務(wù)功能，可為振興東北老工業(yè)基地的經(jīng)濟(jì)建設(shè)和物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供幫助，且建設(shè)前景良好，建設(shè)意義重大，與“十三五”發(fā)展規(guī)劃目標(biāo)一致。經(jīng)學(xué)院學(xué)術(shù)委員會(huì)研究,同意物聯(lián)網(wǎng)工程技術(shù)專業(yè)群申報(bào)校級(jí)建設(shè)專業(yè)群。

2）驅(qū)動(dòng)器部分，即步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。該驅(qū)動(dòng)器主要服務(wù)于步進(jìn)電機(jī)，用于對(duì)步進(jìn)電機(jī)速度與頻率進(jìn)行精準(zhǔn)控制。通過(guò)將步進(jìn)電機(jī)與控制系統(tǒng)聯(lián)系，能夠?qū)崿F(xiàn)信號(hào)頻率的轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位。驅(qū)動(dòng)器型號(hào)為2M530。

3）傳感器部分。傳感器部分可設(shè)置兩個(gè)傳感器，一個(gè)為光電傳感器，一個(gè)為壓力傳感器。光電傳感器主要通過(guò)光電感應(yīng)，對(duì)貨物是否準(zhǔn)確放置于貨箱中進(jìn)行檢驗(yàn)，如果發(fā)現(xiàn)貨物存在超出貨箱范圍的情況，就會(huì)及時(shí)發(fā)送信號(hào)到PLC，并阻擋對(duì)射光路，實(shí)現(xiàn)對(duì)物料的修正。綜合考慮，光電傳感器選擇EE-SY672（歐姆龍），該裝置具有較高的適應(yīng)性與靈活性，便于操作。同時(shí)，與PLC的連接也較為方便。壓力傳感器的主要功能是：通過(guò)壓力感應(yīng)，將壓力轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，向PLC發(fā)送中斷信號(hào)，從而保證模擬量輸入模塊信號(hào)穩(wěn)定[6]。

3.2.2 控制元件

控制元件需要保證內(nèi)存容量與較快的CPU處理速度，應(yīng)至少保證8 K的容量，同時(shí)預(yù)留出接口，便于實(shí)現(xiàn)后續(xù)容量擴(kuò)展，處理器則應(yīng)選擇64位。需要保證控制元件能夠執(zhí)行大量數(shù)據(jù)的計(jì)算與運(yùn)行，為系統(tǒng)的高效化運(yùn)行提供支持，可以選用FX2N-128MR型號(hào)的PLC。

3.2.3 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備

現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備方面，主要是指除了控制系統(tǒng)硬件以外的其他類型設(shè)備，用于輔助控制系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)也能夠起到立即停止運(yùn)行或提示的作用。在立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)中，主要包含倉(cāng)庫(kù)內(nèi)燈、系統(tǒng)指示燈、控制開(kāi)關(guān)、警示音響等裝置。

3.2.4 電源

電源是提供電能所需的重要結(jié)構(gòu)，需要先將220 V交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姡?，再通過(guò)變壓器調(diào)整成PLC所需電壓，為立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)供電，保證PLC正常運(yùn)行。

3.3 軟件設(shè)計(jì)

3.3.1 上位機(jī)與下位機(jī)

上位機(jī)與下位機(jī)屬于軟件設(shè)計(jì)的部分。上位機(jī)在整個(gè)控制系統(tǒng)中，主要承擔(dān)命令、指令的發(fā)送功能，依據(jù)程序運(yùn)行中發(fā)生的各種參數(shù)變化，向下位機(jī)發(fā)送指令，下位機(jī)在接收到指令后，依據(jù)指令對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的設(shè)備情況進(jìn)行調(diào)整，并將調(diào)整后的狀態(tài)反饋給上位機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的控制—監(jiān)測(cè)—控制的流程。

3.3.2 I/O分配

I/O分配在PLC系統(tǒng)中的作用，主要是實(shí)現(xiàn)輸入與輸出功能，包括數(shù)值的開(kāi)關(guān)量與模擬量，從而實(shí)現(xiàn)PLC系統(tǒng)的運(yùn)算與控制[7]。選用兩臺(tái)PLC控制，型號(hào)為SR40和ST30，其I/O分配表如表1、表2所示。

表1 S7-200SmartCPU SR40 PLC I/O分配表

3.3.3 程序設(shè)定流程

1）程序設(shè)定流程的設(shè)計(jì)上，通過(guò)既定算法，依據(jù)實(shí)際的立體化倉(cāng)庫(kù)控制需求，完成相應(yīng)的設(shè)計(jì)工作?？梢詫⒄麄€(gè)程序設(shè)定為一個(gè)總控程序和三個(gè)分控程序進(jìn)行控制，總控程序起到命令、傳輸指令等作用，分控程序分別用于控制兩臺(tái)步進(jìn)電機(jī)與一臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)接受指令，并反饋運(yùn)行信號(hào)。主控程序設(shè)置在PLC設(shè)備上，借由PLC下達(dá)傳輸命令給分控程序，執(zhí)行貨物的垂直、橫向與縱向的移動(dòng)[8]。貨物出庫(kù)時(shí)，在主控程序操作會(huì)選擇相對(duì)應(yīng)的貨物序列號(hào)、儲(chǔ)存位置、類型等信息，分控程序會(huì)自動(dòng)按照對(duì)應(yīng)的信息執(zhí)行貨物的出庫(kù)程序，將物料自貨箱中提出，移送至傳送帶上，實(shí)現(xiàn)出庫(kù)。PLC開(kāi)啟后，數(shù)據(jù)會(huì)初始化，啟動(dòng)后，會(huì)開(kāi)啟各個(gè)分程序的控制系統(tǒng)。運(yùn)行中，PLC會(huì)接收到來(lái)自上位機(jī)的手動(dòng)或自動(dòng)控制程序，手動(dòng)下，垂直、水平等操作由手動(dòng)完成；自動(dòng)下，垂直、水平等操作交由系統(tǒng)自動(dòng)完成[9]。

2）針對(duì)故障檢測(cè)的設(shè)置。程序在運(yùn)行的過(guò)程中，應(yīng)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)是否存在邏輯錯(cuò)誤或故障問(wèn)題，包括軟硬件設(shè)施，同時(shí)設(shè)置自動(dòng)報(bào)警功能和切斷功能。此外，在設(shè)計(jì)堆垛機(jī)時(shí)，需要盡可能自動(dòng)調(diào)用最近距離的堆垛機(jī)，選擇最近的貨物出口。系統(tǒng)監(jiān)控軟件選擇MCGS嵌入版，能夠模擬運(yùn)行環(huán)境，具有較高的智能程度，方便對(duì)整個(gè)運(yùn)行流程進(jìn)行模擬與測(cè)試，通過(guò)對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行調(diào)試，提高運(yùn)行穩(wěn)定性[10]。

3）程序控制上，應(yīng)每日定期對(duì)立體倉(cāng)庫(kù)內(nèi)貨物的儲(chǔ)存環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)，控制好干濕度、溫度，做好防止細(xì)菌滋生的防護(hù)處理，判斷倉(cāng)庫(kù)內(nèi)環(huán)境是否適宜貨物儲(chǔ)存。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，PLC技術(shù)在立體倉(cāng)庫(kù)設(shè)計(jì)上，能夠起到自動(dòng)化與智能化控制的作用，規(guī)避傳統(tǒng)手動(dòng)控制的弊端，在提高管理效率同時(shí)，也能夠避免人為因素致使的故障問(wèn)題發(fā)生。此外，立體倉(cāng)庫(kù)對(duì)于空間的利用率也能夠隨著PLC技術(shù)的應(yīng)用而逐漸提升，進(jìn)而提升企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，極大地促進(jìn)了社會(huì)的發(fā)展。