現代信息管理技術(shù)的日益完善與高速發(fā)展, 使越來(lái)越多的企業(yè)開(kāi)始嘗試使用現代物流管理[1,2,3,4]。自動(dòng)化立體倉庫作為現代物流系統的樞紐和核心, 是生產(chǎn)物流系統實(shí)現物流合理化的關(guān)鍵, 主要包含機械本體和控制系統兩部分[5,6,7,8,9]。

筆者研究立體倉庫自動(dòng)倉儲控制系統的總體設計、硬件設計及軟件設計過(guò)程, 基于組態(tài)王軟件開(kāi)發(fā)了系統的遠程監控及管理畫(huà)面。

自動(dòng)化立體倉庫主要由巷道式堆垛機、立體貨架、輸送機、計算機、控制柜、激光測距儀、卷?yè)P機、滑軌、光電檢測開(kāi)關(guān)等組成, 如圖1所示。

每臺堆垛機負責左右兩側的貨物存取, 單側立體貨架包含5層60列, 每個(gè)貨格的寬度為1 000 mm, 高度為1 200 mm。堆垛機Y方向上采用卷?yè)P機實(shí)現層數的豎直提升與降落, X方向上根據激光測距儀檢測進(jìn)行貨架水平位置的實(shí)時(shí)反饋, Y方向上使用光電開(kāi)關(guān)加認址片的方式進(jìn)行位置反饋。X、Y方向精確定位存取貨的目標位置后, 堆垛機沿Z方向以貨架為存放單元實(shí)現貨物的存、取、移庫。

系統設計包含控制系統通信結構圖設計及可編程序控制器 (PLC) 控制軟件架構設計。為了用戶(hù)直觀(guān)方便使用, 應設計簡(jiǎn)單易操作的組態(tài)畫(huà)面, 采用如圖2所示的系統通信結構設計?？刂栖浖軜嬙O計包括PLC軟件架構搭建、軟件控制流程設計及組態(tài)監控管理軟件設計, 而PLC設計部分是核心內容。由于現場(chǎng)有輸送機系統、堆垛機系統, 因此采用上下位機主從控制的兩級管理控制結構, 使用S7-300PLC作為堆垛機主控制器, S7-200PLC作為輸送機控制器。

▲圖1立體倉庫整體結構   下載原圖

▲圖2控制系統通信結構圖   下載原圖

PLC控制是控制系統核心[10], 電機、檢測裝置、光電開(kāi)關(guān)等數字量和模擬量的信號首先輸入PLC的寄存器中, PLC對各類(lèi)信號進(jìn)行轉換和計算處理, 進(jìn)而輸出信號控制執行器執行相應動(dòng)作, 并且實(shí)時(shí)將關(guān)鍵信息上傳到現場(chǎng)控制臺上位機, 執行上位機發(fā)送的控制指令, 完成對現有設備的實(shí)時(shí)和自動(dòng)化控制[11]。

立體倉庫控制系統的主要任務(wù)是自動(dòng)化實(shí)現入庫、出庫、移庫過(guò)程, 控制系統架構的搭建如圖3所示。首先將系統任務(wù)分解為連貫的單一伺服運動(dòng), 為了實(shí)現PLC的模塊化編程, 需進(jìn)一步將伺服動(dòng)作分解成互不重疊的邏輯運動(dòng)控制模塊, 單獨的邏輯運動(dòng)控制模塊有助于PLC編程及系統調試, 同時(shí)提高了系統的穩定性和可修改性。系統任務(wù)的完成可按照用戶(hù)設定的控制要求, 順序調用相應的邏輯運動(dòng)控制模塊實(shí)現。

▲圖3 PLC控制系統架構設計   下載原圖

系統要求如下: (1) 經(jīng)濟實(shí)用, 設備適應性強, 可靠性高; (2) 系統具有一定的柔性, 方便現場(chǎng)數據修改, 便于后期維護; (3) 設備自動(dòng)化控制; (4) 數據采集準確, 生產(chǎn)率高。

根據系統要求, 采用可靠性高的西門(mén)子系列PLC, 其中S7-300PLC作為主控制器, S7-200PLC作為從站。主站包括電源模塊、中央處理器模塊、通信模塊和基本輸入輸出單元。通過(guò)系統功能分析與參數計算, 設計如圖4所示的輸送機硬件設計與如圖5所示的堆垛機硬件設計。

立體倉庫自動(dòng)控制系統主要包括三種不同的操作模式:自動(dòng)控制模式、手動(dòng)控制模式及半自動(dòng)控制模式。其中自動(dòng)控制模式應用最多, 手動(dòng)控制和半自動(dòng)控制起輔助配合作用, 實(shí)現系統的自動(dòng)出入庫、移庫控制, 系統控制流程如圖6所示。

運動(dòng)控制編程軟件采用Micro Win 4.0作為S7-200PLC的編程工具, 配合Step7 5.4作為S7-300PLC的編程工具?？紤]到立體倉庫使用者需求的多樣化, 立體倉庫貨格參數、數量應具備一定的柔性, 所以編程思路遵循模塊化、標準化。當外設發(fā)生變化時(shí), 編程者只需要修改相應的輸入輸出端口, 功能塊之間的邏輯調用關(guān)系不變, 這樣, 程序的架構會(huì )保持高度緊湊并且便于調試。

如圖3所示, 先編寫(xiě)X方向前進(jìn)、X方向后退、Y方向上升、Y方向下降、Z方向左入庫、Z方向右入庫、Z方向左出庫、Z方向右出庫共八個(gè)邏輯運動(dòng)的控制程序, 并進(jìn)行控制動(dòng)作的獨立調試, 在入庫、出庫、移庫的控制模塊中按照系統結構的順序調用邏輯運動(dòng)控制模塊。圖7截取了出庫模塊化程序片段, 該程序通過(guò)判斷可靈活調用邏輯控制模塊。

▲圖4輸送機硬件設計   下載原圖

▲圖5堆垛機硬件設計   下載原圖

根據實(shí)際生產(chǎn)需要, 將系統運行情況、采集信息及控制命令進(jìn)行了集成, 形成了數據顯示、系統運行狀態(tài)顯示、堆垛機單獨控制、輸送機單獨控制、輸送機與堆垛機聯(lián)合控制五個(gè)模塊。組態(tài)過(guò)程如下: (1) 選擇正確的PLC驅動(dòng), 參照通信協(xié)議設置通信參數; (2) 硬件設備組態(tài)配置; (3) 設置輸入輸出設備有關(guān)參數。系統上位機軟件界面將實(shí)時(shí)生產(chǎn)狀態(tài)顯示在人機交互界面上, 監控主界面如圖8所示。

▲圖6編程軟件控制流程   下載原圖

▲圖7出庫模塊化程序片段   下載原圖

組態(tài)軟件主畫(huà)面中, 操作者在運行信息輸入模塊中輸入命令的目標位置, 如出庫去取貨的地址號, 調用后臺數據庫與PLC程序進(jìn)行計算, 計算結果會(huì )實(shí)時(shí)刷新并顯示在數據庫顯示信息模塊中。堆垛機位置顯示模塊中實(shí)時(shí)刷新并記錄堆垛機當前位置及目標位置。畫(huà)面右側是控制區域, 可以對系統堆垛機、輸送機進(jìn)行單獨控制, 也可以對兩者進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制。系統的運行狀態(tài)以指示燈的形式顯示在系統運行信息顯示模塊中。

采用PLC和組態(tài)軟件相結合的方法, 實(shí)現了對立體倉庫的自動(dòng)控制, 完成了堆垛機的輸送、提升、伸縮、抓放等的自動(dòng)運行控制經(jīng)過(guò)調試確認, 設備動(dòng)作順暢, 性能穩定, 可靠性高。

▲圖8系統監控主界面