自動化立體倉庫中堆垛機控制系統組成的內容

自動化立體倉庫中堆垛機控制系統組成

0 引言

自動化立體倉庫的廣泛應用，極大程度的促進了現代物流業的快速發展。與傳統存儲倉庫相比，具有土地空間利用率高、節約勞動力、作業安全、物流效率高、使用範圍廣等優點。巷道堆垛機作爲自動化立體倉庫的運動核心，在可編程控制器PLC的控制下，可實現立體倉庫的自動、智能化存/取貨操作。特別是西門子S7-300PLC和激光測距技術的組合應用，進一步推進了自動化立體倉庫技術的發展。

1、 自動化立體倉庫組成及功能

自動化立體倉庫由立體存儲貨架、電氣設備和巷道堆垛機三部分組成。其中，立體存儲貨架負責對所存儲貨物進行科學歸類、存放；電氣設備包括：電氣控制裝置、驅動裝置、變頻調速裝置、操作面板、PLC控制模塊、位置檢測裝置、通訊設備、在線監控裝置、計算機管理設備等；巷道堆垛機爲立體庫倉庫的存/取貨執行機構，在PLC控制系統的控制下完成貨物的精確存/取貨動作。

2、 堆垛機控制系統組成

自動立體倉庫巷道堆垛機的自動取/存貨動作的控制是由PLC進行直接控制和狀態記錄，是整個控制系統的核心部分。在進行巷道堆垛機控制系統PLC選擇時，大都選擇西門子S7-300 PLC，其具有：價格適中、工作穩定性高、兼容性強、擴展能強等方面的特點。

2.1 硬件選型配置

自動立體倉庫巷道堆垛機控制系統在進行選型配置時，應做到在顧全整體通訊負載平衡的情況下，進行合理的硬件配置。主要選擇原則爲：在一個項目中儘可能的配置一個主站和多個從站。以某單位自動化工裝立體倉庫爲例：在控制系統中只有一個主站（也控制各巷道自動送貨小車），各巷道堆垛機控制系統PLC都做爲從站，主站和從站之間的通訊通過有DP協議的紅外通訊實現的，如圖3所示。

根據生產現場使用要求和設備的後續改造升級的需求，本控制系統選用西門子S7-300 PLC，CPU爲 313C-2 DP 緊湊型 CPU以滿足設備對控制系統信息處理能力和響應時間較高的使用要求。

同時，內部集成的數字量輸入/輸出模塊還可直接與光電檢測傳感器、電機編碼器等連接，實現對巷道堆垛機的安全、精確控制。此外，第二個串口可以與其它的外圍設備相連接，例如打印機、條形碼掃描器等實現對工裝存放的科學管理。

同時，注意在硬件組態網絡通訊時，因主站採用CP342-5通訊模塊，主站在訪問從站時需調用標準的CP通訊功能塊FC1（發送數據）、FC2（接收數據），在S7-300編程軟件Library->“SIMATIC-NET-CP”-“CP300”中複製，格式如下：

2.2 網絡通訊的實現

自動立體倉庫巷道堆垛機控制系統的數據通訊是通過Profibus-DP網絡進行（以某單位刀具立體庫巷道堆垛機爲例）。將可編程控制器、激光測距儀、水平電機變頻器、升降電機變頻器、貨叉電機變頻器、控制面板觸摸屏、上位機控制平臺等連接到同一個Profibus-DP網絡中，爲連接在DP網絡上的每個模塊分配不同的總線地址, 通過訪問不同的DP總線地址實現PLC可編程控制器與激光測距器、觸摸屏及各驅動變頻器之間的數據通訊。並通過紅外通訊，實現PLC與上位機控制檯之間的數據通訊，如圖4所示。

2.3 絕對認址的實現

S7-300 PLC與激光測距技術在巷道堆垛機中的應用，實現了巷道堆垛機的絕對認址。與相對傳統的認址片相對尋址技數相比具有：計數、定位的精度高，方便日常維護的特點。以SickDME5000-111型激光測距儀在巷道堆垛機中的應用爲例：在與S7-300PLC進行在進行項目硬件組態之前，需先進行對應GSD文件的加載。之後，才能進行正常的硬件組態及相關通訊參數的設置和實現最終的現場設備控制通訊連接。

同時注意：在進行機架、電源、CPU、擴展模塊、輸入輸出模塊、接口等模塊進行硬件組態，各模塊訂貨號必須與最終所選硬件訂貨號完全一致，這樣才能確保整個項目進行組態編輯後，使設備與PLC和上位機之間進行正常的數據傳輸通訊。

在選擇激光測距儀的數據傳輸線時，要選用帶有屏蔽功能的雙絞線，以確保數據傳輸的可靠性。電氣連接要按標準接屏蔽層，並可靠接地。

儘可能遠離強幹擾源，如變頻器電纜的出口、電焊機的電源、動力電纜等等。

3、 控制方式及編程技巧

3.1 控制方式

爲了便於設備安全操作和日常維護，自動化立體倉庫巷道堆垛機的控制系統需具有以下四種操作方式：

1）手動操作：主要包括對運行機構、升降機構、取貨機構的控制，報警指示和報警信息的查詢及現場故障處理。但在此種模式下進行堆垛機操作時，一切保護裝置失效，操作危險性較大，只能在設備維修時使用。

2）半自動操作：主要用於系統運行中的報警指示和報警信息查詢，此種操作模式下，安全保護報警裝置有效。

3）單機自動操作：可實現巷道堆垛機的自動控制，多用於聯機網絡斷開和零星存/貨時應用。

4）聯機自動控制：實現成批貨物的遠程自動存/取控制和設備運行狀態監控。

以上四種操作模式之間爲兩兩互鎖關係。當操作方式從當前某一操作方式切換到另一種操作模式時，只要動作未完成，系統默認當前正在執行的操作模式。同時注意，在設備工作時，請勿進入工作區域，以免造成人身傷害。

3.2 編程技巧

在進行控制程序編寫時，需熟悉S7-300 PLC程序編寫的特點。需有一個OB100暖啓動程序塊，用於PLC第一次上電啓動時執行組織塊，它可把程序中的'初始化代碼放到該程序中執行（控制程序初始化）。爲了使所編寫程序不顯得過於臃腫、零亂，方便查找、修改，在控制程序編寫時需編一個OB1主程序，採用主程序調用功能塊（子程序）FC、FB的編程模式，使控制程序模塊化。當控制程序在執行時，系統直接訪問主程序，若需執行行某一功能，主程序會直接調對應的功能控制塊子程序塊。既優化了整個控制程序的編程結構，又便於設備各控制功能的拓展和優化。

注意在程序編寫時：FC、FB是將控制系統中的不同控制功能實現模塊化的編程。當FC、FB模塊中不帶參數時，編程形式沒有區別。當帶參數時，FB需要背景數據塊的支持，需建立對用的背景數據塊DB塊，而FC不需背景數據塊支持。

根據以上流程圖進行主控制程序和各控制功能模塊的編寫，將會使編程人員的思路清新，也可進行團隊分工編寫，提高程序編寫效率。

4、結束語

S7-300 PLC在自動化立體倉庫巷道堆垛機控制系統中的應用，極大程度的推動了自動倉儲技術的發展。特別是其與激光測距儀的組合使用，在實現了巷道堆垛機絕對認址的同時，也提高了設備運行的定位精度和日常運行的可靠性，方便了設備日常維護，將成爲當前一段時間自動化立體倉庫巷道堆垛機控制系統發展的方向。

參考文獻：

[1] 廖常初.西門子S7-300/400應用技術.北京:機械工業出版社,2008.5.

[2] 向曉漢.西門子PLC高級應用實例精解.北京:機械工業出版社, 2010.7.

[3] Sick DME5000激光測距儀應用手冊.