基于西门子PLCS7-200的自动化立体仓库堆垛机控制系统设计.pdf

121 2013 02 设计应用 基于西门子PLC的自动化立体仓库堆垛机控制系统设计 宁夏职业技术学院 哈贵庭 摘要 自动化立体仓库是建立在计算机管理技术 自动化控制技术和机械制造设计技术三者的基础上 它具有独立完成仓库物流作业的能力 准确的将货物运 送至存取地点 并科学管理仓储信息 因而它是促进现代物流进程的关键 自动化立体仓库堆垛机控制系统主要由计算机管理系统 高层货架和堆垛机三部分组 成 本文针对其结构和工作流程进行了简单的介绍 并着重讲述了各子系统的硬件 软件设计 以促进自动化立体仓库堆垛机控制系统在现代物流仓管中的运 用 关键词 自动化立体仓库系统 西门子 PLC 1 前言 现代物流技术和自动化技术的不断 发展衍生了各种物流产品 立体仓库就是 针对物流仓储常用的一种 立体仓库作为 自动化技术的产品 它综合了自动控制技 术与计算机管理技术 借助堆垛机对货物 实现存取操作 自动化立体仓库堆垛机不 仅具有存取货物的功能 它还能对货物进 行分类 分拣 计数和配送等操作 自动 化立体仓库主要由计算机控制系统 自动 化堆垛机和高层货架三部分组成 多个功 能子系统共同构成了物流仓储的信息系 统 随着客户对物流信息化要求增高 切 实掌握仓储情况及时更新仓储信息成了现 代物流信息化的重要因素 为了提高物流 信息的可靠性和实时性 我们必须保证立 体仓库系统具有正常作业和信息统计功 能 除此之外还需提高立体仓库系统的柔 性化 在系统中融入条形码扫描技术和射 频计数等采集货物信息的技术 以满足现 代物流自动化需求 2 自动化立体仓库系统设计 从图1可看出自动化立体仓库主要包 括计算机控制系统 自动存取设备和高层 货架三个部分 另外它还具有整合子系统 收集整理信息等功能 自动化立体仓库由 多个环节综合而成 在多方面因素的相互 作用下其过程相对复杂 因而构建自动化 立体仓库 首先需了解各个组成部分的特 性和相互作用 计算机控制系统即人机交 互界面 通过它操作人员可对立体仓库的 运作进行控制和监视 另外货物存储和物 流作业安排都是由控制系统负责 高层货 架与传统的货架区别在于利用货物的层叠 扩展和延伸储存空间 科学有序的安置不 仅使得货物分类明确 同时也降低了管理 难度 自动存取设备是执行任务的主要工 具 作为仓储作业的主要劳动力 它决定 了物流仓储的工作效率 提高立体仓库运 行效率的关键就在此 如图1所示为自动 化立体仓库系统构成图 自动化立体仓库与周边设备的位置 呈星形拓朴模式 自动化立体仓库系统主 要由堆垛机工控系统 计算机上位机WMS 软件系统 转轨车工控系统 地面主柜工 控系统和AGV工控子系统五部分组成 WMS 是自动化立体仓库管理系统的软件 该系 统属于常见的数据库应用软件系统 由于 该软件是按照标准化设计的 因而在货物 控制和管理中具有很强的相似性 因此可 将它作为企业ERP系统的一个子模块 主 要负责两者的数据交汇 相对应用系统而 言 针对不同的项目堆垛机的设置需严格 按照要求定制 对工控系统而言除了在功 率配置上有所不同外 其它工作模式基本 类似 因此 采用标准化的软件就可进行 设计开发 转轨车的工作原理更加简单 它只需按照设定轨道将货物运行到制定地 点 AGV工控系统从上位机上接受任务指 令后 负责对货物进行装卸 3 堆垛机工控系统硬件设计 如图3所示堆垛机工控系统包括了计 算机控制平台 地面主柜控制系统以及堆 垛机控制系统三个部分 堆垛机控制系统 本身具有输入输出数字端口 I 0 模块 它主要由三个驱动部分 激光定位单元和 保护功能传感器共同组成 通过端口与 PLC相连接 接收堆垛机PLC控制器的指令 并执行任务 操作人员只需在堆垛机提供 的手动控制按钮端口处输入指令 即可实 现手动模式 如图2所示为堆垛机工控系 统结构框图 堆垛机工控系统模块配置包括输入 地址 输出地址 订货号 固件 MPI地 址等信息 其中MPI地址号主要是针对在 线调试通讯 另外该系统使用的西门子 PLC本身自带现场总线通讯功能 针对不 同方向的电机变频器及激光定位装置提供 通讯 Profibus总线连接配置需与从机号 相对应 保证主机与从机之间的正常通 讯 如图3所示为堆垛机工控系统模块配 置 地面主柜控制系统的主控单元采用 的是西门子PLCCPU315 ZDP 数据交互则 是通过CP343 1Lean无线通讯模块实现计 算机主控系统与堆垛机之间的通讯 根据 仓储需求地面主柜控制系统需具备液晶显 示和操控按钮输入两项功能 通过在线 操作实现立体仓库的半自动功 CP343 1Lean无线通讯模块与TCP IP局域网连接 后 操作人员可布置相应的任务 数据通 过PC机可直接进行交换 计算机管理系统 图1 自动化立体仓库系统构成图 122 2013 02 设计应用 根据数据引导便可下达相应的指令 由堆 垛机执行命令完成任务 4 堆垛机工控系统软件设计 堆垛机工控系统是由堆垛机控制系 统 地面主柜控制系统和计算机上位机 软件三部分实现立体仓库的自动化 前 两者是建立在PLC基础上 主要针对西门 子PLC集成第七步设立的开发环境 后 者则是通过visua1C 实现环境开发的 Visualstudio6 0是该软件的主要开发环 境 4 1 堆垛机控制系统软件设计 借助PLC堆垛机控制系统可实现其功 能 按照程序标准在第七步集成开发环境 下对功能模块进行设计 由堆垛机控制系 统控制的五个子模块分别具有入库功能 出库功能 转弯功能 通讯功能和保护功 能 而堆垛机控制系统则是各子模块的控 制中心 同时负责对数据进行发送与监 听 功能请求与判断 数据实时捕捉 激 光数据定位以及采集传感器信号等工作 如图4所示为堆垛机控制系统软件框图 入库功能模块根据接收到的指令将 货物从卸货点运送到指定货架的某个位 置 它的云次运行流程为移动到制定货源 位置 升出货叉 载货台微升 收回货 叉 移动到高层货架制指定位置 升出货 叉 载货台微降 收回货叉 其中货源 图3 堆垛机工控系统模块配置 图4 堆垛机控制系统软件框图 图2 堆垛机工控系统结构框图 位置和高层货架位置是用坐标表示的 x 代表平行货架的行号 Y代表位于固定轨 道方向的货架列号 Z代表纵向位置即货 架高度 用坐标的方式表示可将货物准确 的送至指定位置 当操作过程中没有无转 轨车 堆垛机执行任务的运动轨道转变为 圆弧形 当堆垛机运行速度过快时就可能 出现侧翻现象 且运行速度过快对轨道早 成的磨损也就越大 当堆垛机从一条巷道 进入另一条巷道 货叉方向发生了左右置 换 此时还需要考虑堆垛机存取货物时所 在行道 需要用奇数偶数的方法来判断货 叉方向是否发生了左右置换 堆垛机转弯 动作 接收入库指令后起动运行直至转弯 点 降低运行速度准备转弯 由于激光定 位装置无法定位转弯位置 因此无法获取 相应的定位信息 当堆垛机运行到水平位 置 激光定位装置恢复定位功能 获取对 应的定位信息 设置左右货叉方向到达新 巷道目标地址 这就是转弯的整个过程 4 2 地面柜台控制系统软件设计 地面主柜控制系统主要负责堆垛机 的半自动作业过程 在控制盘键盘上输入 作业指令使堆垛机开始作业 通过地面柜 台的控制盘显示设备对堆垛机运行状态信 息进行查看和监督 该控制系统可对堆垛 机实行在线调试 另外当上位机出现通讯 失灵现象时还可通过手动调度协助堆垛机 完成作业 地面主柜控制系统主要由PLC 主控制单元 输入输出I O接口 无线数 据模块和LCD显示模块四部分组成 4 3 上位机软件系统设计 自动化立体仓库是自动化技术与计 算机技术两者的综合产品 在现代物流 中采用自动化立体仓库不仅降低了仓储成 本 还提高了仓储管理效率 上位机软件 的规范性和通用性是自动化立体仓库的有 效保证 计算机上位机软件在自动化立体 仓库的管理中具有以下功能 货物在库管 理 货物调整货位管理 入库出库管理 远程监控堆垛机的运行状态 录入和查询 货单 对地面主柜工作状态进行远程控 制 打印库存物流信息 5 结语 本文针对自动化立体仓库堆垛机控 制系统进行了设计和研究 提出了基于西 门子PLC的自动化立体仓库堆垛机控制系 统设计 该设计不仅包含了堆垛机坐标运 行设置 还包括地面主柜控制系统软件的 123 2013 02 设计应用 实现与计算机端上位机管理信息系统的实 现 堆垛机是自动化立体仓库执行任务的 主要器械 同时也是仓库搬运的主要劳动 力 它的运行受到了地面主柜控制系统和 上位机管理信息系统的共同作用 对于控 制系统设计而言 PLC控制器和外围扩展 设备都是有各种功能模块组成 只需通过 编程就可实现模块功能 唯一需要考虑的 是它们之间的相互兼容性 因此需根据子 系统的功能要求进行编程 明确模块化思 想 参考文献 1 尤晓玲 陈宏希 张治军 段晓燕 PLC在堆垛机控制 系统中的应用 J 兰州石化职业技术学院学报 2010 10 1 30 32 2 周晓光 付莹 基于PC BASE PLC的自动化立体仓库 堆垛机控制系统设计 J 起重运输机械 2006 2 37 39 3 徐菱 劳扬健 王金诺 基于PLC的堆垛机控制系统设 计 J 组合机床与自动化加工技术 2005 1 72 73 75 4 田峰 韩绍军 PLC在堆垛机控制系统中的应用 J 国 内外机电一体化技术 2001 4 2 50 52 作者简介 哈贵庭 1961 男 回族 宁夏灵 武人 大学本科 宁夏职业技术学院教授 主要研 究方向 计算机网络 计算机过程控制 浅谈一款新型地铁排流柜的设计 西安市地下铁道有限责任公司 路春莲 摘要 地铁排流柜作为地铁杂散电流腐蚀防护系统中的一款重要设备 其控制方式的不同会得到不同的防腐蚀效果 本文将一款新型排流柜与传统排流柜控制 方式进行对比 提出了新型排流柜的设计方案 通过实际应用 验证该新型排流柜具有响应速度快 排流效果理想的优点 关键词 排流柜 杂散电流 IGBT 单片机 实时控制 1 杂散电流的概念 在世界各地的地铁中 普遍采用直 流电作为地铁车辆的电源 且大多数采用 走行钢轨作为牵引电流的回流通道 随着 地铁运行时间的延长 车辆与钢轨之间摩 擦产生的金属粉尘在地下潮湿环境的作用 下 使钢轨与大地之间的绝缘电阻不断减 小 致使一部分牵引回流电流流向大地形 成杂散电流 也称 迷流 杂散电流 在流经地下金属结构时会产生电化学腐 蚀 尤其对地铁沿线的输油管道 煤气管 道 自来水管道及沿线建筑物结构钢等危 害极大 1 目前对杂散电流的防护一般采取 以防为主 以排为辅 的防护措施 以防为主 即首先应从源头着手 尽 量减少杂散电流泄露 这要求设置合理的 牵引供电系统并加强走行轨对地绝缘 在 轨道与轨枕之间进行绝缘 即在轨道与混 凝土之间 扣件与混凝土轨枕之间采取绝 缘措施 以减少钢轨的泄漏电流 同时要 加强可能被腐蚀的管道 结构钢筋等的腐 蚀防护 这样做在地铁运行初期可收到良 好的效果 所谓 排 即是排流法 在道 床内铺设钢筋网并进行电气连接 使之构 成道床钢筋收集网 新建地铁大都将各段 道床的结构钢筋焊成一个电气整体 称之 为道床排流网 主排流网 把隧道壁的 结构钢筋焊结成电气整体 称侧壁排流网 辅助排流网 并将各段排流网通过电 缆相连 使道床和侧壁内形成低电阻杂散 电流通道 2 使该电流通过排流柜装置回 流至牵引变电所整流器负极 避免泄漏到 地下造成危害 2 地铁排流柜简介 排流柜是组成地铁杂散电流腐蚀防 护系统的一个重要的设备 通常安装在牵 引变电所内 电气连接于排流网与负极柜 之间 排流网收集的杂散电流通过排流柜 的极性排流 使其回到整流器负极 防止 从钢轨泄露到排流网的杂散电流进一步扩 散 造成更大范围的危害 将泄露的杂散 电流通过二极管单向回流至直流供电系统 的整流器负极 从而实现对地铁本身以及 沿线建筑物 管道等金属结构的有效保 护 该设备也可应用于其他直流供电领 域 可有效防止直流电流外泄造成的电化 学腐蚀的危害 一般地下牵引变电所设置的排流柜 包括四个排流支路和一个接地支路 四 个排流支路包括上 下行道床排流支路和 上 下行侧壁排流支路 四个排流支路的 输入端分别与上 下行道床排流网引出端 子和上 下行侧壁排流网引出端子连接 接地支路输入端与变电所综合接地端子连 接 各支路杂散电流通过各支路设置的整 流二极管进行极性排流 在排流柜内各支 路杂散电流汇集到一个汇流母排上 再通 过电缆将汇流母排与负极柜连接 使杂散 电流最终回到整流器负极 除整流二极管 外 排流柜内主回路一般还包括直流快速 熔断器 支路投切开关 限流电阻箱 压 敏电阻 二次回路一般包括检测电流用到 的霍尔电流传感器或分流器 检测电压用 到的电压传感器或电压变送器 具有数据 处理 故障诊断和通信功能的智能控制器 及面板表计 指示灯和控制按钮等 3 排流柜的分类 3 1 手动型排流柜 采用负荷开关作为投切排流回路的 开关 在需要投切回路时需人为现场操 作 不具备排流电流进行实时控制功能 3 2 电动型排流柜 采用接触器或带电动操作机构的断 路器作为控制部件 可实现远程控制操 作 与手动负荷开关型相比 减少了人为 现场的操作 但同样不具备排流电流的实 时控制功能 3 3 IGBT开关量控制型排流柜 采用新型电力电子器件IGBT 绝缘