廣州海川機器人丨基于PLC的自動化立體倉庫控制系統設計
原標題：基于PLC的自動化立體倉庫控制系統設計
根據國際自動化倉庫會議的定義，所謂自動化立體倉庫就是采用幾層、十幾層乃至幾十層的高層貨架存放貨物，以巷道堆垛起重機為主、并結合入出庫周邊機械設備來進行作業的一種倉庫。由于這類倉庫能充分的利用空間來儲存貨物，故常形象地將其稱為自動化立體倉庫。
自動化立體倉庫的形式主要分為整體式倉庫和分離式倉庫兩個基本的類型。自動化立體倉庫起始于整體式倉庫。它由貨架項部支撐建筑屋架，在貨架邊側安裝墻圍，貨架與建筑物成為一個整體。其主要特點是建筑費用較低，抗震性強，尤其適用于建設15米以上的大中型自動化立體倉庫。整體式倉庫具有技術水平高、投資大和建設周期長等問題，適用于大型企業和流通中心．相反，分離式倉庫的貨架結構自成一個單元，與建筑無關，呈獨立、分離狀態，適用于車間存儲倉庫、舊倉庫技術改造革新和中小型自動化立體倉庫。
本文設計的是中小型分離式自動化立體倉庫，其基本系統主要有六個組成部分：主要由控制面板、PLC控制器、倉庫貨架、倉儲機械設備、電源模塊和光電傳感器等組成。
二、自動化立體倉庫電氣控制系統的工作原理
操作人員通過控制面板，對自動化立體倉庫輸入操作命令，比如將貨物送到某一倉位，控制面板將這一命令傳送給PLC控制裝置，PLC控制裝置會首先去接受來自倉庫光電傳感器模塊的反饋檢測信息，如果該倉位沒有貨物占據位置，則PLC控制裝置接收到這一檢測信息后將會調用送貨命令的相應子程序并執行，以此來驅動倉儲機械設備把貨物運送到合適的倉位，完成送貨的任務。根據各個模塊的功能，合理排列模塊之間的位置，設計了一個微型自動化立體倉庫的整體結構。
三、硬件設計選型
3.1 控制面板控制面板作為自動化立體倉庫系統的人機接口部件，是操作人員操控立體倉庫系統的平臺。主要設有系統起停按鈕區、功能鍵盤輸入區、倉位號顯示區和狀態指示區。面板中間的綠色按鈕為啟動按鈕，紅色按鈕為停止按鈕，啟動后操作人員可以通過控制面板上的鍵盤將具體操作信號和指定的倉位號傳送給PLC控制器，PLC控制器通過綜合判斷，將是否響應、如何響應的信息傳送給其他模塊，從而控制物品的取或送操作。同時面板上倉位號顯示區的七段共陰極數碼管可以把當前進行操作的倉位的標號顯示出來，三個黃色狀態指示燈可以顯示系統此時處于“取貨”、“送貨”或是“操作錯誤”的狀態。
3.2 倉庫貨架
目前的倉庫貨架具有多種功能，以滿足機械化和自動化的要求。自動化立體倉庫使用高層貨架存儲貨物，貨架被分成若干排，每排貨架為一組，其間留有一條巷道供堆垛機或其他存取貨物裝備作業。每排貨架又分若干行和列，形成大量倉庫貨位，用以存儲貨物。為了提高貨物出入庫效率，自動化立體倉庫一般使用貨箱或托盤盛放貨物，以便于堆垛機貨叉的插取和存放。此次自動化立體倉庫系統采用3*3+1微型倉庫貨架進行模擬設計，其中0倉位為原始倉位，設有原始0號倉位檢測限位開關，不涉及貨物存放，只是堆垛機的起始停放處。
3.3 倉儲機械設備
自動化立體倉庫的倉儲機械設備主要是巷道堆垛機，巷道堆垛機也是整個自動化立體倉庫系統的核心設備，其主要用途是在高層貨架的巷道內來回穿梭運行，將位于巷道口的貨物存放入指定倉位中，或者將貨物取出運送到巷道口。
巷道堆垛機按結構分為：單立柱型堆垛機、雙立柱型堆垛機、梯形立柱堆垛機；按運行軌跡分為：直線運行型堆垛機、曲線運行型堆垛機；本次設計的自動化立體倉庫系統按照具體設計功能要求，采用直線運行型、單立柱型有軌巷道堆垛機作為自動化立體倉庫的核心運輸設備。它主要由機架（天軌、地軌、立柱、底架）、水平走行機構、豎直升降機構、載貨臺、貨叉及電氣控制系統構成。
巷道堆垛機結構中走行驅動和升降驅動分別由兩臺步進電機進行控制，貨叉的取放貨物操作則由一臺直流電機進行控制。
該自動化立體倉庫設計中需要步進電動機電壓低、電流小、有定位轉矩和使用螺栓機構的定位裝置，故確定步進電動機采用2相8拍混合式步進電機，其主要特點是：體積小，具有較高的起動和運行頻率，有定位轉矩等優點；在進行步進電動機的品種選擇時，綜合考慮速比i、軸向力F、負載轉矩、額定轉矩和運行頻率，確定步進電機型號為：42BYGHl01。
3.4 光電傳感器
經過性能與經濟性的綜合比較，采用了日本歐姆龍OMRON型號EE-SY672光電傳感器作貨物檢測，它是歐姆龍自動化（中國）有限公司的反射型、立式產品，其內置可進行靈敏度調節的旋鈕；入光指示燈明亮，便于進行動作確認；內置專用IC，可直接開關100mA，設計緊湊；電源電壓范圍寬達DC5～24V；便于驅動各種IC、繼電器以及連接PLC。
在自動化立體倉庫中，為了與貨物檢測相關PLC信號的準確輸入，分別對應于9個倉庫貨架采用9個光電傳感器作為貨物檢測，當有光電傳感器檢測到貨物時相應信號傳遞到PLC控制器中，其信號對應PLC的輸入點是X16-X26。
3.5 電源模塊
設備用電要求，電源模塊需要提供低壓直流電，要想從220V市電變換成直流電，應先將電網220V交流電通過變壓器降壓變壓成36V低壓交流電，再經過橋式整流電路變成脈動的直流電，后用濾波電路濾除脈動直流電中的交流成分后才能得到直流電，最終經穩壓輸出電路獲得高質量的直流電供給自動化立體倉庫系統中需要供電的設備。
3.6 系統PLC選定
根據配置要求并結合實際情況，本次設計的自動化立體倉庫系統其輸入點數為30點、輸出點數為18點，所以選擇晶體管輸出型三菱系列PLCFX2N-64MT，32點輸入,32點晶體管輸出，基本單元內置2軸獨立20kHz定位功能脈沖輸出，限于Y0或Y1。PLC與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分（I/O）完成的。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態，輸出點反映輸出鎖存器狀態。輸入模塊將電信號變換成數字信號進入PLC系統，輸出模塊相反。I/O分為開關量輸入、開關量輸出、模擬量輸入、模擬量輸出等模塊。
根據任務書對自動化立體倉庫的輸入輸出控制要求，得出如下PLC輸入輸出I/O口分配表1：
PLC輸入輸出端口分配
四、自動立體倉庫控制系統軟件設計
自動化立體倉庫系統的PLC程序是軟件編程設計的主體部分，控制程序是整個系統工作的核心，程序的處理方法直接決定了自動化立體倉庫系統的工作方式和操作性能，因此軟件程序在此自動化立體倉庫系統的的設計中至關重要。
五、結 語
本自動化立體倉庫的控制系統具有清晰的界面，且軟硬件功能都非常齊全，所以其能夠在控制系統上呈現出操作維護方便的特點，并不需要大家在使用倉庫的時候在控制系統的使用上花費太多精力；智能化程度高，能夠實現自動盤庫，有效避免繁重的人工盤庫工作，并不需要大家在倉儲工作當中像傳統的那樣有很高人工工作強度要求；控制方便精準，具體的操作比較簡單。綜上，基于PLC的自動化立體倉庫控制系統設計，存取自動化，控制易于擴展和升級。
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