基于PLC 的港口物流倉庫堆垛機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)研究

原 峰

營口港務(wù)股份有限公司 固機(jī)分公司作業(yè)一部

本文針對(duì)港口物流快速高效的需求，為實(shí)現(xiàn)港口物流倉庫堆垛機(jī)自動(dòng)化運(yùn)行和控制，在構(gòu)建巷道式港口物流倉庫物理模型的基礎(chǔ)上，提出了一種基于PLC 技術(shù)的物流倉庫堆垛機(jī)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方案，詳細(xì)討論了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)和通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)的過程。實(shí)驗(yàn)證明，通過PLC 對(duì)物流倉庫堆垛機(jī)進(jìn)行自動(dòng)控制安全可靠，為港口物流管理工作的信息化奠定了基礎(chǔ)。

隨著貨運(yùn)港口經(jīng)濟(jì)建設(shè)的迅猛發(fā)展，沿海的貨運(yùn)港口吞吐量快速提升，逐步擴(kuò)大的物流倉庫建設(shè)規(guī)模，貨物的儲(chǔ)備和運(yùn)送量也越來越大，物資流通得到進(jìn)一步促進(jìn)，倉儲(chǔ)物流設(shè)備在市場(chǎng)中的需求量更會(huì)逐年遞增，并且在倉儲(chǔ)存取率、信息化程度、自動(dòng)化程度等方面對(duì)港口物流提出更高的要求。

隨著貨運(yùn)港口經(jīng)濟(jì)建設(shè)的迅猛發(fā)展，沿海的貨運(yùn)港口吞吐量快速提升，逐步擴(kuò)大的物流倉庫建設(shè)規(guī)模，貨物的儲(chǔ)備和運(yùn)送量也越來越大，物資流通得到進(jìn)一步促進(jìn)，倉儲(chǔ)物流設(shè)備在市場(chǎng)中的需求量更會(huì)逐年遞增，并且在倉儲(chǔ)存取率、信息化程度、自動(dòng)化程度等方面對(duì)港口物流提出更高的要求。

物流立體庫也稱為高架倉庫，一般是指將貨物儲(chǔ)存在幾層、十幾層高的貨架中，用相應(yīng)的自動(dòng)化搬運(yùn)設(shè)備對(duì)物資進(jìn)行出庫和入庫操作的物資倉庫。自動(dòng)化立體庫是物流技術(shù)快速發(fā)展的成果，一般由輸送機(jī)、巷道堆垛機(jī)、高層貨架、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等構(gòu)成，能夠在計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的控制下對(duì)單元貨物進(jìn)行自動(dòng)存取作業(yè)。

在物流倉庫中，堆垛機(jī)是自動(dòng)化立體倉庫中輸送系統(tǒng)的核心機(jī)械設(shè)備，是整個(gè)倉庫出入貨物運(yùn)行通暢的關(guān)鍵。自動(dòng)化立體倉庫應(yīng)用日趨廣泛，提高堆垛機(jī)的性能，通過合理的控制速度，精準(zhǔn)的貨格定位來實(shí)現(xiàn)堆垛機(jī)的效安全運(yùn)行，能夠提高物流倉庫的運(yùn)行效率，對(duì)物流倉庫的正常運(yùn)行起著重要作用。

港口物流倉庫堆垛機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用西門子S7-300 型PLC 設(shè)計(jì)，運(yùn)用Step7 編寫堆垛機(jī)自檢、復(fù)位、運(yùn)行控制、異常應(yīng)急處理等程序。同時(shí)，在Visual C++開發(fā)環(huán)境下設(shè)計(jì)監(jiān)控系統(tǒng)的人機(jī)操作界面，并通過RS-485 總線實(shí)現(xiàn)監(jiān)控計(jì)算機(jī)與PLC 的實(shí)時(shí)通信。在港口物流中利用先進(jìn)的PLC 技術(shù)建設(shè)港口物流倉庫堆垛機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，可以提高物流倉庫執(zhí)行效率，促進(jìn)港口貨運(yùn)的服務(wù)水平，滿足現(xiàn)代物流快速發(fā)展的需求，提高港口在運(yùn)輸市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力。

1 監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本文研究的港口物流倉庫采用高層貨架來完成貨物存儲(chǔ)，每?jī)膳咆浖荛g留有巷道供堆垛機(jī)存取貨物作業(yè)。倉庫主要由貨架、巷道堆垛機(jī)、出入庫配套設(shè)施和計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)組成。貨架由；巷道堆垛機(jī)是自動(dòng)化立體倉庫的關(guān)鍵設(shè)備，由機(jī)架、升降機(jī)及貨叉等組成，它在貨架中的巷道上往返運(yùn)行，完成貨物的出入庫任務(wù)；貨架上裝有配套機(jī)械設(shè)施，能夠保證堆垛機(jī)準(zhǔn)確、高速地完成貨物的存取操作；計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制堆垛機(jī)在固定的巷道中完成垂直和水平作業(yè)，實(shí)現(xiàn)貨物存取的集中控制。圖1 為貨運(yùn)倉庫的動(dòng)畫模擬圖。

圖1 貨運(yùn)倉庫模擬圖

圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D

本系統(tǒng)由現(xiàn)場(chǎng)堆垛機(jī)控制單元與監(jiān)控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成?，F(xiàn)場(chǎng)堆垛機(jī)控制單元是采用PLC 組成的控制系統(tǒng)對(duì)各設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)自動(dòng)控制操作，堆垛機(jī)采用S7-300 型PLC 控制，通過堆垛機(jī)水平和縱向變頻系統(tǒng)對(duì)堆垛機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)速。監(jiān)控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)場(chǎng)控制的PLC進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通訊、實(shí)時(shí)監(jiān)控堆垛機(jī)存取貨物流程。同時(shí)，在Visual C++開發(fā)環(huán)境下設(shè)計(jì)監(jiān)控系統(tǒng)的人機(jī)操作界面，并通過RS-485 總線實(shí)現(xiàn)監(jiān)控計(jì)算機(jī)與PLC 的實(shí)時(shí)通信。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D如圖2 所示。

2 監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

堆垛機(jī)現(xiàn)場(chǎng)控制程序包括：堆垛機(jī)自檢、復(fù)位、運(yùn)行控制、異常應(yīng)急處理等程序。

1）堆垛機(jī)自檢程序

堆垛機(jī)自檢程序主要完成設(shè)備的自檢，用于檢測(cè)堆垛機(jī)設(shè)備以及各種機(jī)械是否處于初始位置，設(shè)備初始化正常，檢測(cè)信息無異常情況，才能對(duì)運(yùn)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的控制操作。如果檢測(cè)信息發(fā)現(xiàn)異常，則需排除故障問題后才可繼續(xù)操作。

2）堆垛機(jī)復(fù)位程序

堆跺機(jī)控制程序在運(yùn)行過程中有異常狀況發(fā)生時(shí)，如果不能及時(shí)排除故障，會(huì)導(dǎo)致貨物出入庫管理出現(xiàn)問題，復(fù)位程序能通過復(fù)位按鈕方便的恢復(fù)堆垛機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和設(shè)置，會(huì)啟動(dòng)返回原位程序，以重新設(shè)定系統(tǒng)的當(dāng)前值歸到原位，保障系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

3）堆垛機(jī)出入庫程序

堆垛機(jī)現(xiàn)場(chǎng)控制程序接收到操作任務(wù)命令后，對(duì)堆垛機(jī)執(zhí)行自動(dòng)入庫或者出庫作業(yè)。通過通訊接口接收到目標(biāo)貨物的層數(shù)、列數(shù)，設(shè)定入庫動(dòng)作，然后開始執(zhí)行貨物入庫操作?？刂贫讯鈾C(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)取貨，托起貨物后移動(dòng)向程序設(shè)定的目標(biāo)貨位，通過傳感器檢測(cè)目標(biāo)貨位是否有貨，將貨物運(yùn)放到目標(biāo)貨位，控制堆垛機(jī)返回到初始位置待命。

3 系統(tǒng)安全保護(hù)措施

堆垛機(jī)控制系統(tǒng)是貨物倉庫儲(chǔ)存和流通的重要部分，如果系統(tǒng)發(fā)生故障，將會(huì)對(duì)操作人員和貨物造成嚴(yán)重?fù)p失，因此對(duì)系統(tǒng)設(shè)置相應(yīng)的保護(hù)措施十分必要。堆垛機(jī)的故障一般可分為機(jī)械故障和電氣故障。機(jī)械故障是指由于系統(tǒng)長期使用而引起的設(shè)備磨損、斷裂、老化。電氣故障是指系統(tǒng)的電氣控制設(shè)備由于老化接觸不良等引起的系統(tǒng)失效故障。為了保障系統(tǒng)安全運(yùn)行設(shè)置保護(hù)措施如下：

1）在貨架的水平和垂直端分別設(shè)置開關(guān)起到限位的作用，在堆垛機(jī)移動(dòng)超出極限位置時(shí)，系統(tǒng)將對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行自動(dòng)斷電并發(fā)出故障報(bào)警信號(hào)；

2）為了承受堆垛機(jī)全速滿載運(yùn)行時(shí)的沖擊，通過設(shè)置緩沖器，在開關(guān)限位故障時(shí)能保障堆垛機(jī)的緩沖停車，確保堆垛機(jī)運(yùn)行設(shè)備的安全；

3）在堆垛機(jī)上安裝貨倉虛實(shí)傳感器，用來檢測(cè)貨位是否已經(jīng)存在貨物，避免雙重入庫操作引發(fā)的故障；

4）在貨倉上安裝貨物超差檢測(cè)傳感器，當(dāng)檢測(cè)到貨物超出貨倉存儲(chǔ)空間時(shí)，停止貨物入庫動(dòng)作并發(fā)出故障報(bào)警；

5）在堆垛機(jī)上安裝限速器安全鉗系統(tǒng)，當(dāng)堆垛機(jī)的提升鋼繩出現(xiàn)斷裂時(shí)能夠及時(shí)鉗住貨叉，避免貨物跌落。

4 結(jié)語

本文設(shè)計(jì)了基于PLC 技術(shù)的港口物流倉庫堆垛機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，構(gòu)建了港口貨運(yùn)倉庫及堆垛機(jī)控制物理模型。該系統(tǒng)采用Visual C++作為上位機(jī)軟件開發(fā)平臺(tái)，完成監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)，通過485 總線實(shí)現(xiàn)上位監(jiān)控計(jì)算機(jī)與S7-300 PLC 的實(shí)時(shí)通信，采用Step 7 軟件編寫堆垛機(jī)現(xiàn)場(chǎng)控制程序，實(shí)現(xiàn)自檢、復(fù)位、運(yùn)行控制、異常應(yīng)急處理等程序。通過港口物流倉庫堆垛機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)仿真模型調(diào)試運(yùn)行，該監(jiān)控系統(tǒng)具有穩(wěn)定性、可靠性和實(shí)時(shí)性，達(dá)到了預(yù)期控制指標(biāo)，在港口物流倉庫系統(tǒng)中具有一定的應(yīng)用價(jià)值。