基于人機界面控制的立體倉庫系統的設計

朱重陽

摘要：利用空間的立體性，立體倉庫系統實現了貨物的自動存儲與分揀。本文設計出一個基于三菱PLC、電機、MCGS觸摸屏的立體倉庫系統，實現了遠程存、取貨物及監控倉庫動態運行情況。

關鍵詞：立體倉庫系統；三菱PLC；電機；MCGS觸摸屏

中圖分類號：TP202 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）01-0006-02

1 立體倉庫系統概述

立體倉庫系統通過合理利用空間的立體性，來完成貨物的自動化分類與存儲。它分為存貨與取貨兩個過程。存、取貨時，按照指令進入指定的倉位，完成貨物的存取操作。本系統設計出一個二維矩陣模型，以四層、三列為例，組成十二個倉位。由三菱PLC及相關電機，實現三維度X、Y、Z方向上的運動控制。通過觸摸屏進行遠程存、取貨物及監控倉庫動態運行情況。

倉庫的整個控制系統由倉庫本體、上位機監控系統即觸摸屏和下位機PLC控制系統組成。在倉庫本體上集成了倉位，巷道起重機（兩個步進電機、一個直流電機，滿足X、Y、Z三個方向的運行）、觸摸屏、電源單元、接口單元等組成。

倉庫系統的控制方式有兩種，其一為面板手動控制模式，在此模式下，既可以完成設備的調試、維護、維修，又可以存取貨物；其二遠程監控模式，通過觸摸屏、PLC等，來完成控制過程的動態監控。

2 立體倉庫結構及控制原理

系統在電氣結構上，小功率直流電機的正反轉，來實現取、放貨物；兩個步進電機同時工作，完成水平、垂直方向上的運送貨物。利用不同類型的傳感器，來完成輸入信號的采集工位的保護等。

系統在硬件設計上采用滾珠絲杠、滑杠和普通絲杠作為主要傳動機構。當碼垛機平臺移動到貨架的指定位置時，送貨臺向前伸出可將貨物取出或送入，當取到貨物或貨已送入，則鏟叉向后縮回。整個系統可滿足三維的位置控制。其工作流程如圖1所示。

同時，根據其硬件結構設計出，系統的PLC的IO接線圖。系統設計了矩陣鍵盤，來采集存取按鍵情況及倉庫狀況。這一鍵盤模式的設置，節省了PLC的IO口。矩陣鍵盤輸入采集，通過PLC軟件設置的時鐘掃面程序，通過分時選通行數A，傳感器采集庫里面的狀態輸入到PLC，可以到達較少的點數（加和），來表征較多的狀態（乘機）。

在PLC的硬件連接上，將檢測行接PLC輸出端子上，通過定時器設置接通輸出端子Y，來不斷掃描，分時選通，倉庫及鍵盤的檢測系列接PLC的輸入端子，設定為輸入檢測，接收倉庫傳感器及按鍵信息。

3 系統程序設計

本系統的程序設計，分為兩部分，其一按鈕掃描和倉庫掃描，即將鍵盤的按鍵情況反饋給PLC，將倉庫的有無空位情況實時傳遞給PLC，以保證存取操作的有效性；其二就是電機的運行控制，即雙軸步進電機按要求運行到指定位置和直流電機的正反運動。下面分別進行闡述：

3.1 按鍵掃描和倉庫掃描

按鍵掃描和倉庫掃描的程序設計，是要將按鍵的出入庫情況、庫號選擇情況、倉庫空置情況實時的傳遞給PLC。由于硬件矩陣鍵盤的設計，需要軟件上進行循環掃面，分時選通的結構。通過輸出端子和控制按鈕時長，就可以將按鍵情況和倉位情況，轉存到輔助繼電器M中，其程序如圖2所示。

3.2 電機控制程序設計

電機控制的程序設計，首先要滿足設備的初始化，即上電之后，電機控制的三個方位的運行，回到原點位置。在次基礎上，完成進行取貨和存貨。

3.3 監控系統設計

人機界面的監控系統，由MCSG組態來完成。所有的存取貨物操作，及倉庫的運行狀況，均可在此界面完成及動態監控；監控系統集成了操作系統，倉庫監控系統、檢測信號監視等功能。人機界面的監控系統如圖3。

（1）在此操作系統下，可以進行貨物存取庫操作，系統的復位操作，急停操作及取消等操作，實現系統的遠程化控制；

（2）在倉庫監控系統下，完成所有倉位的動態監控，實時監控貨去哪了；

（3）檢測信號監控，是在倉庫數據采集基礎上完成的，采集了各種光電、開關的輸入信號，及電機等負載信號，實時顯示電機的升降、鏟叉的平移等，與現場實際一直。

3.4 通訊設計

三菱PLC與MCGS組態的聯機運行，可同時分別設置參數來完成通訊設置。組態通過串口、PLC通過485通訊口，建立硬件連接。在通訊協議上，組態要設置通訊口的波特率、數據長度、奇偶校驗、停止位等，建立通訊協議。三菱PLC既可以設置程序參數，又可以通過PLC內的D8120，來完成設置。此協議的設置必須和組態的保持一致，就可以實現兩者之間的數據傳輸。

4 結語

此立體倉庫系統通過系統構建、硬件搭建、軟件實現等工作流程，有效完成了預設的構想，通過調試，完全實現了貨物的自動存取及倉庫情況的動態監控。為空間的立體化利用，開創了良好的實際效果和示范效應。

參考文獻

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Abstract：The automatic storage and sorting of goods is realized by the stereoscopic warehouse system. This paper designs a three-dimensional warehouse system based on MITSUBISHI PLC， motor and MCGS touch-screen. It realizes remote storage， retrieval of goods and dynamic operation of monitoring warehouse.

Key words：stereoscopic warehouse system；MITSUBISHI PLC；motor；MCGS touch-screen