基于條碼定位的全閉環PID控制技術在U 型巷道堆垛機控制系統中的應用

牛禎祖 呂聰正

中國電子科技集團公司第二研究所 山西 太原 030024

0 引言

隨著我國經濟的日益發展，企業對于貨物的儲存和搬運的要求變得越來越高，對于堆垛機在立體倉庫中的需求也會越來越多，對于堆垛機的響應時間、運行速度、定位精度以及自動化程度也會越來越高[1]。目前對于堆垛機行走及升降運行環節，大多數均采用多檔速度開環控制或速度閉環控制兩種方式，這兩種控制方式均存在定位精度差、動作響應時間長等缺點[2]。本設計采用基于條碼定位的全閉環控制技術，不但能改善堆垛機運行速度曲線，而且能夠保證最終的定位精度，提高設備的運行效率。

1 控制系統硬件設計

U 型巷道堆垛機系統選用西門子S7-1200PLC作為主控制器，變頻器選用西門子G120帶基本定位功能的變頻器，行走電機和升降電機配置HTL接口的增量型編碼器，定位傳感器選用勞易測BPS型條碼定位系統，貨叉電機配備SSI絕對值編碼器，系統構成如圖1所示。

圖1 控制系統硬件結構圖

在圖1中，S7-1200PLC與升降G120變頻器、貨叉G120變頻器和行走G120變頻器通過Profinet網絡建立通訊連接，實現對升降、貨叉及行走機構運動的控制。堆垛機升降和行走編碼器采集的電機轉速用于PID速度環的控制，條碼定位模塊反饋的位置信息用于PID位置環的控制，升降變頻器和行走變頻器通過與相應條碼定位模塊的通訊，實時獲取其位置信息，通過PID位置環和PID速度環實現對堆垛機升降和行走的全閉環控制，控制框圖如圖2所示。

圖2 行走環節全閉環PID控制框圖

2 控制系統軟件設計

控制系統軟件的設計對于堆垛機高效穩定的運行至關重要，軟件設計主要包括PLC軟件程序設計和上位機軟件設計兩個部分，具體如下。

2.1 PLC軟件程序設計 PLC程序設計通過西門子TIA Portal V15.1軟件進行開發設計，根據堆垛機作業流程，大體上可以分為入庫操作和出庫操作。

入庫操作是指PLC控制堆垛機到指定貨口取貨后，在巷道內同時進行水平方向和垂直方向上的運動行駛到指定貨位，最終將貨位入庫到指定位置；出庫操作是指PLC控制堆垛機運行到指定的貨位取貨，并將其輸送到指定出貨口，同時刪除相應物品庫存信息，完成出庫任務。

2.2 上位機軟件設計 上位機軟件通過Visual Studio2015軟件C#語言編寫，主要功能如下。

1)與PLC建立通信連接，根據倉儲管理軟件的請求，向PLC發送相應的動作指令，并接收設備反饋的運行狀態及相應的信息。

2)與數據庫建立連接，儲存記錄運行中的各參數、指標等數據，同時可進行歷史記錄的查詢，方便設備的維護。

3 設備調試與運行

堆垛機運行的位置給定與反饋曲線如圖4所示，可以看出其運行速度響應和穩態誤差都有較高的提升，定位精度也得到了明顯的提高。

圖3 堆垛機位置給定與反饋曲線

4 結束語

在U 型巷道堆垛機中通過基于條碼定位的全閉環PID控制技術，實現了堆垛機行走和升降環節的精準定位，提高了設備的響應時間，優化了堆垛機的運行速度曲線，提升了企業的生產效率。