基于PLC的立體倉庫控制系統設計*

申小玲

（貴州開放大學（貴州職業技術學院），貴州 貴陽 550081）

立體倉庫一般由多層貨物架構成，每個用來儲存貨物的貨物架采用大小不同的儲貨單元，在空間上進行疊加，倉庫對貨物的存取采用對應的物料運輸設備完成[1]。隨著現代物流業的發展，貨物存取應用在各個領域，但在光線黑暗、環境溫度低、有污染、有毒和易爆等特殊場合，依靠人工作業是非常危險與困難的，當把立體倉庫和PLC控制技術結合后，立體倉庫的存取物體能適應各種復雜的環境，使倉庫得到更加合理的利用，效率得到提高。

1 方案設計

1.1 結構設計

課題組設計的立體倉庫系統由確認貨物重量的稱重區、運送貨物與托盤的兩條傳送帶、把托盤連同貨物進行裝車的機器手裝置、進行存取貨物的碼料小車等組成。立體倉庫分為三個區，有三層九個倉位，根據控制要求，利用PLC控制系統，使碼料小車把貨物連同托盤運送至倉庫區，放置在倉庫區不同的存儲位置，完成貨物入庫的功能。

1.2 控制要求

立體倉庫控制系統由四部分組成，控制要求是控制三相交流異步電機M1的運行，實現貨物傳送帶對貨物運輸進行控制，利用變頻器控制M1電機完成多段速度運行，變頻器參數設置低速為20 Hz，中速為30 Hz，高速為40 Hz，加速時間為3 s，減速時間為3 s，并且M1電機為單向正轉運行；控制三相異步電機M2的運行，實現托盤傳送帶對托盤裝載進行控制，M2電機只單向正轉運行；控制伺服電機M3的運行，實現碼料小車能夠在倉庫的三個區來回運動；控制步進電機M4的運行，實現碼料小車能夠在倉庫三個區的不同層數之間上下運動，使貨物可以碼放至不同區域的不同層數，M4步進電機的參數設置為步進電機旋轉一周需要脈沖數，為1 000個脈沖[2]。

2 硬件設計

根據系統控制要求，進行硬件設備選型及硬件電路設計，利用PLC控制并進行I/O地址分配。

2.1 硬件選型

首先，對熔斷器FU、隔離開關QS、交流接觸器KM、熱繼電器FR、指示燈等低壓電器進行選型。其次，對電機進行選型。電機M1、M2同為三相異步電機，選用類型為Y132S2-2。選用步進電機M4型號為2S86Q-034A，其配套的驅動器型號為2M530，步進電機主要參數為1 000個脈沖轉一圈。步進電機參數DIP4為ON，半電流功能禁止。伺服電機及驅動，選用臺達ECMA-C30604PS永磁同步交流伺服電機。伺服電機主要參數為1 600個脈沖轉一圈，每轉直線移動4 mm。本次設計選用西門子的MM420通用型變頻器[3-5]。

2.2 控制系統I/O地址分配

立體倉庫控制系統采用了兩臺PLC控制，使用S7-200Smart系列CPU SR40 PLC控制三相異步電機M1與M2，S7-200SmartCPU SR40 PLC的I/O分配表如表1所示；使用S7-200Smart系列CPU ST30 PLC控制伺服電機M3和步進電機M4，S7-200SmartCPU ST30 PLC I/O分配表如表2所示。

表1 S7-200SmartCPU SR40 PLC I/O分配表

表2 S7-200SmartCPU ST30 PLC I/O分配表

2.3 I/O接線圖

控制系統I/O接線圖如圖1、圖2所示。

圖1 CPU SR40 PLC控制接線圖

圖2 CPU ST30 PLC控制接線圖

2.4 各電機控制過程

2.4.1貨物傳送帶電機M1的控制過程

PLC控制變頻器，該變頻器控制電機M1，以實現電機M1三段速度運行，電機的啟停由啟動按鈕SB1和停止按鈕SB2控制。電機運行速度通過變頻器的三個數字輸入端子確定，當DIN1端子接通，電機M1以20 Hz運行，當DIN2端子接通，電機M1以30 Hz運行，當DIN3接通時，電機M1以40 Hz運行[6]。

2.4.2托盤傳送帶電機M2控制過程

電機M2是通過PLC控制交流接觸器KM4使之直接啟動，按下啟動按鈕SB3后，電機M2啟動運行，按下停止按鈕SB4，電機M2停止運行。

2.4.3碼料小車水平移動電機（伺服電機）M3控制過程

PLC控制伺服驅動器，伺服驅動器再控制伺服電機運動，驅動碼料小車水平移動，伺服電機安裝在絲杠裝置上，絲杠裝置的作用是通過伺服電機M3的旋轉運動使碼料小車實現水平移動。其中 SQ13、SQ12、SQ11分別為立體倉庫A、B、C三個區的定位開關，主要是反饋碼料小車位置；SQ14、SQ15分別為極限位開關，主要是保護碼料小車不越位[7]。

2.4.4碼料小車上下垂直移動電機（步進電機）M4控制過程

PLC控制步進電機驅動器，由步進驅動器控制步進電機實現碼料小車上下垂直移動，使碼料小車到達立體倉庫A、B、C三個區的位置。

3 軟件設計

3.1 編程軟件選擇

本次設計采用S7-Smart200 PLC編程軟件，它的功能齊全，既可用于開發用戶程序，又可實現監控用戶程序的執行狀態。PLC主要編程語言有梯形圖、語句表、功能塊圖、順序功能圖以及結構文本[8-10]。

3.2 程序調試流程圖

程序調試流程圖如圖3所示。

圖3 程序調試流程圖

按照控制流程圖編制M1、M2、M3、M4控制程序并完成調試，程序運行正確，符合立體倉庫控制系統的控制要求。

4 結束語

立體倉庫具有很高的空間利用率、很強的出入庫能力，采用PLC控制技術有利于企業實施現代化管理，已成為現代企業物流和生產管理不可缺少的倉儲技術，越來越受到企業的重視。本文采用PLC實現立體倉庫控制系統的設計，具有可靠性高、抗干擾能力強、設計安裝容易等特點。可以減少勞動成本，更好地實現立體倉庫的自動化，具有一定的理論研究與應用價值。