基于PLC的立體倉庫設計

李雅靜，張小青，李艷紅

(咸陽師范學院 物理與電子工程學院，陜西 咸陽 712000)

0 引言

以前的倉庫主要通過人力進行貨物的裝卸，而裝卸一些較大的貨物時，不僅進度緩慢而且還存在較大的安全風險，存儲空間也得不到充分的利用[1,2]。立體倉庫能夠在有限的空間存儲更多的東西，存儲簡單快捷且通過計算機控制代替人力管理從而解放了大量的勞動力；使用計算機進行管理，減少了貨物運輸過程中的各種誤差，系統能夠實時存儲信息和進行各種信息管理，有利于清點貨物，避免營運資金的浪費，提高了倉庫的管理效率[3,4]。本文采用西門子S7-200 SMART ST40設計了一個可完成自動出庫/入庫操作的四層十六倉位的立體倉庫。

1 立體倉庫硬件設計

本系統主要由PLC、電氣機構(步進電機及驅動器、減速直流電機、開關電源、電感傳感器、行程限位開關)、觸摸屏以及X軸、Y軸、Z軸運動機構等構成。開關電源將交流220 V轉換成直流24 V提供給中間繼電器和步進電機驅動器等弱電電路使用。硬限位開關防止絲桿運動超出預定范圍。電感傳感器檢測是否有物料需要入庫或者物料是否已經出庫。微動開關用于檢測每個倉位是否有物料。X軸、Y軸、Z軸運動機構主要包含滾珠絲桿、軸承、滑塊、導軌、步進電機等機電元件；X軸運動機構控制水平左右方向的機構運動，Y軸運動機構控制水平前后方向的機構運動，Z軸運動機構控制垂直方向的機構運動。觸摸屏用于控制整個系統的啟動、停止、手動、自動、入庫和出庫等操作。

1.1 PLC的選擇

系統中的PLC采用西門子CPU ST40 DC/DC/DC，內置24路數字量輸入、16路數字量輸出，同時可外接相應擴展模塊，能滿足系統的控制要求[5]。圖1為PLC端子接線圖。

圖1 PLC端子接線圖

1.2 主要電氣設備的選擇

本系統所使用的電機為NEMA23-23HS8630，采用漢德保公司研制的一種步進驅動器DM-542。該驅動器通過專用的DSP芯片進行步進電機的控制，這種芯片是通過空間矢量PID電流的控制技術運行的，內部含有參數自動整化等優秀的性能。電感傳感器采用電感式接近開關傳感器LJ30A3-15-Z/BY，用作貨物檢測，當金屬的探測儀器靠近開關的感應區域時，開關可以在沒有東西接觸、沒有壓力、沒有火星的情況之下準確而快捷地發出指令，反映出運動的當前位置和行程[6-9]。

2 立體倉庫軟件設計

本設計主要的控制要求是將入庫位置的貨物送到任意空白倉位或者從任意有貨倉位取回貨物放至出庫位置。其中，上位機可以監視物料的出庫入庫情況以及傳達操作員所選擇的功能給PLC，使執行機構執行相應的動作。PLC通過對輸入輸出信號的響應，可以快速控制立體倉庫，且易于檢修。圖2為立體倉庫程序執行流程圖。

圖2 立體倉庫程序執行流程圖

3 系統調試

本文設計了一個立體倉庫模擬裝置。先進行了手動操作模式的調試，對X、Y、Z軸控制按鍵進行手動控制，能夠順利地將貨物入庫/出庫。然后進行了自動操作模式控制，通電后先進行復位操作，其次進入到入庫操作。當進行入庫操作時，首先應選擇好貨物要送入的倉庫，單擊倉庫號對應的按鈕，在觸摸屏上顯示選中的倉庫號，貨物則會被感應器檢測到，之后堆垛機將會執行送入的命令。若觸摸屏顯示該位置有貨物，則堆垛機不會進行送入操作。當進行出庫操作時，首先應選擇貨物要取出的倉庫，單擊倉庫號對應的按鈕，在觸摸屏上顯示選中的倉庫號，從而將貨物從中取出。如送貨臺上有貨物，則取貨指令會被跳過。當所執行的操作完成后，會按來時的路線原路返回。調試途中無意外。若有意外發生，則按急停按鍵。

圖3所示為貨物送入16號倉位。

圖3 貨物送入16號倉位

4 小結

本文中介紹了一個立體倉庫模擬裝置的設計，包括硬件選型和軟件設計，并對該裝置進行了調試，結果顯示該系統可以實現貨物的自動入庫/出庫，而且可以實現X、Y、Z三軸步進電機對貨物的精準定位。總而言之，本系統的硬件性能優越、性價比高，軟件功能豐富，基本上實現了立體倉庫的功能要求。