基于PLC 家居貨品進出庫控制系統設計

黃賢蕾，楊璟榮，董梓聰，莫伊靖

（廣東科技學院 機電工程學院，東莞 523668）

為了緩解物流壓力，解決倉庫收發貨品效率低下的問題，做好倉儲管理顯得十分必要。對于絕大多數企業來說，如果能夠做好倉儲管理，將會大大降低庫存成本。倉庫運行管理效率是很關鍵的指標，隨著近幾年物流行業的飛速發展，智能倉儲也應運而生。對于家居大件商品倉庫來說，從長遠考慮打造智能化倉儲，非常具有實用價值。

智能倉儲的出現對倉庫的運行管理來說省時省力。智能倉儲物流管理平臺的功能包含商品存儲管理、商品調動和物流配送等方面，具備權限管理、出庫管理、庫存管理[1]。有了智能倉儲系統，可及時發現商品庫存情況，了解暢銷品和滯銷品，并快速作出倉儲調整，減少不必要庫存，同時可做到及時補貨[2]。

PLC 具有邏輯運算功能，算術運算、模擬信號處理和通信聯網等功能，為了適應運動控制產業的需求，當前的PLC 更是具備了強大的運動控制功能，再加上PLC 具有高可靠性，非常適合應用于智能倉儲中做控制系統控制器[3]。

家居的快銷小件商品進出庫，運營管理都比較容易，對于那些大件商品出入庫純人工操作，不僅費時費力，沒辦法滿足消費者需求，還會增加人工成本。智能倉儲系統的出現，可以很好地解決這一問題[4]。本文主要研究PLC 自動控制系統在家居大件貨品進出庫的智能倉儲中的應用。

1 智能倉儲整體功能設計

本研究中倉庫硬件設施搭建，應用了某公司研發的智能倉儲系統，由立體鋼架、滾筒輸送線、自動檢測系統、頂升移載輸送機、提升機、鏈式輸送機、四向穿梭車、PLC 自動控制系統等幾部分組成[5]。商品入庫前需要將商品放上棧板，如果是多個相同的商品放在一個棧板上，還需要將多商品打捆成一個整體，接著對棧板及棧板上的商品貼標，標簽包含商品信息和包裝信息，這部分入庫前的準備工作對于數量不大，重量較輕的商品可選擇人工操作完成，對于數量大，較重的商品，也可設計為碼垛機器人，貼標機等配合下自動完成。

接收到入庫信息后，叉車將需要入庫的貨物搬運至滾筒輸送線，滾筒輸送線將貨物運送至自動檢測系統，完成庫層庫位信息分配后，滾筒輸送線將貨物運送至頂升移載輸送機，由頂升移載輸送機將貨物移至提升機，提升機將貨物運送到對應庫層后由鏈式輸送機將貨物從提升機中移出，四向穿梭車將貨物搬運至對應庫位后進行貨物存儲，完成貨物的入庫作業。

接收到出庫信息后，四向穿梭車取貨后將貨物送向自動檢測系統核對出庫貨物信息，核對信息一致后將貨物放置在鏈式輸送機上，等待提升機移至對應的庫層后，將貨物移入提升機，提升機再將貨物運至頂升移載輸送機，再由頂升移載輸送機將貨物從提升機中移出至滾筒輸送線，滾筒輸送線將貨物運至出貨口，叉車將貨物移出，完成貨物出庫作業[6]。

進庫和出庫的商品數據均會被記錄下來，并顯示庫存數據，對庫存提醒進行設置后可及時發現需要補貨的商品，根據進庫量和出庫量的數據分析，可判斷出暢銷品、慢銷品和滯銷品，從而對商品進貨量進行調整，對倉庫空間利用進行調整，以達到備貨合理及倉庫被充分使用的目的。

2 進出庫設計原理

為提高工作效率，本設計采用入庫通道和出庫通道兩個不同通道。在貨品入庫和出庫的流程中，有些環節需要進行判斷，另外還需要對入庫和出庫是否到位進行判斷，確保貨品已經完全入庫或出庫。

2.1 入庫設計

貨品入庫設計流程如圖1 所示，當接收到入庫信號，傳感器檢測到貨物在入口放置到位后，PLC 控制滾筒輸送線正轉，將貨物移至自動檢測系統，運送到位，自動檢測系統開始檢測貨物信息及外形，首先判斷外形是否合格，如果外形判斷不合格，將拒絕入庫，滾筒輸送線反轉，將貨物輸送至入口處，取出貨物，如果外形判斷合格就自動分配指定庫層和庫位。庫層信息要傳遞給提升機，提升機才知道需要將貨物運送至第幾層，庫層和庫位信息還需要傳遞給四向穿梭車，這樣才知道第幾層的四向穿梭車需要運貨，將貨物運至哪個庫位。自動檢測系統工作完成后，滾筒輸送線繼續工作，將貨物輸送至頂升移載輸送機，貨物到位后，PLC 控制提升機降落至頂升移載輸送機處，提升機到位后，PLC 控制頂升移載輸送機啟動，將貨物送進提升機，貨物到位后，提升機將貨物運送至對應的庫層，提升機到位后，通知四向穿梭車來取貨，同時PLC 控制鏈式輸送機啟動，將貨物從提升機中取出，等待四向穿梭車到來，四向穿梭車在搬運貨物的過程中需要換軌行駛，取到貨物后將從主通道換軌至子通道，并按照一定路線將貨物運送至對應的庫位，同時判斷貨物是否入庫到位，沒有入庫到位，四向穿梭車繼續入庫，入庫到位后指示燈亮起，四向穿梭車等待下一次作業任務，此次入庫作業結束。

圖1 貨品入庫流程Fig.1 Flow chart of goods warehousing

2.2 出庫設計

出庫設計流程如圖2 所示，接收到出庫信號后，四向穿梭車根據貨品庫位信息將貨物取出，通過子通道，換軌至主通道，將貨物運送至自動檢測系統，此時自動檢測系統核對貨物信息與出貨信息是否一致，如果不一致，將由四向穿梭車將貨物運至中轉倉后重新取貨，如果核對信息一致，四向穿梭車將貨物放置在鏈式輸送機上等待提升機的到來，提升機升至對應的庫層，提升機到位后，PLC 控制鏈式輸送機將貨物移至提升機中，貨物到位后，提升機下降至頂升移載輸送機處，下降到位，PLC 控制頂升移載輸送機啟動，將貨物移出提升機，移出到位，PLC 將控制滾筒輸送線啟動，將貨物運送到出口處，同時判斷是否出庫到位，未完全出庫，滾筒輸送線繼續工作，直至完全出庫，若出口處的傳感器檢測到貨物已被取出，則貨物完全出庫，滾筒輸送線停止工作，等待下一次任務，此次出庫作業結束。

圖2 貨品出庫流程Fig.2 Flow chart of goods delivery

2.3 保護設計

整個系統正常工作，缺少不了保護環節設計。從貨品進出庫流程來看，PLC 主要控制滾筒輸送線，頂升移載輸送機，鏈式輸送機，還需要控制提升機上升和下降工作，這4 個工位的驅動都是電機。為了保證電機正反轉不出錯，在硬件中設計硬件互鎖，梯形圖中設計軟件自鎖和互鎖，采用軟硬件的雙重保護設計，另外，電機工作都需要考慮短路和過載保護，發生短路或過載時，需立馬停止工作。

工作過程中，任何環節出現故障，該環節立馬停車并報警，便于快速排除故障。對于提升機來說，故障時除了停車外，還需位置保持，除了梯形圖設計考慮外，對提升機用伺服電機還配有保持制動器以提高安全性[7]。四向穿梭車工作時自由度更大，需要考慮的保護設計也更多。

3 控制系統設計

3.1 控制系統I/O 分配

PLC 控制系統需要控制滾筒輸送線電機，頂升移載輸送機電機，鏈式輸送機電機，外加提升機電機工作。提升機電機選用伺服電機，需要匹配伺服控制器。PLC 的輸入信號除開關按鈕外，還有傳感器和限位開關。PLC 的輸出端連接接觸器控制電機是否得電。為了減少端子的使用，同時使梯形圖更簡潔，此處將電機過載保護放在PLC 的輸出端。另外在每個工位上還需要報警蜂鳴器和報警指示燈以便發現故障點。控制系統I/O 分配如表1 所示。此表省略進出庫脈沖及方向指令和各蜂鳴器及指示燈的分配。

表1 控制系統I/O 分配表Tab.1 I/O allocation table of control system

3.2 控制系統硬件接線

為了提高入庫和出庫時電機轉向的準確性，針對電機正反轉設計了硬件互鎖。控制系統硬件接線如圖3 所示[8]。

圖3 控制系統硬件接線圖Fig.3 Hardware wiring diagram of control system

本系統如果在出入口都設計自動檢測系統，入庫按鈕和出庫按鈕選擇轉換開關，那么入庫通道可當出庫通道使用，出庫通道也可當入庫通道使用，可根據需求去選擇進出庫通道，以提高入庫或出庫繁忙期的工作效率。

3.3 控制系統軟件設計

本系統的軟件設計采用梯形圖設計，需要對4種工位進行控制，從整個程序的復雜程度來看，要屬提升機的程序設計，近似電梯程序設計[9]，而其他3 種工位的控制程序相對比較簡單。除了對電機的控制外，梯形圖中還需要數據邏輯運算，用以統計入庫數據、出庫數據、庫存數據等，如圖4 所示。

圖4 庫存數據處理程序Fig.4 Program of inventory data processing

3.4 觸摸屏

觸摸屏人機界面操作簡單、易于掌握、功能強大、系統穩定性好，適用于復雜環境[10]。本設計中觸摸屏人機界面包括首頁、設置畫面、貨品數量統計畫面和實時監控畫面。首頁主要是選擇工作狀態，進庫還是出庫作業，顯示需要補貨的提醒，如圖5所示；設置畫面需要輸入賬號和密碼后才能進行數據修改，比如設置補貨提醒的商品數量等；貨品數量統計畫面，可直觀的看到貨品的入庫數據、庫存和出庫數據，根據這些數據可判斷出商品是暢銷品還是滯銷品，隨時作出進貨調整；系統監控畫面可直接看見系統的工作狀態，及時發現故障，并快速作出倉庫空間利用調整。

圖5 觸摸屏首頁畫面Fig.5 Home page of GT_Designer

4 結語

本文采用PLC 來做智能倉儲控制器控制家居貨品進出庫，更適用于中件和大件貨品的進出庫及銷量大的小件貨品，可實現自動化操作，解決了傳統人工搬運速度慢、效率低的問題。通過使用觸摸屏來做人機界面設計，可實時監控系統運行狀態，了解系統工作情況。從設計的畫面可更直觀的看見庫存數據，快速發現補貨提醒，及時補貨。根據進出庫數據處理，很容易辨別出快銷品和滯銷品，便于合理調整商品庫存。本系統具有操作方便、控制準確、可靠性高、維護簡單等特點，非常適合用于家居貨品進出庫。