可编程序控制器在立体仓库中的运用

摘要：自动化立体仓库是物料搬运、仓储的重要手段。通过使用可编程序控制器，使立体仓库的性能得到了充分的发挥，节约了土地面积、人力和财力。

关键词：立体仓库可编程序控制器 运用

自动化立体仓库是物料搬运、仓储科学的一门综合科学技术工程。当前世界经济发展的两大趋势是全球化和市场化。集物流﹑信息流和资金流于一身的物流配送中心，在全球化和市场化的时代里，进一步促进了世界经济与贸易的发展。自动化立体仓库加速了商品流通，减少了商品损坏，降低了流通成本，节约了土地面积、人力和财力。此外，它还提高了库存周转率，经营灵活性和工作效率。它以最快速度，最低价格和最佳服务来满足用户要求，从而获得最大利益。目前来讲，工业系统工程可以选择使用可编程控制器（PLC）、单片机或工控机。本控制系统基于可行性、可靠性还有性价比等多方面因素来综合确认。下面就单片机控制、工控机（IPC）控制、PLC控制等简单比较说明。

单片机的售价并不贵，以目前市场价，较有名气的ATMEL也不过十几元钱一片而已，但是要购入单片机开发装置（如仿真器、烧录器、电源）还要开模制版，由于开发周期长所投入的人力物力，其价钱可能会远远地超过应用PLC开发的费用。单片机的开发周期较长，从电路设计、开模制版、编程、仿真、调试等经历非常长的周期，不便于修改和维护。利用单片机开发的设备往往是专用的特殊设备。单片机的抗干扰是很差的，在干扰源众多、复杂的工业环境中，你选择了单片机，也就意味着干扰就像噩梦一样缠绕着你。温度、湿度、灰尘、噪音、震动等都对单片机有致命的影响。基于以上种种原因，我们认为单片机不适合。工控机（IPC）从可靠性来说，要比单片机要好得多，但其价格昂贵，其价格要远远高于采用PLC控制的价格。更为重要的是工控机更新换代较快，不但硬件如此，而且最根本的操作系统也不断地更新换代。所以，我们认为此工控机也不适用。自第一台可编程控制器PLC诞生就是应用于工业现场控制，PLC的可靠性得到了工控业界的认可。据最近行业统计显示，目前采用PLC控制的设备份额达90％。 PLC是以集成电路为基本单元的电子设备，内部处理不依靠接点，元件的寿命几乎不用考虑。作为工业控制计算机，在设计和制造的过程中采取了多层抗干扰措施，可在恶劣的工业环境下与强电设备一起工作，运行的稳定性和可靠性极高。例如三菱公司的FX2N系列PLC平均无故障时间高达50万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。采用PLC进行设备控制，工程师无须花太多的精力在硬件的处理上，采用积木式结构很快可以形成系统电路，大部分精力集中在工艺的了解处理和程序的编写调试上，有利于设备的快速开发，程序的编辑、修改和调试也都可随时进行，缩短了开发时间。PLC发展至今,已形成大、中、小各种规模的系列化产品,可用于各种规模的工业控制场合。PLC除了具有逻辑运算、算术运算、数制转换以及顺序控制功能外而且具备模拟运算、显示、监控、打印及生成等功能，可用于各种数字控制领域。此外，PLC还具有完善的自诊断、自测试功能。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。 终上所述，我们认为PLC控制系统是最适合的立体仓库。根据系统的工作流程、控制的对象、IO口的数量、输出的形式、动作逻辑关系、有无特殊功能要求、是否联网等，我们选择了三菱公司FX2N—48MR的PLC。

可编程控制器主机是由电源、CPU、存储器、I/O口组成的单元型可编程序控制器。而且，AC电源、DC输入型的内置DC24V电源可作为传感器的辅助电源；基本单元和扩展单元均采用易于维修的装卸式端子台；编程端子罩内装有RUN/STOP开关；内含计时功能，还可进行时间控制；RUN中写入程序；元件注释，通过设定参数可以确保编程存储器内元件注释区域。此外，还具有利用输入汉字的外围设备给程序加汉字注释的显示功能；利用键盘保护程序，为防止程序的误写入或被盗，可以对程序存储器设定3级保护。扩展设备：丰富的设备。可以连接各种I/O扩展模块，有继电器、晶体管、晶闸管输出类型，标准型端子台；丰富的特殊扩展设备。有模拟量输出设备、模拟量输入设备、温度传感器输入、热电偶输入设备、1轴定位设备、双轴（内插）定位设备、脉冲输出设备、高速计数器、并联连接、NELSECLINET/MINI-S3连接设备、RS485通信设备、RS232通信设备、ID机器连接设备、模拟容量模块等。指令： 语言。有梯形图、指令表、SFC（顺序功能图），他们之间可以相互转换；简便的应用指令群，有从简便指令到复杂控制指令支持。包括平方根运算、浮点数运算、数据检索、PID演算等；高速处理①位置1相6点（MAX：60KHZ 2点，10KHZ 4点），2相 2点（MAX：30KHZ 1点，5KHZ 1点）高数计数器。②脉冲捕捉功能。③输入输出立即更新功能。④输入滤波器常数变更功能。⑤输入中断功能，定时中断功能，计数中断功能。

型号名称的组成及符号含义

基本单元

FX2N----------○○ M□------□

系列名称 输入输出点数 基本单元 输出形式 其他区分1

注：内部电源，内部输入输出，内部CPU，内部存储器。

扩展单元

FX2N----------○○ E□------□

系列名称 输入输出点数 扩展单元 输出形式 其他区分1

注：内部电源，内部输入输出，无CPU，无内部存储器

输入输出总点数：输入输出点数之和

输出形式的含义

R继电器输出（有接点，交直流负载两用）

S三端双向可控硅开关元件输出（无接点，交流负载用）

T晶体管输出（无接点，直流负载用）

其它区分：无符号则 AC100/200V电源、DC24V输入用于内部供电

FX2N各部分的名称

（1）35mmDIN导轨（2）安装4个（4.5） (32点以下者2个)（3）电源、辅助电源、输入信号用的装卸式端子台（带盖板，ＦＸ２ｎ－１６Ｍ除外）（4）输入指示灯（5）扩展单元、扩展模块、特殊单元、特殊模块、接线插座盖板（6）输出用的装卸式端子台（带盖板，ＦＸ２ｎ－１６Ｍ除外）（7）输出动作指示灯（8）DIN导轨装卸用卡子（9）面盖板（10）外围设备接线插座、盖板（11）动作指示灯：POWER电源指示灯；RUN:运行指示灯；BATT.V：电池电压下降指示（12）PROG-E：出错指示闪烁（程序出错）；CPU-E:出错指示灯亮灯（CPU出错）；（12）锂电池（Ｆ2－４０BL ，标准装备）（13）锂电池连接插座（14）另选存储器滤波器安装插座（15）功能扩展板安装插座（16）内置RUN/STOP开关（17）编程设备、数据存储单元接线插座（18）产品型号指示

FX2N的内部软元件

输入继电器 (X）:PLC的输入端子是从外部开关接受信号的窗口，PLC 内部与输入端子连接的输入继电器X是用光电隔离的电子继电器，它们的编号与接线端子编号一致（按八进制输入），线圈的吸合或释放只取决于PLC外部触点的状态。内部有常开/常闭两种触点供编程时随时使用，且使用次数不限。输入应答滞后约10ms。输入继电器是按八进制编址，如X000 ～ X007，X010 ～X017，X020 ～X027 。输入映像存储区为X000--X267。输出继电器（Y）:PLC的输出端子是向外部负载输出信号的窗口。输出继电器的线圈由程序控制，输出继电器的外部输出主触点接到PLC的输出端子上供外部负载使用，其余常开/常闭触点供内部程序使用。输出继电器的电子常开/常闭触点使用次数不限。输出继电器的编址是按八进制，如Y000 ～Y007，Y010～Y017，Y020～Y027 。输出映像存储区为Y000—Y267。内部辅助继电器（M）:PLC内有很多的辅助继电器，其线圈与输出继电器一样，由PLC内各软元件的触点驱动。辅助辅助继电器没有与外部硬点的任何联系，只供内部编程使用。它的常开/常闭触点使用次数不受限制。他的线圈不能直接驱动外部负载，外部负载的驱动必须通过输出继电器来实现。有关内部辅助剂电器的种类和编号，参考3.6 FX2N的性能规格。定时器（T）:在PLC内的定时器是根据时钟脉冲的累积形式，当所计时间达到设定值时，其输出触点动作，时钟脉冲有1ms、10ms、100ms。定时器可以用用户程序存储器内的常数K、H作为设定值，也可以用数据寄存器（D）的内容作为设定值。通用与掉电保持用的定时器地址分配，可由参数设置而随意更改。有关定时器的种类和编号，参考3.6 FX2N的性能规格。计数器（C）: FX2N中的16位增计数器，是16位二进制加法计数器，它是在计数信号到来的上升沿进行计数，每一个计数脉冲上升沿使原来的数值减1，当现时值减到零时停止计数，同时触点闭合。直到复位该计数器的信号到来时，触点才断开，经过值清零。 其设定值在K1～K32767范围内有效。注：设定值K0与K1含义相同，即在第一次计数时，其输出触点就动作。

通用计数器的编号：C0 ～C99，共100点。保持用计数器的编号：C100～C199，共100点。通用与掉电保持用的计数器地址分配，可由参数设置而随意更改。

有关计数器的种类和编号，参考3.6 FX2N的性能规格。状态（S）:在不用STL、IST及在没有驱动M8049时，状态S和普通M功能一样，但对工序步进控制编程时只能用状态S元件，与步进梯形图STL指令结合使用。有关状态S的种类和编号，参考3.6 FX2N的性能规格。数据寄存器（D）：数据寄存器是计算机必不可少的元件，用于存放各种数据。FX2N中每一个数据寄存器都是16bit（最高位为正、负符号位），也可用两个数据寄存器合并起来存储32 bit数据（最高位为正、负符号位）。通用数据寄存器D： 地址分配 D 0～D199，共200点。只要不写入其他数据，已写入的数据不会变化。但是，由RUN→STOP时，全部数据均清零。（若特殊辅助继电器M8033已被驱动，则数据不被清零）。停电保持用寄存器：地址分配D200～D511，共312点，或D200～D999，共800点（由机器的具体型号定）。基本上同通用数据寄存器。除非改写，否则原有数据不会丢失，不论电源接通与否，PLC运行与否，其内容也不变化。（然而在二台PLC作点对的通信时， D490～D509被用作通信操作）文件寄存器：地址分配D1000～D2999，共2000点。文件寄存器是在用户程序存储器（RAM、EEPROM、EPROM）内的一个存储区，以500点为一个单位，最多可在参数设置时到2000点。用外部设备口进行写入操作。在PLC运行时，可用BMOV指令读到通用数据寄存器中，但是不能用指令将数据写入文件寄存器。用BMOV将 数据写入RAM后，再从RAM中读出。将数据写入EEPROM盒时，需要花费一定的时间，务必请注意。RAM文件寄存器：地址分配 D6000～D7999，共2000点。驱动特殊辅助继电器M8074，由于采用扫描被禁止，上述的数据寄存器可作为文件寄存器处理，用BMOV指令传送数据（写入或读出）。特殊用寄存器：地址分配 D8000～D8255，共256点。是写入特定目的的数据或已经写入数据寄存器，其内容在电源接通时，写入初始化值（一般先清零，然后由系统ROM来写入）。有关数据寄存器的种类和编号，参考3.6 FX2N的性能规格。

FX2N的性能规格

FX2N系列PLC目前市场价（参考）

FX2N的指令系统

利用PLC的指令系统可以很方便的编写出程序。而借助安装在计算机上的编程软件，则可很方便的画出梯形图。

如下图是利用三菱全系列中文编程软件GX—DEVELOPER画出的一段梯形图。

FX2N的基本指令系统

FX2N的应用指令

自动化立体仓库是现代物流系统的重要组成部分，是一种多层存放货物的高架仓库系统,由自动控制和管理系统、高层货架、巷道堆垛机、自动入库、自动出库、计算机管理控制系统以及其他辅助设备组成。

结语：三菱FX2N系列可编程序控制器的使用，使自动化立体仓库的性能为促进了世界经济与贸易的发展，得到了充分的发挥。在全球化和市场化的国际经济活动中，流通是联系生产和消费的纽带，要发挥好流通的功能离不开立体仓库，也就是离不开可编程序控制器。

参考文献：尹军琪,自动化仓库的发展及其应用特性,起重运输机械,2001（10）

乐为 机电设备装调与维护技术基础 机械工业出版社 2009.10

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。