西门子PLC在自动立库系统堆垛机上的应用

张 帅侯秀秀

（1．山东科技大学，山东 青岛 266590； 2．济南市长清计算机应用公司，山东 济南 250306）

西门子PLC在自动立库系统堆垛机上的应用

张 帅1侯秀秀2

（1．山东科技大学，山东 青岛 266590； 2．济南市长清计算机应用公司，山东 济南 250306）

西门子PLC作为近年来各仓库系统较常使用的一种可编程的控制器，其是一种数字运算操作的电子系统，专门应用于工业环境,具有方便易行、稳定性好、环境要求低等优势。本文即在论述自动立库堆垛机系统的组成、功能及其控制方式的基础上，重点就可编程控制器PLC在自动立库系统堆垛机上的应用展开探讨，以期为相关设计研究提供参考。关键词：PLC；自动立库系统；堆垛机

自动化立体仓库是物料搬运、仓储管理中的一种综合性、由高位托盘货架构成并配以堆垛机或其他传输系统的物流系统，其稳定性强、自动化程度高、可通过其上位机管理系统实现整个仓库的统一管理与调度。堆垛机作为自动立体仓库系统中最关键的设备，其控制系统是否稳定可靠等对于自体仓库系统具有重要影响。因此，体积小、可读性好、抗干扰强且可靠性高的可编程控制器PLC的引入与应用十分必要，且具有良好的发展前景。

一、PLC控制器

PLC作为近年来各仓库系统较常使用的一种可编程控制器，其主要依靠数字运算操作，一般PLC常会采用一种编程存贮器，在执行各种面向用户的指令的同时，还可通过程序的输入与输出实现对各种类型的机械或生产过程的控制。编程存贮器中面向用户的指令涉及顺序安排、定时、计数、计算以及内部存贮等多方面的内容。这些都要求PLC控制器具备较好的稳定性和可靠性、方便易行、操作环境宽松无压力等。

二、自动立库堆垛机控制系统

自动立库系统堆垛机是自动化立体仓库中的关键设备，主要负责货物与相关材料的运送与输出等，运送过程即是指利用控制系统的巷道口，从其中取走货物后按照指令或操作要求将其送到实现安排的货物存储口；输出过程则主要是指从制定规定的货物存储口取出货物，并送达巷道的出货口。根据其功能设置，自动立库系统堆垛机主要包含巷道、载货台、升降设置、运送设置、取货设置、起升安全保护设置等。PLC控制器作为高新技术产品，其自动化程度高、功能强、可靠性高的同时简单易行，可较好的满足堆垛机控制系统的多样要求。

目前，我国自动立库系统堆垛机通常都装设三台电磁制动机，即走行电机、升降电机和货叉电机，以分别驱使堆垛机按照X（走行方向）、Y（升降方向）、Z（左右方向）三个不同的方向完成动作，同时，堆垛机因设置的不同而会呈现出不同的控制方式，主要有以下四种。

（1）联机自动控制方式。联机自动控制方式常常用于仓库系统的正常运作时，这时,堆垛机对控制计算机操作指令的接收主要通过光调制解调器来实现，同时，不断的向控制计算机反馈其运转与操作情况等，以使仓库系统顺利达到对每一个堆垛机的操控管理，进而实现货物的自动输入与输出。

（2）自动控制方式。自动控制方式较多的应用于堆垛机单机运作时，单机堆垛机可通过相关指令自动完成本巷道内每个货位的输入与输出。

（3）半自动控制方式。半自动控制方式是基于自动控制方式而发生发展的一种调节方式，是对其运行过程的一种分解。半自动控制方式可灵活的完成较多指令，如巷道内的自动移动、取放货物等。

（4）手动控制方式。一般情况下，手动控制方式主要应用于堆垛机的安装、试行、调试与修复等过程。手动控制方式可对堆垛机的运行进行单独操作，如行走、升降等过程，是对其他三种方式的重要补充。

三、自动立库堆垛机的控制系统设计

（1）PLC配置

PLC作为堆垛机控制系统最为重要的部件之一,其运作过程主要包含以下步骤：首先，应对PLC进行相关的信息录入，主要包含堆垛机控制系统的信号、光电开关、行程限位和定位系统等；其次，PLC会立即对其输入的信息进行识别与运算；最后，根据计算结果，PLC会发出与结构相对应的控制信号，以此驱动变频器的同时达到对堆垛机的操作控制。

目前，我国工业生产中西门子S 7-300 系列PLC应用较多，其虽属于中小型设置，但结构灵活紧凑、自动化程度高、功能强、可靠性高、性价比良好，故此，本研究采用该系列产品。结合CPU与TP177 B彩色触摸屏及至少两个通讯端口的上位机设置要求，本研究应采用带集成紧凑型的16DI/16DO模块。同时，对于数字输入与输出模块的选择，为了扩展开关接口，笔者认为应分别选择S M 321与SM322两种数字量输入与输出模块。对于电机的变频控制，可选择MM 440变频设置，并配以SM335模拟量输出模块，以达到良好的效果。S7-300系列PLC要想顺利投入使用，编程是必须的步骤，该系列的软硬件程序编写均可采用STEP7，其中，触摸屏控制程序的编写可通过WinCCflexibleHMI实现，而上位机编程则需采用MCGS软件才能完成。

（2）控制系统软件设计

结合堆垛机的运行特点与操作要求，笔者认为，控制系统的软件应使用模块化方式以对其进行专门设计。主程序应可控制并完成系统的基本操作，如过载、限位、互锁等；而鸣警、走行移动、升降、取卸货、联机、通信等系统功能因其功能复杂而应设置相应的子程序，以促进其自动化程度。

堆垛机执行自动入库作业的初始条件是堆垛机位于入库口所有的列、排、层，升降台位于下位置，堆垛机货叉上没有货物，入库台车上放有货物，触摸屏显示自动操作，准备入库货位的列、排、层数据已全部输入，根据下触摸屏上入库。以此同时，堆垛机向入库口伸叉，然后货叉向上托起，拉着至货物升降台到达上位置后堆垛机收叉，接着带着货物的货叉回到货叉居中位置后静止；放有货物的升降台开始向目的货位挪移，抵达后检查其是否存有货物，若无，货堆垛机向入库货位伸叉，安置到位后货叉下降把货物放到货位上，等到货叉下落到下位置时空货叉返回货叉居中位置之后货叉不动；卸下货物的空堆垛机移动到入库口位置等待。

结语

由于工厂自动化程度越来越高，堆垛机会得到愈发广泛的应用，使用变频器调速配合光电开关绝对认址的PLC控制系统得到稳定的运行，值得信赖，精确定位，维护简单方便，在硬件开发上的模块化程度比较高端，软件开发上则比较灵活，对于自动立库系统堆垛机的进一步发展完善具有重要意义。

[1]廖常初．S7-300/400PLC应用技术[M]．北京：机械工业出版社,2006．

[2]王晓晖．自动化立体仓库堆垛机控制系统的设计[J]．制造业自动化,2002,24（09）．

TP273

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