基于自动化立体仓库堆垛机控制系统的研究
2016-08-08刘辉张冰
刘辉 张冰
(1.无锡机电高等职业技术学校 江苏省无锡市 214028 2.江苏集云信息科技有限公司 江苏省无锡市 214028)
基于自动化立体仓库堆垛机控制系统的研究
刘辉1张冰2
(1.无锡机电高等职业技术学校 江苏省无锡市 214028 2.江苏集云信息科技有限公司 江苏省无锡市 214028)
设计了自动化立体仓库系统的简易模型,系统的分析了自动化立体仓库系统的构成,控制方式以及工作流程,完成了堆垛机工控系统的硬件与通信部分的PLC设计,通过程序的实例运行,堆垛机运行平稳,达到了设计的要求。
自动化立体仓库;堆垛机;PLC
1 自动化立体仓库系统
自动化立体仓库系统是指在不直接进行人工干预的情况下,运输设备能自动地存储和取出货物的系统[1]。一般由货架、巷道式堆垛机、出/入库台、输送系统、计算机管理和控制系统等部分组成。作为机械和电气,强电和弱电相结合的产物。它通过计算机管理系统高效的管理货物的出/入库信息,然后将信息已指令的形式作用于控制系统,控制执行机构实现相应的动作,最终把信息反馈给仓库管理系统[2]。立体仓库的控制对象是堆垛机、出入库台、输送系统等硬件设备。
堆垛机是自动化立体仓库中的主要的运输设备,它的主要用途是在高层货架的巷道内来回穿梭运行,将位于巷道口的货物存入货格,或者是取出货格内的货物送到巷道口[2]。它的可靠性、平稳性与工作效率等对自动化立体仓库起着非常重要的作用。
2 自动化立体仓库模型
自动化立体仓库能实现货物的自动存取,主要是通过堆垛机作业完成的,而如何使堆垛机准确运行和提高存取效率,关键在于准确可靠的认址与定位。我们采用编码的方式将货架上的每个货位用货位号表示为(Xi,Yi,Zi),即(排,列,层)。编码可以使堆垛机自动找到被指定到达的位置,同时停准位置不会超过规定的精度[1]。
为了对自动化立体仓库的堆垛机部分作进一步的研究,我们设计了一个简易模型如图1所示。仓库模型只设置一排货架,它的整机结构由起升机构、运行机构、货叉、伸缩机构、机架等组成。鉴于认址和定位要求,将堆垛机设计成一个三自由度系统。通过同步齿形带实现X轴水平方向运动;由丝杠传动实现Y轴垂直方向运动;货叉的伸缩通过行程开关控制,X方向和Y方向的支承通过导轨实现。
3 堆垛机控制方式以及工作流程
在此试验中,堆垛机的运动控制方式主要有手动和联机自动两种,手动控制通过手柄可以单独操作堆垛机的行走、升降和伸缩货叉等,不需要通过地面控制台;联机自动控制用于正常运行的堆垛机,此时的堆垛机可以经过无线通讯设备接收仓库管理计算机的指令,同时可以向上位机反馈堆垛机的当前的工作状态。
图1 立体仓库模型结构图
堆垛机的工作流程主要有送货到货架和从货架上取货两种。送货到货台时,货叉伸出到位以后,载货台微降,使托盘放置到载货台上,然后在货叉距离托盘一定的距离后收叉,这样就完成了向载货台送货的作业[1]。之后需要检查是否有取货的命令,这时先要判断堆垛机是空载还是负载到达取出列,若是负载到达取列,堆垛机就要先把货物存储到货架,然后运行到待取货物的货格,执行取出命令;若是空载到达,表示无货物要存储,即无两个货格之间的运行。若一个存储/取出命令下达时,堆垛机处于空闲状态,它就会被指派到存储列/取出列去拣取货物[5]。堆垛机存取货物的流程图如图2所示。
图2 堆垛机取/送货作业工作流程图
4 堆垛机工控系统的实现
4.1 堆垛机工控系统的硬件设计
堆垛机工控系统由堆垛机控制系统、地面控制台系统和仓库管理系统三部分组成。堆垛机控制系统主要由保护功能单元,驱动部分和认址定位单元组成。此处堆跺机采用一台S7-200系列的PLCCPU226控制,它的主要作用是用来驱动电机,同时处理触感器等检测到的信号和外部输入的数据;采用西门子的MM110型矢量控制变频器来提高停车定位的精度,选用西门子800脉冲增量式旋转编码器,它用于向PLC提供堆垛机的位置信号,同时向变频器提供速度信号,构成位置、速度闭环控制[3];堆垛机货叉的升降、左右伸缩采用机械互锁;水平、升降运动通过光电开关进行计数与定位;采用对射式光电开关感应堆垛机的位置;在实验中电机采用鼠笼电机和步进电机分别实现X轴和Y轴方向的驱动。
考虑到堆垛机的位置不固定,通过西门子无线通信模组DTD433A实现与地面控制台和仓库管理计算机的通信,使用时只需将PLC的Modbus通信速率与 DTD433A的波特率都设置为 9600bps,PLC的RS485+连接 DTD433的 RS485_B;PLC的 RS485-连接 DTD433的RS485_A。
堆垛机工控系统的结构框图如图3所示。
4.2 堆垛机工控系统程序运行范例
仓库管理机通过无线通信模块传达命令给堆垛机上的PLC来完成相应的存取货动作,操作完成时再将堆垛机的信息与状态反馈给上位机。为保证系统的正常运行,堆垛机工控系统的程序使用模块化的编程方法,然后将各个子模块整合为整个工控系统的程序,最后下载到PLC中。当两种工作方式同时运行时,系统会停止输出,并且指示灯报警,以此提醒现场的操作人员及时处理故障问题。
图3 堆垛机的硬件结构图
以联机自动控制方式下入库作业为例,说明堆垛机PLC接到地面发送来的指令后的工作过程,具体步骤如下:
(1)当堆垛机在H/P位置时,检查载货台上是否有货,若无则进行下一步;若有则报警,暂停动作,等待处理。
(2)判断载货台是否在H/P位置,若在H/P位置则进入下一步;若否使堆垛机向H/P位置移动,同时打开定时器和计数器,定位完成则进入下一步。
(3)检查入库台上是否有货,若有则进入下一步;否则入库台无货报警。
(4)以5m/min向载货台方向伸出叉具,伸叉到位则停止动作,进入下一步。
(5)载货台慢速上升,判定载货台是否上升到位?若是则进入下一步,否则继续调整。
(6)检查货物的高度宽度,若正常则进入下一步,否则报警等待处理。
(7)以速度3m/min向载货台中央位置收回叉具,回中央动作完成,进入下一步,如果在定时时间内,收叉动作未完成,则显示声音报警。
(8)待载货台收回叉具到位后,堆垛机执行升降与水平动作,若到达指定货位,则进入下一步。若否则继续调整。
(9)检查货架内是否有货,如有货则报警,并让堆垛机回H/P位置,等待处理;否则进入下一步。
(10)向货格方向伸叉,同时检查载货台上货物是否有歪斜,如果有货物歪斜,停止伸出动作,并向中央收回叉具;否则继续向前动作,直到伸叉到位,进入下一步。
(11)使载货台慢速下降,定时器开始计时,直到货格的下位置,以速度8m/min向载货台中央位置收回叉具。
(12)向地面控制柜发送“任务完成”信息,原地待命,准备接收下一条命令。
5 总结
随着科技的不断进步,使得自动化立体仓库向着信息化,网络化的方向快速发展,本文所设计的堆垛机工控系统具有结构简单,成本低和实验性强的特点,充分说明了PLC自动控制技术在立体仓库中的应用,同时该系统在某个教学单位得到了成功的应用,实际中运行平稳,可操作性强。
[1]尹国明.自动化立体仓库试验台堆垛机结构[D].山东大学,2006,5.
[2]潘云.基于现代物流的自动化立体仓库研究[D].兰州大学,2008,3.
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2016-1-10