一种基于PLC的堆垛机控制系统设计

刘琳霞 吴佳

（苏州健雄职业技术学院机电工程系，江苏太仓 215400）

一种基于PLC的堆垛机控制系统设计

刘琳霞 吴佳

（苏州健雄职业技术学院机电工程系，江苏太仓 215400）

堆垛机是自动化立体仓库系统中的重要组成部分。基于此，根据立体仓库系统的特点，给出堆垛机提升、行走、取料等部分的结构，提出一种通过伺服定位来实现精确位置控制的堆垛机控制系统。该系统结构简单、定位准确、安全性高，有一定的应用前景。

自动化仓库；PLC；伺服位置控制；HMI；安全

自动化立体仓库在现代物流企业和现代制造企业中是非常重要的一环，相比较传统仓库现代化立体仓库，土地使用面积大量减少，空间利用率高，采用先进的计算机控制，存取货物的效率高。堆垛机作为自动化立体化仓库中执行机构，起着非常重要的作用，货物的进库、出库运输都需要堆垛机来完成，是自动化立体仓库的核心部件［1］。

1 堆垛机机械结构选择

堆垛机的结构示意图如图1所示，本堆垛机结构采用单立柱的结构方式，堆垛机的提升运动和行走运动分别由2台伺服电机控制，实现了精准定位，货叉通过气动控制来实现其取货和送货动作［2］。

2 堆垛机控制系统功能

堆垛机运行模式分为手动模式和自动模式2种。手动模式中可以通过操作不同的控制按钮，来实现堆垛机的行走、提升和取送货等动作。手动模式下可以实现对自动化立体仓库中任何无货仓位的送货操作，也可以实现对有货仓位的取货操作。

图1 堆垛机结构示意图

堆垛机在自动运行模式下可以实现以下的基本功能（控制流程图如图2所示）：①工作任务可以由上位机控制或操作人员实现单循环或连续操作；②系统运行后，堆垛机的行走运动电机和升降运动电机可同时动作，到达目标货仓时，减速停车，行走和升降运动由伺服电机带动，可以实现精确定位；③整个运行过程中速度分为4段：取货时低速运行，中间阶段快速运行，接近目标仓位时再低速运行，返回时快速运行［3，4］。

图2 控制流程图

3 控制系统设计

硬件中本控制系统采用伺服电机进行精确定位，程序设计中本系统采用表指令对立体化仓库各个货位进货出货进行数据记录。定位和数据记录可靠性高，因此未在各个仓位安装物料检测传感器，节省了I/O点数。

本文中的自动化立体仓库共3层，每层含6个仓位，共18个仓位，行走和升降运动各使用1台伺服电机控制，取送货的货叉由气缸控制。综上因素，本文中的控制器选择西门子公司的CPU224xp，本款PLC共有DI 14个和DO 10个，能够满足点数的数量要求。

输入信号方面，行走方向设置3个传感器，分别是原点、左限位、右限位；升降方向设置了3个传感器，分别是原点、上限位、下限位；输出方面，行走伺服电机用到高速输出脉冲和方向信号2个输出点，升降伺服电机用到高速输出脉冲和方向信号2个输出点，货叉用到2个输出点。CPU224xp接线图如图3所示。

本项目中采用伺服电机进行运动控制，因此要使用到PLC的高速脉冲输出功能，本例中采用脉冲输出MAP库文件来实现脉冲输出。

图3 CPU224xpPLC接线图

S7-200的内置脉冲串输出提供了2个数字输出通道（Q0.0和Q0.1），该数字输出可以通过位控向导组态为PWM或PTO的输出。当组态一个输出为PTO操作时，生成一个50%占空比脉冲串，用于步进电机或伺服电机的速度和位置的开环控制。内置PTO功能仅提供了脉冲串输出。应用程序必须通过PLC内置I/O或扩展模块提供方向和限位控制。CPU224xp可以提供最高100KHz的脉冲输出。部分初始化程序如图4所示。

图4 初始化程序

4 结语

西门子S7-200的PLC与西门子MM420变频器通过RS485口用西门子的专用协议USS协议进行通讯，应用在小型自动控制系统中。因为USS协议采用轮询方式通讯，所以PLC所带的变频器不能太多，否则会因为超时而造成通讯失败。另外，采用MM420的RS485接口（即端子板上的14、15脚）通讯时，变频器上不能安装PROFIBUSDP通讯板。

［1］田峰.PLC在堆垛机控制系统中的应用［J］.制造业自动化，2000（22）：66-68.

［2］周彬.S7-200PLC的MAP库文件应用解析［J］.科技创新导报，2014（18）：50.

［3］刘琳霞.变频器的PLC控制方式研究［J］.科技世界，2013（34）：309.

［4］徐菱.基于PLC的堆垛机控制系统设计［J］.组合机床与自动化加工技术，2005（1）：72-75.

Design of a Stacker Control System Based on PLC

Liu LinxiaWu Jia
（Department of Mechanical and Electrical Engineering，Suzhou Chien-Shiung Institute of Technology，Taicang Jiangsu 215400）

The stacker is an important component of the automated warehouse system.According to the characteristics of the warehouse system,according to the characteristics of warehouse system,the structure of lifting,walking, picking and other parts of stacking machine was gave,a kind of stacking machine control system was put forward, which can realize precise position control by servo positioning.The stacker system has the advantages of simple structure,accurate positioning,high security,it has a certain application prospect.

automation warehouse；PLC；servo position control；HMI；security

TH246

A

1003-5168（2016）11-0037-02

2016-10-13

江苏高校品牌专业建设工程资助项目（PPZY2015B188）。

刘琳霞（1979-），女，本科，工程师，研究方向：电气控制。