基于PLC的数控立体仓库控制系统设计

孙炳孝，杨帅

（1.淮安信息职业技术学院，江苏淮安，223003；2.江苏电子产品装备制造工程技术研究开发中心，江苏淮安，223003）

0 引言

现如今，越来越多的机械产品和设备也在逐渐向着高速、高效率、高精密、轻量化及数控化的方向发展[1,2]。数控立体仓库已经成为现代化物流体系快速发展的不可或缺的组成部分，它有着节约土地资源、降低劳动强度、减少错误、提高货物存储的自动化水平和管理水平、提高仓储管理者及工作者的素质、减少在存取中的损失和提高产品流通效率等很多优势[3-7]。正因如此，数控立体仓库在现代物流体系中占据着举足轻重的地位。

一个企业的自动化水平高低决定着这个企业能否被时代淘汰，在经济发达的美国、日本、德国等高自动化水平国家，已经基本完成了以人为主参与一线生产模式到由工业机器人代替人类完成机械等加工模式的转变，这一模式的转变对企业前期准备提出了较高要求，即在快节奏生产过程中，能做到尽可能快且准确无误的实现所需材料等的出入库[8-11]。在中国，数控立体仓库也已经凭借其优势应用到木工机械行业、汽车制造行业、石油化工行业等都跟随着21世纪市场自动化发展浪潮努力提高本公司的自动化水平，以确保自己不会在快速的经济发展及高自动化、一体化发展中淘汰[12,13]。为了实现数控立体仓库的自动化控制，本文设计一套基于PLC[14-16]的控制系统，使其工作效率提高，降低工人的劳动强度，数控立体仓库的自动化程度大大提高。

1 数控立体仓库控制流程

图1 控制系统结构图

数控立体仓库主要由提升电机带动实现升降小车的传动升降、推拉电机带动实现托盘进出仓位。电机是数控立体仓库的动力源，其功能是传递扭矩，即克服传动部件之间、导向轮与竖梁之间摩擦力及升降小车自身重力及链条重力等负载扭矩；托盘与托盘之间的摩擦力托盘与仓位支撑架之间摩擦力及传动部件间阻力等负载扭矩。PLC控制电机正反转即可实现数控立体仓库出入库的传动。PLC控制不仅能够满足数控立体仓库控制的动作要求，而且经济成本低廉。数控立体仓库控制系统采用PLC控制变频器、三项异步电机、旋转编码器来实现数控立体仓库的动作要求。控制系统结构图如图1所示。由PLC来实现数控立体仓库控制系统的逻辑控制部分，处理各种信号的逻辑关系；由变频器实现调速功能，PLC控制变频器的启停，而变频器同时将自身信号传送给PLC；旋转编码器用来检测电机转速并及时反馈给PLC，使升降速度、推拉速度与升降小车、托盘停止位置形成闭环系统。

2 数控立体仓库的变频调速控制

变频器凭借良好的调速性能、启动制动平稳性能和优越的节电效果，已经被广泛地应用到了诸多领域，变频调速被公认为是最具有发展前途的调速方式。变频调速在电梯行业应用最为广泛，同时数控立体仓库设计也越来越多的使用变频调速。采用PLC和变频器对数控立体仓库进行控制，不仅增加了数控立体仓库的安全性和可靠性，并且减少了能耗和运行费用。数控立体仓库的出入库动作主要是由升降小车来完成的，升降小车的上升、下降、减速停层和平层动作采用变频调速来控制。当PLC给出启动信号，提升电机经历2秒左右的加速阶段，三相异步电动机的频率从0Hz增加到50Hz，然后保持50Hz速度稳速运行，当PLC输出停层减速信号后，电动机开始减速运行，频率从50Hz降为6Hz，大约用时2s，并在6Hz的速度爬行直到PLC输出平层信号，电动机的频率降为0Hz，并由PLC控制提升电动机抱闸，然后PLC输出推拉信号，由另一个变频器控制推拉电机以类似的模式运行，完成出入库动作。电动机输出的转速与变频器给定的频率相对应。数控立体仓库升降小车运行曲线图如图2所示。

图2 升降小车运行曲线

3 数控立体仓库的电气控制

图3 PLC控制流程图

数控立体仓库控制系统的主程序流程如图3。在设计的操作面板上输入取货信息，PLC发出信号，控制提升电机正转，升降小车上升，变频器控制升降小车经历加速、稳速、停层减速、平层阶段后停止，提升电动机抱闸，PLC向推拉电机发出信号，推拉电机正转，将托盘拖到升降小车上，推拉电机停止转动，然后PLC控制提升电机反转，变频器控制升降小车经历加速、稳速、停层减速、平层阶段后停止于出库口处，提升电动机抱闸，最后PLC控制推拉电机反转，将托盘推到出库口平台上，完成出库动作。数控立体仓库控制电路输入/输出端口分配如表1所示。

表1 输入/输出端口分配

根据输入/输出分配表可以绘制数控立体仓库控制电路图如图4所示。

图4 控制电路图

4 控制界面设计

使用软件MCGSE对数控立体仓库的触摸屏设计了五个界面，分别为登陆界面、控制主界面、检修界面、入库界面和出库界面。选用了昆仑通泰TPC1262H型触摸屏，登录界面主要是各个等级的操作者输入登录名和密码，进行不同权限的操作。在控制主界面下，可以启动整个数控立体仓库，并有启动指示和故障指示，也可以从主界面进入检修界面、入库界面和出库界面，如图5所示。

图5 控制界面

如图6，在入库界面下操作者需要输入存放托盘的仓位号，并需要点击输入完成并点击开始入库数控立体仓库才能执行入库动作，以防仓位号输入错误而重复存入一个仓位。

图6 入库界面

5 结语

本文设计了数控立体仓库的控制系统，实现了数控立体仓库的自动化控制。控制系统是数控立体仓库系统的核心部分，影响着数控立体仓库运行的稳定行和定位精度。采用PLC控制提升电动机和水平推拉电动机的的动作顺序，采用变频器实现电动机的调速，使数控立体仓库在运行过程中更加稳定，采用旋转编码器来实现升降小车平层定位和托盘的准确停留位置，保证了出入库的稳定性、精准性和控制的可靠性。