基于条码定位的全闭环PID控制技术在U 型巷道堆垛机控制系统中的应用

牛祯祖 吕聪正

中国电子科技集团公司第二研究所 山西 太原 030024

0 引言

随着我国经济的日益发展，企业对于货物的储存和搬运的要求变得越来越高，对于堆垛机在立体仓库中的需求也会越来越多，对于堆垛机的响应时间、运行速度、定位精度以及自动化程度也会越来越高[1]。目前对于堆垛机行走及升降运行环节，大多数均采用多档速度开环控制或速度闭环控制两种方式，这两种控制方式均存在定位精度差、动作响应时间长等缺点[2]。本设计采用基于条码定位的全闭环控制技术，不但能改善堆垛机运行速度曲线，而且能够保证最终的定位精度，提高设备的运行效率。

1 控制系统硬件设计

U 型巷道堆垛机系统选用西门子S7-1200PLC作为主控制器，变频器选用西门子G120带基本定位功能的变频器，行走电机和升降电机配置HTL接口的增量型编码器，定位传感器选用劳易测BPS型条码定位系统，货叉电机配备SSI绝对值编码器，系统构成如图1所示。

图1 控制系统硬件结构图

在图1中，S7-1200PLC与升降G120变频器、货叉G120变频器和行走G120变频器通过Profinet网络建立通讯连接，实现对升降、货叉及行走机构运动的控制。堆垛机升降和行走编码器采集的电机转速用于PID速度环的控制，条码定位模块反馈的位置信息用于PID位置环的控制，升降变频器和行走变频器通过与相应条码定位模块的通讯，实时获取其位置信息，通过PID位置环和PID速度环实现对堆垛机升降和行走的全闭环控制，控制框图如图2所示。

图2 行走环节全闭环PID控制框图

2 控制系统软件设计

控制系统软件的设计对于堆垛机高效稳定的运行至关重要，软件设计主要包括PLC软件程序设计和上位机软件设计两个部分，具体如下。

2.1 PLC软件程序设计 PLC程序设计通过西门子TIA Portal V15.1软件进行开发设计，根据堆垛机作业流程，大体上可以分为入库操作和出库操作。

入库操作是指PLC控制堆垛机到指定货口取货后，在巷道内同时进行水平方向和垂直方向上的运动行驶到指定货位，最终将货位入库到指定位置；出库操作是指PLC控制堆垛机运行到指定的货位取货，并将其输送到指定出货口，同时删除相应物品库存信息，完成出库任务。

2.2 上位机软件设计 上位机软件通过Visual Studio2015软件C#语言编写，主要功能如下。

1)与PLC建立通信连接，根据仓储管理软件的请求，向PLC发送相应的动作指令，并接收设备反馈的运行状态及相应的信息。

2)与数据库建立连接，储存记录运行中的各参数、指标等数据，同时可进行历史记录的查询，方便设备的维护。

3 设备调试与运行

堆垛机运行的位置给定与反馈曲线如图4所示，可以看出其运行速度响应和稳态误差都有较高的提升，定位精度也得到了明显的提高。

图3 堆垛机位置给定与反馈曲线

4 结束语

在U 型巷道堆垛机中通过基于条码定位的全闭环PID控制技术，实现了堆垛机行走和升降环节的精准定位，提高了设备的响应时间，优化了堆垛机的运行速度曲线，提升了企业的生产效率。