基于PLC 的自动化立体库控制设计分析
2021-04-01靖梦圆
靖梦圆
(哈尔滨商业大学轻工学院,黑龙江 哈尔滨 150028)
近年来,为满足仓储物流等行业的实际需要,技术人员在自动化立体库方面进行了更多的研究和设计。在自动化立体库的控制设计中,常用的自动控制技术是PLC 技术。基于PLC 技术,能够根据行业内的实际需要,设计更为合理的自动化立体库,有效衔接生产和库存,从而有效提高物资调配和周转的效率,显著降低成本开支,提高企业的经济效益。
1 基于PLC 的自动化立体库控制设计概述
1.1 基本内涵
自动化立体库主要是借助高层立体式货架来放置货物,并自动进行存取、管理和监督的一种存储方式[1]。其控制系统的核心就是PLC 技术,PLC 技术又称为可编程逻辑控制器技术,其并非是单独的一项技术,而是通信、光学、电气等多方面技术的有机融合[2]。在自动化立体库中应用PLC 技术,不仅能够提高控制系统的运行速度和处理能力,还能显著提升控制精确度和可靠性,基于PLC 技术对自动化立体库进行设计有着非常重要的意义[3]。
1.2 自动化立体库控制系统工作原理
首先,操作人员通过控制面板输入类似“将货物送到某仓位”的指令,由控制面板将指令输入PLC 控制装置中;其次,由PLC 控制装置接收仓库传感器发出的响应信号,当PLC 控制装置确认目标仓位属于空位后,即开始调用和执行送货命令,完成送货任务。
2 基于PLC 的自动化立体库的硬件设计
2.1 控制面板
控制面板在整体系统中起着人机交互的关键作用,主要由系统启停控制、功能键盘输入、仓位号显示和状态指示四部分组成,启动按钮设置为绿色,停止按钮则设置为红色。当系统启动后,操作人员只需通过面板上的键盘,即可向PLC 控制器传输相关指令,再由PLC 控制器进行判断,确定是否可进行物品的取送,具体的工作状态则由相应的指示灯加以展现。
2.2 仓库货架和仓储机械设备
自动化立体库中的仓库货架通常分为若干组,各组之间留有一条巷道,进行货物的存取,同时。为了提高效率,自动化立体库存储货物多采用货箱或托盘,并对原始仓位加装检测限位开关,确保堆垛机可以从起始位置有序作业。
自动化立体库中的仓储机械设备则以巷道堆垛机为主,其主要被用于巷道口内货物的存取,行进和升降由2 台步进电机控制,如图1 所示。机械设备对货物的取送则由直流电机控制,在此基础上,对步进电机的驱动器做进一步设计,确保控制系统所发出的脉冲信号均能有效转换为步进电机的角位移。因此,首先,要提高脉冲信号的频率;其次,控制好步进电机的脉冲信号频率;最后,要控制步进电机的脉冲个数,以确保步进电机的速度和转速均处于合理区间,并能够对目标进行精确的定位。
图1 步进电机
2.3 传感器设计
自动化立体库中的每个仓位都需要安装传感器,以准确判断各个仓位的状态,传感器类型则为光电传感器,如图2 所示。当仓位上放置货物后,传感器信号则中断,这种情况会转换为电信号传入PLC 控制器中,再由PLC 控制器向控制面板输出这一信息,操作人员就明确了哪些仓位已经处于不可用状态,从而详细了解自动化立体库中的整体存储情况。
图2 光电传感器
2.4 电源模块
自动化立体库的电源模块通常以低压直流电为主,而电网电压是220V 的交流电,因此,应当先使用变压器对电网电压进行降压,转变为低压交流电后再经过整流电路,转换为脉动的直流电,最后通过滤波电路,彻底清除电流中的交流成分,得到最终的直流电。这些高质量的直流电,是自动化立体库中电气设备的电能唯一来源。
2.5 PLC 系统的选择
当前,自动化立体库中的输入输出点数相对较多,因此考虑到实际情况和配置要求,选用型号为FX2N-64MT 的晶体管输出型PLC 系统作为自动化立体库的PLC 控制系统,实现定位功能脉冲输出,如图3 所示。
图3 FX2N-64MT
3 基于PLC 的自动化立体库的软件设计
3.1 软件控制方式的选择
目前,半自动化、手动控制和联机控制是自动化立体库控制系统中常见的三种控制软件的方式,其中,联机控制主要通过计算机的管理系统发出指令来控制其他设备的工作,并能够实时监控这些设备的工作状态,符合自动化的设计要求。因此,自动化立体库控制系统中通常采用联机控制方式进行软件的控制,而半自动控制和手动控制两种方法则多用于自动化立体库的维修和调试等相关工作。
3.2 通信协议的制定
在采用了联机控制方式后,即可使用计算机和通信系统对PLC 系统进行有效控制,向PLC 系统发出相应指令,而PLC 系统接收到相应指令之后,即可控制步进电机执行这些指令,进而实现对目标货物的自动化存取。PLC 系统通过输入输出接口,与计算机之间进行通信。当需要进行货物存取操作时,操作人员会通过计算机向PLC 系统传送控制信息,PLC 系统接收到控制信息后控制设备,使相应的设备按照指令自动化进行操作,当操作完成后,将相关信息反馈给PLC 控制系统。为确保这一过程中各种信息指令均能够实现高效的传输,就需要设计相应的通信协议,通信协议的设计则要根据所使用控制软件的型号来加以确定,确保控制软件和PLC 编程中的字符数据和波特率均等同。在此基础上,用byte1 表示控制字符,byte2 表示货架水平运动时的脉冲信号,byte3 表示货架垂直运动时的脉冲信号。与此同时,使用类似的方法,对入库、出库、原点和停止等参量进行设置。
3.3 程序流程的设计
要确保自动化立体库控制系统所编程序的准确无误,对程序流程进行准确的设计。在这一环节中,应当按照控制系统在功能上的要求加以设计,包括主程序与若干个子程序,其中主程序的主要任务是对系统进行初始化,判断设备运行状态,并对信号输出情况进行控制等;子程序则对应移库、出库和入库的相关操作,当设备启动运行后,先进行自检,判断报警信息或故障信息,确保设备未出现故障且不存在报警源。当此阶段确认无误,且设备处于空闲状态时,则进入准备状态,等待计算机所发出移库、出库或入库的指令,并执行相应的操作,当设备接收到命令后,状态随之转变为“非空闲”,此时的设备除了执行计算机所发出的上一个指令,不再接收其他指令。
4 设备调试过程中存在的问题及处理方法
4.1 机械手搬运停止后抖动问题的处理
控制机械手的步进电机是通过PLC 系统的高速脉冲信号所控制[4]。因此,在实际的运行过程中,可能出现当前值和目标值之间的偏差,导致机械手在短时间内频繁变更运动方向而发生抖动。对于这一问题,可通过改变程序中目标值设定的方式来解决,将目标值从固定数值变成一段区间内的动态数值,确保当前值在该区间内时机械手停止运行,即可解决机械手的抖动问题[5]。
4.2 物品入库位置错误问题的处理
在物品入库的过程中,还有一个识别物品种类的重要环节,入库的物品需要进行种类识别后才能送入仓库相应的位置。为确保自动化立体库的运行效率,物品的传输具有很高的连续性,当上一个物品尚未入库完成时,下一个物品就已通过检测,就会导致这种错误的出现。针对这一问题,需要调整物品类型标志位,将这一环节修改为在机械手抓取物品之后,以确保物品能够准确入库[6]。
4.3 机械手碰撞库位问题的处理
机械手碰撞库位情况的发生,主要是因程序编制错误或步进电机定位计算错误而导致。这种问题相对较为严重,很可能会造成机械手等设备发生损坏。对此,要先对机械手的运动情况进行手动测试,将机械手调整到不会出现碰撞的位置,再编制脉冲程序进行调试校准;在调试完成后,适当松动机械手升降部件的螺丝,再重复进行调试校准,确保所有环节均准确无误后,重新紧固机械手升降部位的螺丝。
5 结束语
随着科学技术的发展,自动化立体库正被越来越广泛地应用。在自动化立体库的设计中,PLC 技术是提升其工作效率和质量的关键,对提升自动化立体库技术水平有重要的现实意义。因此在今后的工作中,技术人员仍需不断加强创新,不断提升基于PLC 的自动化立体库控制设计水平,为行业发展做出更大贡献。