基于S7-1200立体仓库码垛机的组网通信与软件设计

张怀宇，赵恒博，王强，刘磊

（宜宾职业技术学院，四川 宜宾 644003）

根据生产要求，立体仓库码垛机将货物从立体仓库入口处搬运到指定库位，或者码垛机自动将指定库位的货物搬运到立体仓库的出口处,码垛机在整个运行中起核心作用，是整个控制系统的核心。

1 立体仓库码垛机总体构成

立体仓库系统主要由立体仓库、码垛机和基础底板组成。码垛机是整个系统的核心，由电气设备、机械架、货叉机构、升降机构和水平行机构5部分组成，实现货品的出入库。其中码垛机X、Y、Z轴分别实现码垛机的水平行移动、升降移动及伸缩移动。同时码垛机需根据预取好货品等待AGV小车对接。本系统采用西门子S7-1200 PLC做控制器，西门子触摸屏为操作显示器，PLC分别通过对3个变频器进行控制，实现码垛机3个运行轴的控制。变频器通讯控制由硬件连接和软件配置两部分组合实现，并且系统配有一个交换机。该系统硬件组网设计如图1。

图1 硬件总体组网设计

2 立体仓库码垛机控制系统的软件设计

2.1 控制流程设计

（1）码垛机控制流程。PLC与码垛机触摸屏的控制与操作下，在触摸屏点击需指定的一个或多个库位，码垛机前往指定的库位，将货物取出后回到原点处并放置在AGV小车完成取货。当码垛机从AGV小车上取货后，在触摸屏点击需指定的一个或多个库位，在PLC与变频器的控制作用下，码垛机将货物运送到指定库位，并返回到原位置处，完成一个入库动作。为保证系统、设备和操作人员的安全，手动运行模式和自动运行模式不能同时运行，因此两种模式为互锁关系，程序流程如图2。

图2 码垛机流程图

（2）出入库控制流程。用自动出库流程说明码垛机的运行。在自动运行模式下，首先进行出库复位，其次在触摸屏上选择相应库位并发出出库命令后，系统开始自检，首先检查3个轴的码垛机是否都在原点位置，如不在原点，让3个轴的码垛机先回原点位置。再检查货叉和选择的库位上是否有货物，若货叉有货物，则系统报警；若无货物，则程序继续运行，若对应库位无货物，则系统报警；若有货物，则程序继续运行。系统依靠行列定位片与光电传感器进行寻址定位，当码垛机当前行结果等于目标行结果、当前列结果等于目标列结果时，此时码垛机已运动置选择库位。接着码垛机在目标位置开始取货，当货叉取出货物后，再次借助行列定位片与光电传感器进行位置判断返回原点。其次判断AGV小车是个否到达预定位置，若到达则码垛机将货物放在AGV小车上，若未到达则继续等待小车。最后当货物放到AGV小车动作结束后启动小车离开码垛机，接着判断选择出库数量是否为零，若不为零则继续出货，若等于零则停止出货。其流程如图3。入库流程与出库流程相反，如图4。

图3 码垛机出库流程图

图4 码垛机入库流程图

2.2 数据块

控制系统使用数据块“DB”块1个，数据类型以数组功能进行设置，具体参数见图5。本系统在“出库”和“入库”两子程序中均设置了一个临时变量，如图6。

图5 DB块参数

图6 FC临时变量

2.3 PLC控制程序设计

为保证系统和人员的安全，系统在进行出库和入库运行前都须复位，可进行手动或自动复位，主程序分别为图7、8。本设计主程序1个，写在“OB1”块中，其余所有子程序均写在“FC”块中。

图7 手动运行主程序

图8 出库复位主程序

3 运行调试

3.1 主界面设计

立体仓库主界面设计如图9，主要系统包含设备状态、码垛机位置、运行模式选择和手动命令。

图9 立体仓库主界面设计

设备状态：显示立体仓库系统当前的状态；码垛机位置：显示立体仓库系统码垛机当前的位置在几行几列；运行模式：可选自动模式或手动模式。

3.2 立体仓库仓位画面设计

立体仓库系统通电后，需先进行系统复位，确认码垛机准确位置，方能自动运行。

（1）按下触摸屏“仓库画面”中“出库复位”按钮，码垛机出库复位运行。

（2）Y轴缩回，原点信号接通，复位到位。

（3）X轴与Z轴先向负限位运行，运行到位以后，再反向运行至（x1，z1）仓位。（4）3个轴运动全部完成，系统完成复位。

如图10所示，在“仓库画面”可以观测到当前立体仓库状态，有工件的仓位将显示绿色。

图10 仓库画面

（1）在“工位信息”栏的绿色高亮仓位中，按所需工件出库顺序进行选择。“工位信息”下侧显示工件选择数，可重新选择工件顺序。

（2）设置好待出库工件顺序以后，按下“出库启动”按钮，码垛机按设定的出库顺序将工件出库。

（3）向目标仓位运行时，速度由高速（启动运行）—低速（距目标仓位1行1列）—停止（到达）。

（4）当需入库时，先完成入库复位，选择入库仓位，码垛机再取出AGV小车送来的货物，同时送到指定的入库仓位。

4 结语

以西门子S7-1200型为系统的主控制器,采用变频器控制3个三相异步电动机从而拖动码垛机的3个运行轴承,采用西门子触摸屏操作和显示整个系统运行,搭建一个立体仓库的工业运行实验平台。本文对立体仓库码垛机的组网通信与软件设计等进行综合设计，实现了码垛机手动、自动、复位、根据仓位进行自动取货，同时结合自动化生产线AGV小车，实现自动取货功能，从而提升系统的效率和自动化程度。