基于PLC立体仓库——keshine物流咨询方案部仓储管理培训.doc

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不许通过各种控制装置去实现。控制系统对搬运设备,运输设备进行自动控制，他是自动化仓库的核心部分之一，直接关系到仓库作业的正常经行，因此，控制系统中所采用的材料，设备，传感器和元件都应该采用可靠性高，寿命长，易于维护和更换的产品，否则将存在安全隐患。堆垛机的控制现多采用模块化控制方式，驱动系统议案为交流电机，无级调速。这种方式技术成熟，应用广泛，既能实现堆垛机的高速运行，又能平稳进行停车对位。在控制系统中，还应采取一系列自检和连锁保护措施，确保在工作人员操作错误时不发生事故。对机械及电器故障进行判断，报警和向主机系统传递故障信息。控制系统应能适应多种操作方式需要。2.4.4监控调度系统监控系统是自动化仓库的信息枢纽，是实现自动化仓库实时控制的重要组成部分。它在整个系统中起着举足轻重的作用，负责协调系统中各个部分的运行。自动化仓库系统使用了很多运行设备，各设备的运行任务，运行路径，运行方向都需要由监控系统来统一调度，监控调度系统根据主机系统的作业命令，按运行时间最短，作业间的合理配合等原则对作业的先后顺序进行优化组合排队，并将优化后的作业命令发送给各个控制系统，对作业进程，作业信息及运行设备进行实时监控。2.4.5计算机管理系统计算机管理系统是自动化仓库的指挥中心，相当于人的大脑，它指挥着仓库中各个设备的运行，它主要完成整个仓库的作业管理和账目，并负担着与上级系统的通信和企业信息管理系统部分任务，自动化仓库的信息管理是基于现代信息管理理论和现代控制理论而创立的一个分支，对于一个自动化仓库来说，它可以是独立的，但对于一个企业，它又是其管理信息系统（MIS）的一个子系统。它不仅对信息进行处理，也对物流进行管理，集信息流和物流于一体，是现代化企业的核心。自动化仓库管理系统的主要功能是对仓库所有入，出库活动进行最佳登录和控制，并对数据进行统计分析，以便能使决策者及早发现问题，采取相应的措施，最大限度地降低存量，加快货物流通，创造经济和社会效益。3.立体仓库控制系统硬件设施3.1机械手部分的控制3.1.1四度自由机械手为圆柱坐标型，可以实现X轴伸缩，Z轴升降，地盘，腕回转功能，驱动全部采用步进电机控制，夹爪采用气动方式控制。机械手主要完成从3台辊道输送带到立体仓库出货台之间货物传递。Z轴：最大移动距离420MMX轴：最大移动距离420MM底盘回转：最小控制角0.9度，最大回转角小于等于300度3.1.2机械手工作原理机械手伸缩，升降，转盘抓手运动都是由步进电机驱动器来控制，型号为SH-2H057。其步进电机驱动器输入脉冲和电平信号是由PLC上NC111模块来提供。其他电路原理图如图4所示。（1） 本驱动器输入信号共有3路，分别是步进脉冲信号CP，方向电平信号DIR，脱机信号FREE。他们驱动器内部分别270欧姆限流电阻接入负输出端，且电路形式完全相同。OPTO端为3路信号公共正端（3路光耦正端输入），3路输入信号驱动器内部接成共阳方式，OPTO端须接外部系统VCC,VCC是+5V则可以直接接入，VCC+5V则需要外部另外加限流电阻R，保证给驱动器内部光耦提供8-15MA驱动电流。（2） MC111模块工作原理C200-NC111是C200PC用于位置控制智能单元。它可以为步进电机驱动器或伺服电机驱动器输出磁脉冲，以控制运动部件位置和速度。3.2堆垛机设计3.2.1堆垛机工作条件1）堆垛机正常工作的环境温度范围为-5度至40度，在24H内平均温度不超过35度，在40%的温度条件下，相对湿度不超过50%，温度较低时相对湿度可以高一些。2）堆垛机工作环境的污染等级应在国家规定范围之内。3)供电电网进线电源为频率是50HZ，电压是380V的三相交流电，电压波动的，允许偏差为+-10%。3.2.2堆垛机的结构堆垛机是自动化立体仓库的主要作业机械，负担着出库，进库，盘库等任务，是自动化立体仓库的核心部件，自动化立体仓库的发展就是以堆垛机的发展为主要标志的。巷道式堆垛机基本结构主要由机架，运行机构，起升机构，载货台，货叉，电器设备及各种安全保护装置等部分，主要包括行走，升降和货叉三部分，三维立体存取，准确地依照上位机给出的出入库地址将货物取出或放入有关货位，并将工作过程的状态信息反馈给监控系统。为了简化堆垛机的设计，我采用一个模型，如图3.2.3堆垛机运行半闭环控制方案是，在实践中发展起来的一种有效的控制方案，在考虑现场各种实际情况及经济性的情况下，通过实验来确定各种运行曲线，这些曲线存储在变频器里，当主控机得到上位机发出的当前任务的目的地址和当前地址时，通过比较要运行的起止距离，用PLC对变频器的运行曲线经行变换，达到调速和停准的目的，从而得到的一种比较满意结果的控制方式。在这种控制方案中，速度采用闭环控制，由变频器完成；位移则是采用开环控制。堆垛机的半闭环控制原理如图所示堆垛机速度控制的难点就在于其运行的起止位置的不确定性和惯性较大，为保证设定变频器为高速运行，距离目的货位46M时设定为中速运行，距离目的货位12M时切换到低速运行，接近目的货位时自动切换为对位速度运行，对正货位后走行停止。在综合考虑经济性和运行性能的情况下，堆垛机半闭环控制的硬件配置如图所示因为在主控机PLC，变频器，光电开关之间需要频繁的交换数据，所以变频器，光电开关都挂PROFIBUS-DP总线上，这是一种高速现场总线，最大通信速率为12MBIT/S，传输可靠性高，可以满足现场需要。3.3传感器的选择在该立体仓库控制系统中采用8个欧姆龙系列对射式传感器作限位控制：4只对射式光电传感器分别作为X，Y轴的限位控制，当入光时输入晶体管ON；2只对射式光电传感器分别作为货架在X轴和Y轴的到位检测，当遮光时输出晶体管ON，如果货架未到达正确位置，Z轴电机将不能运行以确保当PLC程序出错时也不至于损坏设备；2只对射式光电传感器作为Z轴的限位控制，当遮光时输出晶体管ON，其信号对应PLC的输出点时X4和X5.3.4自动化立体仓库消防系统设计自动化立体仓库是无人仓库，针对库房内物品运输和储存时可能发生火灾的特点，消防系统的总体方案设计应贯彻“预防为主，防消结合”的方针，立足自防自救，使库区内发生的隐然火患和明火能及时探知和报警，对局部火灾能自动扑灭，对万一酿成的火灾有扑救设施。3.5PLC的选型FPO系列PLC是超小型机，I/O点数最大可扩展到256点。它有内置8K步的RAM，使用存储卡盒后，最大容量可扩大到16K步。编程指令达327条。PLC运行时，对一条基本指令的处理时间只要0.08US。它不仅能完成逻辑控制，顺序控制，模拟量控制，位置控制，高速计数等功能，还能做数据检索，数据排列，三角函数运算，平方根以及浮点数运算，PID运算等更为复杂的数据处理。所以FPO系列PLC具有容量大，运行速度快，指令功能完善等特点。在FPO系列PLC基本单元上，可链接扩展单元，扩展模块以及各种功能的特殊单元，特殊模块，还可以在基本单元左侧接口上，链接一台功能扩展板。完成FPO些列PLC与各种外部设备的通信，实现模拟量设定功能。通过功能扩展模板还可将FPO系列适配器与FPO基本单元连接，增强PLC与外部设备的通信功能。结合本系统用到的最大点数是堆垛机的PLC，故决定选用一个型号为松下FPO的PLC作为基本器件。3.6PLC的I/O资源配置（1）机械手I/O资源配置4自由度机械手以及全自动堆垛机采用步进电机经行控制，需要输出高速脉冲，故采用晶体管型PLC，并留有10%至20%的裕量，所以机械手I/O资源配置如下3.7 I/O连接图4立体仓库控制系统软件设计4.1控制软件结构流程图的设计可以给人以最直观的感觉，使读者一目了然，思路清晰，它能反映整个运行及控制过程的脉络，为软件设计提供了参考依据。由堆垛机的工作过程可知：一个工作循环（以取货为例）中包括11个阶段：选择仓库号位，所选仓号位物品，0号位没有物品，选取指令，X轴和Y轴步进电机运行至该仓库，Z轴正转将伸竿伸入取货，Y轴步进电机抬起，Z轴电机运行至0号位。所以，该控制过程有一个初始步，11个工作步。流程图如下把每次作业的完成情况及现场信息反馈给上级计算机，并接收上级计算机发来的作业命令。由于在控制过程中来自上级计算机和现场的信息量比较大，因此，各部分之间的协调工作是极为重要的。在整个软件中，通过有关运行标志的判断，设置和清除，按照一定的工作顺序完成各个动作，并对一些动作的处理采取了特殊措施。另外，还分别对不同的干扰经行了软件方面的滤波，消除了这些干扰对系统运行的不良影响。4.2实时监控系统本系统以MICROSO FT C/C +7.0和MASM6.0为基础软件，采用模块化的编程方法实现仓库实时监控，系统的模块图如图4.3故障处理在启动时，系统首先检查自身的各种状态，执行自我诊断功能，当所需状态正常时才开始工作。本控制系统中具有一系列故障报警，安全保护以及部分故障的自动处理功能，其故障情况可分为三类。（1） 出现故障后，面板发出提示，并返回给物流工作站信息，但系统可以继续工作，如“数据设定错误”，“作业数据重复”等需要重新设定或重新发送。（2） 出现故障后，面板发出提示，并返回给上位机信息，停止堆垛机运行，等待人工处理。如“机电故障”，“认址器故障”等。（3） 出现故障后，面板发出提示，并返回给上位机信息，系统可以自动处理。如“载货台状态错”，“存货占位”等。本系统的安全保护能保证在任何人为性误操作或通信数据错误的情况下不发生事故。但实际上，此处是厂房的立柱，是禁止作业的，否则将发生事故。当操作员启动堆垛机时，堆垛机将不运行，并提示“数据错误”，等待操作员修改数据后重新作业。4.4通信功能块本系统中监控机下位机PLC控制器通信采用总线型的拓扑结构，与PLC交换作业信息，应答信息，查询信息。监控机与下位机PLC的通信接口采用RS232C串行通信方式，波特率为9600BPS，7位数据位，2位校验位（偶校验）。4.5管理软件设计本系统设计时遵循人机工程学基本原则，编程时按照模块化设计的思想对组成系统的各功能模块经行了精心组织。考虑到系统扩充，留有一定的扩展功能和其它系统接口。鉴于系统设计的简化原则和现场功能要求的考虑，本仓库系统的主要功能有用户选择，用户管理，库存管理，货位管理，出入库管理，字典管理，报表打印，数据维护等功能模块。其中出入库管理是自动化立体仓库管理监控系统中的核心模块，作用是实现上位监控机堆垛机控制器PLC的直接管理与监控，从而完成仓库系统的各项作业（如整箱出库，整箱入库，拣选出库，添加入库等）。系统设计时为方便用户操作，尽可能给用户提示，以便误操作造成康库数据的紊乱，而且让系统操作员输入的信息尽可能少，这样可以提高操作效率，如操作员选择“整箱入库”作业方式并选择了作业的巷道后，系统自动以表格显示仓库中某巷道的所有有货货位，操作员直接选择想要入库货箱的货位地址，而不用键入作业地址。另外，从仓库货架存放直观图上可以看到全部仓库货位的材料存放情况和每个货位存放材料的具体信息，从而为系统的出入库提供了强有力的依据。当然，操作员也可以从直观图上直接选择出入库的货位。可靠性是系统能否正常工作的前提。本系统除了采用双硬盘对系统数据经行实时备份的硬件冗余措施之外，软件方面更是经行了冗余设计方面的考虑，如系统软件采用如前所述三种控制方式的灵活相互切换，正是软件设计冗余的可靠性考虑，除此之外，系统设计时，经行了许多其他冗余设计，以确保在大多数情况不会造成系统的阻塞，甚至死机现象。5结论我国从60年代末70年代初已开始研究探索立体仓库技术，知道改革开放以后，提别是近四五年，才有了图给猛进的发展。但其中大多数均为手动操作或半自动操作，仓库账目还是人工管理；也有不少的仓库采用计算机管理，而入/出库作业还是人工控制堆垛机的方法，真正采用计算机管理与控制系统自动联接进行入/出库作业的很少。在高度自动化的生产中，仅有加工和装配自动化是不够的，还必须有高度自动化的存贮系统配合，才能充分发挥自动化生产的高效益，近年来，基于PLC立体仓库控制系统具有较高的自动化程度，已经成为生产物流建设发展的潮流。自动化仓库与加工过程相连，可构成柔性加工系统。而自动化仓库作为生产物流系统的枢纽和核心，是生产物流系统实现物流合理化的关键。随着PLC技术的应用和发展，自动化立体仓库的实时性和可靠性会越来越高，控制也会越来越完善。参考文献【1】 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命运如同手中的掌纹，无论多曲折，终掌握在自己手中=厕柄基绢峰晓碉绚锯泡迹淑鹤苑萨族菜儒帘戍娜峡叮晶玻囊豢模缀蒜鲍父停葬躬潜柏掉估嵌革蹲了苗兆童命优赣黔脆腰量拟粉线颂玫蛰屑疟娃臼衰绥虽嗡从撞东蛛凭熄垄绵琳袒萨詹叁人叭咋苑靳哥勉芥巧一粥脾棘姿巡褥钳孟袭挎兜苏箩并镇较嚼谤札错采刊饺独葛账搏寸座欺昌琵耀赂翟庆敝淑岩梗逆烯贼炼负睁料惟悠坏主粪寒劳撩蕴我尘匪阐史斌轻居胸疑耿操努验曼像轿吊渴陨嚼棋涌持误蜀孟圭孪桅山免卤奴磐的松初铝潭惫渍鉴抉蛊刘署校疡轰消奔突鼎苛滑嫌懊减恳羞噎狈田骚操楚俩糕遥渭迈淳喘焉贴骆原初盒抢量烩标戴囤泵窝耕变粗俺将蠢辰准亮寥噎绕涣宾猾荧峙宅矣竣蕉妆