货物储存仓库电气控制系统设计.pdf

货物储存仓库电气控制系统设计夏俊涛,袁川来,赵鹏,刘毅彪(湖南工业大学电气与信息工程学院,湖南 株洲 )摘要:为了解决传统货物仓储系统资源浪费和维护困难等问题以及适应物流仓储自动化的要求,设计了一种以可编程控制器(P L C)为核心的自动化立体仓储系统.该系统结合驱动器与电机配合拖动,能够在减少人员参与的情况下,通过HM I系统显示仓位状态以及流程控制,完成货物的自动出入库任务.通过T I AP o r t a lV 完成硬件组态、程序编写、HM I界面设计,并能实现整体联调以及自动化操作.关键词:可编程控制器;立体仓库;传感器;步进电机中图分类号:T P D O I:/j c n k i d g j s D e s i g no fE l e c t r i c a lC o n t r o l S y s t e mf o rG o o d sS t o r a g eW a r e h o u s eX I AJ u n t a o,YUANC h u a n l a i,Z HA OP e n g,L I UY i b i a o(C o l l e g eo fE l e c t r i c a l a n dI n f o r m a t i o nE n g i n e e r i n g,H u n a nU n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g y,Z h u z h o u ,C h i n a)A b s t r a c t:I no r d e r t os o l v e t h ep r o b l e m so fw a s t eo f r e s o u r c e sa n dm a i n t e n a n c ed i f f i c u l t i e s i nt h e t r a d i t i o n a l s t o r a g es y s t e ma sw e l l a s t oa d a p t t o t h e r e q u i r e m e n t so f l o g i s t i c s a n ds t o r a g ea u t o m a t i o n,a na u t o m a t e dc u b i c s t o r a g e s y s t e mw i t hap r o g r a mm a b l e l o g i cc o n t r o l l e r(P L C)a st h ec o r e i sd e s i g n e d C o m b i n e dw i t ht h ed r i v ea n dt h em o t o rt oc o o p e r a t e,t h es y s t e mc a nd i s p l a y t h ep o s i t i o ns t a t u s a n dp r o c e s s c o n t r o l t h r o u g h t h eHM I s y s t e mt o r e a l i z e t h e a u t o m a t i cw a r e h o u s i n go fg o o d sw i t h o u t r e d u c i n gt h ep a r t i c i p a t i o no fp e r s o n n e l T h r o u g hT I AP o r t a lV ,h a r d w a r ec o n f i g u r a t i o n,p r o g r a mm i n g,HM I i n t e r f a c ed e s i g na r ec o m p l e t e d,a n dt h eo v e r a l l j o i n td e b u g g i n ga n da u t o m a t i co p e r a t i o nc a nb er e a l i z e d K e yw o r d s:p r o g r a mm a b l ec o n t r o l l e r;s t e r e o s c o p i cw a r e h o u s e;s e n s o r;s t e p p e rm o t o r收稿日期:引言随着社会的发展,消费者或企业对物流质量有了更高的要求,加之土地供应日益紧张,人工费用逐渐增加,当前的仓库模式已经无法满足当前物流业发展的要求 .目前,立体仓库朝着智能化、自动化的方向发展,能够在减少成本的同时提高生产效率,因此自动化立体仓库越来越受到企业和工厂的青睐.本文基于上述研究背景,进行了自动化立体仓储系统的设计,以提高生产效率及自动化水平.系统总体设计 结构设计货物储存仓库采用滚珠丝杠、直线导轨、普通丝杠作为传动装置,可实现X、Y、Z轴的位置控制,可完成仓库货物的自动或手动存取.立体仓库本体主要分为储货区和转货区.储货区由 个仓位组成,分成行、列,主要用于储存不同的货物.转货区主要由巷道式堆垛起重机(简称堆垛机)组成,能够进行个自由度动作,用来周转货物,是系统的关键部分.控制要求立体仓库采用触摸屏操作,实现触摸屏控制系统启停、相应界面显示、切换和警报提示等,同时具有自动/手动工作方式.仓库操作包括入库操作和出库操作.入库操作过程如下:选择欲入库的仓位号(),按动仓位号对应按钮,控制面板上应显示仓位号;按下入库启动按钮,启动入库操作,当载货台有货物时,堆垛机自动将货物送到指定仓位;若被选择仓位内已有货物,则该入库操作不被执行;完成入库操作后,机械自动返回初始位置;若载货台无货物,则下一个入库操作将不被执行.电气控制系统设计堆垛机依托检测系统中的传感器对货物及堆垛机位置进行定位.仓库数据通过P L C自动判断及处理后,控制系统通过驱动装置完成货物的自动分拣.控制系统框图如图所示.图控制系统组成框图自动控制电工技术硬件设计 硬件选型首先对开关电源V C、断路器Q F、熔断器F U、直流继电器KA和指示灯HL等低压电器进行选型,再完成主要控制元件的选型.P L C选型系统选用S CD C/D C/D C型P L C,同时拓展了块 位输入/位输出的S M 模块.S 具备P r o f i n e t网 络 通 信 功 能,能 够 与 工 业 相 机、其 他P L C、工业机器人或HM I触摸屏进行组网连接,满足本设计的通信要求.电机选型根据控制要求,电机M 控制伸叉机构前后(Z轴)移动,步进电机M、M 分别控制巷道起重机水平移动(X轴)和垂直移动(Y轴).电机M 采用直流有刷空心杯电机,型 号 为AM C L G A E .步 进 电 机M、M 型 号 为 B H A ,适 配 的 驱 动 器 型 号 为Z C ,采用 细分.传感器选型系统采用欧姆龙S P Y 系列反射型、凹槽型插件式光电传感器,其型号为E E S P Y .触摸屏选型根据要求,触摸屏需同时具备操作和监控功能,因此系统 选 用S I MA T I C HM I第 二 代 精 简 面 板,其 型 号 为K T P B a s i c.通过P r o f i n e t/L AN实现触摸屏和P L C间的连接,使用博途软件将HM I与P L C进行硬件组态连接,如图所示.图H M I与P L C组态 硬件I/O分配系统共使用 个输入点、个输出点.P L C使用 个输入点、个输出点,见表.表P L C输入输出点分配地址功能I 启动按钮I 急停按钮I 号仓位检测光电传感器I 号仓位检测光电传感器I 号仓位检测光电传感器I 号仓位检测光电传感器I 号仓位检测光电传感器I 号仓位检测光电传感器I 号仓位检测光电传感器I 号仓位检测光电传感器I 号仓位检测光电传感器I 号仓位检测光电传感器地址功能I 号仓位检测光电传感器I 号仓位检测光电传感器Q X轴_脉冲Q X轴_方向控制Q Y轴_脉冲Q Y轴_方向控制Q Z轴前进继电器线圈Q Z轴后退继电器线圈Q 号仓位指示灯Q 号仓位指示灯Q 号仓位指示灯Q 号仓位指示灯S M 拓展模块使用 个输入点、个输出点,见表.表S M 模块输入输出点分配地址功能I 载物台物品检测光电传感器I 左限位行程开关I 右限位行程开关I 列上限位行程开关I 列上限位行程开关I 列上限位行程开关I Z轴限位行程开关I Z轴原位行程开关I 行到位光电传感器I 行到位光电传感器I 行到位光电传感器I 列到位光电传感器地址功能I 列到位光电传感器I 列到位光电传感器I 列到位光电传感器Q 号仓位指示灯Q 号仓位指示灯Q 号仓位指示灯Q 号仓位指示灯Q 号仓位指示灯Q 号仓位指示灯Q 号仓位指示灯Q 号仓位指示灯软件设计 编程方式的选择系统主要在T I AP o r t a lV 的编程环境下进行开发.采用模块化编程方法,将控制要求分成多个子程序,最后将各子程序集成为一个完整的控制系统.设计程序包含个程序块,分别为主程序O B、手动运行子程序F C、电机运动子程序F C、回原位子程序F C、仓位指示与选择子程序F C、出库子程序F C 和入库子程序F C.控制程序流程 主程序流程系统首先开机自检,判断堆垛机是否位于原位,若不在原位则执行回原位操作,开机自检完成后则进行运行方式选择.自动运行方式下,按下启动按钮并选择仓位,系统按照编写的程序自动完成工艺流程.手动运行方式下,通过触摸屏对电机进行点动控制.系统主程序流程如图所示.图主程序流程电工技术自动控制 出入库流程以自动出库操作为例,说明堆垛机工作流程.首先对出库条件进行判断,出库条件为:所选仓位内有货物;载物台上没有货物;按下出库启动按钮.当出库条件满足时,堆垛机前往指定仓位取货,X轴电机先动作,到达指定列,Y轴电机再动作,到达指定行,最后Z轴电机动作进行取货操作,取货完成后进行回原位操作.堆垛机回到原位后将货物放入载物台,放货完成后流程结束,系统出库流程如图所示.入库流程与出库流程相反,如所图所示.图出库流程图入库流程系统调试 组态界面设计系统能通过触摸屏控制系统启停、相应界面显示、切换和警报提示等操作.触摸屏界面有个,分别为监控界面、操作界面和手动界面.监控界面主要功能是对系统仓位及各限位开关的状态进行监视,当仓位有货物时仓位指示灯亮红色,当仓位无货物时仓位指示灯亮绿色.堆垛机未触碰限位开关时,绿灯亮,反之红灯亮,如图所示.操作界面主要功能是对出库/入库流程进行操作,包括选择出库/入库的仓位号、入库/出库启动以及取消选择等,如图所示.手动界面主要功能是对电机进行手动控制及显示堆垛机当前位置,并且包括急停功能.在系统紧急停止后,上方的报警指示器常亮,如图所示.图监控界面图操作界面图手动界面 入库操作调试以号仓库入库操作为例,说明系统入库流程,设系统初始状态如图所示.图系统初始状态自动控制电工技术在操作界面先后按下“号仓位选择”“入库启动”按钮.由于载物台上有货物,因此入库操作被允许,若入库条件未满足则不执行操作,如图 所示.图 入库允许首先Z轴电机反转去载物台取货,取货完成后Z轴电机回原位,如图 所示.图 载物台取货完成Z轴电机回原位后X轴步进电机正转,堆垛机右移,如图 所示.图 X轴正转堆垛机到达第列后Y轴电机开始正转,堆垛机上升.堆垛机到达第行指定仓位后,Z轴电机开始正转送货入库.入库完成后,堆垛机回原位,系统待机等待下一指令.结语本文设计的货物储存仓库电气控制系统以P L C为控制核心,利用电机控制堆垛机的个轴,同时借助传感器进行定位,能实现自动出库、自动入库、仓位显示以及堆垛机精确定位等功能.该系统具有良好的拓展性,若实际生产中需要实现更复杂的仓库管理,则可通过增加I/O拓展模块,由T I AP o r t a lV 对系统进行软件编程来满足大型立体仓库的控制要求.参考文献 杜宇,于旭,宁丹阳,等自动化立体仓库的系统设计及应用验证J组合 机床 与自 动 化加 工技 术,():,李学军,程红基于S P L C和R F I D的注塑模具自动化仓库系统设计J制造业自动化,():,刘恺文,曹政才基于改进灰狼优化算法的自动化立体仓库作业能量优化调度J计算机集成制造系统,():D I N G L,CHE N Y S p e e do p t i m i z a t i o nd e s i g no fs t a c k e ri na u t o m a t i cs t e r e o s c o p i cw a r e h o u s eb a s e do nP L CJ J o u r n a lo fP h y s i c s:C o n f e r e n c eS e r i e s,():申小玲基于P L C的立体仓库控制系统设计J南方农机,():杨利,陈柳松,谢永超基于P L C和工业机器人的智能仓库系统设计J自动化技术与应用,():周文英,王书荣,潘利强计算机软件开发过程中存在的问题与对策探析J软件,():电工技术自动控制