自动化立体仓库中堆垛机控制系统组成

　　0 引言

　　自动化立体仓库的广泛应用，极大程度的促进了现代物流业的快速发展。与传统存储仓库相比，具有土地空间利用率高、节约劳动力、作业安全、物流效率高、使用范围广等优点。巷道堆垛机作为自动化立体仓库的运动核心，在可编程控制器PLC的控制下，可实现立体仓库的自动、智能化存/取货操作。特别是西门子S7-300PLC和激光测距技术的组合应用，进一步推进了自动化立体仓库技术的发展。

　　1、 自动化立体仓库组成及功能

　　自动化立体仓库由立体存储货架、电气设备和巷道堆垛机三部分组成。其中，立体存储货架负责对所存储货物进行科学归类、存放；电气设备包括：电气控制装置、驱动装置、变频调速装置、操作面板、PLC控制模块、位置检测装置、通讯设备、在线监控装置、计算机管理设备等；巷道堆垛机为立体库仓库的存/取货执行机构，在PLC控制系统的控制下完成货物的精确存/取货动作。

　　2、 堆垛机控制系统组成

　　自动立体仓库巷道堆垛机的自动取/存货动作的控制是由PLC进行直接控制和状态记录，是整个控制系统的核心部分。在进行巷道堆垛机控制系统PLC选择时，大都选择西门子S7-300 PLC，其具有：价格适中、工作稳定性高、兼容性强、扩展能强等方面的特点。

　　2.1 硬件选型配置

　　自动立体仓库巷道堆垛机控制系统在进行选型配置时，应做到在顾全整体通讯负载平衡的情况下，进行合理的硬件配置。主要选择原则为：在一个项目中尽可能的配置一个主站和多个从站。以某单位自动化工装立体仓库为例：在控制系统中只有一个主站（也控制各巷道自动送货小车），各巷道堆垛机控制系统PLC都做为从站，主站和从站之间的通讯通过有DP协议的红外通讯实现的，如图3所示。

　　根据生产现场使用要求和设备的后续改造升级的需求，本控制系统选用西门子S7-300 PLC，CPU为 313C-2 DP 紧凑型 CPU以满足设备对控制系统信息处理能力和响应时间较高的使用要求。

　　同时，内部集成的数字量输入/输出模块还可直接与光电检测传感器、电机编码器等连接，实现对巷道堆垛机的安全、精确控制。此外，第二个串口可以与其它的外围设备相连接，例如打印机、条形码扫描器等实现对工装存放的科学管理。

　　同时，注意在硬件组态网络通讯时，因主站采用CP342-5通讯模块，主站在访问从站时需调用标准的CP通讯功能块FC1（发送数据）、FC2（接收数据），在S7-300编程软件Library->“SIMATIC-NET-CP”-“CP300”中复制，格式如下：

　　2.2 网络通讯的实现

　　自动立体仓库巷道堆垛机控制系统的数据通讯是通过Profibus-DP网络进行（以某单位刀具立体库巷道堆垛机为例）。将可编程控制器、激光测距仪、水平电机变频器、升降电机变频器、货叉电机变频器、控制面板触摸屏、上位机控制平台等连接到同一个Profibus-DP网络中，为连接在DP网络上的每个模块分配不同的总线地址, 通过访问不同的DP总线地址实现PLC可编程控制器与激光测距器、触摸屏及各驱动变频器之间的数据通讯。并通过红外通讯，实现PLC与上位机控制台之间的数据通讯，如图4所示。

　　2.3 绝对认址的实现

　　S7-300 PLC与激光测距技术在巷道堆垛机中的应用，实现了巷道堆垛机的绝对认址。与相对传统的认址片相对寻址技数相比具有：计数、定位的精度高，方便日常维护的特点。以SickDME5000-111型激光测距仪在巷道堆垛机中的应用为例：在与S7-300PLC进行在进行项目硬件组态之前，需先进行对应GSD文件的加载。之后，才能进行正常的硬件组态及相关通讯参数的设置和实现最终的现场设备控制通讯连接。

　　同时注意：在进行机架、电源、CPU、扩展模块、输入输出模块、接口等模块进行硬件组态，各模块订货号必须与最终所选硬件订货号完全一致，这样才能确保整个项目进行组态编辑后，使设备与PLC和上位机之间进行正常的数据传输通讯。

　　在选择激光测距仪的数据传输线时，要选用带有屏蔽功能的双绞线，以确保数据传输的可靠性。电气连接要按标准接屏蔽层，并可靠接地。

　　尽可能远离强干扰源，如变频器电缆的出口、电焊机的电源、动力电缆等等。

　　3、 控制方式及编程技巧

　　3.1 控制方式

　　为了便于设备安全操作和日常维护，自动化立体仓库巷道堆垛机的控制系统需具有以下四种操作方式：

　　1）手动操作：主要包括对运行机构、升降机构、取货机构的控制，报警指示和报警信息的查询及现场故障处理。但在此种模式下进行堆垛机操作时，一切保护装置失效，操作危险性较大，只能在设备维修时使用。

　　2）半自动操作：主要用于系统运行中的报警指示和报警信息查询，此种操作模式下，安全保护报警装置有效。

　　3）单机自动操作：可实现巷道堆垛机的自动控制，多用于联机网络断开和零星存/货时应用。

　　4）联机自动控制：实现成批货物的远程自动存/取控制和设备运行状态监控。

　　以上四种操作模式之间为两两互锁关系。当操作方式从当前某一操作方式切换到另一种操作模式时，只要动作未完成，系统默认当前正在执行的操作模式。同时注意，在设备工作时，请勿进入工作区域，以免造成人身伤害。

　　3.2 编程技巧

　　在进行控制程序编写时，需熟悉S7-300 PLC程序编写的特点。需有一个OB100暖启动程序块，用于PLC第一次上电启动时执行组织块，它可把程序中的初始化代码放到该程序中执行（控制程序初始化）。为了使所编写程序不显得过于臃肿、零乱，方便查找、修改，在控制程序编写时需编一个OB1主程序，采用主程序调用功能块（子程序）FC、FB的编程模式，使控制程序模块化。当控制程序在执行时，系统直接访问主程序，若需执行行某一功能，主程序会直接调对应的功能控制块子程序块。既优化了整个控制程序的编程结构，又便于设备各控制功能的拓展和优化。

　　注意在程序编写时：FC、FB是将控制系统中的不同控制功能实现模块化的编程。当FC、FB模块中不带参数时，编程形式没有区别。当带参数时，FB需要背景数据块的支持，需建立对用的背景数据块DB块，而FC不需背景数据块支持。

　　根据以上流程图进行主控制程序和各控制功能模块的编写，将会使编程人员的思路清新，也可进行团队分工编写，提高程序编写效率。

　　4、结束语

　　S7-300 PLC在自动化立体仓库巷道堆垛机控制系统中的应用，极大程度的推动了自动仓储技术的发展。特别是其与激光测距仪的组合使用，在实现了巷道堆垛机绝对认址的同时，也提高了设备运行的定位精度和日常运行的可靠性，方便了设备日常维护，将成为当前一段时间自动化立体仓库巷道堆垛机控制系统发展的方向。

　　参考文献：
　　[1] 廖常初.西门子S7-300/400应用技术.北京:机械工业出版社,2008.5.
　　[2] 向晓汉.西门子PLC高级应用实例精解.北京:机械工业出版社, 2010.7.
　　[3] Sick DME5000激光测距仪应用手册.