小型立体仓库PLC自动定位控制系统设计

摘要：介绍了小型立体仓库的控制系统， 根据自动化立体仓库运行的基本原理和结构，在整个控制系统中以以西门子S7-200PLC作为核心控制元件，采用SIMATIC WinCC V5.0组态软件设计设计立体仓库的监控系统，实现了设备的运行状态、货架货位的使用情况、报警等信息的实时监控。

关键词：立体仓库；SIMATIC WinCC V5.0；PLC

中图分类号：TP271.5 文件标识码：B

自动化立体仓库是现代物流系统发展中的关键部分，是一种多层存放货物的高架仓库系统，由自动控制系统、管理系统、高位货架、巷道堆垛机、自动入库、自动出库、计算机管理控制系统和其他一些辅助设备组成。它具有减少用地、减小劳力、消除差错、提高仓储水平和管理水平、提高管理能力、降低储运损耗、减少流动资金的积压、提高物流效率等诸多优点。如今中国国民经济的快速发展，与自动化立体仓库在各行各业的广泛应用息息相关。

1 立体仓库的结构和工作原理

1.1 自动化立体仓库的概述

自动化立体仓库是指在不直接进行人工处理的情况下，自动地完成物品仓储和取出的系统，它以高层立体货架为主体，以成套搬运设备为基础，是集自动控制技术、通信技术及机电技术于一体的高效率、大容量存储机构。自动化立体仓库的出现，实现了仓库功能从单纯保管型向综合流通型的转变。用PLC控制的自动化立体仓库达到仓储技术的全面自动化。

1.2立体仓库系统的功能

根据某一物流公司对立体仓库的具体要求，本文所设计的立体仓库具有以下功能。结构图如图1所示。

（1）堆垛机（机械手）要有三个自由度，即：前进、后退；上、下；左、右；

（2）堆垛机的运动由步进电机驱动；

（3）堆垛机前进（或后退）运动和上（或下）运动可同时进行；

（4）堆垛机前进、后退和上、下运动时必须有超限位保护；

（5）每个仓位必须有检测装置（微动开关），当操作有误时发出错误报警信号；

（6）当按完仓位号后，没按入或取前，可以按取消键进行取消该操作。

（7）整个控制系统必须设置急停按钮，避免发生意外。

设计的具体控制功能如下：

（1）将选择开关置于自动位置，通电状态下，各机构复位，即返回零位。立体仓库坐标以零位開始。

（2）当送货的时候，选择要送货物的仓位号，按动相对应的按钮，控制面板数码管显示仓位号。按送货按钮后，货物自动送入所对应仓库号的仓库位里。如果被指定的仓位号里有货物，则送货命令不执行。送完货物后，小车回到原来的位置。

（3）当取货的时候，选择要取货物的仓位号后，按动取货按钮后，在控制面板的数码管里显示出来，堆垛机可以自动将货物取出。如果小车里有货物，则取货命令不被执行。

（4）取货和送货指令完成后，机构自动返回原来位置。

（5）整个电气控制系统必须设置急停按钮，避免发生意外。

2 系统控制方案

2.1 PLC的选型

（1）输入电源电压：本设计采用24V直流电。

（2）输入输出点数：估算本设计中需要输入端口40个，输出端口21个。

（3）输出触点类型：本设计因为有步进电机的控制所以选择晶体管输出类型。本课题设计的立体仓库控制系统有输入信号40个，输出信号21个。所选I/O点不得低于61点，结合实际情况，考虑到经济实惠所选本系统所采用的PLC是西门子S7-200 CPU226 DC24V，外加一个数字量扩展模块EM223。

2.2传感器的选择

在该立体仓库中采用欧姆龙EE-SPY402凹槽型、反射型接插件式传感器作货物检测，采用变调光式；电源电压为DC5-24V的大量程电压输出型；带有易调整的光轴标识；带有便于调整，动作确认的入光显示灯。

2.3系统流程图

根据系统工作过程的分析得出，示意图1所示

3画面设计

本监控系统画面包含：主画面、仓库平面图画面、每排货架货位使用情况画面、货物出入库实时曲线、货物出入库报表及故障报警信息画面，各个画面之间可以自由切换。主画面采用分级式用户管理，如以监控员身份登录监控系统，只能使用画面的切换功能而无法对下位机发出控制指令，提高系统的安全性避免监控人员的误操作。

仓库的平面图画面，画面上方显示三台堆垛机的工作状态，白、黄、绿分别代表堆垛机在入出库台就位等待、堆垛机执行出库任务、堆垛机执行入库任务。同时当堆垛机发生任意故障停机时对应的报警灯变成红色，并闪烁提醒现场监控人员。在故障报警信息画面中可以查看故障报警的具体信息，如报警时间、故障点等画面下方提供各种功能按钮，包括堆垛机的控制方式、各个堆垛机的复位及个画面之间的切换。

货位使用情况的画面，画面上方显示每排货架货位的使用状况，白、黄、绿分别代表货位空位无货物、货位货物正在执行出库操作、货位己有货物。画面下方报警区显示跟本货架有关的堆垛机超出限位、货位有货和升降机断绳报警，方便快速找到故障原因并进行及时的排除。出入库管理区，当进行货物出入库操作时，需输入货物的目标位置（排列层）、货物名称及其数量，点击相应的入库按钮（入库按钮），会弹出提示是否入库（是否出库），避免人为因数的误操作，点击“是”堆垛机开始出（入）库动作。

4结束语

采用SIMATIC WinCC V5.0组态软件和PLC开发的模拟立体仓库，实现了远程实时监控和管理，结构简单，实时性好，可靠性高，运行稳定，系统人机界面友好，具有一定的灵活性。利用组态王设计的运行软件，可以逼真地观察系统的工作过程，发现控制程序的错误和缺陷，然后不断对程序进行修改和测试，直到完全正确，可大大提高工作效率，节省了成本，降低了风险，特别对大型PLC控制系统的设计仿真非常具有参考价值。

参考文献：

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[5]李若谷.西门子S7-200系列PLC编程指令与梯形图快速入门[M].电子工业出版社，2011.

作者简介：孙莉（1982-），女，安徽省淮北人，副教授，硕士，研究方向：工业综合自动化