PLC技术在立体仓库设计中的应用研究

赵晶晶

（江苏省宿迁经贸高等职业技术学校，江苏 宿迁 223600）

现代工业生产相较过去，更加注重效率和效益，为此，依托于现代技术实现对工业科技水平的强化便至为重要。立体仓库由多个货架按照高低顺序组成，货架按照设计需要，会预留出不同的空间，货物的取用，会由专门的运输设备自动化完成以替代人工[1]。现如今，这种自动化的物料储存与取用方式，使得传统仓库管理中人工容易疏忽的问题得以被有效解决，从而带动仓库储存安全水平提升，也为各行各业的发展提供稳定支持。

1 PLC概述

1.1 介绍

PLC也叫作可编程逻辑控制器，由中央处理器、储存器、输入器、编程设备与电源构成。现如今，PLC在工业领域应用广泛，具有强化控制能力的积极作用[2]。

1.2 应用优势

PLC技术是科技发展的产物，在立体仓库中有着较为明显的应用优势。

1）安全性。PLC在设计立体仓库时，依托于较强的逻辑能力，能够在很大程度上保证整个控制系统按照既定逻辑运行，降低系统故障概率，包括物料运输、出入库管理等。此外，PLC由于其独特的性能，具有较强的抗干扰能力，且通过集成系统的有效应用，能够将多个控制系统安装在其中，实现统一化管理。得益于这一优点，PLC已经成为目前工业领域中公认的最为可靠的控制设备之一。

2）简便性。由于PLC自身的逻辑能力与判断能力较好，能够在一定程度上实现智能优化，实际应用时，相关指令和状态的判定依托于该装置便可实现。同时，故障判断也更为简单，相关操作人员无需对具体的系统运行逻辑和程序审查便能够实现对于操作系统的控制。而从设计的角度来说，PLC的设计相较于其他编程语言来说也更为简单，设计人员无需耗费过多精力便可掌握[3]。在实际的工作中，不需要通过拆解或安装硬件的方式，便能够实现功能的改变。此外，PLC装置的体积较小，便于携带，在安装与拆卸上也较为简便，可以有效降低工作量。

2 立体仓库概述

立体仓库是一种立体化处理的新型仓库模式，与传统仓库不同，立体仓库更多的是纵向发展，提升空间利用率，减少占地面积。基于PLC的立体仓库在设计上，具备自动化的功能，整体操作原理类似于自动售货机，通过控制系统，便可以实现自动化的货物出入库。立体仓库主要由以下几个部分组成。

1）储存设施。仓库最为基础的作用便是存放货物，立体仓库也不例外。因此，储存设施是立体仓库最为基础的一个部分。目前而言，储存设施的形式主要有两种，一种为可移动或可拆解式的货架，便于移动或转移；另一种则与仓库相连，形成一个整体结构，在起到仓库存储作用的同时，也能够起到支撑的作用[4]。

2）存取设施。立体仓库的存取功能，主要是依靠堆垛机与货架两侧的滑道来实现的，堆垛机在立体仓库中也有着十分重要的地位，通过堆垛机与控制系统的配合，货物便能够自动存取。

3）输送设施。立体仓库中，若想将货物存放至指定位置和区域，还需要依靠输送装置来实现，具体而言，主要是自动传送带装置。

4）控制系统。立体仓库所有功能的实现，都需要依靠控制系统来进行，控制系统起到总体控制的作用，会对上述所有功能进行控制，依据PLC技术的控制系统，能够有效简化控制程序。

3 立体仓库的设计

3.1 总体设计

总体设计由输送、分拣与入库三个系统组成。PLC会在检测到物料底座后，将其推送至传送带。当经过传感器时，便会检测到物料底座，停止传送带的运行，将物料放置底座上后，传感器感应到物料，会再次启动运行，运行至指定位置时，光电传感器会进行检测，再次停止传送带，输送成品物料，检测到相应的物料信号后，传送带会将其运送至指定位置进行物料的分拣工作，完成整个物料输送流程。

3.2 硬件设计

3.2.1 电机设计

电机设计属于硬件设计中的一部分，是立体仓库中重要的硬件装置，具体而言，包含电机、驱动器与传感器三个部分[5]。

1）电机部分，电机主要用于发电与电能转化，向其他设备提供动力和能量，使其能够正常运行。在立体仓库中，电机的主要作用是通过发电使得堆垛机、传送带等装置得以运行，使得货物位移至指定位置。首先，是步进电机，步进电机主要用于控制堆垛机，使其能够实现横向与纵向的运动，使用两台步进电机分别控制其横向与纵向的运动，共同配合完成货物的存取工作。步进电机的运动轨迹和角度经过设定，其本身具有较高的精确程度，相对而言，发生故障的概率较小。本研究选择的步进电机型号为2S86Q-034A。其次，是直流电动机，直流电动机主要用于垂直方向，与步进电机共同作用。直流电动机在运行时，需要始终保持匀速，以稳定的速度完成物料运输，与步进电机配合使用。

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2）驱动器部分，即步进电机驱动器。该驱动器主要服务于步进电机，用于对步进电机速度与频率进行精准控制。通过将步进电机与控制系统联系，能够实现信号频率的转化，实现精准定位。驱动器型号为2M530。

3）传感器部分。传感器部分可设置两个传感器，一个为光电传感器，一个为压力传感器。光电传感器主要通过光电感应，对货物是否准确放置于货箱中进行检验，如果发现货物存在超出货箱范围的情况，就会及时发送信号到PLC，并阻挡对射光路，实现对物料的修正。综合考虑，光电传感器选择EE-SY672（欧姆龙），该装置具有较高的适应性与灵活性，便于操作。同时，与PLC的连接也较为方便。压力传感器的主要功能是：通过压力感应，将压力转化为电信号，向PLC发送中断信号，从而保证模拟量输入模块信号稳定[6]。

3.2.2 控制元件

控制元件需要保证内存容量与较快的CPU处理速度，应至少保证8 K的容量，同时预留出接口，便于实现后续容量扩展，处理器则应选择64位。需要保证控制元件能够执行大量数据的计算与运行，为系统的高效化运行提供支持，可以选用FX2N-128MR型号的PLC。

3.2.3 现场设备

现场设备方面，主要是指除了控制系统硬件以外的其他类型设备，用于辅助控制系统的稳定运行，同时也能够起到立即停止运行或提示的作用。在立体仓库系统中，主要包含仓库内灯、系统指示灯、控制开关、警示音响等装置。

3.2.4 电源

电源是提供电能所需的重要结构，需要先将220 V交流电转变为直流电，之后，再通过变压器调整成PLC所需电压，为立体仓库系统供电，保证PLC正常运行。

3.3 软件设计

3.3.1 上位机与下位机

上位机与下位机属于软件设计的部分。上位机在整个控制系统中，主要承担命令、指令的发送功能，依据程序运行中发生的各种参数变化，向下位机发送指令，下位机在接收到指令后，依据指令对系统运行的设备情况进行调整，并将调整后的状态反馈给上位机，从而实现一个完整的控制—监测—控制的流程。

3.3.2 I/O分配

I/O分配在PLC系统中的作用，主要是实现输入与输出功能，包括数值的开关量与模拟量，从而实现PLC系统的运算与控制[7]。选用两台PLC控制，型号为SR40和ST30，其I/O分配表如表1、表2所示。

表1 S7-200SmartCPU SR40 PLC I/O分配表

3.3.3 程序设定流程

1）程序设定流程的设计上，通过既定算法，依据实际的立体化仓库控制需求，完成相应的设计工作。可以将整个程序设定为一个总控程序和三个分控程序进行控制，总控程序起到命令、传输指令等作用，分控程序分别用于控制两台步进电机与一台直流电动机接受指令，并反馈运行信号。主控程序设置在PLC设备上，借由PLC下达传输命令给分控程序，执行货物的垂直、横向与纵向的移动[8]。货物出库时，在主控程序操作会选择相对应的货物序列号、储存位置、类型等信息，分控程序会自动按照对应的信息执行货物的出库程序，将物料自货箱中提出，移送至传送带上，实现出库。PLC开启后，数据会初始化，启动后，会开启各个分程序的控制系统。运行中，PLC会接收到来自上位机的手动或自动控制程序，手动下，垂直、水平等操作由手动完成；自动下，垂直、水平等操作交由系统自动完成[9]。

2）针对故障检测的设置。程序在运行的过程中，应自动检测系统是否存在逻辑错误或故障问题，包括软硬件设施，同时设置自动报警功能和切断功能。此外，在设计堆垛机时，需要尽可能自动调用最近距离的堆垛机，选择最近的货物出口。系统监控软件选择MCGS嵌入版，能够模拟运行环境，具有较高的智能程度，方便对整个运行流程进行模拟与测试，通过对模拟结果进行调试，提高运行稳定性[10]。

3）程序控制上，应每日定期对立体仓库内货物的储存环境进行监测，控制好干湿度、温度，做好防止细菌滋生的防护处理，判断仓库内环境是否适宜货物储存。

4 结束语

综上所述，PLC技术在立体仓库设计上，能够起到自动化与智能化控制的作用，规避传统手动控制的弊端，在提高管理效率同时，也能够避免人为因素致使的故障问题发生。此外，立体仓库对于空间的利用率也能够随着PLC技术的应用而逐渐提升，进而提升企业的经济效益，极大地促进了社会的发展。