趙昆 王云海

摘 要：隨著時代的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的融合，物流技術(shù)日漸呈現(xiàn)出現(xiàn)代化發(fā)展趨勢。伴隨物流現(xiàn)代化技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，做好倉庫的立體化構(gòu)建，并實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的融合，才能夠滿足當(dāng)前現(xiàn)代化物流的需要?；赑LC控制系統(tǒng)所構(gòu)建的堆垛機(jī)，則能夠?qū)崿F(xiàn)行走機(jī)構(gòu)、伸縮叉機(jī)構(gòu)、升降機(jī)構(gòu)等多功能需要，并實(shí)現(xiàn)其精度的提升，在現(xiàn)代化倉庫建設(shè)中發(fā)揮重要作用。

關(guān)鍵詞：PLC控制系統(tǒng)；堆垛機(jī)控制系統(tǒng)；系統(tǒng)設(shè)計(jì)

前言：現(xiàn)代化物流的建立離不開立體倉庫的建設(shè)，立體倉庫的建設(shè)和應(yīng)用能夠節(jié)省大面積土地的使用，并對空間予以高效利用，結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)控制，能夠?qū)崿F(xiàn)便捷、快速貨物的存取。堆垛機(jī)作為倉庫建設(shè)的重要組成部分，更加需要高度重視和對待，結(jié)合PLC技術(shù)進(jìn)行堆垛機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，則可以讓其更具自動化，讓其立體化倉庫運(yùn)行過程中發(fā)揮核心作用。

一、堆垛機(jī)系統(tǒng)組成及功能分析

堆垛機(jī)一般由升降機(jī)構(gòu)、運(yùn)行機(jī)構(gòu)、貨叉、伸縮機(jī)構(gòu)、機(jī)架以及電氣部分等組成。立體化倉庫之中所運(yùn)用的堆垛機(jī)，要求能夠接受上位機(jī)指令，并作出適當(dāng)判斷，通過指令分析所要運(yùn)行的方向，判斷入庫還是出庫，判斷依托于手動操作還是自動操作。堆垛機(jī)還需要結(jié)合自身所在位置，以及指令完成需要進(jìn)行比較判斷，進(jìn)而作出正確的運(yùn)行。一般來說，堆垛機(jī)有水平行走、垂直運(yùn)行、貨叉伸縮等三種基本操作。融合PLC技術(shù)則可以讓堆垛機(jī)完成以上功能，并進(jìn)行精準(zhǔn)運(yùn)行。

二、堆垛機(jī)運(yùn)行原理

堆垛機(jī)所選用的運(yùn)行方案為半閉環(huán)控制方案，結(jié)合實(shí)踐需要來進(jìn)行控制運(yùn)行。其運(yùn)行原理主要通過主控機(jī)的指令發(fā)出，發(fā)送到變頻器之后再將指令發(fā)送到電機(jī)，電機(jī)所發(fā)出的指令進(jìn)入到運(yùn)行機(jī)構(gòu)，則實(shí)現(xiàn)堆垛機(jī)運(yùn)行。其中質(zhì)量到電機(jī)之后一部分指令也進(jìn)入傳感器，傳感器可以對速度進(jìn)行反饋，進(jìn)而調(diào)整堆垛機(jī)的運(yùn)行速度。堆垛機(jī)具有曲線式存儲變頻器，這樣可以讓堆垛機(jī)通過比較的方式來進(jìn)行起止距離的分析，繼而選擇最佳路線。在此原理支撐下結(jié)合PLC對堆垛機(jī)進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)則能夠達(dá)到更好的應(yīng)用效能。

三、基于PLC的堆垛機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.功能模塊設(shè)計(jì)

就堆垛機(jī)的模塊設(shè)計(jì)來說主要分為以下幾種：水平行走、垂直升降；貨叉伸縮；附屬設(shè)備。PLC在接到指令之后則通過激光測距儀定位位置，進(jìn)而作出判斷，依托于控制變頻器的驅(qū)動首先水平行走。PLC在接到指令之后，垂直方向同樣依靠激光測距儀進(jìn)行定位，并作出相應(yīng)判斷，實(shí)現(xiàn)電機(jī)帶動下的垂直行走。就貨叉伸縮來說，因?yàn)榭紤]到貨叉運(yùn)行距離較短，所以不需要考慮變頻器的控制要求，僅需要PLC以很定速度來保持即可。附屬設(shè)備則需要設(shè)置多對光電開光，主要是就設(shè)備出現(xiàn)的故障進(jìn)行報(bào)警，預(yù)防堆垛機(jī)運(yùn)行中可能出現(xiàn)的危險。

2.水平速度模式和運(yùn)行方向的確定

堆垛機(jī)在倉庫貨架之間穿行，很多時候其目的地與所在位置存在距離，為了能夠有效提升工作效率，則需要讓堆垛機(jī)在結(jié)合自身遠(yuǎn)近的情況下做好運(yùn)行速度的控制。在此方面進(jìn)行的研究則可以結(jié)合PLC所發(fā)出的多段速度指令控制水平變頻器，垂直方向則可以考慮其距離較短而不需要采用多段速度。

結(jié)合當(dāng)前堆垛機(jī)的運(yùn)行速度來說，一般為160～240m/min，最高可以達(dá)到320m/min。起升的速度控制在40～60m/min，最高達(dá)到100m/min。堆垛機(jī)要向達(dá)到理想的運(yùn)行速度，則需要最大加速度a來作為啟動點(diǎn)，勻加速到最大值，然后進(jìn)行勻速運(yùn)動。接近理想目標(biāo)之后則勻速減速，V=0時候則可以正好達(dá)到存取貨物的位置。

為了保證堆垛機(jī)控制的準(zhǔn)確性，需要在其臨近貨位停機(jī)前以較低的速度運(yùn)行，依照一般情況來說，此時堆垛機(jī)保持2～4m/min的速度為最佳。這時候，堆垛機(jī)則遇到一個調(diào)速的問題，為了更好地提升堆垛機(jī)的運(yùn)行效率和精準(zhǔn)度，需要對其水平運(yùn)行和垂直運(yùn)行設(shè)定變頻器。

其水平方向判斷，可以設(shè)置初始位置為S1，目標(biāo)位置為S2，兩者之差為S，那么可以得出公式S=S1-S2，如果S為正，那么多堆積則可以接到向前的指令，如果S為負(fù)，那么堆垛機(jī)向后移動。

堆垛機(jī)的水平運(yùn)行速度可以采用三級控制方式，出了工作速度和慢速爬行速度之外，中間可以加入一個中檔速度，增加中速可以降低運(yùn)行速度，爬行距離和時間均縮短，這樣有效降低堆垛機(jī)的作業(yè)周期。也可以將速度轉(zhuǎn)換成為變頻器輸出頻率，也可以達(dá)到設(shè)置方便的目的。

3.輸入輸出結(jié)構(gòu)

PLC輸入包括數(shù)字輸入和模擬輸入，光電開關(guān)主要是對數(shù)字量輸入控制，激光測距儀主要是對模擬量輸入控制。采用A/D轉(zhuǎn)換器的方式將模擬輸入轉(zhuǎn)換成為數(shù)字輸入，并輸入到PLC。數(shù)字量輸入則可以通過手動、單走運(yùn)行、自動循環(huán)的方式進(jìn)行。

PLC的輸出則包括水平變頻器、多段速度輸出、垂直變頻、貨叉等輸出。在進(jìn)行PLC選擇時候可以選用西門子公司的CPU226（24輸入/16輸出），輸入輸出模塊為EM223（16輸入/16輸出），EM221（8輸入），EM231（4輸入）。

4運(yùn)行程序

程序的選定方面首先需要確定的是手動操作還是自動操作，手動的指令包括前進(jìn)、后退、上升、下降，貨叉左伸，貨叉右伸。手動情況下不需要考慮故障分析。

自動運(yùn)行則需要先將水平和垂直傳感器的位置數(shù)據(jù)調(diào)出，并取得上位機(jī)作業(yè)方式，目的地址，之后進(jìn)行操作動作，主要包括東進(jìn)、東出、西進(jìn)、西出，其動作順序主要是入庫行走→取貨→出庫行走→卸貨。自動運(yùn)行情況下需要做好故障分析和處理。

入庫行走需要考慮水平運(yùn)動和垂直運(yùn)動兩種運(yùn)動標(biāo)準(zhǔn)，可以結(jié)合前述的正負(fù)值設(shè)定來首先，入庫行走需要到達(dá)目的地之后再啟用下一程序。取貨操作則需要做好位置調(diào)整，保證貨叉可以直接深入到貨架托盤，并通過指令要求堆垛機(jī)運(yùn)行方向，此過程需要檢查鏈條、變頻器故障。卸貨與取貨操作具有相同操作，不過此環(huán)節(jié)還需要保證貨叉已經(jīng)收回，才能完成整改任務(wù)。入庫操作則與出庫行走具有相同的程序操作，其僅是位置數(shù)據(jù)不同，動作和順序基本相同。

給予PLC的堆垛機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)能夠很好地滿足貨物實(shí)際生產(chǎn)中自動存取的需要和要求，并且能夠給予堆垛機(jī)一定的安全保障，能夠讓堆垛機(jī)在自動化立體庫中發(fā)揮更大作業(yè)，也能夠讓立體庫的應(yīng)用效率不斷提高。

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（作者單位：沈陽新松機(jī)器人自動化股份有限公司）