孟婷婷 陳超 鄭文軒 程方園

摘 要： 南疆地區(qū)是我國重要的特色農(nóng)產(chǎn)品加工基地，發(fā)展倉庫物流是南疆特色農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵因素，倉庫的快速存取是反映倉儲物流發(fā)展的一個重要指標(biāo)，先進(jìn)的控制方法能快速提升物流能力。該文以塔里木大學(xué)研究生創(chuàng)新基地之一的大漠棗業(yè)責(zé)任有限公司的倉庫存取系統(tǒng)為研究對象，將自動堆垛機(jī)、人機(jī)系統(tǒng)、倉儲數(shù)據(jù)庫等結(jié)合，設(shè)計一種PLC控制的自動存取系統(tǒng)，可大大提高倉儲系統(tǒng)的快速存取能力，提高識別精度與可靠性。通過試驗測試，結(jié)果表明：倉庫自動存取系統(tǒng)出庫取貨周期作業(yè)平均時間為28.49 s，在測試時，無識別錯誤情況出現(xiàn)，平均識別精度為100%;系統(tǒng)進(jìn)行入庫操作的周期時間均值為20.51 s，測試過程中，操作過程作業(yè)穩(wěn)定，操作時間控制較好，具有較好的可靠性與穩(wěn)定性;單臺系統(tǒng)入庫能力P1則可計算為126.3;PLC系統(tǒng)對倉庫自動存取系統(tǒng)的響應(yīng)快速，可靠性較高，能適應(yīng)頻繁的快速倉庫自動存取作業(yè)。

關(guān)鍵詞： 特色農(nóng)產(chǎn)品; 倉儲物流; 南疆地區(qū); PLC控制; 自動存取系統(tǒng); 出庫取貨

中圖分類號： TN108+.4?34 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2018）12?0079?04

Abstract： South Xinjiang area is an important processing base of special agricultural products in China， and developing warehouse logistics is the key factor for the development of special agricultural products industry in South Xinjiang. Quick access to the warehouse is an important index of reflecting the development of warehouse logistics， and the advanced control method can quickly improve the logistic capability. Taking the warehouse access system of Damo Jujube Limited Liability Company which is one of the graduate innovation bases of Tarim University as the research object， a PLC controlled automatic access system is designed by combining the automatic stacking machine， man?machine system， warehouse database and so on， which can greatly improve the fast access ability， recognition precision， and reliability of the warehouse system. A test was carried out. The results show that the average time for delivery pickup cyclic operation of the warehouse automatic access system is 28.49 s， no recognition error occurs， and the average recognition accuracy is 100% during the test; the cycle time mean value for stocking operation of the system is 20.51 s， the operation process is stable， the operation time is well controlled during the test， and the system has good reliability and stability; the stocking capability of a single system P1 is calculated to be 126.3; the PLC system has fast response to the warehouse automatic access system and high reliability， and can adapt to the frequent operations of fast warehouse automatic access.

Keywords： special agricultural product; warehouse logistics; South Xinjiang area; PLC control; automatic access system; delivery pickup

南疆地區(qū)是我國重要的特色農(nóng)產(chǎn)品加工基地，由于獨特的自然環(huán)境，所產(chǎn)的紅棗、核桃、葡萄干、巴旦木等特色果品深受市場喜愛[1?2]。然而，由于地理位置偏遠(yuǎn)，加上交通不便，使物流問題成為了制約南疆特色農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵因素[3?4]。倉庫的快速存取是反映倉儲物流發(fā)展的一個重要指標(biāo)，由于目前南疆地區(qū)倉儲物流的落后，傳統(tǒng)的果品倉庫存取系統(tǒng)不能滿足物流業(yè)快速發(fā)展的需求。因此，對傳統(tǒng)的果品倉庫存取系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)與管理系統(tǒng)的升級，具有重要的物流運(yùn)輸意義與經(jīng)濟(jì)價值。PLC是工業(yè)上應(yīng)用較為廣泛的系統(tǒng)，具有穩(wěn)定性與快速響應(yīng)性，且編程方便，有利于物流業(yè)的控制與管理[5?8]。

本文以塔里木大學(xué)研究生創(chuàng)新基地之一的大漠棗業(yè)責(zé)任有限公司的倉庫存取系統(tǒng)為研究對象，將自動堆垛機(jī)、人機(jī)系統(tǒng)、倉儲數(shù)據(jù)庫等結(jié)合，設(shè)計一種PLC控制的自動存取系統(tǒng)[9?10]，可大大提高倉儲系統(tǒng)的快速存取能力，提高識別精度與可靠性。

1 總體設(shè)計思路

1.1 控制思路

通過這幾年的發(fā)展，南疆地區(qū)特色果品業(yè)已實現(xiàn)了自動堆垛機(jī)操作、稱重等物流作業(yè)工序，但總體而言，缺少系統(tǒng)的控制，圖1所示為目前的南疆特色干果倉庫存取系統(tǒng)，主要依靠人工與機(jī)械的配合，自動化程度相對較低。選取塔里木大學(xué)研究生創(chuàng)新基地之一的大漠棗業(yè)責(zé)任有限公司的倉庫存取系統(tǒng)為改進(jìn)對象，采用PLC系統(tǒng)實現(xiàn)與人機(jī)系統(tǒng)、上位機(jī)之間的數(shù)據(jù)控制，實現(xiàn)PLC對現(xiàn)場存取操作系統(tǒng)、自動堆垛機(jī)系統(tǒng)、各控制單元的工作實現(xiàn)全程物流系統(tǒng)的自動化作業(yè)。

1.2 系統(tǒng)功能要求與技術(shù)參數(shù)

按照紅棗加工工藝要求以及生產(chǎn)線的設(shè)置情況，設(shè)計倉儲自動存取系統(tǒng)立式存取方式，由機(jī)構(gòu)將對應(yīng)倉號進(jìn)行一定傾斜角度實現(xiàn)出庫。設(shè)計貨物為靜止?fàn)顟B(tài)，存取貨物通過三個自由度的出庫機(jī)構(gòu)與進(jìn)貨機(jī)構(gòu)執(zhí)行。各倉位均設(shè)置貨物位置傳感器，以測定倉儲系統(tǒng)的存貨狀態(tài)。具體的南疆特色干果倉庫存取系統(tǒng)主要參數(shù)如表1所示。

2 控制系統(tǒng)總體設(shè)計

控制系統(tǒng)主要以PLC為核心控制單元，設(shè)計采用西門子PLC?200，CPU 224型的小型PLC系統(tǒng)，自帶數(shù)字量I/O點為16組，模擬量AI/AO點數(shù)通過擴(kuò)展模塊增加16組，以方便進(jìn)行單獨控制[11]。人機(jī)界面采用觸摸屏界面進(jìn)行信息的傳輸與信號的顯示。控制主要包括電氣控制部份、倉庫存取機(jī)構(gòu)控制以及倉位選擇控制等。系統(tǒng)的控制示意圖如圖2所示。

系統(tǒng)工作原理是利用PLC作為核心控制元件，控制步進(jìn)電機(jī)來驅(qū)動一個有三自由度的堆垛機(jī)在導(dǎo)軌和立柱上做三維運(yùn)動。以步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)輸出的脈沖數(shù)為基礎(chǔ)，通過光電傳感器進(jìn)行掃描將信號傳送給PLC得出相應(yīng)的倉位號，并輸出對應(yīng)倉位的脈沖數(shù)，經(jīng)過驅(qū)動器驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)按指令的方向轉(zhuǎn)動相應(yīng)的角度，進(jìn)而控制機(jī)械傳動部件進(jìn)行準(zhǔn)確的定位，以完成倉庫貨物的存取功能。

2.1 存取電機(jī)的電氣控制

存取電機(jī)的電氣控制如圖3所示?？刂齐姍C(jī)采用三相交流異步電動機(jī)，根據(jù)存取貨功率要求，選取電機(jī)功率為2.2 kW，電機(jī)的控制采用DEB200型國產(chǎn)變頻器控制，控制方式為U/f標(biāo)量控制方式。變頻器的S1，S2，S3，S4控制端口作為PLC的控制端口，通過PLC輸出轉(zhuǎn)速命令來實現(xiàn)存取電機(jī)的變速控制。變頻器自帶電氣保護(hù)功能，當(dāng)電機(jī)受動故障信號時，變頻器停止輸出，并向PLC發(fā)出故障信號。

2.2 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計

根據(jù)電氣控制要求，設(shè)計PLC控制系統(tǒng)如圖4所示。PLC對存取電機(jī)的控制主要采用D0口輸送轉(zhuǎn)速信號，當(dāng)PLC的Q0.1輸出為高電位時，傳送至變頻器DEB200控制端口S1信號為1，通過與S2，S3，S4組合輸出轉(zhuǎn)速信號，實現(xiàn)對控制系統(tǒng)的調(diào)速。模擬量模塊主要為顯示PLC控制系統(tǒng)的結(jié)果、倉位信號等。

3 軟件系統(tǒng)的設(shè)計

系統(tǒng)軟件采用STEP7?MicroWIN小型PLC 控制軟件，與其他軟件相比較，STEP7?MicroWIN具有較快的響應(yīng)性與靈活性。軟件系統(tǒng)采用模塊化編程，主要分為存取電機(jī)控制模塊與傳感器電路檢測模塊，其中，傳感器檢測模塊主要測定倉位數(shù)據(jù)，具體如圖5所示。實際工作時，PLC程序先進(jìn)行掃描工作，查找目標(biāo)倉位，當(dāng)顯示需存取操作時，執(zhí)行相應(yīng)的存取貨操作模塊數(shù)據(jù)，啟動存取電機(jī)，實現(xiàn)精準(zhǔn)定位。

4 測試試驗與結(jié)果分析

倉儲系統(tǒng)主要包括對機(jī)械系統(tǒng)、PLC硬件系統(tǒng)以及軟件系統(tǒng)進(jìn)行測試試驗。主要測試立式存取速度、倉位信號的響應(yīng)、貨號檢測的準(zhǔn)確性測試。每個貨號均通過光電檢測傳感器感應(yīng)，需要測試傳感器的響應(yīng)速度。

4.1 測試材料與方法

測試試驗為大漠棗業(yè)責(zé)任有限公司新疆存取倉儲系統(tǒng)，主要操作對象為紅棗集中箱貨品。試驗前，先對倉儲軟件操作系統(tǒng)進(jìn)行仿真調(diào)試。待軟件系統(tǒng)完成后進(jìn)行硬件電路的通電測試，再進(jìn)行倉儲系統(tǒng)存取操作系統(tǒng)。測試時主要測試倉位號碼識別精度、出入庫存取貨系統(tǒng)的作業(yè)時間周期，以評價系統(tǒng)的快速響應(yīng)與控制精度。

4.2 快速響應(yīng)時間評價

主要通過入庫操作周期、出庫取貨周期來綜合計算。

1） 入庫存貨周期[Tm]

4.4 試驗結(jié)果

單臺系統(tǒng)入庫與出庫測試試驗結(jié)果如表2及表3所示。表2結(jié)果表明，倉庫自動存取系統(tǒng)入庫存貨周期作業(yè)平均時間為28.54 s，在測試時，僅出現(xiàn)一次識別錯誤，平均識別精度為99.99%;系統(tǒng)進(jìn)行入庫操作的周期時間均值為18.51 s，表明操作過程作業(yè)穩(wěn)定，操作時間控制較好，具有較好的可靠性與穩(wěn)定性，單臺系統(tǒng)入庫能力[P1]則可計算為126.1 次/h。表3結(jié)果表明，倉庫自動存取系統(tǒng)出庫取貨周期作業(yè)平均時間為28.49 s，在測試時，無識別錯誤情況出現(xiàn)，平均識別精度為100%;系統(tǒng)進(jìn)行出庫操作的周期時間均值為20.51 s，測試過程中，操作過程作業(yè)穩(wěn)定，操作時間控制較好，具有較好的可靠性與穩(wěn)定性，單臺系統(tǒng)入庫能力[P1]則可計算為126.3 次/h。

5 結(jié) 論

本文以PLC系統(tǒng)為控制核心，設(shè)計了研究生創(chuàng)新基地倉庫自動存取系統(tǒng)，實現(xiàn)了對紅棗貨品的快速存取操作，通過測試試驗，結(jié)果表明：

1） PLC系統(tǒng)對倉庫自動存取系統(tǒng)的響應(yīng)快速，可靠性較高，能適應(yīng)頻繁的快速倉庫自動存取作業(yè)。

2） 倉庫自動存取系統(tǒng)入庫存貨周期作業(yè)平均時間為28.54 s，在測試時，平均識別精度為99.99%。

3） 倉庫自動存取系統(tǒng)出庫取貨周期作業(yè)平均時間為28.49 s，在測試時，無識別錯誤情況出現(xiàn)，平均識別精度為100%;系統(tǒng)進(jìn)行出庫操作的周期時間均值為20.51 s，測試過程中，操作過程作業(yè)穩(wěn)定，操作時間控制較好，具有較好的可靠性與穩(wěn)定性，單臺系統(tǒng)入庫能力P1則可計算為126.3。

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