夷文玉 繆曉蕓

摘 要：堆垛機是自動立體化倉庫中最主要的作業(yè)機械，是隨著立體倉庫的出現(xiàn)而發(fā)展起來的專用機械手。為了實現(xiàn)貨物在三維方向的存取，需要通過行走、升降和貨叉三方面的協(xié)調(diào)工作完成。本設(shè)計采用三菱FX2N型號PLC控制，Kingview（組態(tài)王）組態(tài)軟件作為上位機監(jiān)控，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，維護方便。

關(guān)鍵詞：堆垛機；傳感器；組態(tài)

一、 引言

物流服務(wù)是指物流供應(yīng)方通過對運輸、儲存、裝卸、搬運、包裝、流通加工、配送和信息管理等功能的組織與管理來滿足其客戶物流需求的行為。自動化立體倉庫，是物流倉儲中出現(xiàn)的新概念。利用立體倉庫設(shè)備可實現(xiàn)倉庫高層合理化、存取自動化、操作簡便化。

自動化立體倉庫，一般由出入庫系統(tǒng)、倉儲貨架、全自動堆垛機和計算機管理控制系統(tǒng)構(gòu)成。入庫系統(tǒng)不僅可以實現(xiàn)貨物的入庫，還具有物流信息采集、收集的功能。主要有兩部分構(gòu)成，一是入庫輸送設(shè)備，二是貨物自動識別系統(tǒng)。出庫系統(tǒng)主要由出庫輸送鏈及平移交換機組成，實現(xiàn)貨物的出庫和分揀。計算機管理系統(tǒng)主要完成出入庫貨物信息的采集、存儲和傳輸，對倉位的分配，堆垛機工作指令的傳輸以及工作狀態(tài)監(jiān)控。

二、 自動堆垛機的工作原理

（一） 自動堆垛機的結(jié)構(gòu)簡析

堆垛機是自動化立體倉庫中最主要的作業(yè)機械，是隨立體倉庫的出現(xiàn)而發(fā)展起來的專用機械手。本實驗室采用單立柱堆垛機，它主要由以下幾個部分構(gòu)成：1. 地軌，2. 下橫梁，3. 載貨臺，4. 貨叉機構(gòu)，5. 提升滑輪，6. 天軌，7. 立柱，8. 控制柜，9. 起升電機，10. 行駛機構(gòu)和驅(qū)動輪。主要通過行走、升降和貨叉三部分的協(xié)調(diào)工作，使得貨物在貨架范圍內(nèi)的能縱向和橫向移動，達(dá)到貨物的三維立體存取的目的。

（二） 堆垛機控制系統(tǒng)功能要求

堆垛機在自動化立體倉庫的物流量輸送工程中，主要實現(xiàn)貨物從各出入庫到貨格的搬運目的，包含以下幾個部分功能：

A. 三維動作控制：主要控制堆垛機在橫向、縱向和垂直三個方向的運行。B. 位置控制：控制堆垛機以適合的速度運行并能精確的定位在貨格或出入口處。C. 保護功能：提供各種機械和電氣保護，保證堆垛機在高速、頻繁的運行和取貨過程中不會發(fā)生事故。D. 人機界面：通過觸摸屏或其他輸入、顯示設(shè)備，提供本機或者遙控操作。E. 通訊功能：實現(xiàn)堆垛機與上位機或者其他倉庫設(shè)備之間的通訊。

（三） 堆垛機的運行過程

自動過程：機器開始在入庫口，入庫車上有貨物，升降臺始于“下位置”，小車沒有貨物。當(dāng)按下面板上的控制按鈕，堆垛機開始向入庫口伸叉，到位后取貨物，下車開始運動，到達(dá)需要位置時停車，同時升降臺上升，上升到對應(yīng)層時停止，確定貨架目標(biāo)位置。而后伸叉電機控制貨臺取出、送入貨物，貨物到達(dá)位置后，伸叉電機控制貨臺回縮，回到初始位置為下一次做準(zhǔn)備。

手動過程：手動前后上下運動主要是通過控制面板上按鈕來控制小車和升降臺的運動的。手動方式主要用于特殊情況，如調(diào)試和故障處理，一般不進(jìn)行倉庫作業(yè)。

堆垛機作業(yè)的完成，關(guān)鍵在于如何使堆垛機準(zhǔn)確運行和停準(zhǔn)到目標(biāo)貨位。

（四） 自動堆垛機精確定位技術(shù)

自動認(rèn)址就是堆垛機自動辨認(rèn)相對地址，從而尋找到目標(biāo)貨位的功能。自動倉庫的認(rèn)址檢測系統(tǒng)有兩項任務(wù)：一是實現(xiàn)自動尋址，使堆垛機能自動找到指定到達(dá)的位置；二是準(zhǔn)確停位，在堆垛機找到指定位置后，在規(guī)定的精度內(nèi)停車。為此，貨架上的每個貨位必須具有堆垛機能識別的編碼，我們將這些貨位用貨位號來表示（Xi，Yi，Zi），即（排，列，層）。

三、 堆垛機控制系統(tǒng)的電氣設(shè)計

（一） PLC的選型

可編程控制器選用（簡稱FX2N）是帶有48路I/O、4路AD、2路DA、通信接口、擴展接口的一體化小型可編程控制器，可靈活運用在各種工業(yè)自動控制場合。

（二） PLC的I/O點的分配

電氣控制柜電源采用單向三線，工業(yè)級抗干擾指標(biāo)，帶有聲光報警系統(tǒng)，在自動堆垛機控制系統(tǒng)中共使用19點輸入，14點輸出，具體的I/O分配如表21所示。

四、 堆垛機控制系統(tǒng)的組態(tài)設(shè)計

采用Kingview（組態(tài)王）組態(tài)軟件設(shè)計了監(jiān)控畫面，定義了自動，手動載貨臺升，手動，急停等9個按鈕，模擬立體車庫的運行狀態(tài)，再進(jìn)行如下操作：

按下手動按鈕和手動前行按鈕，堆垛機往前行，在對應(yīng)的位置停；按下手動按鈕和手動伸叉按鈕，貨叉和載貨太往上升，在對應(yīng)的位置停；按下手動按鈕和手動縮叉按鈕，貨叉帶著貨物往回縮。

五、 總結(jié)

本文從立體倉庫的需求出發(fā)，設(shè)計了堆垛機的控制系統(tǒng)，根據(jù)可編程控制的特點，采用三菱F2N系列PLC進(jìn)行設(shè)計，實驗系統(tǒng)運行安全、穩(wěn)定、可靠性高。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳光平.堆料機控制系統(tǒng)由繼電器控制改為PLC控制[M].中國科技信息，2005.

[2]卞和營，胡亞卓.繼電器控制系統(tǒng)改用PLC控制的設(shè)計方法[M].科技資訊，2007.

[3]高勤.可編程控制器原理及應(yīng)用[M].電子工業(yè)出版社，2006.

作者簡介：

夷文玉，繆曉蕓，江蘇省常州市，常州輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院。