自動化立體倉庫中堆垛機控制系統組成的內容
自動化立體倉庫中堆垛機控制系統組成
0 引言
自動化立體倉庫的廣泛應用，極大程度的促進了現代物流業的快速發展。與傳統儲存倉庫相比，具有土地空間利用率高、節約勞動力、作業安全、物流效率高、使用範圍廣等優點。巷道堆垛機作為自動化立體倉庫的運動核心，在可程式設計控制器PLC的控制下，可實現立體倉庫的自動、智慧化存/取貨操作。特別是西門子S7-300PLC和鐳射測距技術的組合應用，進一步推進了自動化立體倉庫技術的發展。
1、 自動化立體倉庫組成及功能
自動化立體倉庫由立體儲存貨架、電氣裝置和巷道堆垛機三部分組成。其中，立體儲存貨架負責對所儲存貨物進行科學歸類、存放；電氣裝置包括：電氣控制裝置、驅動裝置、變頻調速裝置、操作面板、PLC控制模組、位置檢測裝置、通訊裝置、線上監控裝置、計算機管理裝置等；巷道堆垛機為立體庫倉庫的存/取貨執行機構，在PLC控制系統的控制下完成貨物的精確存/取貨動作。
2、 堆垛機控制系統組成
自動立體倉庫巷道堆垛機的自動取/存貨動作的控制是由PLC進行直接控制和狀態記錄，是整個控制系統的核心部分。在進行巷道堆垛機控制系統PLC選擇時，大都選擇西門子S7-300 PLC，其具有：價格適中、工作穩定性高、相容性強、擴充套件能強等方面的特點。
2.1 硬體選型配置
自動立體倉庫巷道堆垛機控制系統在進行選型配置時，應做到在顧全整體通訊負載平衡的情況下，進行合理的硬體配置。主要選擇原則為：在一個專案中儘可能的配置一個主站和多個從站。以某單位自動化工裝立體倉庫為例：在控制系統中只有一個主站（也控制各巷道自動送貨小車），各巷道堆垛機控制系統PLC都做為從站，主站和從站之間的通訊透過有DP協議的紅外通訊實現的，如圖3所示。
根據生產現場使用要求和裝置的後續改造升級的需求，本控制系統選用西門子S7-300 PLC，CPU為 313C-2 DP 緊湊型 CPU以滿足裝置對控制系統資訊處理能力和響應時間較高的使用要求。
同時，內部整合的數字量輸入/輸出模組還可直接與光電檢測感測器、電機編碼器等連線，實現對巷道堆垛機的安全、精確控制。此外，第二個串列埠可以與其它的外圍裝置相連線，例如印表機、條形碼掃描器等實現對工裝存放的科學管理。
同時，注意在硬體組態網路通訊時，因主站採用CP342-5通訊模組，主站在訪問從站時需呼叫標準的CP通訊功能塊FC1（傳送資料）、FC2（接收資料），在S7-300程式設計軟體Library->“SIMATIC-NET-CP”-“CP300”中複製，格式如下：
2.2 網路通訊的實現
自動立體倉庫巷道堆垛機控制系統的資料通訊是透過Profibus-DP網路進行（以某單位刀具立體庫巷道堆垛機為例）。將可程式設計控制器、鐳射測距儀、水平電機變頻器、升降電機變頻器、貨叉電機變頻器、控制面板觸控式螢幕、上位機控制平臺等連線到同一個Profibus-DP網路中，為連線在DP網路上的每個模組分配不同的匯流排地址, 透過訪問不同的DP匯流排地址實現PLC可程式設計控制器與鐳射測距器、觸控式螢幕及各驅動變頻器之間的資料通訊。並透過紅外通訊，實現PLC與上位機控制檯之間的資料通訊，如圖4所示。
2.3 絕對認址的實現
S7-300 PLC與鐳射測距技術在巷道堆垛機中的應用，實現了巷道堆垛機的絕對認址。與相對傳統的認址片相對定址技數相比具有：計數、定位的精度高，方便日常維護的特點。以SickDME5000-111型鐳射測距儀在巷道堆垛機中的應用為例：在與S7-300PLC進行在進行專案硬體組態之前，需先進行對應GSD檔案的載入。之後，才能進行正常的硬體組態及相關通訊引數的設定和實現最終的現場裝置控制通訊連線。
同時注意：在進行機架、電源、CPU、擴充套件模組、輸入輸出模組、介面等模組進行硬體組態，各模組訂貨號必須與最終所選硬體訂貨號完全一致，這樣才能確保整個專案進行組態編輯後，使裝置與PLC和上位機之間進行正常的資料傳輸通訊。
在選擇鐳射測距儀的資料傳輸線時，要選用帶有遮蔽功能的`雙絞線，以確保資料傳輸的可靠性。電氣連線要按標準接遮蔽層，並可靠接地。
儘可能遠離強幹擾源，如變頻器電纜的出口、電焊機的電源、動力電纜等等。
3、 控制方式及程式設計技巧
3.1 控制方式
為了便於裝置安全操作和日常維護，自動化立體倉庫巷道堆垛機的控制系統需具有以下四種操作方式：
1）手動操作：主要包括對執行機構、升降機構、取貨機構的控制，報警指示和報警資訊的查詢及現場故障處理。但在此種模式下進行堆垛機操作時，一切保護裝置失效，操作危險性較大，只能在裝置維修時使用。
2）半自動操作：主要用於系統執行中的報警指示和報警資訊查詢，此種操作模式下，安全保護報警裝置有效。
3）單機自動操作：可實現巷道堆垛機的自動控制，多用於聯機網路斷開和零星存/貨時應用。
4）聯機自動控制：實現成批貨物的遠端自動存/取控制和裝置執行狀態監控。
以上四種操作模式之間為兩兩互鎖關係。當操作方式從當前某一操作方式切換到另一種操作模式時，只要動作未完成，系統預設當前正在執行的操作模式。同時注意，在裝置工作時，請勿進入工作區域，以免造成人身傷害。
3.2 程式設計技巧
在進行控制程式編寫時，需熟悉S7-300 PLC程式編寫的特點。需有一個OB100暖啟動程式塊，用於PLC第一次上電啟動時執行組織塊，它可把程式中的初始化程式碼放到該程式中執行（控制程式初始化）。為了使所編寫程式不顯得過於臃腫、零亂，方便查詢、修改，在控制程式編寫時需編一個OB1主程式，採用主程式呼叫功能塊（子程式）FC、FB的程式設計模式，使控制程式模組化。當控制程式在執行時，系統直接訪問主程式，若需執行行某一功能，主程式會直接調對應的功能控制塊子程式塊。既優化了整個控制程式的程式設計結構，又便於裝置各控制功能的拓展和最佳化。
注意在程式編寫時：FC、FB是將控制系統中的不同控制功能實現模組化的程式設計。當FC、FB模組中不帶引數時，程式設計形式沒有區別。當帶引數時，FB需要背景資料塊的支援，需建立對用的背景資料塊DB塊，而FC不需背景資料塊支援。
根據以上流程圖進行主控制程式和各控制功能模組的編寫，將會使程式設計人員的思路清新，也可進行團隊分工編寫，提高程式編寫效率。
4、結束語
S7-300 PLC在自動化立體倉庫巷道堆垛機控制系統中的應用，極大程度的推動了自動倉儲技術的發展。特別是其與鐳射測距儀的組合使用，在實現了巷道堆垛機絕對認址的同時，也提高了裝置執行的定位精度和日常執行的可靠性，方便了裝置日常維護，將成為當前一段時間自動化立體倉庫巷道堆垛機控制系統發展的方向。
參考文獻：
[1] 廖常初.西門子S7-300/400應用技術.北京:機械工業出版社,2008.5.
[2] 向曉漢.西門子PLC高階應用例項精解.北京:機械工業出版社, 2010.7.
[3] Sick DME5000鐳射測距儀應用手冊.
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