基于PLC的智能仓储控制系统设计

仓储管理在物流管理中占据着核心的地位。现代物流以整合流程、协调上下游为己任, 静态库存越少越好, 其商业模式也建立在物流总成本的考核之上。随着制造环境的改变, 产品周期越来越短, 多样少量的生产方式, 对库存限制的要求越来越高, 因而必须建立及执行供应链管理系统, 并借助电脑化、信息化将供应商、制造商、客户三者紧密联合, 共担库存风险。

智能仓储系统即自动化立体仓库, 指采用几层、十几层乃至几十层高的货架储存单元货物, 采用有轨巷道堆垛机实现货物从地面到货架之间的六维自动搬运, 以托盘输送机平面地完成自动输送及进、销、存, 实现计算机软件管理的仓库。围绕智能仓储系统开发了多种自动化系统硬件设备及软件产品, 如:不同类型的库存管理软件、系统仿真软件、图形监控及调度软件、堆垛机输送机控制软件、条形码识别跟踪系统、搬运机器人 (行车) 、码垛机械手、货物分选系统、堆垛机认址检测系统、堆垛机控制系统、货位探测器、高度检测器、输送系统、码垛系统等产品。本文介绍了基于西门子PLC的智能仓储控制系统设计。

仓储系统有4大基本硬件, 分别是PLC控制器、变频器、输送机、行车。按功能又可分为电梯系统、行车系统、地操及其总控系统。如图1所示。

智能仓储系统库存量大、设备繁多, 对PLC的容量要求较大;再者考虑仓储系统的稳定性及快捷易维护性。决定选用西门子S7-300系列。

S7-300采用紧凑的、无槽位限制的模块结构, 可由以下部分组成:导轨、电源模块 (PS) 、CPU模块、信号模块 (SM) 、功能模块 (FM) 、接口模块 (IM) 、通信处理器 (CP) 等。

变频器是把工频电源 (50 Hz或60 Hz) 变换成各种频率的交流电源, 是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源稳压器变换为另一频率的电能控制装置。变频器的调速原理:异步电动机定子的三相对称绕组, 在空间上互差120°电角度, 通过三相对称电流后便产生旋转磁场。

LENZE变频器功能比较强大, 应用选件丰富, 可以扩展多种功能, 良好的力矩特性最高可提供达180%、60 s的转矩, 这是其他变频器无法比拟的。非常适合物料处理、传送系统, 因此选用该型号的变频器。

智能仓储系统是立体仓库, 不仅在地面要有输送控制, 在堆垛中就需要用到行车系统。每台行车基本构架, 包含1台西门子315PLC、1台西门子440变频器和5台电机, 还有拉线传感器、长量程激光测距传感器等。

输送机是地面操作系统的具体执行者, 承载着料筐的地面输送。输送机上分布有行程开关、位置感应器、电动机等器件。其工作原理是通过电机传动链条使输送槽上方的共计4对滑轮滚动, 进而带动料筐运动, 通过位置感应器的得失电来判断料筐是否到位。电机都配有控制正反转的接触器, 可以实现输送机正反向加载或正反向卸载。

智能仓储系统结构庞大、设备繁杂, 相对应的输入输出单元也多种多样。所以在程序编写上采用模块化, 程序按功能实现分:入库、变频器控制、数据传送和电梯调度4个部分。主程序流程图如图2所示。

在入库过程中, 不仅有料筐的移动, 还伴随着数据的转移、更新。由于输送过程中有许多步存在相似的情形, 所以这部分程序采取标准化编写。一、二楼的动作流程如图3所示 (红色箭头代表料筐的移动) 。

地面输送控制系统有数台步进电机, 工作速度要精准。这就需要使用变频器, 首先要对变频器进行初始化, 把变频器的控制字与初始频率存在数据块DB6中;由于启动变频器时要有个上升沿, 所以初始化时最低位要为0。初始化如图4所示。

PZD任务报文的第一个字是变频器的控制字, 启动变频器时, 只要把最低位的0改成1, 根据低位高字节, 所以启动变频器U56.70.0时, 只要将DB6.DBX5.0置1, U56.70.0变频器就启动。如图5所示。

PZD的应答报文反馈给PLC, 包括状态字与变频器的实际输出频率, 把反馈回来的结果通过Profibus存于数据块DB6中。以下是主程序中变频器的反馈值代码如图6所示。

把控制字和初始频率输送给变频器, 把初始化时存储在数据DB6中的控制字和初始频率装载到累加器1中, 并把累加器1中的控制字和初始频率通过Profibus输送给变频器。如图7所示。

在入库动作执行的过程之中, 也伴随着其位置信息的改变, 以及料筐编码、目的信息等数据的向下传输。此部分程序的第一步是先在满足一定条件下, 进行位置定位;而当位置发生改变时, 在满足条件的情况下就要进行向新位置的数据更新及其源数据的删除。

智能仓库一共有3层, 需要用到5个电梯分别是1-5号。电梯本身已经具有完善的控制系统, 但是需要用S7-315型PLC进行调度, 使之与整个仓储系统进行通讯整合。以电梯1的部分指令为例, 通过电梯的各类开关及其传感器来判断电梯的工作状态如图8所示。

通过更新DBX40.0-56.0的数据来控制电梯的具体运行, 其中还应包括各种互锁保护及其警报。

本文主要进行基于西门子PLC智能仓储系统的控制程序设计, 具体包含:控制系统的主要硬件设备组成和智能仓储系统软件设计。该系统具有很高的空间利用率, 便于形成先进的物流系统, 可提高企业生产管理水平, 减轻劳动强度, 提高生产效率, 减少库存资金积压。