陆伟

（无锡职业技术学院，江苏 无锡214121）

基于PLC的自动立体仓库控制系统设计

陆伟

（无锡职业技术学院，江苏 无锡214121）

介绍了基于PLC的自动立体仓库控制系统设计，阐述了自动立体仓库运行原理和运行过程，分析了控制系统组成、步进电机和步进驱动器的选用、直流电机和传感器的选用以及PLC的选择及资源配置，并设计了系统软件流程图。

立体仓库；PLC；步进电机

目前自动化立体仓库得到了大规模的应用。自动化立体仓库有着仓库高层合理、存取自动、操作简便等优点。我国1973年开始研制中国第一座由计算机控制的自动化立体仓库，据粗略统计，到2010年底，我国自动化立体仓库的保有量超过1000座，基本都是为大中型企业设计。本文为小型企业设计了一个仓位为12的小型自动立体仓库。

1　自动立体仓库概述

本文设计的立体仓库是一个小型的自动化立体仓库，有一个专用的控制面板用于人机交流，系统的操作可大体分为两种：一种是手动操作；另一种是自动操作，自动操作是由PLC控制的。本系统的主要动作可分为两种：取货和送货，这两个动作也可拆开成3台电机的正反转运动，同时系统也可以进行自我检查，如果操作错误系统会自动报警。

2　自动立体仓库控制系统硬件设计

自动化立体仓库主要由货架、巷道式堆垛机、货叉和操作控制系统等几个部分组成。主体部分有货架、机械部分及电气控制部分等。PLC是电气控制的核心，拖动元件由步进电机、直流电机组成。控制系统总图如图1所示。

图1　控制系统总图

2.1步进电机

巷道式堆垛机的运动主要是水平运动和垂直运动，将堆垛机的运动拆分为水平X轴和垂直Y轴两个步进电机的运动。步进电动机的旋转是以一个设定的角度一步一步进行的，没有误差的积累，精度高，脉冲信号频率和速度成正比，速度调节范围大且稳定，性价比高在开环控制中被大量的使用。

根据计算，本系统使用了北京斯达特机电科技发展有限公司开发的2相8拍混合步进电机，如图2所示，具有转矩定位、体积小、高频率启动等优点。

图2　2相8拍步进电机原理图

2.2步进电机驱动器

步进电机驱动器把控制系统发出的脉冲信号转化为步进电机的角位移，使得步进电机的转速与脉冲信号的频率成正比。控制步进脉冲信号的频率，可以对电机精确调速；控制步进脉冲的个数，可以对电机精确定位［1］。本系统采用北京斯达特机电科技发展有限公司SH系列步进电机驱动器，型号为SH-2H057.

2.3直流电动机

立体仓库直流电机是用来拖动Z轴货叉。直流电动机起动性能好，调速范围广，调速均匀，本系统采用的是输入电压为12～24 V的直流电动机。

2.4传感器

为了判断运行前仓位中的情况，在每个仓位安装一个光电传感器。如果仓位中有货物，那么传感器将会有一个中断信号，这个信号可以转化成电信号送到PLC控制器，本设计采用日本欧姆龙公司产品OMRON EE-SPY402沟型和反射型连接器型传感器。这种传感器把发射器和接收器装入同一个装置内，在其前方装一块反光板，利用反射原理完成光电控制作用。

2.5PLC选型和资源配置

PLC是整个立体仓库控制系统的核心，有强大的功能，良好的适应能力，很高的可靠性，能满足的绝大多数场合的工业生产需求的监测和控制。立体仓库共有12个仓位，每个仓位键要配置一个输入点，每个仓位检验也要配置一个输入点，12个仓位共24点，再加上启动、急停、以及前后上下的限位共39个输入点，如表1所示。输出为21点如表1所示，所选择的I/O点应不低于60，结合实际情况，并考虑到成本，选择西门子S7-200的CPU226（DC/DC/DC）模块（输入24点，输出16点），外加二个数字量扩展模块EM223（输入16点，输出16点）［2］。

根据系统的要求，系统的I/O分配见表1所示。

表1　PLC输入输出分配表

3　自动立体仓库控制系统软件设计

系统工作流程如下：首先启动后，系统检测所有仓位是否有货；第二部选择方式为手动或者自动；自动情况下，规定12号仓位为初始位置，选择取货并按下12号仓位键，如果0号仓位（0号仓位为中转仓位）无货而12号仓位有货，系统执行取货操作，否则显示错误；如果0号仓位有货而12号仓位无货，那么系统执行送货操作，否则显示错误。流程图如图3所示。

图3　流程图

4　结束语

本设计以PLC作为控制系统的核心，PLC具有强大的控制功能，使用的PLC西门子S7-200接线简单，编程方便，易于扩展。如果需要设计更多的仓位，只需要增加硬件连接开关的输入信号，适当地添加程序语句。因此，基于PLC的自动立体仓库控制系统的设计，方便实用，易于扩展和改造。另外，大型或者超大型的自动化立体仓库有着很大的浪费，小型化是自动化立体仓库的一个发展方向。自动化立体仓库的多样性，更多的功能和更加实用的人机交流界面也是未来自动化立体仓库的发展方向。

［1］黄麟.交流调速系统及应用［M］.大连：大连理工大学出版社，2009：119-124.

［2］向晓汉.PLC应用技术实践［M］.北京：电子工业出版社，2014：32

PLC Control Automatic Stereoscopic Warehouse Design

LU Wei
（Wuxi Vocational and Technical College，Wuxi Jiangsu 214121，China）

Introduces the control system design based on PLC in the automatic stereoscopic warehouse，this paper expounds the automatic stereoscopic warehouse operation principle and operation process，analyzes the composition of control system，stepping motor and stepping drive selection，the selection of dc motor and sensors as well as the selection of PLC and the allocation of resources，and designs the system software flow chart.

Three dimensional warehouse；PLC；stepping motor

TP273

A

1672-545X（2016）07-0062-03

2016-04-22

陆伟（1973-），女，江苏常州人，硕士，副教授，从事机电一体化技术教学与研究。