1、-121-/2013.02/设计应用 基于西门子PLC的自动化立体仓库堆垛机控制系统设计宁夏职业技术学院 哈贵庭【摘要】 自动化立体仓库是建立在计算机管理技术、自动化控制技术和机械制造设计技术三者的基础上，它具有独立完成仓库物流作业的能力，准确的将货物运送至存取地点，并科学管理仓储信息，因而它是促进现代物流进程的关键。自动化立体仓库堆垛机控制系统主要由计算机管理系统、高层货架和堆垛机三部分组成，本文针对其结构和工作流程进行了简单的介绍，并着重讲述了各子系统的硬件、软件设计，以促进自动化立体仓库堆垛机控制系统在现代物流仓管中的运用。【关键词】 自动化立体仓库系统；西门子；PLC1.前言现代物流技
2、术和自动化技术的不断发展衍生了各种物流产品，立体仓库就是针对物流仓储常用的一种，立体仓库作为自动化技术的产品，它综合了自动控制技术与计算机管理技术，借助堆垛机对货物实现存取操作，自动化立体仓库堆垛机不仅具有存取货物的功能，它还能对货物进行分类、分拣、计数和配送等操作。自动化立体仓库主要由计算机控制系统、自动化堆垛机和高层货架三部分组成，多个功能子系统共同构成了物流仓储的信息系统。随着客户对物流信息化要求增高，切实掌握仓储情况及时更新仓储信息成了现代物流信息化的重要因素，为了提高物流信息的可靠性和实时性，我们必须保证立体仓库系统具有正常作业和信息统计功能。除此之外还需提高立体仓库系统的柔性化，在
3、系统中融入条形码扫描技术和射频计数等采集货物信息的技术，以满足现代物流自动化需求。2.自动化立体仓库系统设计从图1可看出自动化立体仓库主要包括计算机控制系统、自动存取设备和高层货架三个部分，另外它还具有整合子系统收集整理信息等功能。自动化立体仓库由多个环节综合而成，在多方面因素的相互作用下其过程相对复杂，因而构建自动化立体仓库，首先需了解各个组成部分的特性和相互作用。计算机控制系统即人机交互界面，通过它操作人员可对立体仓库的运作进行控制和监视，另外货物存储和物流作业安排都是由控制系统负责；高层货架与传统的货架区别在于利用货物的层叠扩展和延伸储存空间，科学有序的安置不仅使得货物分类明确，同时也降
4、低了管理难度；自动存取设备是执行任务的主要工具，作为仓储作业的主要劳动力，它决定了物流仓储的工作效率，提高立体仓库运行效率的关键就在此。如图1所示为自动化立体仓库系统构成图。自动化立体仓库与周边设备的位置呈星形拓朴模式，自动化立体仓库系统主要由堆垛机工控系统、计算机上位机WMS软件系统、转轨车工控系统、地面主柜工控系统和AGV工控子系统五部分组成。WMS是自动化立体仓库管理系统的软件，该系统属于常见的数据库应用软件系统。由于该软件是按照标准化设计的，因而在货物控制和管理中具有很强的相似性，因此可将它作为企业ERP系统的一个子模块，主要负责两者的数据交汇。相对应用系统而言，针对不同的项目堆垛机的
5、设置需严格按照要求定制，对工控系统而言除了在功率配置上有所不同外，其它工作模式基本类似，因此，采用标准化的软件就可进行设计开发。转轨车的工作原理更加简单，它只需按照设定轨道将货物运行到制定地点，AGV工控系统从上位机上接受任务指令后，负责对货物进行装卸3.堆垛机工控系统硬件设计如图3所示堆垛机工控系统包括了计算机控制平台、地面主柜控制系统以及堆垛机控制系统三个部分。堆垛机控制系统本身具有输入输出数字端口(I/0)模块，它主要由三个驱动部分、激光定位单元和保护功能传感器共同组成，通过端口与PLC相连接，接收堆垛机PLC控制器的指令并执行任务。操作人员只需在堆垛机提供的手动控制按钮端口处输入指令，
6、即可实现手动模式。如图2所示为堆垛机工控系统结构框图。堆垛机工控系统模块配置包括输入地址、输出地址、订货号、固件、MPI地址等信息，其中MPI地址号主要是针对在线调试通讯。另外该系统使用的西门子PLC本身自带现场总线通讯功能，针对不同方向的电机变频器及激光定位装置提供通讯，Profibus总线连接配置需与从机号相对应，保证主机与从机之间的正常通讯。如图3所示为堆垛机工控系统模块配置。地面主柜控制系统的主控单元采用的是西门子PLCCPU315-ZDP，数据交互则是通过CP343-1Lean无线通讯模块实现计算机主控系统与堆垛机之间的通讯。根据仓储需求地面主柜控制系统需具备液晶显示和操控按钮输入两
7、项功能，通过在线操作实现立体仓库的半自动功。CP343-1Lean无线通讯模块与TCP/IP局域网连接后，操作人员可布置相应的任务，数据通过PC机可直接进行交换，计算机管理系统图1 自动化立体仓库系统构成图-122- /2013.02/设计应用根据数据引导便可下达相应的指令，由堆垛机执行命令完成任务。4.堆垛机工控系统软件设计堆垛机工控系统是由堆垛机控制系统、地面主柜控制系统和计算机上位机软件三部分实现立体仓库的自动化，前两者是建立在PLC基础上，主要针对西门子PLC集成第七步设立的开发环境；后者则是通过visua1C+实现环境开发的，Visualstudio6.0是该软件的主要开发环境。4.
8、1 堆垛机控制系统软件设计借助PLC堆垛机控制系统可实现其功能，按照程序标准在第七步集成开发环境下对功能模块进行设计，由堆垛机控制系统控制的五个子模块分别具有入库功能、出库功能、转弯功能、通讯功能和保护功能，而堆垛机控制系统则是各子模块的控制中心，同时负责对数据进行发送与监听、功能请求与判断、数据实时捕捉、激光数据定位以及采集传感器信号等工作。如图4所示为堆垛机控制系统软件框图。入库功能模块根据接收到的指令将货物从卸货点运送到指定货架的某个位置，它的云次运行流程为移动到制定货源位置、升出货叉、载货台微升、收回货叉、移动到高层货架制指定位置、升出货叉、载货台微降、收回货叉。其中货源图3 堆垛机工
9、控系统模块配置图4 堆垛机控制系统软件框图图2 堆垛机工控系统结构框图位置和高层货架位置是用坐标表示的，x代表平行货架的行号，Y代表位于固定轨道方向的货架列号，Z代表纵向位置即货架高度，用坐标的方式表示可将货物准确的送至指定位置。当操作过程中没有无转轨车，堆垛机执行任务的运动轨道转变为圆弧形，当堆垛机运行速度过快时就可能出现侧翻现象，且运行速度过快对轨道早成的磨损也就越大。当堆垛机从一条巷道进入另一条巷道，货叉方向发生了左右置换，此时还需要考虑堆垛机存取货物时所在行道，需要用奇数偶数的方法来判断货叉方向是否发生了左右置换。堆垛机转弯动作：接收入库指令后起动运行直至转弯点，降低运行速度准备转弯，
10、由于激光定位装置无法定位转弯位置，因此无法获取相应的定位信息，当堆垛机运行到水平位置，激光定位装置恢复定位功能，获取对应的定位信息，设置左右货叉方向到达新巷道目标地址，这就是转弯的整个过程。4.2 地面柜台控制系统软件设计地面主柜控制系统主要负责堆垛机的半自动作业过程，在控制盘键盘上输入作业指令使堆垛机开始作业，通过地面柜台的控制盘显示设备对堆垛机运行状态信息进行查看和监督，该控制系统可对堆垛机实行在线调试，另外当上位机出现通讯失灵现象时还可通过手动调度协助堆垛机完成作业。地面主柜控制系统主要由PLC主控制单元、输入输出I/O接口、无线数据模块和LCD显示模块四部分组成。4.3 上位机软件系统
11、设计自动化立体仓库是自动化技术与计算机技术两者的综合产品，在现代物流中采用自动化立体仓库不仅降低了仓储成本，还提高了仓储管理效率，上位机软件的规范性和通用性是自动化立体仓库的有效保证。计算机上位机软件在自动化立体仓库的管理中具有以下功能：货物在库管理、货物调整货位管理、入库出库管理、远程监控堆垛机的运行状态、录入和查询货单、对地面主柜工作状态进行远程控制、打印库存物流信息。5.结语本文针对自动化立体仓库堆垛机控制系统进行了设计和研究，提出了基于西门子PLC的自动化立体仓库堆垛机控制系统设计，该设计不仅包含了堆垛机坐标运行设置，还包括地面主柜控制系统软件的-123-/2013.02/设计应用 实
12、现与计算机端上位机管理信息系统的实现。堆垛机是自动化立体仓库执行任务的主要器械，同时也是仓库搬运的主要劳动力，它的运行受到了地面主柜控制系统和上位机管理信息系统的共同作用。对于控制系统设计而言，PLC控制器和外围扩展设备都是有各种功能模块组成，只需通过编程就可实现模块功能，唯一需要考虑的是它们之间的相互兼容性，因此需根据子系统的功能要求进行编程，明确模块化思想。参考文献1尤晓玲,陈宏希,张治军,段晓燕.PLC在堆垛机控制系统中的应用J.兰州石化职业技术学院学报,2010, 10(1):30-32.2周晓光,付莹.基于PC-BASE PLC的自动化立体仓库堆垛机控制系统设计J.起重运输机械,20
13、06(2):37-39.3徐菱,劳扬健,王金诺.基于PLC的堆垛机控制系统设计J.组合机床与自动化加工技术,2005(1):72-73,75.4田峰,韩绍军.PLC在堆垛机控制系统中的应用J.国内外机电一体化技术,2001,4(2):50-52.作者简介 ：哈贵庭（1961），男，回族，宁夏灵武人，大学本科，宁夏职业技术学院教授，主要研究方向：计算机网络、计算机过程控制。浅谈一款新型地铁排流柜的设计西安市地下铁道有限责任公司 路春莲【摘要】 地铁排流柜作为地铁杂散电流腐蚀防护系统中的一款重要设备，其控制方式的不同会得到不同的防腐蚀效果，本文将一款新型排流柜与传统排流柜控制方式进行对比，提出了新
14、型排流柜的设计方案，通过实际应用，验证该新型排流柜具有响应速度快，排流效果理想的优点。【关键词】 排流柜；杂散电流；IGBT；单片机；实时控制1.杂散电流的概念在世界各地的地铁中，普遍采用直流电作为地铁车辆的电源，且大多数采用走行钢轨作为牵引电流的回流通道。随着地铁运行时间的延长，车辆与钢轨之间摩擦产生的金属粉尘在地下潮湿环境的作用下，使钢轨与大地之间的绝缘电阻不断减小，致使一部分牵引回流电流流向大地形成杂散电流（也称“迷流”）。杂散电流在流经地下金属结构时会产生电化学腐蚀，尤其对地铁沿线的输油管道、煤气管道、自来水管道及沿线建筑物结构钢等危害极大。1目前对杂散电流的防护一般采取“以防为主、以
15、排为辅”的防护措施。“以防为主”，即首先应从源头着手，尽量减少杂散电流泄露，这要求设置合理的牵引供电系统并加强走行轨对地绝缘，在轨道与轨枕之间进行绝缘，即在轨道与混凝土之间、扣件与混凝土轨枕之间采取绝缘措施，以减少钢轨的泄漏电流；同时要加强可能被腐蚀的管道、结构钢筋等的腐蚀防护，这样做在地铁运行初期可收到良好的效果。所谓“排”即是排流法，在道床内铺设钢筋网并进行电气连接，使之构成道床钢筋收集网。新建地铁大都将各段道床的结构钢筋焊成一个电气整体，称之为道床排流网（主排流网），把隧道壁的结构钢筋焊结成电气整体，称侧壁排流网（辅助排流网），并将各段排流网通过电缆相连，使道床和侧壁内形成低电阻杂散电流
16、通道，2使该电流通过排流柜装置回流至牵引变电所整流器负极，避免泄漏到地下造成危害。2.地铁排流柜简介排流柜是组成地铁杂散电流腐蚀防护系统的一个重要的设备，通常安装在牵引变电所内，电气连接于排流网与负极柜之间。排流网收集的杂散电流通过排流柜的极性排流，使其回到整流器负极，防止从钢轨泄露到排流网的杂散电流进一步扩散，造成更大范围的危害。将泄露的杂散电流通过二极管单向回流至直流供电系统的整流器负极。从而实现对地铁本身以及沿线建筑物、管道等金属结构的有效保护。该设备也可应用于其他直流供电领域，可有效防止直流电流外泄造成的电化学腐蚀的危害。一般地下牵引变电所设置的排流柜包括四个排流支路和一个接地支路，四
17、个排流支路包括上、下行道床排流支路和上、下行侧壁排流支路。四个排流支路的输入端分别与上、下行道床排流网引出端子和上、下行侧壁排流网引出端子连接，接地支路输入端与变电所综合接地端子连接，各支路杂散电流通过各支路设置的整流二极管进行极性排流，在排流柜内各支路杂散电流汇集到一个汇流母排上，再通过电缆将汇流母排与负极柜连接，使杂散电流最终回到整流器负极。除整流二极管外，排流柜内主回路一般还包括直流快速熔断器、支路投切开关、限流电阻箱、压敏电阻，二次回路一般包括检测电流用到的霍尔电流传感器或分流器，检测电压用到的电压传感器或电压变送器，具有数据处理、故障诊断和通信功能的智能控制器及面板表计、指示灯和控制
18、按钮等。3.排流柜的分类3.1 手动型排流柜采用负荷开关作为投切排流回路的开关，在需要投切回路时需人为现场操作，不具备排流电流进行实时控制功能。3.2 电动型排流柜采用接触器或带电动操作机构的断路器作为控制部件，可实现远程控制操作，与手动负荷开关型相比，减少了人为现场的操作，但同样不具备排流电流的实时控制功能。3.3 IGBT开关量控制型排流柜采用新型电力电子器件IGBT(绝缘栅双极晶体管)作为排流柜投切的开关，达到了快速的投切的效果，也可实现远动控制，但控制方式只局限在简单的分合，与电动型排流柜在控制方式上没有本质的区别。3.4 IGBT斩波调阻型排流柜以上三种型式的排流柜中一般都设置一套或两套可变限流电阻，该电阻串联在排流回路中，根据回路中电流的大小人为换挡，调整得到不同的回路电阻值，从基于西门子PLC的自动化立体仓库堆垛机控制系统设计作者： 哈贵庭作者单位： 宁夏职业技术学院刊名： 电子世界英文刊名： Electronics World年，卷(期)： 2013(3)本文链接：http:/
