立体式仓库是近年来国际上迅速发展起来的一种新型仓储设施, 一般是指采用几层、十几层乃至几十层高的货架储存单元货物, 在不直接进行人工干预的情况下, 用相应的货物搬运设备-机械手进行货物入库和出库作业的仓库。这类仓库的主要特征之一就是能在无人干预的情况下进行货物入库和出库的存放操作, 充分利用空间储存货物, 可以提高土地的利用率, 减轻仓库管理人员的劳动强度。本系统由上位机和下位机组成, 上位机利用触摸屏组态技术开发立体式仓库管理平台, 下位机采用PLC控制技术控制搬运设备-机械手, 实现对立体式仓库中每个仓位存放的货物进行入库和出库的取放操作。本系统的研制, 增加了立体式仓库管理的技术含量, 提高了立体式仓库的管理水平。该系统的应用和推广将产生良好的经济效益和社会效益。

基于触摸屏组态技术的立体式仓库管理系统的组成, 包括硬件系统和软件系统。针对本系统组成的特点, 分别进行硬件系统设计和软件系统设计。

本系统的硬件由立体式仓库、货物搬运设备-机械手、下位机和上位机等组成, 系统框图如图1所示。

图1 系统框图   下载原图

上位机选用西门子公司的TP177B PN/DP-6CSTN触摸屏做人机交互界面, 采用触摸屏对货物搬运设备的机械手发布命令, 对立体式仓库入库和出库的物品进行取放操作, 实现立体式仓库的控制和管理。

下位机选用西门子公司的S7-300系列PLC作为立体式仓库货物搬运设备-机械手的控制核心, 选择开关量输入/输出模块、通信模块、CPU模块及电源模块, PLC的开关量输入/输出点数、内存容量、通信功能等完全能够满足本系统的控制要求。

下位机与上位机、下位机与机械手之间的信号通信方式这里采用MPI通信。

机械手是货物搬运设备, 由四个运动机构组成, 上升下降机构可以实现列 (Y坐标) 的移动;左右机构可以实现行 (X坐标) 的移动;伸缩机构可以实现机械手伸出与缩回的动作;夹紧放松机构可以实现对货物取和放的操作。机械手与PLC连接见表1所示。

表1 机械手与PLC连接表     下载原表

本系统的软件系统包括上位机触摸屏的管理程序和下位机PLC的控制程序。

上位机的触摸屏采用西门子公司的触摸屏组态技术软件Win CC flexible 2008 SP3设计开发本系统的管理平台, 利用触摸屏组态软件提供的面向对象的编程功能, 设计友好的人机界面〔1〕。用户可以根据提示, 方便地进行取货和存货的操作。还可以监视系统的状态, 对立体式仓库进行管理, 系统具有良好的开放性、灵活性和扩展性。

系统的管理平台分为两个页面, 一个是管理系统的封面, 另一个是管理系统主页面。当系统通电后, 触摸屏显示系统的封面, 封面上有“开始”按钮和“复位”按钮。触摸“开始”按钮系统进入管理系统的主页面;触摸复位按钮系统退出工作状态。系统的主页面分两个区域, 一是货位选择区, 有文字的提示信息, 还有货位的行 (X坐标) 和列 (Y坐标) 输入框;二是货位取物放物操作区, 包括“取物”按钮、“放物”按钮、“停止”按钮及“返回”按钮。可以对入库和出库的货位进行放物和取物的操作。如图2所示。

图2 管理系统主页面   下载原图

下位机采用西门子公司的S7300 PLC, 选用STP7编程软件编制和调试程序〔2〕。控制货物搬运设备-机械手, 一是实现控制机械手夹紧或放松货物;二是控制机械手实现上下左右移动, 准确移动到指定的货位处, 伸出和缩回机械手, 夹紧和放松操作, 实现货物的入库和出库的取放操作。下位机的控制程序略。

基于触摸屏组态技术的立体式仓库管理系统的调试, 将上位机和下位机连接好后通电, 触摸屏上显示控制本系统的封面, 用手触摸“开始”按钮, 进入管理系统的主画面, 根据界面的提示, 输入行和列, 可以进行取和放的操作, 例如, 入库货物要将货物放到指定的货位处, 进行放货物操作, 调试步骤如下:⑴输入预放货物的货位的行号 (X坐标) 和列坐标号 (Y) ;⑵触摸“放物”按钮, 机械手将准备平台上的货物夹紧;⑶机械手行走到选定货位的行X和列Y处;⑷机械手伸出到选定货位;⑸机械手放松, 货物放置到位;⑹机械手缩回并返回到准备台。又如, 出库货物要将指定的货位处的货物取出放在准备台上, 进行取货物操作, 调试步骤如下:⑴输入预取货物所在货位的行号 (X) 和列号 (Y) ;⑵触摸“取物”按钮, 机械手从准备台行走到选定货位的行X和列Y处;⑶机械手伸出到选定货位;⑷将选定货位上的货物夹紧;⑸机械手缩回并返回到准备台, ⑹机械手放松将货物放置到准备台上。

应用触摸屏组态技术对PLC控制的立体式仓库进行管理, 可以提高立体仓库的利用率, 降低仓库管理人员的劳动强度, 提高工作效率, 降低了管理的成本, 本系统操作简单方便, 系统界面友好, 实用性强, 易于推广。对于本系统功能还可以进行扩展, 进一步方便用户使用。