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    自动化立体仓库控制与管理系统的实现

      信息来源:   发布时间:2021-10-14  点击数:

    0引言

    自动化立体仓库作为当代企业物流仓储的重要组成部分,是集当代仓储技术、通信技术、自动化控制技术、计算机管理技术于一体的产物,能够提高作业效率、降低物料存储成本、提高企业管理水平,从而提高经济效益。 零部件自动化立体仓库主要存放生产车间半成品物料、成品物料、标准配件等。 自动化立体仓库控制与管理系统能够实现物料的自动出入库、物料信息存储及管理,并与ERP系统相连接,从而实现集团对各公司物料的统一管理与调配,提高了对仓库物料管理的自动化水平。 本文介绍零部件仓库控制与管理系统优化设计与实现方法。

    1系统结构

    零部件自动化立体仓库控制与管理系统主要由堆垛机控制系统、 输送机控制系统、 仓库管理系统(WMS)、监控系统组成。 上位机WMS对整个库房的物料信息进行存储和管理并形成可视化界面,WMS与ERP通过以太网连接, 将接收到的ERP下发的任务经过二次分配后发送给PLC控制系统去执行。 采用PLC控制堆垛机系统和输送系统的自动运行,实现堆垛机的精准定位、 物料的自动存取。 输送机PLC S7 317-2DP作为系统主站,堆垛机PLC S7 314C-2DP为从站,主从站之间采用Prifibus-DP接口连接,通过红外通信器DDLS 200实现主从站之间数据通信。 每台堆垛机、 输送系统分别配置本地触摸屏实现进行联机、本机、手动三级控制。 监控系统显示堆垛机、输送机等设备的通信状态、运行参数,并以视频的形式展示载货台的实时动作情况,使用户可远程了解设备的实时运行情况。 系统结构如图1所示。

    图1系统结构

    图1系统结构   下载原图


    2控制系统设计

    堆垛机是自动化立体仓库的核心设备, 通过在X、Y、Z轴的三维精准定位及其工艺程序,实现自动存取物料的功能;主要由行走、升降、货叉三个驱动机构外加安全检测元件完成作业要求。走行/升降采用双闭环矢量控制方式。

    2.1双闭环控制实现堆垛机定位

    PLC通过通信接口将位置设定值输入IMC卡, IMC卡通过运算将速度值传入变频器,变频器将其同编码器的反馈转数作比较,调整输出的大小来控制电机的实际速度; IMC卡将条码扫描仪(激光测距仪)反馈的位移值和PLC设定值比较, 控制电机的启停位置,实现双闭环矢量控制。

    2.1.1行走回路

    走行回路采用SEW电机作拖动, 利用施耐德ATV71变频器和编码器来实现速度环控制。 变频器配有DP接口卡、 编码器接口卡、SSI接口,DP接口连入PLC,通过编码器接口卡采集编码器数值,通过SSI接口连接条码扫描仪以采集水平行走方向实时位移。

    2.1.2升降回路

    堆垛机载货台在工艺过程中是频繁上下移动设备,安装有大量的安全检测传感器,传统设计中,这些传感器电信号通过多芯扁电缆直接连接至堆垛机控制柜PLC模块,载货台在上下移动的过程中,扁电缆易受损,一旦损坏,不易维修。 在本系统中,载货台所有检测元件通过西门子ET200S分站采集信号, 并选用超柔通信电缆与PLC连接,既减少了接线又增强了系统的稳定性,同时便于维护。

    2.2堆垛机控制系统主要检测元件

    在自动化立体仓库中,对物料的外形检测非常重要,包括高度、宽度、坍塌等,凡是超出尺寸的货物,都不能入库,以免造成碰撞事故。 传统设计中外形检测采用对射型光电开关,在设备调试和运行中发现,光电开关在此处使用,存在一定局限性和弊端,致使设备运行时超高、超宽、歪斜等故障率高。 本系统中采用倍加福LGS28光栅作为物料外形尺寸检测元件,在需要检测的截面两边,分别安装光栅的发射和接收端,并设置报警值,若货物轮廓超出截面,系统报警。

    3系统软件设计

    3.1仓库管理系统软件WMS

    WMS可对库房所有物料信息进行存储和管理, 接收到ERP下发的出、入库任务后,将任务经过二次重组或分解后下发给PLC控制系统去执行。 该系统WMS基于VC ++6.0 MFC工程开发,WMS通过OPC协议与PLC通信,实现上下位数据交互,实现系统用户权限管理、系统安全报警及库存预警管理、物料自动出入库管理、物料自动盘点管理、自动分配货位、物料信息存储、报表输出、调试模式操作数据记录等功能。

    自动分配货位程序首先将入库的物料信息和库存物料信息对比,进行同类查询,若有相同物料已在库中,且存放托盘未装满,则分配该托盘货位给目标货位,直到此托盘装满为止;否则,按设定规则(物料存放区域、上轻下重、先入先出、同物异道等)分配新货位。 程序如下:



    3.2 PLC程序开发

    系统中, 输送系统PLC作为主站,4个堆垛机PLC作为从站,通过扩展通信模块CP342-5进行网络Profibus-DP组态,实现主从站实时数据交互。 堆垛机PLC将ET200S和有总线接口的第三方设备通过总线连接。 采用模块化编程,按照功能划分,将程序编写在不同的功能块中,FB1为水平运行程序,FB2为升降运行程序,FB3为货叉运行程序,FC5为单机自动控制, FC6为联机自动,FC8为报警模块,设备运行时按照工艺顺序调用即可。

    3.3触摸屏画面

    触摸屏画面主要是为本地脱机操作设计,若上位机系统故障,可以在本地触摸屏进行仓库物料的出入库操作,有手动、半自动、自动、调试四种操作模式。 触摸屏可显示堆垛机当前排、列、层实时位置,取/放货目标位置,堆垛机执行任务的阶段(如取货途中),以及堆垛机主要设备的状态及报警情况等。

    4物料入库工艺流程

    物料入库流程的设计思路如图2所示。

    图2入库工艺流程

    图2入库工艺流程   下载原图


    5结语

    PLC程序、WMS程序已经通过了实际设备测试, 运行良好。

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