近年来,互联网的快速普及与应用,使电商行业得到了迅猛的崛起,这也进一步带动了物流行业的发展,物流服务需求大幅增长。在物流行业中,智能仓库分拣系统凭借较高的分拣效率,可对工件进行连续分拣,并且误差率非常低,使智能仓库分拣系统成为物流行业中的重要设备。现阶段,我国大部分智能仓库分拣系统都是通过继电器来进行控制的,但这些系统却普遍存在故障率高、易老化、数字化程度低等问题,这也使其越来越难以满足物流服务行业的应用需求。此外,以往的继电器电路难以进行数字控制,也难以实现较为复杂的逻辑功能,再加上电路维护过于繁琐,给物流服务行业的发展造成了很大制约。因此,对现有的智能仓库分拣系统进行优化研究是具有重要现实意义的。

为了使智能仓库分拣系统在应用过程中具有更高的数据传输稳定性与可靠性,使智能仓库分拣系统能够进行安全便捷的操作,研究采用PLC,即可编程逻辑控制器作为智能仓库分拣系统的核心元件,PLC具有操作简单安全、可靠性高、功能强大、使用灵活的应用优势[1]。将西门子S7-300PLC作为智能仓库分拣系统的控制核心,以此对该系统进行相应的设计,进而实现系统优化目标。在基于PLC的智能仓库分拣系统中,需要应用到传感器技术、PLC技术以及气动技术等多种现代化技术,对智能仓库分拣系统进行优化时,必须要对该系统的控制过程有一个全面的了解,掌握系统的控制需求,并确定不同阶段应具备的转换条件,具体包括消耗功率250W、输电电压AC220V以及-5℃～40℃的温度环境。

在现代物流配送中,智能仓库分拣系统作为其核心设施,主要有四个功能模块,分别是自动提取工料模块、自动分类模块、自动检测模块以及自动存入仓库模块,其分别与智能仓库分拣系统结构中的机械部分进行对应,具体包括分拣机械手、可进行变频调整的物料输送带、货物自动出库以及传感器检测,这些部分会涉及上料功能、分类存储功能、传输功能以及其他辅助功能。上料功能,是指物料库中尚未进行分拣的物料经分拣后放置到传输带的整个阶段。该阶段流程可描述为:将智能仓库分拣系统启动,然后由光电传感器来对物料进行感应,延时2s,并利用上料气缸来推出物料,使物料在到达指定位置后落下。传输功能,是物料被上料气缸推出后需要实现的功能。当物料被上料气缸推出后,上料气缸缩回,PLC会对物料输送带的电机进行控制,由物料输送带来运输物料,在此过程中会由电感、电容等传感器进行检测,并由PLC对传感器的反馈信号进行接收,然后根据信号来对物料的具体类型进行判断,以便于为后续对物料在智能仓库中进行分类存储。分类存储功能,流程是以各类传感器对物料属性的检测结果,由PLC对物料输送带的电机进行控制,使物料输送机能够将不同属性的物料运送至指定位置后,按照物料类别进行分别存储[2]。其他辅助功能涉及启动和停止系统、系统复位以及报警功能。它的流程是在系统启动后,系统执行复位命令,以此确保料台清空,由皮带进行上料,并通过警示灯来防止人为干预,待物料全部被分类存储至智能仓库中,利用停止按钮来中断各个部位的运作,并对警示灯进行相应的设置。

基于PLC的智能仓库分拣系统可对物料进行自动分拣与姿势调整,该系统在运行过程中主要涉及故障报警、模拟现实和实时控制等。基于PLC的智能仓库分拣系统主要包括五个组成部分,分别是电源系统、数据采集卡、数据传输线路、数据处理装置以及数据输出控制设备。其中,电源系统可为智能仓库分拣系统提供电能,而数据采集卡则是借助于超声波传感器来检测物料,并按照物料类别进行分别存储。数据传输线路,可分为WiFi与RS485总线,其中RS485总线利用串口进行通信。数据处理装置,主要由电机、SDRAM、A/D模块、PLC控制器、LCD以及键盘组成,其中PLC控制器与A/D模块进行连接,以便于对数据采集模块所采集到的各种数据和信息进行接收与处理。数据输出控制设备,是由推料气缸、运料车和报警装置组成。在利用PLC控制电机启动后,电机会驱动运料车前往指定位置,并由推料气缸推出物料,通过输送带将物料运输至对应的存储位置,从而实现对物料的单次分拣。

基于PLC的智能仓库物料分拣系统在运行过程中主要分为两个部分:(1)对物料进行分类以及PLC处理,物料类别会由超声波传感器进行检测和区分,A/D模块会对超声波传感器采集的数据信息进行处理,然后反馈给PLC控制器,由PLC将信号传输至上位机中进行处理;(2)自动分拣与电机监控,智能仓库中的数据信息可通过SD RAM与LCD进行展示。

在智能仓库分拣系统中,PLC是核心所在,PLC有着较强的抗干扰能力与可靠性,适用范围广,并且维护方便。西门子S7-300PLC为智能仓库分拣系统的控制核心,具有较快的处理速度,较短的循环周期、较多的控制点,同时还可进行模块化编程,系统的CPU采用315-2DP,该CPU的容量较大,并且I/O接口包括集中式与分布式两种。在选择系统的输入与输出模块时,以SL系统的1746-IB16作为输入模块,输入模块位于首个槽内,输入信号多达20个,如分拣线对射传感器、皮带线输入开关、货架输出开关、滚筒线条扫描开关等,而输出模块为1746-OB16,位于第二个槽内,共包括16个输出信号,如分拣线阻挡器、电机等。A/D转换模块可使光电设备发出的端口中电平信号进行转换,使其成为电平输入信号,该输入信号会被控制系统接收,自身将从原有的高电平向低电平进行转换,然后发送至光电设备中进行对应的操作。该系统利用PLC控制器来对变频器进行驱动,以便于对驱动电机的运转进行控制,并由电机来带动输送带进行物料输送。PLC在控制变频器时,可利用正常启动端与高速端这两个端口来实现,如果端口电压一致,则会使电机运转,如果端口的电压不一致,则电机会中止运转。

软件设计是系统PLC控制部分的核心所在,根据智能仓库分拣系统的优化要求,需要对其限定保护、电路参数、控制方式等进行确定,并以生产设备要求为依据,对PLC控制部分进行分类设计。基于PLC的智能仓库分拣系统在运行时需要接收到相应的启动信号,当系统运行时,将其标记成“运行态”。运行态共包括三个:(1)上料气缸电磁阀在需要进行上料时,输入信号会从上料光感传感器之中产生,此时经过2s的延时后,系统会执行上料操作;(2)分拣电磁阀的动作要求;(3)机械手的旋转要求,当机械手夹紧物料时会提升至指定高度,此时旋转电磁阀进行自锁,当到达运料小车上方时会自动解锁,下降要求是物料抵达终点,降低或提升电磁阀直至物料被夹紧;(4)物料的夹紧要求是首次降低至特定位置时,气爪电磁阀会自动进行自锁,当再次到达该位置时,会自动解锁;(5)警示灯的颜色为绿色时,代表系统启动,而当警示灯的颜色为红色时,代表系统未产生启动信号,当警示灯的颜色为黄色时,表示系统在10s上料光感传感器未接收到对应的输入信号。

基于PLC的智能仓库分拣系统在对PLC控制部分进行设计时,主要包括两个模块与一个系统,也就是物料自动入库控制模块、输送带速度变频控制系统以及物料检测自动分拣模块。其中,输送带速度变频控制系统是利用变频器来对电机的电频进行调整,以此实现对电机转速的有效控制,进而使输送带速度得到控制。PLC控制部分的输出端会向变频器发送不同的运行信号,物料通过光电传感器进行信号转换,然后通过转换后的电信号来对输送带进行驱动,电机的运行频率固定时,在经过几秒以后,电机的运行频率会提升至另一个值,然后继续固定几秒,使电机的运行频率降低至某一固定值,这时点击停止按钮,电机会自动停止运转。

物料检测自动分拣模块是将分拣机械手作为物料的分拣工具,机械手会从输送带上对物料进行提取,而系统则利用各种类型的传感器来对物料进行分类,然后通过处理器对物料信息进行自动存储。当系统检测的信息出现错误时,分拣机械手会自动送回物料,然后再逆向经过传送带过程中对物料的类型进行重新检测。

物料自动入库控制模块是对物料进行分拣后,由传感器来检测物料,然后分别存储至仓库中。不过在入库过程中必须要确保其对应空层,当该层不是空层时,库会进行自动旋转,待出现空层后才会对物料进行入库。存储至仓库内的货物需要具有其对应的库属性,这样能够保证货物的入库正确。当需要在库中存储货物时,一旦库的旋转方向和层的定位相同,库会自动终止旋转,这样可防止硬件发生冲突。

基于PLC的智能仓库分拣系统可对物料进行高效的自动分拣与分类入库,能够大幅降低系统的运行成本,使生产效率与可靠性得到全面提高。经实践证明,相比于以往的基于继电器的智能仓库分拣系统,利用PLC对系统进行优化后,可使电机的启停操控变得更加方便,同时也能减少能源消耗,并且可实现对传送装置的精确控制,使电机的传动位移得到有效控制,进而使物料分拣准确率及分拣效率都得到显著提高。