随着现代化生产规模的不断扩大和深化, 立体化仓库的出现与升级已成为必然趋势[1,2]. 本文设计的是一套可实现分类存储的立体仓库控制系统, 主要用于实验教学. 将PLC应用技术与组态软件相结合[3,4], 不仅能够完成计算机与PLC之间实时监视及控制参数的传递, 而且极大地提高了立体仓库的自动管理水平. 系统经过现场调试, 达到了预定的设计要求.

图1 系统原理框图  下载原图

系统原理框图如图1 所示. 该系统包括上位机、操作按钮、PLC控制模块、步进驱动模块、工件推出模块和立体仓库组成. 系统设有上位机组态自动控制和按钮单步运行控制两种控制模式. 一方面通过PLC控制步进驱动模块实现横向和纵向的定位移动, 另一方面通过PLC控制工件推出模块来实现抓取与存放工件.

系统硬件主要由步进驱动模块、PLC控制模块及工件推出模块组成.

步进驱动模块由步进电机、驱动器、减速器、同步带、滚动导轨及滚珠丝杆组成. 步进电机可以将电脉冲信号转变为角位移或线位移, 以达到精确定位的作用[5,6].

( 1) 选用同步带作为横向移动的传动件, 通过步进电机联接减速器带动同步带, 实现在滚动导轨上横向移动.

( 2) 选用滚珠丝杠作为纵向移动的传动件, 实现沿导向杆纵向移动.

另外, 为了防止过冲而产生机械物理损伤, 系统在模块的极限位置装设了碰撞保护开关, 起到了硬限位的作用.

工件推出模块主要由气缸、气爪以及电磁阀组成[7]. 其中, 回转气缸可带动双轴气缸、气爪和工件进行90°转动, 将工件转动到立体仓库前准备存放. 双轴气缸因具有推力大、导向性好, 可推动气爪, 将工件准确放入立体仓库中. 气爪用于抓取和释放工件. 电磁阀是用来控制流体的方向的自动化基础元件, 属于执行件[8]. 系统中选用的回转气缸、双轴气缸和气爪都需要用到电磁阀来控制.

工件推出模块采用气动控制, 原理图如图2 所示.

图2 系统气动控制原理图  下载原图

根据设计要求, 通过对系统动作分析, 系统需要有15 个输入, 12 个输出, 所以可选用小型PLC.系统选用西门子S7 - 200CPU224 型PLC外加EM223 扩展模块, 这种型号的PLC具有反应快, 可扩展, 价格便宜的优点.

PLC接线如图3 所示.

图3 系统PLC接线图  下载原图

根据所选PLC的性能及参数, 设计系统I/O端口分配见表1.

    下载原表

系统自动运行流程图如图4 所示. 在单步运行时动作将分解成11 步来完成, 每按一次运行键执行1 步动作, 以方便老师讲解和学生试验.

图形监控界面运用于模拟实际工业现场和工控设备, 以便计算机实时监控现场和设备. 系统监控界面如图5 所示.

利用组态软件和PLC进行通信可以监控PLC的各个I/O端口, 对PLC内部的中间继电器M和数据寄存器V进行读写, 达到上位机利用组态软件对设备进行实时控制, 为此要在组态软件中对相关变量进行设置[9,10]. 具体设置如图6 所示. 变量在组态中的作用是控制画面, 使得画面在满足条件的情况下保持与机器实际动作的统一.

图4 自动运行程序流程图  下载原图

图5 系统监控界面  下载原图

动画连接是指在界面上的图形对象与数据库的数据变量之间建立一种关系, 当变量的值改变时, 在画面上以图形对象的动画效果表示出来, 或者通过图形对象改变数据变量的值来实现图形界面与对象间的双向控制.

本系统主要用于实验教学, 也是对改善过去立体化仓库的心得尝试. 利用组态王软件实现对立体仓库的数据采集与实时监控, 界面清晰, 功能较强, 取得了很好的双向控制功能. 基于PLC设计的立体仓库实验系统, 自动化程度较高, 操作方便, 工作可靠, 达到了实验教学的要求.

图6 组态变量设置