根据国际自动化仓库会议(International Conference on Automatic Warehouse)的定义,所谓自动化立体仓库(Automated High-rise Warehouse)就是采用几层、十几层乃至几十层的高层货架存放货物,以巷道堆垛起重机为主、并结合入出库周边机械设备来进行作业的一种仓库。由于这类仓库能充分的利用空间来储存货物,故常形象地将其称为自动化立体仓库。

自动化立体仓库的形式主要分为整体式仓库(Building type:Building in rack supported)和分离式仓库(Unit type:Building is freestanding front rack structure)两个基本的类型。自动化立体仓库起始于整体式仓库。它由货架项部支撑建筑屋架,在货架边侧安装墙围,货架与建筑物成为一个整体。其主要特点是建筑费用较低,抗震性强,尤其适用于建设15米以上的大中型自动化立体仓库。整体式仓库具有技术水平高、投资大和建设周期长等问题,适用于大型企业和流通中心.相反,分离式仓库的货架结构自成一个单元,与建筑无关,呈独立、分离状态,适用于车间存储仓库、旧仓库技术改造革新和中小型自动化立体仓库。

本次设计的是中小型分离式自动化立体仓库,其基本系统主要有六个组成部分:主要由控制面板、PLC控制器、仓库货架、仓储机械设备、电源模块和光电传感器等组成。

操作人员通过控制面板,对自动化立体仓库输入操作命令,比如将货物送到某一仓位,控制面板将这一命令传送给PLC控制装置,PLC控制装置会首先去接受来自仓库光电传感器模块的反馈检测信息,如果该仓位没有货物占据位置,则PLC控制装置接收到这一检测信息后将会调用送货命令的相应子程序并执行,以此来驱动仓储机械设备把货物运送到合适的仓位,完成送货的任务。根据各个模块的功能,合理排列模块之间的位置,设计了一个微型自动化立体仓库的整体结构。

控制面板作为自动化立体仓库系统的人机接口部件,是操作人员操控立体仓库系统的平台。主要设有系统起停按钮区、功能键盘输入区、仓位号显示区和状态指示区。面板中间的绿色按钮为启动按钮,红色按钮为停止按钮,启动后操作人员可以通过控制面板上的键盘将具体操作信号和指定的仓位号传送给PLC控制器,PLC控制器通过综合判断,将是否响应、如何响应的信息传送给其他模块,从而控制物品的取或送操作。同时面板上仓位号显示区的七段共阴极数码管可以把当前进行操作的仓位的标号显示出来,三个黄色状态指示灯可以显示系统此时处于“取货”、“送货”或是“操作错误”的状态。

目前的仓库货架具有多种功能,以满足机械化和自动化的要求。自动化立体仓库使用高层货架存储货物,货架被分成若干排,每排货架为一组,其间留有一条巷道供堆垛机或其他存取货物装备作业。每排货架又分若干行和列,形成大量仓库货位,用以存储货物。为了提高货物出入库效率,自动化立体仓库一般使用货箱或托盘盛放货物,以便于堆垛机货叉的插取和存放。此次自动化立体仓库系统采用3*3+1微型仓库货架进行模拟设计,其中0仓位为原始仓位,设有原始0号仓位检测限位开关,不涉及货物存放,只是堆垛机的起始停放处。

自动化立体仓库的仓储机械设备主要是巷道堆垛机,巷道堆垛机也是整个自动化立体仓库系统的核心设备,其主要用途是在高层货架的巷道内来回穿梭运行,将位于巷道口的货物存放入指定仓位中,或者将货物取出运送到巷道口。

巷道堆垛机按结构分为:单立柱型堆垛机、双立柱型堆垛机、梯形立柱堆垛机;按运行轨迹分为:直线运行型堆垛机、曲线运行型堆垛机;本次设计的自动化立体仓库系统按照具体设计功能要求,采用直线运行型、单立柱型有轨巷道堆垛机作为自动化立体仓库的核心运输设备。它主要由机架(天轨、地轨、立柱、底架)、水平走行机构、竖直升降机构、载货台、货叉及电气控制系统构成。

巷道堆垛机结构中走行驱动和升降驱动分别由两台步进电机进行控制,货叉的取放货物操作则由一台直流电机进行控制。

该自动化立体仓库设计中需要步进电动机电压低、电流小、有定位转矩和使用螺栓机构的定位装置,故确定步进电动机采用2相8拍混合式步进电机,其主要特点是:体积小,具有较高的起动和运行频率,有定位转矩等优点;在进行步进电动机的品种选择时,综合考虑速比i、轴向力F、负载转矩、额定转矩和运行频率,确定步进电机型号为:42BYGHl01。

经过性能与经济性的综合比较,采用了日本欧姆龙OMRON型号EE-SY672光电传感器作货物检测,它是欧姆龙自动化(中国)有限公司的反射型、立式产品,其内置可进行灵敏度调节的旋钮;入光指示灯明亮,便于进行动作确认;内置专用IC,最大可直接开关100mA,设计紧凑;电源电压范围宽达DC5～24V;便于驱动各种IC、继电器以及连接PLC。

在自动化立体仓库中,为了与货物检测相关PLC信号的准确输入,分别对应于9个仓库货架采用9个光电传感器作为货物检测,当有光电传感器检测到货物时相应信号传递到PLC控制器中,其信号对应PLC的输入点是X16-X26。

设备用电要求,电源模块需要提供低压直流电,要想从220V市电变换成直流电,应先将电网220V交流电通过变压器降压变压成36V低压交流电,再经过桥式整流电路变成脉动的直流电,后用滤波电路滤除脉动直流电中的交流成分后才能得到直流电,最终经稳压输出电路获得高质量的直流电供给自动化立体仓库系统中需要供电的设备。

根据配置要求并结合实际情况,本次设计的自动化立体仓库系统其输入点数为30点、输出点数为18点,所以选择晶体管输出型三菱系列PLC FX2N-64MT,32点输入,32点晶体管输出,基本单元内置2轴独立最高20kHz定位功能脉冲输出,限于Y0或Y1。

1、PLC输入输出I/O口分配

PLC与电气回路的接口,是通过输入输出部分(I/O)完成的。I/O模块集成了PLC的I/O电路,其输入暂存器反映输入信号状态,输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统,输出模块相反。I/O分为开关量输入、开关量输出、模拟量输入、模拟量输出等模块。

根据任务书对自动化立体仓库的输入输出控制要求,得出如下PLC输入输出I/O口分配表1:

自动化立体仓库系统的PLC程序是软件编程设计的主体部分,控制程序是整个系统工作的核心,程序的处理方法直接决定了自动化立体仓库系统的工作方式和操作性能,因此软件程序在此自动化立体仓库系统的的设计中至关重要。

本自动化立体仓库的控制系统具有清晰的界面,且软硬件功能都非常齐全,所以其能够在控制系统上呈现出操作维护方便的特点,并不需要大家在使用仓库的时候在控制系统的使用上花费太多精力;智能化程度高,能够实现自动盘库,有效避免繁重的人工盘库工作,并不需要大家在仓储工作当中像传统的那样有很高人工工作强度要求;控制方便精准,具体的操作比较简单。综上,基于PLC的自动化立体仓库控制系统设计,存取自动化,控制易于扩展和升级。而且,大型或者超大型的自动化立体仓库会存在很大的浪费,自动化立体仓库的小型化将是发展趋势之一。

表1 PLC输入输出端口分配 导出到EXCEL