随着科技的发展和时代的进步, 效率低下的传统人工搬运的仓库已经无法满足现代物流发展的需要, 因此, 自动化立体智能仓库应运而生。它是现代物料仓储系统中的重要组成部分, 直接影响着物流速度和成本, 是集信息、存储、管理于一体的机电一体化产品。与平库相比, 其占地面积大大缩小, 提高了土地资源的利用效率;运用触摸屏控制便于人机交互, 对于运行过程可以实现所见即所得, 有利于运行过程的监视;原本使用人工的搬运方式由PLC控制机械手爪来替代, 增加了整个系统的灵活性和适应性, 提高了存取的精准性及物流效率, 降低了对人工需求的依赖, 特别是特殊仓储环境中的人力资源成本[1]。

本设计中所研究的智能仓库控制系统适合一些小型外贸加工工厂或企业, 让这些企业在原料和产品管理上趋于合理, 减少仓库管理上的人工开支。系统将触摸屏、PLC、步进电机、气动手爪等和仓库系统结合起来, 实现仓库的自动化管理。控制系统整体框图如图1所示, 由触摸屏提供人机对话, PLC根据输入信号执行指令, 对步进电机、机械手爪等设备进行精确控制, 从而实现货物的自动存取。

图1 控制系统整体框图  下载原图

该系统具体控制要求:

(1) 设定仓库分四层, 一层对应一种工件, 每层三个单元, 工件可以在任一单元存取, 分手动和自动两种模式, 可以进行速度调节。

(2) 当按下上电按钮时, 复位指示灯开始闪烁。接着按下复位按钮这时两台步进电机同时转动, 回到原点位置并停止且开始指示灯闪烁。按下开始按钮就可以实现将四种不同工件进行分类存储了。

(3) 当出现突发事件时, 按下急停按钮整个系统立即停止工作。正常工作碰到突然断电时, 只要按下上电按钮就可从断开的地方继续工作。

(4) 触摸屏既要提供手动和自动方式两种不同的工作方式, 又要支持两种速度调节方式, 第一种是系统默认的高、中、低三速调节, 第二种是手动输入运行速度。

系统选用威纶TK6070ip触摸屏, 其配套软件是Easy Builder8000, 该软件可以制作动画、屏保、支持多种格式的图片, 可以导入语音、进行数学函数计算等, 同时还可以进行联网通讯和视频播放的功能。通过该软件设计自动运行、手动运行、调速控制、仓库储存信息采集、调试维修、故障诊断等功能界面。

要实现智能立体仓库的自动存取功能, 就要求机械手爪能准确到达指定的货位, 以实现货物的定位存取[2]。系统采用步进电机来进行精确定位, 通过PLC所发电脉冲数来控制电机的角位移大小, 再通过电机带动丝杠的旋转, 从而控制机械手爪移动的直线距离;通过PLC所发电脉冲的频率调节电机的转速, 从而控制机械手爪移动的速度。停机后电机绕阻仍然保持通电状态, 这时步进电机具有自锁能力, 可以防止手爪的滑动。系统选用上海四宏电机有限公司型号为86BYGH的步进电机。

系统的抓取机械手采用气动传动系统, 因为气动动作速度快, 方便, 成本低。气动原理图如图2所示。当电磁阀得电时, 气缸伸出, 可以通过右边的单向节流阀来调节气缸伸出的速度;当电磁阀失电时, 气缸退回, 可以通过左边单向节流阀来调节气缸退回的速度。

图2 气动原理图  下载原图

统计控制系统的I/O点数, 根据I/O点数及本系统的具体情况选择合适的PLC。最终系统选用FX2N-48MT的PLC。根据I/O分配情况及控制要求完成PLC外部接线如图3所示。

图3 PLC外部接线图  下载原图

GX Developer软件是三菱公司为它的PLC所编制的软件, 其功能非常强大, 可以编写梯形图、指令表、顺序功能图等, 并可以将其相互之间进行转换, 还可以进行在线监视运行情况, 如果发现程序错误, 可以在线修改后重新写入, 该软件还支持复杂的数学运算等功能, 更厉害的是它可以离线模拟仿真[3]。

该系统的PLC程序流程图如图4所示, 主要从步进电机运行程序、回初始原点程序等功能子程序着手, 逐步完善。

图4 PLC程序流程图  下载原图

电气控制系统调试流程如图5所示, 按该流程图逐步进行调试直至完成。该系统自调试运行后, 工作稳定可靠, 存取速度、精度及自动化程度大幅度提高, 工人劳动强度大幅度降低, 满足了物流发展的需要, 具有较显著的经济效益[4]。

图5 电气控制系统调试流程图  下载原图

本文所设计的智能仓库控制系统有效结合了触摸屏、PLC、步进电机等器件, 自动化程度较高, 提高了存取的速度及精度, 运行稳定可靠, 达到了控制要求。