ＰＬＣ 与 ＤＣＳPLC and DCS
《自动化技术与应用》２０１０年第２９卷第９期基于PLC的立体仓储控制系统及组态监控设计孟 雷，臧华东（苏州大学电子信息学院，江苏 苏州 ２１５１０４）
摘 要：本文主要介绍运用ＰＬＣ技术设计开发的立体仓库。系统采用松下ＦＰ０系列ＰＬＣ，结合组态王软件的远程监控，实现了计算机
的实时控制，提高了系统运行的效率及安全可靠性。
关键词：ＰＬＣ控制技术；组态软件；实时监控
中图分类号：ＴＭ５７１．６１ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００３－７２４１（２０１０）０９－００６９－０４
The Warehouse Control System and Configuration Control
Based on PLC
MENG Lei, ZANG Hua-dong
( Dept. of Electronic and Information Engineering, Suzhou University, Suzhou 215104 China )
Abstract: This paper describes the use of PLC technology in development of the warehouse. Panasonic FP0 series PLC is used in
the system, combined with configuration software remote monitoring, real-time computer control to achieve improvedefficiency and safety and reliablity of system operation.
Key words: PLC control technology; Kingview software; real-time monitormg
１ 引言自动化立体仓库是现代物流系统中迅速发展的一个重要组成部分，它具有节约用地、减轻劳动强度、消除差错、提高仓储自动化水平及管理水平、提高管理和操作人员素质、降低储运损耗、有效地减少流动资金的积压、提高物流效率等诸多优点。与厂级计算机管理信息系统联网以及与生产线紧密相连的自动化立体仓库，是当今ＣＩＭＳ（计算机集成制造系统）及ＦＭＳ（柔性制造系统）必不可少的关键环节［１］。随着现代化生产规模的不断扩大和深化，将为工业、企业带来巨大的经济效益。本文中所设计的系统利用工业控制计算机作调度、管理，完成了计算机与ＰＬＣ之间监视和控制参数的传递，提高了立体仓库的自动化管理水平。经过在现场的实际应用证明，这种管理和控制系统结构具有较高的可靠性和稳定性［２］。
２ 立体仓库PLC系统图１ 立体仓库系统框图
立体仓库主体由底盘、４层１２仓位库体、运动机械及电气控制等４部分组成，其机械部分采用滚珠丝杠、滑杠、普通丝杠等机械元件组成，采用步进电机、直流电机作为拖动元件。电气控制由松下电工的ＦＰＯ型ＰＬＣ、电动机驱动模块等组成。上述各位置传感器的通、断状态作为输入信号送入ＰＬＣ，经内部程序运算，再由输出端口的开、关量去控制电动机驱动模块，立体
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收稿日期：２０１０－０３－１８
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仓库系统框图如图１所示。
表１ 按键号定义
３ 系统硬件设计３．１ 命令键盘的设计由于ＰＬＣ控制立体仓库的车位多，再加上手动模式输入和ＰＬＣ对限位开关的信号采集，如果直接通过ＰＬＣ營／Ｏ口输入，那么需要的输入点数量较大，无疑就增大了成本。
从节省输入点数和降低成本的角度考虑，通常情况下ＰＬＣ与键盘的通信分为两种：一种是并行Ｉ／Ｏ通信；一种是串行Ｉ／Ｏ总线的通信的方式。
（１） 如果对仓位号的输入采用串行通信的方式，对所有的仓位号输入需要两根数据线，这样整个通信电路设计需要两个输入口，键盘设计为单片机控制行列式，当有按键按下，单片机根据相应的键盘号发串行通信脉冲，第一根数据线发一个高电平持续一定时间的脉冲，结束后等待一定时间，另外一根数据线发送一定周期的方波，ＰＬＣ可以根据方波数目来确定命令的目标仓库，来控制电机执行。这样设计虽在一定程度上节省了输入口，但是程序设计复杂，实现困难。
（２） 如果我们首先对仓位号进行编码，即采用并行输入的方式来发送脉冲信号。这样在一定程度上同样节省了输入口。而且程序设计相比之下容易实现。
所以从软件设计以及其他自身角度考虑，在本控制系统中命令键盘设计采用了并行通信方式。即命令键盘通过并行输入法与主控制器ＰＬＣ之间进行通信。键盘布置图如图２所示。
并行输入的具体做法为：用８／３线优先编码器７４ＨＣ１４８和与非门７４ＬＳ００组成１６／４线优先编码，对键盘上各个车库号进行编码，然后驱动ＰＬＣ。４个输入口可以完成１５个车位信号的输入。并且将在ＰＬＣ中编写译码程序，来识别命令，控制步进电机的运行。
３．２ PLC的I/O口分配要想很好的完成ＰＬＣ的硬件电路，需要对设计所用的ＰＬＣ的Ｉ／Ｏ口进行合理的分配，以便下面的软件设计以及软件与硬件的联调。ＰＬＣ的營／Ｏ口具体分配情况如表２所示。
４ 系统软件设计软件设计为本设计的主体部分，控制程序是整个系
图２ 键盘布置图
按键号的定义如表１。
70 | Techniques of Automation & Applications统工作的核心，程序的处理方法决定了系统的工作方式和性能，因此程序的设计在此系统中至关重要。
本程序设计的难点是如何确定各电机按要求协调
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《自动化技术与应用》２０１０年第２９卷第９期工作，因为只有各个电机都按要求协调工作了才能完成一个标准的存放过程。在此利用指令发送结束的标志位来协调动作顺序，对标志位的通断次数进行计数，即对各运行环节进行数字化，把连续的运动进行数字离散化，这样就可以确定上一次动作是否结束，下一次动作是否可以开始。另外，为了保证整个控制系统的准确性和稳定性，各环节之间要加０．５秒的延时。
动器断开，控制Ｚ轴的步进电机与此驱动器连接，为了保证执行动作的有效性和正确性，在Ｚ轴电机开始动作之前预先延时１秒，然后，Ｚ轴电机开始接收ＰＬＣ发来的脉冲信号，开始正转。向Ｚ轴的目标值开始靠近。当步进电机到达目标值后，Ｚ轴电机开始停止动作。延时０．５秒后，下一个动作开始执行，即控制Ｙ轴的步进电机开始反转，具体表现在开始下降一段时间后，工作台开始对货物进行自动存取。Ｙ轴电机到达目标后，电机停止动作。继续延时０．５秒，Ｚ轴电机开始发转，准备回零，即返回Ｚ轴的起始位置。当Ｚ轴电机返回零点结束后，Ｚ轴电机开始停止动作，继电器开始复位。
到此，整个运行过程结束，即整个自动化立体车库的自动存取车过程基本结束。延时１秒之后，Ｘ、Ｙ轴两步进电机开始同时反转，执行返回原点的动作，进行下一次的存取车过程。回到原点后，Ｘ、Ｙ轴电机开始停止动作，Ｘ、Ｙ轴都到达原点后，两路电机均停止动作，对程序键盘号的自锁设定自动打开。
表２ PLC的I/O地址分配及输入输出信号表
４．２ 程序设计流程图整个控制系统程序设计流程图如图３所示。
４．１ 一个完整的动作过程要编写一个很好的控制程序首先要搞清运动的各个环节，把连续运动合理的离散化和数字化是整个程序设计的关键，因此可以把一个完整的自动存取过程简单划分为：首先按动键盘输入命令信号，ＰＬＣ接受到键盘送到的信号后，开始响应动作，并对键盘号进行锁定，在此，为了保证按键的有效性，一次只能输入一个命令［３］。
由于整个控制系统设计所用ＰＬＣ能同时发出两点１００ＫＨｚ的脉冲，因此ＰＬＣ接收到信号后，能够同时发出两路脉冲，根据预先设定好的Ｉ／Ｏ口，Ｘ、Ｙ轴两路步进电机开始同时正转，即向各自目标的坐标值开始靠近。当步进电机达到目标坐标值后，电机均停止动作，当步进电机停止动作的信号发出后，用于切换Ｘ／Ｚ轴步进电机驱动器的继电器开始响应，即控制Ｘ轴步进电机与驱
图３ 程序流程图
５ 立体仓库的组态监控组态王软件是北京亚控科技发展有限公司开发的一个集成人机界面（ＨＭＩ）系统和监控管理系统的工业上位监控软件。ＰＬＣ与组态王软件联合应用，组成的监控系统，可远程获得实时和历史数据，以优化控制现场作
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业。监控系统设计结合ＰＬＣ程序，变量设置与ＰＬＣ的Ｉ／Ｏ分配一一对应。本设计采用ｋｉｎｇｖｉｅｗ６．５３组态王软件，进行设备配置、设计图形监控界面、构造变量数据库、建立动画连接、运行调试等方面的设计监控。
１） 设备配置
设备配置就是完成ＰＬＣ与组态王通讯的设备的设置，将ＰＬＣ的生产厂家、设备名称、通讯方式等填入相应对话框中即可。
２） 设计图形监控界面
数据是用来描述工控对象的各种属性，组态王定义的各种变量构成数据库，其中不需要与其它应用程序交换数据的变量称为内存变量，而与其它应用程序交换数据的变量称为Ｉ／Ｏ变量，从下位机采集来的数据、发送给下位机的指令［４］。在“组态王”系统运行过程中，每当Ｉ／Ｏ变量的值改变时，该值就会自动写入远程应用程序；每当远程应用程序中的值改变时，“组态王”系统中的Ｉ／Ｏ变量值也会自动更新。由于本系统用ＰＬＣ的Ｉ／Ｏ地址另加少量内存变量来设置图形界面所需变量。变量数据库如图５所示，共用到３３个变量，其中３个内存整型变量，２９个Ｉ／Ｏ离散变量，１个内存实型变量。
４） 建立动画连接
动画连接是指在界面上的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，以实现图形界面与对象间的双向控制。本系统的动画连接包括Ｚ轴伸叉的运动，Ｘ、Ｙ轴的移动等。
图４ 立体仓库仿真界面
图形监控界面运用于模拟实际工业现场和工控设备，本系统设计图形界面的任务就是绘制立体仓库仿真画面，如图４所示，界面包括１２个汽车仓位、Ｘ轴滚珠丝杠副、Ｙ轴滚珠丝杠副、Ｚ轴系统等组成。界面有前视图和侧视图组成。
３） 设置变量，构造数据库
６ 结束语本系统通过最终调试表明：无论选择手动控制模式还是自动控制模式，都能够较为准确地完成对货物的存取功能，而且运行比较灵敏、可靠。如果选择自动控制模式，按键选择任一个车位，都能够相应并准确地完成自动存取任务。另外，如果整个控制系统在运行时遇到意外情况，按键选择急停，则系统会立即响应，避免意外的发生。系统的组态监控画面既能监视现场的工作情况，也能控制系统的动作执行，可以较好地进行远程控制。
参考文献：［１］ ＦＸ１Ｓ，ＦＸ１Ｎ，ＦＸ２Ｎ，ＦＸ２ＮＣ编程手册［Ｚ］，２００９．［２］ 薛迎成，何坚强．工控机及组态控制技术原理与应用［Ｍ］．北京：中国电力出版社，２００７．
［３］ 程子华．ＰＬＣ原理与编程实例分析［Ｍ］．北京：国防工业出版社，２００７．
［４］ ＰＩＡＳＥＣＫＩ，ＤＡＶＥ．Ｗａｒｅｈｏｕｓｅ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍｓ［Ｊ］．Ｗｏｒｌｄ Ｔｒａｄｅ，Ｖｏｌ．１７ Ｉｓｓｕｅ ６，２００５．
图５ 变量数据库
术。
72 | Techniques of Automation & Applications作者简介：孟雷（１９７９－），女，讲师，研究方向：应用电子技
