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自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
摘要：自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)可以自動(dòng)地完成物料的倉(cāng)儲(chǔ)和取出，主要由堆垛機(jī)、FX2N-20GM、PLC、觸摸屏、伺服驅(qū)動(dòng)等幾部分組成，該控制系統(tǒng)的核心部分為FX2N-20GM、PLC及伺服驅(qū)動(dòng)部分的連接、參數(shù)設(shè)置及編程。
關(guān)鍵詞：立體倉(cāng)庫(kù)PLCFX2N-20GM伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)
引言
自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)是指在人工不直接進(jìn)行處理的狀態(tài)下，能自動(dòng)地完成物料倉(cāng)儲(chǔ)和取出的系統(tǒng)。本文所研究的系統(tǒng)是以高層立體貨架為主體，以成套自動(dòng)搬運(yùn)設(shè)備為基礎(chǔ)，采用自動(dòng)控制技術(shù)、通信技術(shù)、機(jī)電一體化技術(shù)相結(jié)合的、大容量的高效率的存儲(chǔ)控制系統(tǒng)。自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的出現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了倉(cāng)庫(kù)功能從單純保管型向綜合流通型的轉(zhuǎn)變。
1自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)組成及控制要求
1.1組成
自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的控制系統(tǒng)主要由堆垛機(jī)(送取貨設(shè)備)、控制器、傳感器、伺服驅(qū)動(dòng)、觸摸屏等幾部分組成。
1.2控制要求
第一步，根據(jù)工作需要點(diǎn)擊相應(yīng)的倉(cāng)位編碼，控制系統(tǒng)將能自動(dòng)判定所選編碼倉(cāng)位目前的庫(kù)存狀態(tài)，并通過(guò)觸摸屏顯示出該倉(cāng)位無(wú)貨和該倉(cāng)位有貨的兩種狀態(tài);第二步，根據(jù)用戶需要選擇要執(zhí)行的動(dòng)作類型是(存貨或取貨)并判斷此命令的合法性，也就是對(duì)有貨的倉(cāng)位，“取貨”命令有效;對(duì)無(wú)貨的倉(cāng)位，“送貨”命令有效。對(duì)于合法的命令，送取貨設(shè)備將自動(dòng)運(yùn)動(dòng)到指定編碼倉(cāng)位的位置，執(zhí)行該命令操作，并且觸摸屏上顯示出相應(yīng)的狀態(tài);而對(duì)于不合法的命令，系統(tǒng)將不予執(zhí)行，并給出相應(yīng)指示。第三步，命令完成后，送取貨設(shè)備自動(dòng)返回到入位，各元件復(fù)位。
FX2N-20GM的雙軸定位控制設(shè)計(jì)：
本系統(tǒng)中送取貨設(shè)備由垂直、水平部分及伸叉三部分組成，垂直、水平部分運(yùn)動(dòng)分別由Y軸、X軸伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠完成，伸叉機(jī)構(gòu)由上層的鏟叉和底層的絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成，鏟叉可前后伸縮，其運(yùn)動(dòng)由Z軸的汽缸控制。
為保證送取貨設(shè)備取貨、存貨準(zhǔn)確安全，對(duì)送取貨設(shè)備位置控制的可靠性有很高的要求，主要包括：
速度要求：為提高系統(tǒng)的作業(yè)效率，必須提高各機(jī)構(gòu)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度，降低起動(dòng)和制動(dòng)的時(shí)間。
定位要求：在實(shí)際工作中，要求送取貨設(shè)備能根據(jù)用戶的命令要求準(zhǔn)確尋找并定位到目標(biāo)倉(cāng)位進(jìn)行存取貨操作;同時(shí)要求各機(jī)構(gòu)在避免各種碰撞的基礎(chǔ)上，能夠?qū)崿F(xiàn)較高的定位精度。
位置、速度控制與方向判斷：位置控制能使堆垛機(jī)在接近指定位置減速，到達(dá)指定位置準(zhǔn)確停車。在此系統(tǒng)中，當(dāng)送取貨設(shè)備平臺(tái)運(yùn)行到目標(biāo)庫(kù)位后，鏟叉需伸入庫(kù)內(nèi)取、放貨物，然后向后縮回，因此，整個(gè)運(yùn)行過(guò)程需要對(duì)送取貨設(shè)備進(jìn)行三維位置控制。
2自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案
本文設(shè)計(jì)方案主要包括以下兩部分內(nèi)容：
2.1 可先用FX2N-20GM輸出兩路脈沖控制X、Y軸伺服電機(jī)，完成送取貨設(shè)備的二維定位任務(wù)，然后再用分時(shí)切換的方法，控制汽缸驅(qū)動(dòng)鏟叉入、出庫(kù)的后續(xù)動(dòng)作。送取貨設(shè)備的二維位置定位采用了絕對(duì)值位置控制的編碼器認(rèn)址方式，該方式是以水平、垂直方向伺服電機(jī)每轉(zhuǎn)輸出的脈沖數(shù)為基礎(chǔ)，對(duì)立體倉(cāng)庫(kù)的每個(gè)貨格都予以二維地址編碼。當(dāng)送取貨設(shè)備運(yùn)行時(shí)，PLC根據(jù)目的地址和原點(diǎn)基準(zhǔn)地址之間的脈沖差值來(lái)控制電動(dòng)機(jī)的位移。因此，在初始化程序中要預(yù)先寫入伺服電機(jī)起動(dòng)、制動(dòng)、正常運(yùn)行的期望時(shí)間、脈沖數(shù)以及每貨格的目標(biāo)脈沖數(shù)，然后利用FX2N-20GM的速度及位置控制指令來(lái)觸發(fā)伺服電機(jī)運(yùn)行。
2.2 基于觸摸屏的自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)是一個(gè)封閉的、復(fù)雜的自動(dòng)控制及人機(jī)交流系統(tǒng)。對(duì)于用戶來(lái)講，在實(shí)際應(yīng)用中所能觀察和操作的只有觸摸屏的控制面板，而對(duì)于其內(nèi)部的具體運(yùn)行情況卻無(wú)從知曉。直接面向用戶操作的觸摸屏，上面應(yīng)有倉(cāng)位編碼選擇鍵、送取貨鍵、返回鍵等，還要有倉(cāng)位位置顯示燈，帶閃爍功能的狀態(tài)指示燈等。
3自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)
3.1MR-E-20A伺服驅(qū)動(dòng)器的使用
本系統(tǒng)選用三菱通用AC伺服MR-E系列的伺服驅(qū)動(dòng)器。MR-E系列驅(qū)動(dòng)器的配套伺服電機(jī)的最新編碼器采用131072脈沖/轉(zhuǎn)分辨率的增量位置編碼器。
3.1.1 MR-E-20A伺服驅(qū)動(dòng)器控制模式
MR-E-20A運(yùn)行控制分為位置控制模式和內(nèi)部速度控制模式。
位置控制模式：
由外部輸入脈沖信號(hào)及正反轉(zhuǎn)信號(hào)。
內(nèi)部速度控制模式：
由外部輸入正反轉(zhuǎn)信號(hào)，轉(zhuǎn)速為伺服驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部設(shè)定。
控制模式選擇：由LOP控制端設(shè)定。
3.1.2 參數(shù)設(shè)置
MR-E-20A伺服驅(qū)動(dòng)器的功能及運(yùn)行方式通過(guò)參數(shù)設(shè)置，具體參數(shù)的設(shè)置及說(shuō)明可參見MR-E-20A伺服驅(qū)動(dòng)器使用說(shuō)明書。
3.2 FX2N-20GM的使用
FX2N-20GM是輸出脈沖序列的專用定位單元，模塊的輸出脈沖數(shù)、脈沖頻率可調(diào)，通過(guò)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器或伺服驅(qū)動(dòng)器控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)或伺服電動(dòng)機(jī)。FX2N-20GM配有一種專用定位語(yǔ)言(cod指令)和順序控制語(yǔ)言(基本指令和應(yīng)用指令)進(jìn)行位置控制程序編制，能夠同時(shí)控制兩個(gè)坐標(biāo)軸，并可實(shí)現(xiàn)線性/圓弧插補(bǔ)功能，大大加強(qiáng)位置控制功能。
3.2.1 FX2N-20GM的參數(shù)
在FX2N-20GM中，獨(dú)立2軸操作的定位參數(shù)和I/O控制參數(shù)必須對(duì)每個(gè)X和Y軸進(jìn)行。設(shè)定同步2軸操作的參數(shù)，則僅對(duì)X軸進(jìn)行設(shè)定，此時(shí)不需要Y軸的設(shè)定。
3.2.2 FX2N-20GM定位單元和MR-E-20A伺服驅(qū)動(dòng)器的接線參見說(shuō)明書。
3.3控制系統(tǒng)程序
3.3.1 FX2N-20GM的編程
FX2N-20GM有兩種形式的控制程序，一是采用專用指令代碼(cod)編制定位程序，或可稱為主任務(wù)定位程序;二是用邏輯運(yùn)算和邏輯功能指令編制的順序控制程序，或稱為子任務(wù)程序。
SW0D5-FXVPS-E是FX2N-20GM的專用編程軟件，是基于流程圖的編程，小巧、使用簡(jiǎn)單。
3.3.2 FX2N的PLC程序
PLC的輸入、輸出如下：
X000:啟動(dòng)按鈕
X001:停止按鈕
X002:輔助單元N0.1操作完成輸入
X003:輔助單元N0.2操作完成輸入
Y010:m代碼10輔助單元N0.1輸出
Y011:m代碼11輔助單元N0.2輸出
4結(jié)束語(yǔ)
自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)主要由堆垛機(jī)、FX2N-20GM、PLC、觸摸屏、伺服驅(qū)動(dòng)等幾部分組成，與保管型倉(cāng)庫(kù)相比，可以提高生產(chǎn)率，在生產(chǎn)實(shí)際中應(yīng)用很廣泛，具有較高的實(shí)用價(jià)值。
參考文獻(xiàn)：
[1]吉順平.西門子PLC與工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008：88-90.
[2]岳慶來(lái).變頻器、可編程序控制器應(yīng)用技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007：124-130.
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