堆垛机基于FX2系列PLC的控制
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摘要：近几年来，可编程序控制器(PLC)技术在堆垛机中的应用得到了长足发展。在此基础上，本文以堆垛机实验装置为研究对象，提出了应用FX2系列PLC程序设计软件。本文完成了对堆垛机的手动和自动PLC控制系统设计。
关键词：自动化立体仓库；堆垛机；PLC；FX2；控制系统
1概述
随着目前生产自动化水平的提高，以及各种监控系统的需要，PLC以其外围电路简单、模块化结构、可靠性高、尤其可以通过方便的编制和修改软件来实现顺序控制的功能等特点在工业控制中应用越来越广泛。在实际现场，要求设备操作方便，管理维护简单，设备能长期稳定无故障运行，同时也要求PLC能根据各种突发情况，作出实时的正确的反应，因此要求在PLC控制系统的运行时能够模拟各种运行情况，检验程序设计的正确性及完备性。针对这种情况并结合实际，以三菱FX2系列PLC对堆垛机进行研究设计。研究设计出了堆垛机的手动和自动程序，可以按指令自动完成货物的存储作业，并能对库存货物进行自动管理。实际生产中，自动化立体仓库不仅减轻劳动强度、提高物流效率、降低储运损耗、减少流动资金积压等功能，而且在沟通物流信、衔接产需、保证生产均衡、合理利用资源、进行科学储备与生产经营决策等方面发挥着独特的作用，使人们真正享受到现代计算机技术应用于企业物流管理的益处。
2 堆垛机装置简介
堆垛机是自动化立体仓库中的主要设备，仓库中所有货物的入库、出库等作业都必须通过堆垛机完成。自动化立体仓库在机场码头、造纸、设备维修、轮胎制造、制药、啤酒厂等几乎所有行业有着十分广泛的应用。自动化立体仓库具有占地面积小、自动化程度高、可以由上位机管理系统对整座仓库进行统一调度及控制。堆垛机控制系统的工作效率、可靠性及稳定性等的优劣在自动化立体仓库系统中起着至关重要的作用。可编程控制器(PLC)具有体积小可读性好、抗干扰能力强及可靠性高等优点，且随着用户仓库货位数量(列、排、层的增减)的变化和入库/出库口位置及数量的变化只需在软件上稍加调整即可获得强大功能及性能价格比上的优势。[5]
3 FX2系列PLC的概述
三菱电机公司20世纪80年代推出的F系列小型PLC在90年代初被F1系列和F2系列取代，F1系列在我国曾经有很高的市场占有率。其后的FX2系列为全新概念的程控器，不论在外形、功能、内部元件及特殊功能模块上，都和F、F1及F2系列不同。FX2系列的主机型号为16、24、32、48、64、80、128点可扩展到256点。除主机功能、程序容量及内部软元件的大量提升外，更丰富了特殊功能模块的种类。FX2系列实现了微型化和多品种化，在性能价格上又有明显的提高，可以满足不同用户的需要。FX2系列的适应面广，最多可以扩展带256I/O点，并且有很强的网络通信功能，能满足大多数要求较高的系统的需要，FX系列是国内使用最广泛的PLC系列产品之一，本文就是采用FX2系列的PLC作为堆垛机的主控器，实现对堆垛机实验装置的控制。[6]
4控制系统设计
4.1堆垛机的工作过程
1.取货；用户发出取货要求，给出货位地址，上位机根据堆垛机当前位置，比较两个地址，发出取货指令给堆垛机；堆垛机控制系统接受信号后，堆垛机行走，同时安装在堆垛机上的回转头沿立柱升降运动，并且开始回转到位；当运动到达目的货位时，货叉开始伸缩运动，执行取货操作；堆垛机将货物送到货物输出口；然后返回到原工作位。
2.存货；用户发出存货要求，系统根据仓库货位的情况，给出货物的存放地址，上位机根据堆垛机的当前位置，经过比较，发出存货指令给堆垛机；堆垛机控制系统接受信号后。在货物输入口接受货物，堆垛机行走，同时回转沿立柱升降运动，并且回转到位；当运动到达目的地址时，货叉开始伸缩运动，执行存货操作；完成操作后，返回原工作位。
4.2堆垛机自动控制的关键问题
堆垛机要正确可靠地存取货物,准确的寻址定位是关键。寻址方式如下：在导轨地基上相对于每列货格安装一块固定的寻址芯片，在堆垛机底部安装的几个限位开关随堆垛机沿巷道（列方向）一起前后运动，每经过一列货物 ，限位开关通过认址芯片发出脉冲信号到PLC，从而达到列寻址目的。同样，在取包机立柱上相对于每一层安装一块寻址芯片，在其回旋装置安装限位开关随装置一起上下运动，从而达到层寻址目的。
为了保证堆垛机的安全可靠，防止堆垛机冲出巷道和回转头冲出立柱，在巷道终端和立柱上下均安装了限位开关，设置限位保护，利用PLC输出全屏蔽功能，实现紧急停车。
4.3自动程序
本设计的自动程序完成的是单周期操作，即堆垛机从设定原位置开始，按一下启动按纽，堆垛机自动完成一个周期的入库或取货的动作后，然后返回原位置停下。
堆垛机的全部动作有2台步进电机和一台直流电机进行驱动控制，工作过程分析如下：按下自动启动按纽时，输出线圈接通，即开始输入行走步进电机脉冲和升降步进电机脉冲；堆垛机进行复位操作，堆垛机回到原点；确定出货或进货；行目的地址与当前原点行地址进行比较，确定堆垛机机行走方向；堆垛机前进或后退，每走一行，计数器加一，存入寄存器中，位置地址加一；堆垛机到达后，触动限位开关，堆垛机行走停止，并接通升降开关，堆堆机进行升降；列目的地址与当前原点列地址进行比较，确定堆垛机机升降方向；堆垛机上升或下降每走一列，计数器加一，存入寄存器中，位置地址加一；堆垛机到达后，触动限位开关，堆垛机升降停止，并接通伸叉开关，堆垛机进行伸叉；完成出货或进货之后，回到原位置，至此堆垛机完成了一单周期的自动操作；
5结束语
随着计算机技术的发展及被广泛应用到各个领域，尤其是在工业控制领域的应用，使得整个工业的发展进入了一个快速的增长阶段。在这个阶段，被使用的最为普遍的工业控制器件就是PLC，其运行稳定、定位准确、可靠性高、维修方便等特点成为了工控中的首选器件。
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