自动化立体仓库控制系统设计
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作者: 尹静文 李艳
摘要：自动化立体仓库可以自动地完成物料的仓储和取出，主要由堆垛机、FX2N-20GM、PLC、触摸屏、伺服驱动等几部分组成，该控制系统的核心部分为FX2N-20GM、PLC及伺服驱动部分的连接、参数设置及编程。
关键词：立体仓库PLCFX2N-20GM伺服驱动系统
0 引言
自动化立体仓库是指在人工不直接进行处理的状态下，能自动地完成物料仓储和取出的系统。本文所研究的系统是以高层立体货架为主体，以成套自动搬运设备为基础，采用自动控制技术、通信技术、机电一体化技术相结合的、大容量的高效率的存储控制系统。自动化立体仓库的出现，实现了仓库功能从单纯保管型向综合流通型的转变。
1自动化立体仓库控制系统组成及控制要求
1.1组成
自动化立体仓库的控制系统主要由堆垛机（送取货设备）、控制器、传感器、伺服驱动、触摸屏等几部分组成。
1.2控制要求
第一步，根据工作需要点击相应的仓位编码，控制系统将能自动判定所选编码仓位目前的库存状态，并通过触摸屏显示出该仓位无货和该仓位有货的两种状态；第二步，根据用户需要选择要执行的动作类型是（存货或取货）并判断此命令的合法性，也就是对有货的仓位，“取货”命令有效；对无货的仓位，“送货”命令有效。对于合法的命令，送取货设备将自动运动到指定编码仓位的位置，执行该命令操作，并且触摸屏上显示出相应的状态；而对于不合法的命令，系统将不予执行，并给出相应指示。第三步，命令完成后，送取货设备自动返回到入位，各元件复位。
FX2N-20GM的双轴定位控制设计：
本系统中送取货设备由垂直、水平部分及伸叉三部分组成，垂直、水平部分运动分别由Y轴、X轴伺服电机驱动丝杠完成，伸叉机构由上层的铲叉和底层的丝杠传动机构组成，铲叉可前后伸缩，其运动由Z轴的汽缸控制。
为保证送取货设备取货、存货准确安全，对送取货设备位置控制的可靠性有很高的要求，主要包括：
速度要求：为提高系统的作业效率，必须提高各机构的相对运动速度，降低起动和制动的时间。
定位要求：在实际工作中，要求送取货设备能根据用户的命令要求准确寻找并定位到目标仓位进行存取货操作；同时要求各机构在避免各种碰撞的基础上，能够实现较高的定位精度。
位置、速度控制与方向判断：位置控制能使堆垛机在接近指定位置减速，到达指定位置准确停车。在此系统中，当送取货设备平台运行到目标库位后，铲叉需伸入库内取、放货物，然后向后缩回，因此，整个运行过程需要对送取货设备进行三维位置控制。
2自动化立体仓库控制系统的设计方案
本文设计方案主要包括以下两部分内容：
2.1 可先用FX2N-20GM输出两路脉冲控制X、Y轴伺服电机，完成送取货设备的二维定位任务，然后再用分时切换的方法，控制汽缸驱动铲叉入、出库的后续动作。送取货设备的二维位置定位采用了绝对值位置控制的编码器认址方式，该方式是以水平、垂直方向伺服电机每转输出的脉冲数为基础，对立体仓库的每个货格都予以二维地址编码。当送取货设备运行时，PLC根据目的地址和原点基准地址之间的脉冲差值来控制电动机的位移。因此，在初始化程序中要预先写入伺服电机起动、制动、正常运行的期望时间、脉冲数以及每货格的目标脉冲数，然后利用FX2N-20GM的速度及位置控制指令来触发伺服电机运行。
2.2 基于触摸屏的自动化立体仓库监控系统的设计
自动化立体仓库是一个封闭的、复杂的自动控制及人机交流系统。对于用户来讲，在实际应用中所能观察和操作的只有触摸屏的控制面板，而对于其内部的具体运行情况却无从知晓。直接面向用户操作的触摸屏，上面应有仓位编码选择键、送取货键、返回键等，还要有仓位位置显示灯，带闪烁功能的状态指示灯等。
3自动化立体仓库控制系统的实现
3.1MR-E-20A伺服驱动器的使用
本系统选用三菱通用AC伺服MR-E系列的伺服驱动器。MR-E系列驱动器的配套伺服电机的最新编码器采用131072脉冲/转分辨率的增量位置编码器。
3.1.1 MR-E-20A伺服驱动器控制模式
MR-E-20A运行控制分为位置控制模式和内部速度控制模式。
位置控制模式：
由外部输入脉冲信号及正反转信号。
内部速度控制模式：
由外部输入正反转信号，转速为伺服驱动器内部设定。
控制模式选择：由LOP控制端设定。
3.1.2 参数设置
MR-E-20A伺服驱动器的功能及运行方式通过参数设置，具体参数的设置及说明可参见MR-E-20A伺服驱动器使用说明书。
3.2 FX2N-20GM的使用
FX2N-20GM是输出脉冲序列的专用定位单元，模块的输出脉冲数、脉冲频率可调，通过步进驱动器或伺服驱动器控制步进电动机或伺服电动机。FX2N-20GM配有一种专用定位语言（cod指令）和顺序控制语言（基本指令和应用指令）进行位置控制程序编制，能够同时控制两个坐标轴，并可实现线性/圆弧插补功能，大大加强位置控制功能。
3.2.1 FX2N-20GM的参数
在FX2N-20GM中，独立2轴操作的定位参数和I/O控制参数必须对每个X和Y轴进行。设定同步2轴操作的参数，则仅对X轴进行设定，此时不需要Y轴的设定。
3.2.2 FX2N-20GM定位单元和MR-E-20A伺服驱动器的接线参见说明书。
3.3控制系统程序
3.3.1 FX2N-20GM的编程
FX2N-20GM有两种形式的控制程序，一是采用专用指令代码（cod）编制定位程序，或可称为主任务定位程序；二是用逻辑运算和逻辑功能指令编制的顺序控制程序，或称为子任务程序。
SW0D5-FXVPS-E是FX2N-20GM的专用编程软件，是基于流程图的编程，小巧、使用简单。
3.3.2 FX2N的PLC程序
PLC的输入、输出如下：
X000:启动按钮
X001:停止按钮
X002:辅助单元N0.1操作完成输入
X003:辅助单元N0.2操作完成输入
Y010:m代码10辅助单元N0.1输出
Y011:m代码11辅助单元N0.2输出
4结束语
自动化仓库控制系统主要由堆垛机、FX2N-20GM、PLC、触摸屏、伺服驱动等几部分组成，与保管型仓库相比，可以提高生产率，在生产实际中应用很广泛，具有较高的实用价值。
参考文献：
[1]吉顺平.西门子PLC与工业网络技术[M].北京：机械工业出版社，2008：88-90.
[2]岳庆来.变频器、可编程序控制器应用技术[M].北京：机械工业出版社，2007：124-130.
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