基于PLC的自动化立体仓库系统设计

摘要：以自动化立体仓库系统的硬件组成为出发点，重点对其控制系统从硬件设计和软件设计两方面进行了深入研究。通过PROFIBUS现场总线将系统的监控机、上位机以及下位机连接成一个有机整体，同时应用工控组态软件组态王Kingview对系统进行监控，达到了远程实时监控和管理的目的。现场调试结果表明，该系统自动化程度较高，操作方便，工作可靠，具有较强的实用价值和推广意义。
关键词：可编程逻辑控制器；自动化立体仓库系统；PROFIBUS；组态软件；实时监控

0 引言
    自动化立体仓库系统(AS／RS—Automated Storage and Retrieval System)是在不直接进行人工处理的情况下自动地存储或取出物料的多层仓库存储系统。它是现代物流技术的核心，是集机械、电子、计算机、通信网络、传感器和自动控制等多种技术为一体，以搬运机械化、控制自动化、管理微机化、信息网络化为特征的现代化物流系统中产品生产与储存的枢纽。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。
    本文所设计的系统选用了代表当今自动化发展方向的西门子S7-300和S7-200PLC作为控制中枢，通信沿用目前工业界居主流的PROFIBUS总线系统，监控软件选用目前国内应用较广、功能强大的组态王监控软件，系统全部采用了工业用元器件、总线和监控软件，具有较强的实用价值和推广意义。

1 自动化立体仓库系统结构
    自动化立体仓库系统结构如图1所示，主要由控制台、立体货架、四自由度码垛机、控制系统、计算机监控系统、托盘、工件等设备组成。

    控制台是自动化立体仓库系统控制其各部件并实现远程操作的平台。
    立体货架是自动化立体仓库的主体，一般在设计时首先要保证货架的强度、刚度和整体稳定性，其次要考虑减轻货架重量，降低钢材消耗。立体货架的采用大大节省了储物空间。
    四自由度码垛机是自动化立体仓库系统中最重要的运输设备，可完成前后、左右、上下、90°旋转等动作指令，其作用是在立体货架的巷道中穿梭运行，将巷道口的货物存入相应库格，或者将库格上的货物取出送到巷道口。
    控制系统由上位机S7-300和下位机S7-200通过PROFIBUS总线连接而成。PROFIBUS作为符合欧洲标准EN50170的现场总线系统，是一种国际性的开放式的现场总线标准。
    计算机监控系统通过组态王监控软件，把现场数据通过传感器采集经下位机PLC处理后送入上位机，再由PROFIBUS现场总线传输给监控机组成一个监控系统，对立体仓库系统进行实时监控。

2 自动化立体仓库控制系统总体设计
2．1 硬件设计
    自动化立体仓库控制系统硬件组成如图2所示，主要由安装组态王监控软件的监控机、上位机S7-300、下位机S7-200、PROFIBUS现场总线等组成，依靠工控软件组态王Kingview实现数据的通讯。

    自动化立体仓库控制系统主要完成采集系统数据；监视系统状态；处理系统异常情况；负责码垛机调度；仓库作业管理；确定库格；人机交互等任务。
2．2 软件设计
2．2．1 监控机与上位机S7-300的通信
    监控机与上位机S7-300之间通信步骤如下：
    (1)对S7-300硬件进行组态，即对S7-300的机架底板、电源、CPU、信号模件等按其实际配置和物理地址进行组态。其中在CPU的组态中要设置MPI地址，最后将组态程序表下载PLC以确认。如图3所示。

    (2)S7-300软件编程。在STEP7中，可用梯形图、语句表或流程图进行编程，若选择“线性程序设计”方法，则把所有程序放在组织块OB1中即可，OB1是PLC操作系统与用户程序间的接口，PLC周期性调用此模块。若选择“结构式程序设计”方法，则通过组织块OB1调用其它模块如功能块FB、数据块DB等。
2．2．2 下位机S7-200编程
    下位机S7-200进行自动控制的程序包括：系统初始化程序、设备就绪程序、手动控制程序、意外处理程序、取出控制程序、送入控制程序、仓库位置判定子程序、中转位置定位子程序、进入退出子程序等。图4为主控制程序流程图。

2．2．3 组态监控应用
    系统采用Kingview6．52组态王软件，通过建立工程、设计图形监控画面、构造变量数据库、建立动画连接、运行调试等步骤，在组态软件上完成了自动化立体令库系统的监控设计，实现了对自动化立体仓库系统的实时监控。图5为在组态王软件上设计的自动化立体仓库系统图形监控画面。

图5自动化立体仓库系统图形监控画面

    采用Kingview实现的监控与数据管理程序主要具有如下功能：实时监视整个自动化立体仓库中各部分的运行情况；动态显示各设备状态以及货物的运行位置；监控系统出错报警情况；能够直接独立地控制立体仓库中所有设备的启动、运行和停止。
    利用Kingview实现PLC与监控机的通信，达到了远程实时监控与管理的目的，不仅缩短了设计周期，而且系统承接性较好，尤其对于大规模复杂控制系统此优点尤为突出。

3 结束语
    本文所设计的立体仓库系统，通过PROFIBUS现场总线将监控机、上位机S7-300以及下位机S7-200连接成一个有机整体，同时应用工控组态软件组态王Kingview对系统进行监控，达到了远程实时监控和管理的目的。
    另外，此系统预留诸多扩展接口，便于外接其它模块或工业设备，具有较强的可扩展性和开放性。现场调试结果表明，此系统自动化程度较高，操作方便，工作可靠，具有较强的实用价值和推广意义。