基于PLC脉冲计数的巷道堆垛机控制.pdf

2 0 1 1 年 l 0月 第 3 9卷 第 2 0期 机床与液压 MACHI NE TOOL HYDRAULI CS 0c t ． 2 0l 1 Vo 1 ． 3 9 No ． 2 0 DOI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 1 ． 2 0 ． 0 3 7 基于 P L C脉冲计数的巷道堆垛机控制 张 乐平 江西理工大学南昌校 区，江西南昌 3 3 0 0 1 3 摘要探讨了利用 P L C高速计数器的脉冲计数功能实现自动化立体仓库巷道堆垛机的位移控制、速度反馈的方法。实 践表明采用该方法提高了系统运行的准确性和可靠性，为堆垛机控制提供了新的思路。 关键词 P L C；脉冲计数；巷道堆垛机 ；位移控制 中图分 类号 T M 9 2 4 文献标识码 B 文章 编号 1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 1 2 01 0 0 3 The La ne wa y S t a c ke r Cr a ne Co n t r o l Ba s e d o n PI I l s e Co un t o f PLC ZHANG Le p i ng N a n c h a n g C a m p u s ，J i a n g x i U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ，N a n c h a n g J i a n g x i 3 3 0 0 1 3，C h i n a Ab s t r a c t T h e w a y t o t h e l a n e wa y s t a c k e r c r a n e b y me a n s o f t h e p u l s e c o u n t f u n c t i o n o f t h e h i g h s p e e d c o u n t e r o f P L C w a s d i s c u s s e d， w h i c h ma d e d i s p l a c e me n t c o n t r o l a n d s p e e d f e e d b a c k ． P r a c t i c e s h o w s t h e v e r a c i t y a n d r e l i a b i l i t y o f t h e s y s t e m r u n n i n g a r e i mp r o v e d b y t h e me t h o d，a n d s o me n e w i d e a s f o r t h e l a n e wa y s t a c k e r c r a n e c o n t r o l a r e p r o v i d e d ． Ke y wo r ds PL C； Pu l s e c o u nt ；La ne wa y s t a c k e r c r a n e；Di s p l a c e me n t c o n t r o l 自动化立体仓库 高架库 是 自动化生产 的重 要组成部分 ，用于存储配件、半成品、产品、工具、 夹具和模具等，是现代制造 M R P的枢纽。自动化立 体仓库主要由高层货架 、巷道堆垛机、出入库系统等 硬件设备以及计算机管理与控制系统等软件设备组 成。其最重要的设备就是巷道堆垛机，巷道堆垛机是 实现整个 仓 库 系统 “ 自动 ”功 能 的关键 设 备 。对 其 控制系统 的研究具有广 阔的应 用前景u 。 整体式可编程控制器 P L C 一般 内含高速计数 器。例如 ，西 门子公司的 7 - 2 0 0系列的 P L C ，可构 成单相输入脉 冲响应速度 最高为 3 0 k H z甚至更高 C P U 2 2 4 X P 的高 速计 数器 。并且 还 具有 极 强 的通 信功能 ，不仅能实现对巷道堆垛机的速度控制 ，还能 在不增 加 任 何 硬 件 的 情 况 下 对 其 实 现 位 移 闭环 控 制 引。 传统 巷道堆 垛 机 的位 置选 择控 制 是 利用 在 每 一 行 列货位上安 装认址片 ，通过 光 电开关 的通断来 进行计数选 择 ，这种方法存在各个认址 片的安装距 离 不可避免地存在一定误差、速度信号采用硬件输入反 馈 占用输 入点较多等 问题 。采用脉 冲计数控 制方式则 能较好 地解决上述 问题 。 1 控制系统硬件连接 ’ 巷道堆垛机包括平移 运行 机构、升降机构 和伸缩叉 机构 ，其位置选择 主要是运 行机构和升降机 构的横向和垂直方向选择，两者的控制方法类似 ，文 中以升降机构为例来进行介绍。 升降机构控制系统的硬件连接方式如图 1 所示。 图 1 升降机构控制系统的硬件连接方式 系统主要 由上位机、P L C 、变频器 、拖动电机 、 增量式旋转编码器等组成 ，虚线框中 P L C 、上位机与 操作员界面 为堆垛 机各机构的总控部分 。在需要升 降 机构运行 时 ，P L C根据程序运行 的结果 给变频 器发 出 上升 下降以及高速 低速指令 ，三相 电源通 过变频器启动电机旋转，通过传动机构拖动升降台动 作 ，与此 同时 ，旋 转编码 器检测到 电机 的旋转信号并 将其转变成脉冲信号反馈给P L C的高速计数器 ，P L C 通过不同的高速计数器单元分别得到转速信号和位置 信号 ，来 完成升降 台位置 的闭环控制 。 2 P L C脉冲选位控制 2 ． 1 利用脉冲计数实现位移控制 通过与升降机构拖动电机同轴安装的增量式旋转 编码器 ，在升降 台上 、下运行 的时候输 出与电机转速 收稿 日期 2 0 1 01 0 0 8 作者简介张乐平 1 9 6 9 一 ，男，硕士 ，副教授，主要研究方 向为 自动化 、多媒体信号处理。Em a i l z h a n g l e p i n g 5 6 7 8 9 1 6 3．c o n 。 第 2 0期 张乐平 基于P L C脉冲计数的巷道堆垛机控制 1 0 1 及垂 直位移成 比例 的脉 冲数 ，将 其 引入 P L C的高 速 计数器 的输 入端进 行脉冲计数 ，设 自动化立体仓库层 高为 h ，按式 1 转化成脉冲数 式中，为脉冲数 ；h为层高，m m；S为计数精度， m m／ 脉冲。 S由式 2 计算 s 式中D为曳引轮节圆直径 ，m m；i ． 为曳引减速箱减 速比 传动比 ； 为曳引比；P为电动机每转脉冲 数 。 7 - 2 0 0系列 P L C为小 型机 ，考虑 到 节约 数 据存 储单元，该系统采用相对计数方式 相对坐标 进 行计数，每次从一平层点开始计数到下一平层点 ，然 后高速计数器复位，每一层均从该层层高对应脉冲值 开始计数。当高速计数器的累计值与设定值一致时即 发出中断信号 ，根据当前层高与 目标层高的差值 ，向 变频器发出相应的升降速信号 ，以控制拖动电机升 速、保持、降速或停车。每个标准层高的脉冲设定值 相同 ，程序处理相对简单 。 2 ． 2 位 置 自动校 准 采用相对计数方式，偶尔会 出现乱层 错层 现象，且乱层后校正比较麻烦。为此 ，系统中采用两 类措施进行位置的 自动校准，避免该情况的发生。 1 在编程时可将维修状态下确定的层高脉冲 数 如 1 _2 层 ，2 - _ 3层 ，⋯⋯ 同步转 换 为累 计 层高脉冲数 如 1 -2层 ，1 -3层，⋯⋯ ，并预置 预警脉冲数 ，每次平层到位前 ，将累计层高脉冲数和 实际运行的累计层高脉冲数相比较 ，如果比较结果达 到或超过预警脉冲数 ，则发出中断信号，否则堆垛机 正常运行 。 2 根据要 求堆 垛机 执行 的操 作大 多是 从原 位 开始的特点 ，利用升降机构的原位开关 ，每一次返回 原位时都自动对当前值复位，进行校正。 3 利用脉冲计数实现速度反馈 传统的升降机构转速控制有垂直高速、垂直低 速 ，平移机构控制有水平高速、中速和低速反馈信号 的硬件输 人 ，作 为反馈 信号与 P L C的输 出进行 比较 ， 占用 I 点较多 。利用高速计数器进 行选位控 制后 ，在 不增加投入的前提下，利用编码器发出的脉冲信号并 联输入 到不同编号的高速计数器 ，分别进行位置控制 和速度反馈。进行速度反馈 的高速计数器有两种方法 来检 测速度 1 对 确 定 时间 内 的脉 冲进 行计 数 ， 与参考数值进行比较 ； 2 对确定的预置值进行计 数 ，当前值等于预置值时产生中断，通过 比较两次中 断产生的时间间隔来检测实际运行速度。 文中介绍的控制采用的是第一种方法。升降机 构 和平移 机构 各 只需 要一 个 脉 冲输 入 点 I ，需要 速 度反 馈 时 ，调用 高 速 计 数 程 序 ，同时 启 动 定 时 器 ， 设定时间到时产生中断 ，再对高速计数器 的当前值 与参考的预 置值进行比较 ，确定升降机构 的当前速 度 。 4 控制系统硬件选择 P L C系统硬件设计应遵循经济性、可靠性、先进 性及扩展性等原则，选择 7 - 2 0 0的 C P U 2 2 6主机外加 一 个 E M2 2 3 D C 1 6输 1 6继 电器输 出 的扩展 单 元 以 及 一 个 E M 2 2 1 8点 D C 2 4 V 输 入 的扩 展 单 元 。S 7 ． 2 0 0的 C P U 2 2 6是 西 门子 公 司 2 0 0 4年 推 出 的升级产品，该机具有 2 4 ／ 1 6的数字量 I ／ O、且可扩 展到 2 4 8 点数字量 和 3 5路模 拟量 ；具 有两个 R S - 4 8 5 通信接口，具有6个高速计数器等功能 。主要考虑 到如下因素 1 控制系统具有堆垛机运行机构模块、升降 台模块、伸缩叉模块和系统功能模块 ；具有维修、手 动、自动 ，联机、脱机等工作方式选择；以及过载、 终点、松绳 、货物超高等一系列完善 的保护输入信 号 ，统计所有的输入、输出信号为4 2 ／ 2 8点； 2 综合 位置 选择 、速度 反馈 等高 速计 数 的要 求 ； 3 通信要求。 根据 文 中研 究 的升 降机 构 拖 动 电机 功 率 为 1 5 k W，运行机构拖动电机功率为7 ． 5 k W，以及通信 方便，采用西门子公司的 6 S E 7系列的变频器；增量 式编码器因为控制的高可靠性要求，选用德国 T R公 司的 I E系列产 品。 5脉冲控制程序设计 5 ． 1 程序参数设定 s 7 - 2 0 0的 C P U 2 2 6有 6个 高 速 计 数 器 H S c 0 一 H S C 5 ，根据各 个 高速计 数 器 的工作模 式 特点 ，结 合 堆垛机的位置控制和速度反馈的实际要求，主要参数 设 定如表 1 所示 。表中分别 用电机的正反转信号并联 后作为启动输入，原位开关作为复位输人信号；分别 用 1 0 ． 0 、1 0 ． 3作为与 1 0 ． 6 、I 1 ． 2并联的脉冲输入点 。 1 0 2 机床与液压 第 3 9卷 表 1 高速计数器参数设定 5 ． 2 脉冲选位控制语 句表程序 因为篇幅，不便列出整个程序流程或完整的控制 程序，此处仅列出升降控制子程序中利用脉冲选位的 高速计数器设定程序。 子程序 S J C T 一 1 2 L D S M 0 ． 0 MO VB 1 6 E 8，S MB 4 7／ ／ 设 置 控制字节 M O V D 0 ， S M D 4 8／ ／ 清除计数当 前值 M O V D 2 6 9 5 4 ，S M D 5 2 ／ ／ 写 入 预置值 H D E F 1 ，2／ ／ 模式设 置 ATCH I NT S J 一5。1 3／ ／ 皂动中 断程序 ENI HS C 1 中断程序 I N T S J 一5 L D S M 0 ． 0 MO V B 1 6 C 0 ，S MB 4 7／ ／ 允 许计数 ，不写入新的预置值，不改变计数方向 MO V D 0 ，S M D 4 8／ ／ 清 除 当 前值 HS C 1 6结语 通过 对 某 柴 油 机 制 造 企 业 的 自动 化 立 体 仓 库 高架库巷道堆垛机的工程实践，以实际运行结果 证明采用可编程控制器之高速计数器的脉冲计数方 式实现其位置控制和速度反馈，不仅提高了选位精 度 ，减少 了对输入点数 I 的要求，而且软件编程灵 活，系统具有更高的可靠性。 参考文献 【 1 】徐菱， 劳扬健， 王金诺． 基于 P L C的堆垛机控制系统设 计[ J ] ． 组合机床与 自动化加工技术 ， 2 0 0 5 1 7 2 7 5 ． 【 2 】廖常初． P L C 编程及应用 [ M] ． 北京 机械工业出版社， 2 0 05． 【 3 】 孙后环 ， 白崇哲． 基于 P L C脉冲选层的电梯控制系统 [ J ] ． 电气传动， 2 0 0 3 1 3 6 3 9 ． 【 4 】 张乐平． 基于 P L C的Y 4 6 3 2 A型珩齿机控制系统[ J ] ． 制 造业 自动化 ， 2 0 0 9 3 7 9 8 2 ． 【 5 】S I E M E N S A G ． S I M A T I C s 7 2 0 0 P r o g r a m m a b l e C o n t r o l l e r S y s t e m Ma n u a l [ M] ． 2 0 0 4 ． 上接 第9 9页 室 ，效果 良好 。改造力 学 实 验室 是 一个 繁杂 而 系统 的工作 ，各个高校力学实验室根据 自身特点和经费 情况 ，有效、系统地改造实验室，提高实验教学效 果 。只有将现代化的教学手段与传统的设备结合起 来 ，把 先进 的科学 技术 与 实验 教 学结 合 起来 ，才 能 提高学生的积极性、提高实验教学效果 ，培养学生 的动手能力和创新能力 ，为培养高素质的人才 打下 坚实 的基础 。 参考文献 【 1 】杨少红 ， 章向明， 曾晓玲． 改造材料力学实验室， 提高实 验教学效果 [ J ] ． 实验 室研究与探索， 2 0 0 6， 2 5 1 2 】 6 O8 一 】 61 O． 【 2 】 李海， 高帮胜． 串口通讯各种技术方案策略[ J ] ． 时代经 贸 ， 2 0 0 8 ， 6 1 1 2 1 9 92 0 0 ． 【 3 】张瑛瑛， 朱双东 ， 丁鑫． 基于 Z i g B e e的数据采集 系统 [ J ] ． 宁波大学学报 理工版， 2 0 0 9 ， 2 2 3 2 0 0 8 2 0 0 9 ． 【 4 】代媛， 杨龙 ， 何东健． Z i g B e e 在作物种植环境监测系统的 应用[ J ] ． 微计算机信息， 2 0 0 9 ， 2 5 1 ／ 2 2 32 4 ． 【 5 】 马巧娟， 郑萍， 王晓光 ， 等． 基于Z i g B e e 和 L a b V I E W 的多 点无线温湿度采集系统设计[ J ] ． 中国仪器仪表， 2 0 0 9 4 4 95 2 ． 【 6 】霍峰， 王长松， 巩宪锋 ， 等． 基于Z i g B e e和L a b V I E W 的多 功能数据采集系统[ J ] ． 传感器与微系统， 2 0 0 8 ， 2 7 7 8 285． 【 7 】 刘刚， 王立香 ， 张连俊． L a b V I E W8 ． 2 0中文编程版编程 及应用[ M] ． 北京 电子工业出版社， 2 0 0 8 ． 1 ．