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摘要：本文介绍了一个基于PLC的小型立体仓库自动控制系统的组成，从硬件网络连接到硬件选型，软件配置，程序结构和触摸屏组态都做了阐述，该控制系统通过运行调试，应用于实际教学比赛中，为小型立体仓库运用于物流工业中提供了借鉴和技术基础。
关键词：硬件网络连接；硬件选型；PLC；系统软件设计
现代物流信息的高速发展使得自动化立体仓库得到大规模应用，自动化立体仓库实现了搬运、存取机械化、自动化。在自动化立体仓库中，码垛机是最关键的起重、搬运设备，是整个系统控制的核心。本实验平台是个小型的码垛机立体仓库系统，共有4行7列28個仓位，每个仓位均安装有微动开关，用于检测每个仓位状态。码垛机是立体仓库系统的重要组成部分，它是整个系统的执行部件，入库时通过货叉机构将物品运送至仓位存储，出库时将物品从仓位取出。由水平行走机构（X 轴）、起升机构（Z 轴）、货叉机构（Y 轴）、机架等基本部分组成。 本实验平台采用西门子触摸屏TP-700作为上位机监控，西门子S7-1200PLC为主控制器，三台西门子G120变频器和三台三相异步电动机分别作为X轴、Z轴、Y轴三个方向的运行驱动，实现了电机的变频调速，保证码垛机的平稳运行。各仓位的精确定位是三个轴分别通过各自的三个传感器的信号反馈，配合减速控制实现。
1 立库系统自动控制网络结构
1.1硬件连接
本系统主要有西门子触摸屏TP-700构成上位机，主要负责控制指令的收发，码垛机运行参数的显示，手动/自动的切换，故障报警等内容，是人机交互的接口。S7-1200PLC作为整个控制系统的核心，向上通过PROFINET与触摸屏上位机通信，向下也通过PROFINET与变频器通信，根据控制要求，PLC还选用了输入输出扩展模块，以增加I/O点，变频器选用西门子G120，为方便扩展，系统配有一个交换机。本系统硬件组网如图1所示
1.2软件配置
在西门子软件开发平台 Portal V13 中，对触摸屏、PLC 及三个变频器进行组态，并设置各设备 IP 地址，系统网络组态视图如图2所示。
2 自动控制系统硬件选型
立体仓库电控柜部分主要电气元件有：触摸屏、PLC 及其扩展单元、变频器，以及其它一些辅助电气元件等。
（1）触摸屏：人机界面，用于人机交互。选用西门子触摸屏TP700精智面板
（2）PLC及其扩展单元：控制系统的核心，选用西门子S7-1200 CPU1215C DC/DC/DC，扩展模块选用两个16点的输入扩展模块DI16*24VDC，一个8点的输入扩展模块DI8*24VDC
（3）变频器：三个变频器，选用分别控制码垛机三个运行机构的电机运行，选用西门子G120变频器。
（4）其它电气元件及附件：总电源开关、急停开关、按钮开关、断路器、滤波器、接触器、继电器、连接器、端子排、开关电源、交换机等等，与主要电气元件一起，组成整个系统的电气控制回路。
3 控制系统软件设计
3.1 控制系统的功能与要求
本实验平台立体仓库控制系统要求实现以下功能： （1）将立体仓库28个仓位中某一指定仓位的工件送到AGV小车上，即出库操作； （2）将AGV小车上的工件返回送到立体仓库中的某一指定仓位，即入库操作；（3）通过触摸屏实时监控操作过程
本平台控制系统要求有手动/自动两种操作方式，自动操作又分单机和联机操作模式，手动模式下可以对水平X轴、升降Z轴、货叉伸缩Y轴的控制，自动操作由用户在触摸屏上根据设定输入出入库指令，以实现货物的自动出入库，并对设备运行状态、参数进行实时监控。
3.2 控制系统组态与编程
PLC S7-1200和触摸屏TP700采用了西门子的博图软件STEP7 Professional v13和WINCC Professional v13，S7-1200需要硬件组态，硬件组态中设备的型号要与实际设备完全一致。编程采用模块化结构编程，包括主程序OB1组织块及不同的FC、FB块，还有DB数据块，触摸屏则集中了立库系统的设备状态、当前位置、复位命令、手动命令，仓库状态以及I/0状态等，如图3所示为程序结构，图4所示为触摸屏画面。
4 系统运行调试
在立体仓库控制系统中，软件设计中有单机、联机、手动三种模式，单机模式下，系统由立库系统控制器控制根据设定自动运行；联机模式下，系统由总控控制运行；手动模式下，系统各运行机构可手动单独控制。系统运行调试分为PLC程序部分的调试和触摸屏监控功能的调试，PLC程序部分的调试分功能分别调试，组态监控系统调试中，主要是应观察组态界面中的各控制按钮是否动作，各状态指示灯是否与码垛机的运行状态一致，输入参数后码垛机是否能按控制指令完成相应的控制任务，码垛机运行参数是否与监控界面实时显示的结果一致等。
5 结束语
该小型立体仓库自动控制系统通过运行调试，码垛机运行平稳可靠，定位准确，能完全实现控制要求中的功能，并成功应用于教学比赛中，该平台设计为小型自动化立体仓库控制系统在工业物流的实际应用中提供了借鉴和技术基础。
参考文献：
[1] 苏晓峰 ， 史启程 ， 刘金颂 ， 等 . 基于 PLC 的工业自动化立 体仓库控制系统设计 [J]. 自动化与仪器仪表 ，2016（3）：119-121
[2]哈贵庭 . 基于西门子 PLC 的自动化立体仓库堆垛机控制系统设计 [J]. 电子世界 ， 2013（3）：121-123.
[3]田莉，陈仁文. 基于 WinCC 的立体仓库网络控制系统[J]科技信息，2014（11）：49-50.
[4]李宁，唐少琴，边娟鸽. 基于组态软件的生产线立体仓库监控系统设计[J]. 自动化与仪器仪表，2014（7）：61-67.
[5]廖常初.S7-1200 编程及应用 第2版[M].北京：机械工业出版社，2017.
关键词：硬件网络连接；硬件选型；PLC；系统软件设计
现代物流信息的高速发展使得自动化立体仓库得到大规模应用，自动化立体仓库实现了搬运、存取机械化、自动化。在自动化立体仓库中，码垛机是最关键的起重、搬运设备，是整个系统控制的核心。本实验平台是个小型的码垛机立体仓库系统，共有4行7列28個仓位，每个仓位均安装有微动开关，用于检测每个仓位状态。码垛机是立体仓库系统的重要组成部分，它是整个系统的执行部件，入库时通过货叉机构将物品运送至仓位存储，出库时将物品从仓位取出。由水平行走机构（X 轴）、起升机构（Z 轴）、货叉机构（Y 轴）、机架等基本部分组成。 本实验平台采用西门子触摸屏TP-700作为上位机监控，西门子S7-1200PLC为主控制器，三台西门子G120变频器和三台三相异步电动机分别作为X轴、Z轴、Y轴三个方向的运行驱动，实现了电机的变频调速，保证码垛机的平稳运行。各仓位的精确定位是三个轴分别通过各自的三个传感器的信号反馈，配合减速控制实现。
1 立库系统自动控制网络结构
1.1硬件连接
本系统主要有西门子触摸屏TP-700构成上位机，主要负责控制指令的收发，码垛机运行参数的显示，手动/自动的切换，故障报警等内容，是人机交互的接口。S7-1200PLC作为整个控制系统的核心，向上通过PROFINET与触摸屏上位机通信，向下也通过PROFINET与变频器通信，根据控制要求，PLC还选用了输入输出扩展模块，以增加I/O点，变频器选用西门子G120，为方便扩展，系统配有一个交换机。本系统硬件组网如图1所示
1.2软件配置
在西门子软件开发平台 Portal V13 中，对触摸屏、PLC 及三个变频器进行组态，并设置各设备 IP 地址，系统网络组态视图如图2所示。
2 自动控制系统硬件选型
立体仓库电控柜部分主要电气元件有：触摸屏、PLC 及其扩展单元、变频器，以及其它一些辅助电气元件等。
（1）触摸屏：人机界面，用于人机交互。选用西门子触摸屏TP700精智面板
（2）PLC及其扩展单元：控制系统的核心，选用西门子S7-1200 CPU1215C DC/DC/DC，扩展模块选用两个16点的输入扩展模块DI16*24VDC，一个8点的输入扩展模块DI8*24VDC
（3）变频器：三个变频器，选用分别控制码垛机三个运行机构的电机运行，选用西门子G120变频器。
（4）其它电气元件及附件：总电源开关、急停开关、按钮开关、断路器、滤波器、接触器、继电器、连接器、端子排、开关电源、交换机等等，与主要电气元件一起，组成整个系统的电气控制回路。
3 控制系统软件设计
3.1 控制系统的功能与要求
本实验平台立体仓库控制系统要求实现以下功能： （1）将立体仓库28个仓位中某一指定仓位的工件送到AGV小车上，即出库操作； （2）将AGV小车上的工件返回送到立体仓库中的某一指定仓位，即入库操作；（3）通过触摸屏实时监控操作过程
本平台控制系统要求有手动/自动两种操作方式，自动操作又分单机和联机操作模式，手动模式下可以对水平X轴、升降Z轴、货叉伸缩Y轴的控制，自动操作由用户在触摸屏上根据设定输入出入库指令，以实现货物的自动出入库，并对设备运行状态、参数进行实时监控。
3.2 控制系统组态与编程
PLC S7-1200和触摸屏TP700采用了西门子的博图软件STEP7 Professional v13和WINCC Professional v13，S7-1200需要硬件组态，硬件组态中设备的型号要与实际设备完全一致。编程采用模块化结构编程，包括主程序OB1组织块及不同的FC、FB块，还有DB数据块，触摸屏则集中了立库系统的设备状态、当前位置、复位命令、手动命令，仓库状态以及I/0状态等，如图3所示为程序结构，图4所示为触摸屏画面。
4 系统运行调试
在立体仓库控制系统中，软件设计中有单机、联机、手动三种模式，单机模式下，系统由立库系统控制器控制根据设定自动运行；联机模式下，系统由总控控制运行；手动模式下，系统各运行机构可手动单独控制。系统运行调试分为PLC程序部分的调试和触摸屏监控功能的调试，PLC程序部分的调试分功能分别调试，组态监控系统调试中，主要是应观察组态界面中的各控制按钮是否动作，各状态指示灯是否与码垛机的运行状态一致，输入参数后码垛机是否能按控制指令完成相应的控制任务，码垛机运行参数是否与监控界面实时显示的结果一致等。
5 结束语
该小型立体仓库自动控制系统通过运行调试，码垛机运行平稳可靠，定位准确，能完全实现控制要求中的功能，并成功应用于教学比赛中，该平台设计为小型自动化立体仓库控制系统在工业物流的实际应用中提供了借鉴和技术基础。
参考文献：
[1] 苏晓峰 ， 史启程 ， 刘金颂 ， 等 . 基于 PLC 的工业自动化立 体仓库控制系统设计 [J]. 自动化与仪器仪表 ，2016（3）：119-121
[2]哈贵庭 . 基于西门子 PLC 的自动化立体仓库堆垛机控制系统设计 [J]. 电子世界 ， 2013（3）：121-123.
[3]田莉，陈仁文. 基于 WinCC 的立体仓库网络控制系统[J]科技信息，2014（11）：49-50.
[4]李宁，唐少琴，边娟鸽. 基于组态软件的生产线立体仓库监控系统设计[J]. 自动化与仪器仪表，2014（7）：61-67.
[5]廖常初.S7-1200 编程及应用 第2版[M].北京：机械工业出版社，2017.