西门子6ES7214-2AD23-0XB8代理订购
1引言
自动化立体仓库（AS/RS）是物料搬运、仓储管理科学中一门综合性的、是由高位托盘货架构成并配以堆垛机或其他自动化传输系统、操作软件的物流系统。它与平库相比，可节约70％的占地面积和70％的劳动力。具有很高的空间利用率和出入库能力，能加快货物的出入库存储节奏，减轻劳动强度，提高生产效率；其一次性投入成本也相当高，如我公司的上海印钞厂AS/RS项目仅货架总价就达260多万人民币，其具体构成为DF(P)M-30-1000堆垛机6台，货位数4250个，货架高度约30米，共6个巷道，货物单元规格为1250（L）×920（W）× 1440（H）、货物单元设计重量1000kg，生产安装工作周期近4个月。它是我司所做的50多座自动化立体仓库货架(AS/RS)中高的一座。主要通过监控计算机实现全面协调、监视、控制目的，其主要功能是接收操作指令、检测信号、指挥作业、判断故障、返回信息等。包括监控、管理调度计算机、红外通信器、堆垛机、转轨机、输送设备等。而立体仓库中货物的存储节奏及作业周期主要由巷道堆垛机的工作运行速度决定的，目前我公司选用的堆垛机技术要求主要为：水平运行速度高达200m/min，起升速度高达120m/min，货叉伸缩运行高速度达50m/min等。本文拟就SIMATICS7-300可编程控制器在立体仓库（AS/RS）系统堆垛机电机闭环无级控制中的具体应用、控制系统的配置及控制方案的选择思路等进行探讨。
2概述
目前，自动化立体仓库巷道堆垛机应用的变频调速手段有两种：
1）、当运行控制速度、控制定位精度较低时，一般选用开环有级调速运行模式：即手动设定几个固定的运行频率（如：高速、中速、低速三种运行频率，实际上可根据使用的不同规格或品牌的变频器及配套的变频电机等选择设定不同梯度的运行频率，如美国宝德的某款变频调速系统的有级调速设定可达16级），根据堆垛机的具体运行和控制要求由PLC根据外部环境的输入输出信号进行程序控制切换和设定，如用控制用行程开关、光电接近开关等作为信号输入控制单元等，以达到调速、定位停准的目的；但该变频调速手段的输出偏差或位置控制的误差分布范围大，特别是当自动化立体仓库巷道堆垛机的运行速度较高时，会造成速度转换后的加、减速距离的增加，加、减速平稳性控制难度的增加以及控制单元敏感性下降、故障率上升等，其应用具有很大的应用局限性。
2）、当运行控制速度、控制定位精度较高时，一般选用闭环无级运行控制模式，即：对堆垛机的运行速度、运行位移量或位置定位点实现闭环无级运行控制模式，从而从根本上实现到达目的地址时的制动停准和根据运行距离实现的平稳换速、适时调整变频器的运行控制频率，以实现佳平稳运行速度的要求，并能缩短作业周期，提高作业效率；该变频调速手段控制精度高，运动控制平稳，具体场合的适应性好，系统运行的可靠性高，易调试，但一次性投资成本较高。主要表现在闭环反馈信号元件的控制精度选择与配置（如：激光测距仪及其接口电路或板卡）、PLC配置上的高端化、上位机控制软件及硬件与PLC的接口电路或板卡等，其软件编程的高端和复杂化以及软件开发调试具有一定的难度等。
3闭环无级控制原理
要实现自动化立体仓库巷道堆垛机的闭环无级控制，必须根据变频器和堆垛机电机的特性，即：在一定载荷下变频器所存在的理想加速和减速特性曲线，或根据不同的品牌和规格的变频器的特性参考资料、所运输载运货物所允许的大加速度以及现场运行试验的结果、堆垛机电机的负荷特性等进行适时调整。基本控制原理如图一：
基本控制思想为：1）、根据激光测距仪测量反馈的当前速度信号适时调整变频器的输出驱动频率值，从而保证堆垛机能以要求的速度平稳运行；其还表现在必须根据自动化立体仓库库存的具体货物，如货物的重量、重心高度等选择相应的速度控制模式，即初时运动加速度与加速控制时间、平稳运行速度与距离、减速运动加速度与控制时间等，并提供客户一系列的控制规范图表；2）、根据激光测距仪测量反馈当前堆垛机的距离信号及预先设定的控制方案适时调整变频器的输出驱动频率值，使堆垛机先以较高的速度运行到接近目的地址的位置后将速度平稳降到较低的速度下工作，并在目的地址处准确制动停准，必要时可采取机械抱闸系统来辅助快速定位；堆垛机在工作过程中实时采集水平运行、货物升降、货叉伸缩三个方向的数据，并不断地与存放在软件控制数据块里的标准位置参数进行比较和控制决策，从而达到准确定位、快速存储货物、提高作业效率的目的，并与监控系统交换工作信息和库位状态信息等以实现系统的全面动态管理。
4 控制方案
为实现自动化立体仓库巷道堆垛机的闭环无级控制，其闭环无级控制反馈信号根据认址方式上的差异可分为：认址片认址、旋转编码器认址、激光测距仪，一般情况下采用激光测距、测速进行速度反馈的电机闭环变频调速方案是一种比较理想的控制方案，该方案能jingque控制电机转矩，低速运行性能好，电机加速特性好，调速范围大，工作性能可靠且动态响应性能好，其重复控制精度可达到1mm以上，但系统开发成本高，影响到实际的推广应用。
随着计算机技术的飞速发展，特别是现场总线技术的日益成熟，立体仓库的控制模式也从采用PLC加PC或PC加控制板卡的方式，发展为软PLC控制模式，该系统价格较传统的PLC或板卡控制方式低，且应用灵活，该系统涉及到电气控制原理、数据库以及决策技术、计算机技术等，其核心控制部分为软PLC，与外部周边设备或硬件采用PROFIBUS-DP现场总线，操作界面和各个程序之间的接口利用C++语言编写，备有连接SIMATIC系列元件的整套接口、固有的HMI（人机界面）等，但针对堆垛机电机的高、低速控制应用方案（包括有些特殊控制性能要求而选用伺服驱动系统的堆垛机系列）仍优先选用闭环变频调速控制方案，
PLC与激光测距仪和值旋转编码器的连接采用：DEVICENET连接方式，激光测距仪通过串口连接，用协议宏方式通信，值旋转编码器通过I/O口连接，使用GRY指令，注意考虑和调试好整个系统的响应时间，如DME240激光测距仪具有以下特性参数：测距范围为0.5-240M，通信接口有SSI、Profibus-DP、Interbus-S三种，输出时间只有1ms，分辩率为0.1/1mm，运行速度可达10M/S等。
5 在配送中心模式下的具体应用
一般配送中心的主要作业流程为:
立体仓库中堆垛机的主要工作是完成储存环节的搬运，即：准确地依照上位机给出的出入库地址将货物取出或放入有关货位，并将工作过程的状态信息反馈给监控系统；
选择SIMATICS7-300系列PLC系统并应用在AS/RS体系中已取得了很大的成功，SIMATICS7-300为模块化无风扇的设计，坚固耐用，容易扩展、具有广泛的通讯能力，容易实现的分布式结构以及用户友好的操作使SIMATICS7-300成为中、性能控制领域中的理想解决方案。结合堆垛机的工作特性，SIMATICS7-300是既经济又方便的选择方案。
案例一：某配送中心立体仓库的堆垛机电气控制部分采用西门子S7-300PLC，PLC与监控系统以及各从站之间的通讯采用PROFIBUS-DP现场总线方式；
硬件：1）、SIEMENSSIMATIC S7-300 CPU313C-2DP一块，2）、SIEMENS SIMATIC S7-30016bit24V数字量输入模块二块，3）、SIEMENS SIMATIC S7-300 CP342-5一块，4）、SIEMENSSIMATIC S7-300 ET200M一块，5）、SIEMENS SIMATICS7-300FM350计数模块一块，6）、SIEMENS SIMATIC S7-300PS3075A电源模块二块，7）、从站可根据系统设计和要求合理选择多组，一组从站（一套堆垛机，实现一个巷道的控制），包括三台变频器及变频电机、两台激光测距仪（控制重复精度为1mm，测距范围在240M左右，选择德国SICK的相关型号）、一个ET200M等。
软件：该系统软件的开发环境为SIEMENSSIMATIC S7 STEP7V5.1编程软件，采用STL方式编程，可实现堆垛机的手动、自动、整线联机等基本功能。结合具体的上位机的仓库管理软件或资源管理系统ERP等，配置相应的接口电路与系统可实现立体仓库的高效动态管理。
具体应用：在软件系统设置具体的堆垛机工作模式时一般依据下列可能选择，在设备调试、库房库位盘点或故障处理时使用手动工作模式；单独控制和使用堆垛机，不需要周边设备（如：管理机、输送机等）参与工作时选用自动工作模式；通常采用整线联机工作模式，以确保立体仓库中的作业情况、库存量动态变化情况等能准确反映到企业的管理系统中。
6结论
采用激光测距、测速进行速度反馈的电机闭环变频调速方案是一种比较理想的堆垛机控制方案，基本能满足AS/RS立体仓库系统对各巷道堆垛机的控制要求，实现货物存储过程的快速平稳的作业，提高作业效率和控制质量。
1.水电厂（站）顺序控制
水电厂（站）的自动操作包括水轮发电机组各种工况转化、调整和全厂的公用设备进行的自动化控制。这类控制在自动控制范畴内属于顺序控制系统，每个控制顺序都是按照生产流程的要求及生产设备的特点来设定的。
根据操作对象可分为：
1.1机组自动操作：要求以一个脉冲自动按预定的顺序完成下列操作，即开机发电、卸载停机、发电转调相、调相转发电、开机调相、调相转停机、发电转抽水、抽水转发电等等，其操作对象包括机水轮发电组及调速器、励磁系统、制动装置等附设设备。
1.2水电厂站公共设备的自动操作：包括油压装置等压油排油系统、技术供水与排水系统、高低压压缩空气系统、智能直流模块整流电源与蓄电池浮充系统、厂用电系统等，选线控制时还包括同期并网装置。
1.3水工建筑物设备的自动操作：这包括溢洪闸门的操作、引水式水电厂站首部枢纽取水口闸门的操作、主阀球阀及其它液牙阀门的操作等。
1.4全厂性操作：如报警信号系统、远动通讯系统、开关站设备的操作等。
对水电厂(站)自动操作的总要求是运行可靠、维护方便、经济合理。
2.PLC在水电厂（站）顺序控制中的应用
顺序控制是指生产设备及生产过程根据工艺要求按照逻辑运算、顺序操作，定时和计数等规则，通过预先编制的程序，在现场输入信号作用下，使执行机构按预定程序动作，实现以开关量为主的自动控制。水电厂站顺序控制当然也不例外。其输入主要是一些按钮、按点、行程开关、限位开关、动断触点等开关量为主的控制信号。输出为继电器、电磁阀等驱动元件。内部控制部分有定时器、计数器、中间继电器等器件，以及许多常开、常闭触点。传统的水电厂站顺序控制是由继电器控制屏来实现的。由于设备体积大、动作速度慢、接线复杂，通用性、灵活性较差，维护工作量大，维修也相当困难，特别是可靠性差，没有计算和存储功能，与水电厂站的其它计算机控制系统联接需要许多接口设备，而PLC（ProgrammableLogicController）控制系统克服继电器控制的弱点，把计算机技术与继电器控制技术有机地结合起来，为工业自动化提供了几乎完美的现代化控制装置，主要表现在：
2,1PLC是继电器、接触器、顺序控制器以及由中、小规模集成电路及其它电气元件的复杂控制系统装置上发展起来的一种新型控制器，它采用了微电脑技术即大规模的集成电路，取代了以往靠硬线布线的逻辑控制电路，具有成本低、功耗小、体积小、重量轻等优点。
2.2PLC及其有关设备都按易于与工业控制器系统联成一个整体，易于扩充功能，其接口简单、线路工作量小，能运行于恶劣的工业环境，故障率低、可靠性好、抗电气干扰能力强，不需要空调和UPS，维护方便。
2.3PLC采用扫描式工作方式，适于处理顺序控制。
2.4水电厂站的顺序控制系统流程复杂，用常规继电器硬接线控制方式往往系统规模庞大、维护困难、查找故障麻烦；采用PLC控制后，不仅高可靠，易于在线或离线修改控制系统，无需改动硬件。
3.水电厂（站）生产控制程序设计
在遵循满足要求、安全可靠、经济实用、适应发展等原则完成系统设计后编制程序时，要根据整个生产控制过程的要求把程序分块，是合理利用指令，严格注意信号名称定义，利用各种方法正确地编写各个程序块的程序。经过单元调试、软硬件联调与系统总调，对程序进行修改，经过一定时间运行考验，方可投入实际现场工作。分块结构的程序是根据工程的特点，把一个控制工程分成多个比较简单的、规模较小的控制任务。可以把这些控制任务分配给一个子程序块。在子程序中编制具体任务的控制程序，后由主程序调用的方式把整个控制程序统管起来。以水轮发电机组自动操作为例，考虑整个程序分成开机发电、开机发电、卸载停机、发电转调相、调相转发电、开机调相、调相转停机、发电转抽水、抽水转发电、发电转调相、调相转发电、开机调相、调相转停机、发电转抽水、抽水转发电等八块，再来看看卸载停机子程序块的编程。下面先给出水轮发电机组卸载停机主要过程（客观规律）流程框图：
图水轮发电机组卸载停机主要过程（客观规律）流程框图
绘制输入输出电路图后，PLC输入输出地址分配同志们自己规定一下就行了，这里略去。下面给出本子程序用到的内存变量地址分配对应表：
考虑构成微机—PLC—PLC网络，现在可以得出水轮发电机组卸载停机子程序（采用西门子S7-200指令）了，它构成SBR_2：
LDI1.0
OQ7.1
LDNT101
AQ1.0
ANQ0.0
OLD
=Q1.0
AI7.0
ANQ3.7
ANI6.3
=Q0.7
LDQ1.0
NOT
=Q1.7
LDQ1.0
ANQ3.7
ANI6.2
LDQ7.1
ANQ2.4
OLD
=Q1.2
LDI3.7
=Q3.7
LDNQ3.7
AQ1.0
ANQ2.4
AI4.2
=Q4.1
LDQ1.0
ANQ2.4
LDQ2.0
ANQ0.0
OLD
AI5.3
=Q5.1
LDI1.7
ANI4.0
TON T101,900
LDNT101
=Q1.6
现场调试是整个控制系统完成的重要环节，通过现场调试去发现控制回路和控制程序不能满足系统要求之处；发现控制电路和控制程序矛盾之处；测试调整以适应控制系统的要求。