摘要：巷道堆垛机提升系统是堆垛机的重要组成部分，其控制系统较为典型、也很复杂。该系统采用Siemens S7-300 PLC、西门子S120伺服、堆垛机运行软件（SCS）、Pi-touch手操器、应用Profibus现场总线技术、带编码器反馈的直接转距控制方式及人机界面系统，确保了系统的安全可靠运行故障的及时处理，真正实现了人机智能化。
关键词：西门子S120伺服；堆垛机运行软件（SCS）； 人机界面；Profibus
引言：立体仓库的产生现代物流体系发展的要求和信息技术进步的结果。自上世纪60 年代以来，美、日、欧等国家和地区设计和投入使用的立体仓库越来越多，立体仓储技术已成为一门新兴的学科。堆垛机是自动化立体仓库的主要作业机械，担负着出库、进库、盘库等任务，是自动化立体仓库的核心部件，自动化立体仓库的发展就是以堆垛机的发展为主要标志的。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。本文以河南中烟黄金叶制造中心烟草物流高架库为例，研究了西门子S120伺服在巷道堆垛机提升系统中的应用。
1.控制方案
河南中烟黄金叶制造中心烟草物流高架库采用德马泰克堆垛机型号为SR-U 1200，用于外型尺寸1300L*900W*1000H的托盘库、重量300KG 以下的自动化仓库中完成存取货物功能，是该自动化立体仓库的主机设备。堆垛机使用单柱单叉，调度计算机通过红外通讯器给堆垛机下达任务，堆垛机到指定位置存取货物，堆垛机向调度计算机反馈本机状态：堆垛机获得任务后，先到取货位置将取货的层、列地址译码成激光测距器的值，然后判断当前位置与目标位置的差值，即可知道运动方向和速度，然后控制变频器输出，驱动走行、升降电机运行，走行、升降到位后货叉进行取货操作；放货时运行状态与取货相似，不同之处在于将放货位置读到目标地址，走行、升降到位后货叉进行放货操作。因此，对堆垛机的走行、升降及货叉伸收等控制性能都要求很高。该机采用Siemens S7-300 PLC、西门子S120伺服、堆垛机运行软件（SCS）等高性能配置，应用Profibus现场总线技术、带编码器反馈的直接转距控制方式及人机界面系统。该堆垛机主要分为走行机构、提升机构、货叉三部分，其中其中提升机构在堆垛机中应用上较为典型、控制也较复杂。
1.1 PLC
堆垛机以S7-300软 PLC为电控核心，主要由电源 模块、CPU、输入输出模块及SM338功能模块等组成。CPU配有PTP通讯口，通过工业以太网网络传输器与上位计算机进行通讯联络，实现上位机对堆垛机的控制，另外还配有高速计数模块，用于采集激光测距值。输入模块采集由行程开关、光电检测开关、空开反馈信号、变频器故障反馈等设备的信号状态，并接收主令控制器、按钮开关、钥匙开关等发出的控制指令。SM338功能模块采集编码器反馈值，集中在CPU中进行运算，并将程序运算结果通过输出模块和Profibus现场总线传送给继电器、接触器、变频器等执行设备，从而驱动电动机、电磁抱闸、冷却风机等完成各种生产任务。
1.2 Profibus串行通讯现场总线系统
Profibus是一种开放式串行通讯标准，可实现数据在各类自动化元件间互相交换。本系统以S7-300作为主站，通过Profibus现场总线和RS485接口与西门子S120伺服进行数据快速实时交换。PLC中央处理器从伺服读出提升给定值和实际值，包括伺服准备好、上电应答、运行、转矩验证OK、伺服故障、电动机实际转速等信息，并将速度给定值写入伺服，包括通讯检测位、来自现场总线PLC系统的Drive on、来自上位系统的启动信号、故障复位信号及实际频率给定等。使复杂的信号转换、监控、反馈过程全部通过Profibus链的数据传输和CPU的快速集中处理轻松实现。
1.3 人机界面系统
堆垛机运行软件（SCS）和PLC间采用Profibus总线进行数据传输与交换，实时显示各光电开关和行程开关状态、当前层和当前列实际值和编码值及货叉当前位置，还可查看和修改堆垛机相关数据、手动或半自动操作堆垛机，并能利用自身故障实时诊断系统判断故障现象、记录故障时的各种参数。这样操作人员和检修人员就可以全面及时了解系统状态，并可按提示的故障信息去检查和维修，达到准确、快速排除故障的效果，真正实现人机智能化。
1.4 伺服调速系统
（1）提升工况及要求 提升机构要求较大调速比和较硬机械特性，以适应重物的精确提升要求；要求有大起动转矩、优异动态转矩响应能力，以适应负载变化、保证重载提升能力；必须解决好再生制动状态的能量回馈与处理，以缩短减速停车时间并保证停车位置精确性。（2）变频功能应用 根据起升机构特性和技术要求，伺服驱动器采用带测速反馈接口西门子S120伺服，形成闭环直接转矩控制，通过预励磁功能和启动转矩设定，使电机启动瞬间力矩最高可达300％，实现优异的启动特性。内置制动斩波器，外接制动电阻，使制动过程中产生的再生能量通过制动电阻得到释放，达到快速制动的目的。使用机械制动控制功能，使电机转矩释放和制动器紧密配合，更好地提高了设备的安全性和承受频繁起动冲击的能力，可靠性也大为增加。
2.小结
系统PLC程序控制使外部硬接线简单明了，故障率低且易于维护；整个系统电网适应性强，起动转矩和低速转矩高，速度响应快，调速范围宽，各档位速度可任意设置，加减速时间可调；提升专用软件使系统具备了提升机应用所需的全部控制和安全功能，确保了安全可靠地运行。智能人机界面系统具备了完善的保护及监控功能，使操作者随时掌握整个系统的状态，故障处理更加简便快捷。该系统自投入运行以来，一直运行良好，调速性能优异、定位准确、操作简单、故障率低、维护方便，大大提高了企业生产效率，有着广泛的推广价值，必将成为起重设备电控系统的发展方向。
参考文献：
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[4]段苏振.变频器世界[M]. 北京：机械工业出版社，2006
论文作者:张广奇
论文发表刊物:《基层建设》2018年第4期
论文发表时间:2018/5/23
标签：堆垛论文; 系统论文; 转矩论文; 机运论文; 故障论文; 人机界面论文; 变频器论文; 《基层建设》2018年第4期论文;