第第頁共30頁某立體倉(cāng)庫揀選系統(tǒng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與測(cè)試分析案例目錄TOC\o"1-3"\h\u20919某立體倉(cāng)庫揀選系統(tǒng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與測(cè)試分析案例 130949第1章揀選系統(tǒng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 125701.1PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1280321.1.1控制系統(tǒng)選擇 1157731.1.2PLC選型 1246351.2硬件設(shè)計(jì) 2307671.2.1I/O分配表 2181411.2.2硬件接線 454751.3軟件設(shè)計(jì) 5162661.3.1系統(tǒng)流程 5285741.3.2程序設(shè)計(jì) 517596第2章設(shè)備調(diào)試 126432.1調(diào)試前準(zhǔn)備 1226132.2通訊測(cè)試 1217262.3手動(dòng)調(diào)試 1346622.4自動(dòng)運(yùn)行 14第1章揀選系統(tǒng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.1PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.1.1控制系統(tǒng)選擇本控制系統(tǒng)選擇PLC為控制核心，上位機(jī)為信息交互站。PLC支持多種程序設(shè)計(jì)方法，梯形圖可讀性強(qiáng)，易于監(jiān)控；STL邏輯縝密，層次分明；SCL簡(jiǎn)潔高效，允許大量數(shù)據(jù)處理?？梢愿鶕?jù)需求選擇不同的語言進(jìn)行編程。且PLC配備多種通訊接口，數(shù)據(jù)傳輸方便，可擴(kuò)展性強(qiáng)，支持多臺(tái)設(shè)備聯(lián)機(jī)工作。1.1.2PLC選型堆垛機(jī)與揀選機(jī)械手都需要三臺(tái)伺服聯(lián)動(dòng)控制，因此需要具有脈沖發(fā)射功能的PLC，初步確定為西門子1214C，但單部PLC最多只能控制一臺(tái)堆垛機(jī)或者一臺(tái)機(jī)械手，因此一條路口需要；兩臺(tái)1214C，考慮到后期拓展性，需要配置一臺(tái)1500，接收各路口相機(jī)數(shù)據(jù)，進(jìn)行信息交換與總體調(diào)度，初步確定為西門子1511C。1.2硬件設(shè)計(jì)1.2.1I/O分配表堆垛機(jī)作為立體倉(cāng)庫出庫搬運(yùn)設(shè)備，是必不可少的基礎(chǔ)模塊，因此與滾筒線對(duì)接設(shè)備，如移栽機(jī)，統(tǒng)一由一臺(tái)1214C控制，作為揀選系統(tǒng)的基礎(chǔ)的部分。在拆零揀選作業(yè)中，需要揀選機(jī)械手與支路相機(jī)協(xié)作進(jìn)行拆箱播種，但并非必要。因此將其打包組合，由另一臺(tái)PLC進(jìn)行控制，可以根據(jù)分揀作業(yè)的需求自行添加，也可將其省略以減少建設(shè)成本。滾筒線與路口相機(jī)則交由1511C統(tǒng)一處理調(diào)度，同時(shí)也負(fù)責(zé)與上位機(jī)，與立體倉(cāng)庫，與倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)的信息交換，實(shí)現(xiàn)以一帶多。

表1堆垛機(jī)PLC(基礎(chǔ)模塊)I/O表表2揀選機(jī)械手PLC(擴(kuò)展模塊)I/O表1.2.2硬件接線圖4-1堆垛機(jī)PLC接線圖圖4-2揀選機(jī)械手PLC接線圖1.3軟件設(shè)計(jì)1.3.1系統(tǒng)流程揀選工作是從倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)接收訂單時(shí)即開始的，為提高貨品出庫效率，減少搬運(yùn)在揀選作業(yè)中占用的時(shí)間，引入了波次單的概念，即每個(gè)訂單并不是獨(dú)立進(jìn)行揀選作業(yè)的，一個(gè)揀選任務(wù)通常會(huì)包含多個(gè)相似訂單。每個(gè)訂單一旦被接收，就會(huì)分配一個(gè)與之綁定的容器，本系統(tǒng)選擇的是訂單周轉(zhuǎn)箱，掃碼機(jī)或相機(jī)、作業(yè)人員通過訂單周轉(zhuǎn)箱上的識(shí)別碼即可知悉訂單狀態(tài)，不再需要紙質(zhì)單據(jù)。系統(tǒng)根據(jù)波次訂單所需要的所有貨品，結(jié)合倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)內(nèi)貨品存放位置，尋找最短路徑，并按順序向堆垛機(jī)輸出揀貨位，堆垛機(jī)根據(jù)指令前往立體倉(cāng)庫進(jìn)行取貨，由揀選機(jī)械手將取出的料箱內(nèi)貨品按訂單播種到訂單周轉(zhuǎn)箱內(nèi)。訂單周轉(zhuǎn)箱在播種完畢后繼續(xù)向下游流動(dòng)，并在訂單完成后最終到達(dá)配送站，接受核驗(yàn)并出庫。圖4-3揀選流程圖1.3.2程序設(shè)計(jì)倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)上位機(jī)搭載了WMS系統(tǒng)，對(duì)所有入庫貨品進(jìn)行信息管理，從貨品名稱、型號(hào)、數(shù)量，到生產(chǎn)廠家，訂單號(hào)，入庫時(shí)間，一應(yīng)俱全。在收到訂單后，能立刻輸出貨品位置與料箱信息，并提供路徑建議。圍繞此系統(tǒng)展開下位機(jī)揀選程序設(shè)計(jì)，將使揀選效率大大提高。圖4-4WMS系統(tǒng)為在保證模塊化設(shè)計(jì)高拓展性的同時(shí)，降低成本，本系統(tǒng)選擇1511C以一帶多的設(shè)計(jì)，最多可帶動(dòng)75臺(tái)次級(jí)PLC，配合精益物料搭建的柔性貨架，完全滿足后期升級(jí)拓展需求，實(shí)現(xiàn)與企業(yè)共同生長(zhǎng)。因此，系統(tǒng)內(nèi)PLC之間的信息交換成為關(guān)鍵。因?yàn)樗x的PLC皆支持以太網(wǎng)通訊，因此借助交換機(jī)，通過擬設(shè)共用DB塊進(jìn)行通訊。圖4-51511C通訊程序在系統(tǒng)接到訂單后，會(huì)對(duì)所有相似訂單進(jìn)行整合，將相似度高，即需求貨品部分重疊的訂單歸為一個(gè)波次單，訂單周轉(zhuǎn)箱與訂單綁定并進(jìn)入滾筒線，在上游生產(chǎn)線需求貨品與其他訂單一致的訂單周轉(zhuǎn)箱，將具有更高優(yōu)先級(jí)并提前釋放。此時(shí)1511C也將對(duì)波次單內(nèi)所有訂單所需貨品進(jìn)行打分比較。首要的，應(yīng)當(dāng)先針對(duì)單個(gè)貨品進(jìn)行比較，選出最符合訂單需求的料箱。一般是首選存貨量大于波次單需求的料箱，然后比較入庫日期與保質(zhì)期，就近選擇貨品剩余保質(zhì)期短的料箱就近出庫。特殊的，若兩個(gè)或以上的存量較小的料箱，可以正好滿足波次單，則應(yīng)當(dāng)優(yōu)先選取以騰出貨架空間。在選出所有貨品出庫料箱后，在貨品間進(jìn)行比較，能滿足較多訂單需求的，能解放某一訂單使周轉(zhuǎn)箱流入下游的貨品將優(yōu)先出庫。同時(shí)使用遺傳算法，在歷史記錄中，訂單需求多，數(shù)量大的貨品，會(huì)提高其評(píng)分因子，經(jīng)常組合出現(xiàn)的貨品訂單，出庫順序?qū)⒏淤N近。當(dāng)新組合出現(xiàn)時(shí)，支持基因迭代更替，實(shí)現(xiàn)打分系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)更新。圖4-6料箱打分貨架上所有的料箱位置存儲(chǔ)在坐標(biāo)庫中，1511C對(duì)于貨品位置信息的計(jì)算，即接收WMS系統(tǒng)中貨品信息，基于坐標(biāo)庫中已存有的橫坐標(biāo)與縱坐標(biāo)，得到取用貨品路徑。特別的，雖然堆垛機(jī)水平運(yùn)動(dòng)與垂直運(yùn)動(dòng)可以同時(shí)進(jìn)行，但實(shí)際運(yùn)動(dòng)中為保證料箱與貨品的穩(wěn)定，垂直運(yùn)動(dòng)的能耗更大，速度也更慢，因此在算法中，縱坐標(biāo)越高的貨品，其因子越低，一般為0.9n，其中n為貨品在貨架中的行數(shù)。圖4-7貨架坐標(biāo)庫在確定選用的料箱后，1511C立刻將指令發(fā)布給指定1214C，控制堆垛機(jī)前往指定地點(diǎn)取貨。料箱傳感器協(xié)同監(jiān)測(cè)軸運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，若出現(xiàn)與預(yù)期位置的偏離，如搬運(yùn)過程中料箱傳感器只有一側(cè)檢測(cè)到料箱動(dòng)作，或選取料箱異常，則報(bào)送檢修信號(hào)。圖4-8電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制堆垛機(jī)將料箱運(yùn)送到工作站后，若貨品整箱出庫，則無需拆零揀選，移栽機(jī)直接抓取料箱，投放至滾筒線回流進(jìn)入下游配送端。若貨品為波次單共同需求，則移栽機(jī)將其放到拆零工作臺(tái)等待，待上一步作業(yè)完成，工業(yè)相機(jī)旋轉(zhuǎn)至對(duì)應(yīng)工作臺(tái)，當(dāng)相機(jī)旋轉(zhuǎn)至目標(biāo)工作臺(tái)后，即拍攝照片進(jìn)行圖像采集已分析需要抓取的貨品位置。因?yàn)樵诓东@的過程中，工作臺(tái)與貨品始終保持靜止?fàn)顟B(tài)，因此使用傳統(tǒng)標(biāo)定法即可獲取所需貨品的具體坐標(biāo)信息。在本系統(tǒng)的托盤與料箱中，裝有輔助定位錨點(diǎn)，經(jīng)過學(xué)習(xí)后，相機(jī)能根據(jù)輔助錨點(diǎn)快速找到貨品捕捉料箱內(nèi)貨品具體位置并將坐標(biāo)傳給1511C調(diào)度對(duì)應(yīng)PLC，揀選機(jī)械手根據(jù)收到的坐標(biāo)進(jìn)行抓取，并投放至訂單周轉(zhuǎn)箱內(nèi)。圖4-9貨品位置學(xué)習(xí)在單線支路滾筒線中，若上下游調(diào)度不協(xié)調(diào)，如一個(gè)訂單周轉(zhuǎn)箱在路口處多等待了3秒導(dǎo)致后方所有隊(duì)列與預(yù)期產(chǎn)生偏差，極易出現(xiàn)擁堵撞車現(xiàn)象，使揀選作業(yè)變得混亂，大大降低揀選作業(yè)效率。本系統(tǒng)提供“退格”解決方案，1511C立即暫停訂單接收，將擁堵滾筒線及其上游線路動(dòng)力滾筒倒轉(zhuǎn)，將撞車訂單周轉(zhuǎn)箱釋放，待前方行車結(jié)束，再重啟訂單。即使如此，依然會(huì)造成較多的資源錯(cuò)配與時(shí)間浪費(fèi)。因此單滾筒線建議分配處理整箱揀選，只出不進(jìn)。繁忙路段應(yīng)鋪設(shè)雙支路滾筒線，訂單周轉(zhuǎn)箱排隊(duì)進(jìn)入支路滾筒線內(nèi)，能最先完成此支路波次需求的優(yōu)先級(jí)高，最先進(jìn)入，揀選機(jī)械手優(yōu)先從拆零工作臺(tái)選擇此訂單周轉(zhuǎn)箱進(jìn)行揀選作業(yè)，移栽機(jī)將其搬運(yùn)至另一側(cè)回流線內(nèi)，使原本的單行線升級(jí)為一條回路，處理波次單作業(yè)時(shí)有效避免擁堵，大幅提升揀選效率。特別的，對(duì)于可能發(fā)生的故障，應(yīng)建立預(yù)案，設(shè)置對(duì)應(yīng)報(bào)警信號(hào)，不同情況引發(fā)的報(bào)警信號(hào)應(yīng)當(dāng)分別討論，例如貨品擁堵撞車，軸運(yùn)動(dòng)異常，堆垛機(jī)前后有異物等，每種情況必須具有識(shí)別性，使得總控能夠在任何時(shí)期發(fā)生異常時(shí)通過查閱報(bào)警信息，立即確定故障原因，維修人員可以迅速到場(chǎng)進(jìn)行修理作業(yè)，保障生產(chǎn)效率。嚴(yán)重的報(bào)警應(yīng)當(dāng)立即停止揀選作業(yè)，避免安全事故。圖4-10報(bào)警為清除冗余信息，系統(tǒng)支持上電自動(dòng)復(fù)位。

第2章設(shè)備調(diào)試2.1調(diào)試前準(zhǔn)備揀選系統(tǒng)在啟動(dòng)前，應(yīng)仔細(xì)檢查各電磁閥與氣管狀態(tài)，線纜是否完好，接線是否正確。確認(rèn)無誤后則可啟動(dòng)空氣壓縮機(jī)，為后續(xù)調(diào)試做準(zhǔn)備。系統(tǒng)通氣，此時(shí)各頂升氣缸與氣動(dòng)手指都會(huì)恢復(fù)至自己的初始狀態(tài)，若氣缸沒有恢復(fù)至初始狀態(tài)，首先檢查連接氣缸的氣路有沒有受損，其次調(diào)節(jié)氣缸的氣閥等2.2通訊測(cè)試系統(tǒng)上電后，應(yīng)當(dāng)先進(jìn)入上位機(jī)的通訊測(cè)試界面，通過預(yù)留的DB4通訊數(shù)據(jù)塊，進(jìn)行通訊測(cè)試，檢查各級(jí)PLC上對(duì)應(yīng)的預(yù)留空點(diǎn)位是否成功接通。若預(yù)留點(diǎn)位沒有正常接通，首先檢查網(wǎng)線與交換機(jī)是否完好，其次通過Ping通訊檢查IP地址與網(wǎng)絡(luò)延遲。圖5-1通訊測(cè)試圖5-2相機(jī)內(nèi)部通訊參數(shù)2.3手動(dòng)調(diào)試通過上位機(jī)或者觸控面板，依次測(cè)試各個(gè)氣缸、伺服電機(jī)、工業(yè)相機(jī)與傳感器能否正常動(dòng)作，檢查各個(gè)氣缸、伺服驅(qū)動(dòng)器上的傳感器是否正常，若存在異常，應(yīng)先解決故障再繼續(xù)運(yùn)行，若無故障則設(shè)置伺服運(yùn)行速度、沖壓氣缸沖壓時(shí)間等系統(tǒng)啟動(dòng)的參數(shù)，然后按下復(fù)位按鈕，此時(shí)各伺服電機(jī)復(fù)位，尋找各自的工作原點(diǎn)。在初次使用或工作臺(tái)變更后，應(yīng)當(dāng)將對(duì)相機(jī)進(jìn)行至少20次學(xué)習(xí)調(diào)試，在確保相機(jī)對(duì)于托盤或料箱內(nèi)貨品位置的捕捉具備較高正確率后，拆零揀選工作站才具備投產(chǎn)能力。圖5-3軸測(cè)試2.4自動(dòng)運(yùn)行MWS系統(tǒng)整合訂單并生成波次單后，由動(dòng)力滾筒將綁定完畢的訂單周轉(zhuǎn)箱通過滾筒運(yùn)輸向下游流動(dòng)，工業(yè)掃碼器識(shí)別通過的訂單周轉(zhuǎn)箱，確定其訂單需求并在對(duì)應(yīng)站點(diǎn)發(fā)出信號(hào)，頂升氣缸動(dòng)作將訂單周轉(zhuǎn)箱輸送至支路滾筒線，再運(yùn)送至對(duì)應(yīng)工作站等待。與此同時(shí)，在接收到取貨優(yōu)先表后，堆垛機(jī)立即前往對(duì)應(yīng)貨架位置，待取出料箱后返回，然后回到待機(jī)點(diǎn)執(zhí)行或等待下一次取貨請(qǐng)求。移栽機(jī)根據(jù)波次單需求將料箱運(yùn)送至對(duì)應(yīng)拆零工作站后釋放