一、立体仓库概述
立体仓库是指采用高层货架储存货物，用起重、装卸、运输机械设备进行货物出库和入库作业的仓库。这类仓库主要通过高层货架充分利用空间进行存取货物，所以称为“立体仓库”，也有的称为“高架仓库”。目前，这类仓库最大高度达到40 多米，最大库存数可大至数万甚至10 多万个货物单位，可以做到无人操作、按计划入库和出库的全自动化控制，并且可以实现仓库的计算机网络化管理。
立体仓库一般由高层货架、仓储机械设备、建筑物及控制和管理设施等部分组成。按照货架的形式，自动化立体仓库可分为三类：单元货架仓库、贯通式货架仓库和循环货架仓库。自动化立体仓库的核心部件是堆跺机，它担负着出库、进库、盘库等任务，是自动化立体仓库的发展的主要标志。
二、系统概述
THFLT- 1 型立体仓库模型主体由底盘、四层十二仓位库体、三维(X、Y、Z)运动机械及电气控制等四部分组成。
整个系统采用滚珠丝杠、滑杠和普通丝杠作为主要传动机构，电气控制由三菱的可编程控制器、步进电机驱动器、电源、传感器等器件组成。拖动机构为二相八拍混合式步进电机和直流电机。系统的主要执行部分是堆垛机，它由水平移动、垂直移动及伸叉机构三部分组成，其水平和垂直移动分别用两台步进电机驱动滚珠丝杠来完成，伸叉机构由一台直流电机来控制。它分为上下两层，上层为货台，可前后伸缩，底层装有丝杠等传动机构。当堆垛机平台移动到货架的指定位置时，伸叉电机驱动货台向前伸出可将货物取出或送入，当取到货物或货已送入，则铲叉向后缩回。为了准确地找到货物，叉车运行轨道外侧排列有三只列定位片以及叉车立柱一侧安装有四只层定位片。为了检测该仓位是否有货,每个仓位底部均装有一个微动开关。另外，X 轴左端和Y 轴下端也各装一个微动开关，用来保护堆垛机复位时不受损坏。
该控制系统是以可编程控制器为核心，控制步进电机驱动一个有三个自由度的仓库模型来模拟现实中立体仓库的存取过程。运行时，PLC会接收和分析操作人员在命令键盘上的输入指令，做出合理的工作安排，即读取执行元件的信息，通过软件做出合理的工控安排，反馈到执行元件和操作系统，实现车位的位置移动。系统总体框图如图1 所示。
通过软件编程，系统主要可以实现以下几个功能：
(1)PLC 根据键盘的命令实现十二个空位的自动存取。点击键盘上相应的空位号，系统会自动寻找此空位来实现物品的存放，结束后自动返回原点，等待下一个命令，也可以将任意位置的货物送到另一位置。取时只需输入仓位号，就可以从相应位置取回货物放至零号位。
(2)有手动和自动档选择，可以实现手动和自动两种控制方式。
(3) 可以实现用组态软件对硬件系统的同步仿真监视功能。
三、软件实现
该系统的整体流程图如图2 所示。实现中，采用三菱公司的GX Developer 7.0 作为编程软件, 并用力控Forcecontrol6.1 工业监控组态软件进行仿真监视。主控制器选用三菱公司的FX1N—40MT 型PLC，其I/O口具体分配情况如表1 所示。
论文在PLC软件编程中的关键程序设计有以下几点：
(1)键盘命令程序设计
由于只有X4~X7 这4 个输入点作为整个系统的命令输入点，因此论文采用十六进制输入方式，而程序内也写好十六进制中1~15 所对应的后续动作。当PLC接收到仓位信号时，将其存到数据寄予存器D11 中，再将D11 的值跟程序中的写好的值进行比较，符合后才做出相应动作。
(2)定位程序设计
系统中两台步进电机都装有步进驱动器，为4 倍细分，即每800 个脉冲使得丝杠转动一圈。因此步进电机定位程序应这样设计：属于同一行的仓位在同一种命令下应具有同样的竖直距离，如4~6 号仓位，当它们处于“取”命令下时，堆垛机的定位高度应该相同。同样，属于同一列的仓位在同一种命令下应具有同样的水平距离。这样一来，当确认系统确认出需要对某个仓位做出某个动作时，则堆垛机对该仓位的定位距离唯一。
(3)货叉动作程序设计
货叉程序应在第一次步进电机动作后进行，因此在定位之后应启动某个辅助继电器，用于启动货叉程序。程序中限位开关X0 和X1 是触发时低电平有效，Y6 和Y7 不能同时有效。程序具体动作顺序应为：当相应辅助继电器启动、Y7 低电平、X0 低电平(有效) 时，Y6 可伸出;当X1 变低电平(有效)时，Y6 停止动作。此时Y7 不动作，X1 低电平(有效)，则Y 轴步进电机开始动作。动作完成之后，各相应条件满足且Y6 不动作，则Y7 高电平，货叉回退。X0 再次触发，产生下降沿时Y7停止动作。由于货叉程序实现的动作只有伸出- Y 轴步进电机动作———回退，因此关于Y轴步进电机的运动方向和运动距离应在该程序执行前设定好。另外，X14～X30 分别接0～12 号仓限位。
四、总结与展望
该系统通过最终调试表明：无论选择手动控制模式还是自动控制模式，都能够较为准确地完成对货物的存取功能，而且运行比较灵敏、可靠。另外，如果整个控制系统在运行时遇到意外情况，可切换到手动模式，则系统会立即响应，避免意外的发生。
实际生产应用中，论文完成的只是自动化仓库所具有的最基本功能。随着人们生产能力的逐步提高，自动化仓库的发展方向也会越来越广。比如，将计算机、互联网和立体仓库的控制系统相结合，实现远程控制;或者进一步提高立体仓库的自动化能力，实现高速、精准地进行存取货物，以适应高速发展的物流系统的要求;或者让立体仓库智能化，一些技术如高容错搬运系统、自诊断专家系统等已出现于部分复杂自动化仓库系统中，让立体仓库的功能有了进一步的提高。
参考文献：
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