基于PLC控制的多垛位多品种码垛方法及控制系统

1.基于PLC控制的多垛位多品种码垛的控制系统，其特征是包括：
人机交互界面，用于实时工艺流程显示、工艺参数设置及报警信息显示，输入各品种货物的尺寸、各堆放位置的距离、品种与堆放位置的选择；人机交互界面与PLC相联；
PLC，用于收集外部控制信号，执行内部逻辑运算与数据运算，得出伺服电机的运动脉冲数和抓取动作的执行指令，并发出控制指令；PLC与执行电器模块相联；
传感器模块，用于实时的位置检测和状态监视；传感器模块与PLC模块相联；
执行电器模块，执行PLC的控制命令，驱动电机、气动阀和液压阀的动作；
所述的控制系统设定不同的堆放位置，控制系统将自动循环选择就近堆放；且当货物品种变换后，根据相应堆放位置的设定，执行相应的驱动动作。
2.如权利要求1所述基于PLC控制的多垛位多品种码垛的控制系统，其特征是，所述的控制系统设定不同的货物品种，控制系统将自动紧凑型的堆放。
3.如权利要求1-2任一项所述基于PLC控制的多垛位多品种码垛的控制系统，其特征是，所述的控制系统对不同品种、不同堆放点，进行各自的计数并存储数值。
4.一种如权利要求1-3任一项所述的控制系统的码垛方法，其按如下步骤进行：
步骤1.传送带上运送货物到达码垛初始位，此时位置传感器检测到有货物到达，并发送信号给PLC；
步骤2.码垛机的末端执行器到达初始位进行货物提取，动作完成后发送信号给PLC；
步骤3.提取动作完成后，根据人机界面对品种和堆放地点的设定，PLC结合当前码垛位已堆放货物的计数，进行逻辑和数值运算，计算出驱动各轴的伺服电机相应的脉冲数；
步骤4.PLC内部程序运算完成后，X、Y、Z三轴的伺服电机同时运转，将货物移动至相应的位置；
步骤5.到达指定位置后，码垛机末端执行装置松开，放下货物，该位置已码垛的货物数加1，并判断该码垛位的数量是否已满；
步骤6.放下货物后，码垛机X、Y、Z三轴回到各自设定的零点位置，等待货物码垛初始位的货物到达信号。
5.如权利要求4所述的码垛方法，其特征是：步骤3具体为：
步骤3.1、根据人机界面对品种和堆放地点的设定，依据就近原则，选择该货物可堆放的最近码垛位，也对各个品种货物的相应尺寸变化，进行数值运算，以使其紧凑平稳的堆放；
步骤3.2、根据当前堆放地点已有的货物数，进行数值运算，计算出在某一堆放地点上，货物已堆放的层数以及下一件货物将要堆放的位置；
步骤3.3、结合当前堆放货物品种的尺寸和堆放的位置进行数值运算，计算出码垛机在X、Y、Z三个方向上需要运行的具体距离，从而使其紧凑平稳的堆放。

基于PLC控制的多垛位多品种码垛方法及控制系统\n技术领域\n[0001] 本发明属于物流控制技术领域，具体涉及一种基于PLC控制的多垛位多品种码垛方法及控制系统。\n背景技术\n[0002] 近年来，货物自动码垛控制技术在现代物流仓储系统中发挥着重要作用，可以满足仓库中货物的规则性和自动化的要求。但在现有的码垛控制技术中，对一些箱体类的货物堆放方面，由于自动化程序不高，目前仍为人力堆放方式居多。而人力堆放方式存在危险性大、效率低、成本高等缺陷，不能满足于现代社会的快速发展。\n发明内容\n[0003] 为解决现有仓库中对货物的人力堆放层叠的不足，本发明提供了一种基于PLC控制的多垛位多品种码垛控制系统，其运用于自动货物堆放层叠。\n[0004] 在现有技术背景下，按照堆放要求，利用PLC设计一个三坐标轴式码垛机的多垛位多品种码垛控制系统，可运用于现今的物流仓储系统。PLC(可编程控制器)由于在恶劣的环境中工作具有可靠性高、实时性好、功能强大、使用方便等诸多优点，所以被广泛应用于实际工程中。高速脉冲输出功能和高速计数器功能是PLC在位置控制和运动控制领域中的重要组成部分。通过高速脉冲输出来驱动电机，利用脉冲编码器可以采样电机的转速和转动方向，转化为脉冲形式，然后通过高速计数器对其高频率的脉冲进行精确的计数，从而实现PLC对电机的控制。具备这两种功能的PLC可以应用在位置控制和运动控制上，如饮料、书本、方便面等整箱整包的包装运输的各个工业领域。\n[0005] 本发明采取如下技术方案：\n[0006] 基于PLC控制的多垛位多品种码垛的控制系统，其包括：\n[0007] 人机交互界面，用于实时工艺流程显示、工艺参数设置及报警信息显示；可以输入各品种货物的尺寸、各堆放位置的距离、品种与堆放位置的选择。人机交互界面与PLC相联。\n[0008] PLC，用于收集外部控制信号，执行内部逻辑运算与数据运算。逻辑运算主要包括根据已选定的堆放地点和货物品种，进行相应的子程序选择的逻辑运算以及各输出动作的逻辑判断。数值运算主要是根据已堆放的货物数量和码垛距离，进行码垛机三维运行伺服电机所需脉冲数的运算以及堆放数值的计算。经过程序的运算得出伺服电机的运动脉冲数和抓取动作的执行指令，并发出控制指令。PLC与执行电器模块相联。\n[0009] 传感器模块，用于实时的位置检测和状态监视；传感器模块还与PLC模块相联。\n[0010] 执行电器模块，执行PLC的控制命令，驱动电机、气动阀和液压阀的动作。伺服电机或步进电机可作为码垛机X、Y、Z三方向运行的执行电器，可实现码垛机的准确定位。若采用伺服电机，则电机的反馈编码器可提供当前位置的检测。气动阀或液压阀可用于驱动码垛机末端执行机构的动作。伺服电机、气动阀和液压阀与PLC输出端连接，伺服电机反馈编码器与PLC输入端连接，都由PLC进行统一驱动。\n[0011] 优选的，PLC内部输入数量运算与逻辑运算程序。\n[0012] 优选的，控制系统可设定不同的堆放位置，系统将自动循环选择就近堆放。且当货物品种变换后，会根据相应堆放位置的设定，执行相应的驱动动作。\n[0013] 优选的，控制系统可设定不同的货物品种，系统将自动紧凑型的堆放。根据货物的长宽尺寸，系统将自动调整码垛位置的运行脉冲数，从而实现货物紧凑平稳地堆放。\n[0014] 优选的，控制系统可对不同品种、不同堆放点，进行各自品种、垛位的计数并存储数值。\n[0015] 本发明提供的采用上述结构的多垛位多品种的码垛方法，按以下步骤进行：\n[0016] 步骤1.传送带上运送货物到达码垛初始位，此位置传感器检测到有货物到达，并发送信号给PLC。\n[0017] 步骤2.码垛机的末端执行器到达初始位进行货物提取，动作完成后发送信号给PLC。末端执行器可采用液压或气动的方式实现。\n[0018] 步骤3.提取动作完成后，根据人机界面对品种和堆放地点的设定，PLC结合当前码垛位已堆放货物的计数，进行逻辑和数值运算，计算出驱动各轴的伺服电机相应的脉冲数。\n[0019] 步骤3具体为：\n[0020] 步骤3.1根据人机界面对品种和堆放地点的设定，依据就近原则，选择该货物可堆放的最近码垛位。具体实施例参见图3的说明。\n[0021] 步骤3.2根据当前堆放地点已有的货物数，进行数值运算。计算出在某一堆放地点上，货物已堆放的层数以及下一件货物将要堆放的位置。\n[0022] 若已堆放的货物数为N；按照设置的堆放形式，每层放置的货物数量为m；则N被m除的带余除法表达式为N＝A×m+B，其中，A为商数，表示当前货物应该放置的层数；B为余数，表示当前层数对应的位置数。\n[0023] 步骤3.3结合当前堆放货物品种的相应尺寸和堆放的位置进行数值运算，计算出码垛机在X、Y、Z三个方向上需要运行的具体距离，从而使其紧凑平稳的堆放。\n[0024] X轴和Y轴的运行距离以垛位距离初始位的距离为基础，结合货物具体堆放位置进行加减补偿运算，不同堆放位置的距离设定。具体实施例参见图4的说明。\n[0025] Z轴的运行距离根据公式H＝L-A×hi进行计算，其中，hi为货物的高度，即堆放一层的高度；L为码垛机的总高度；H为码垛机沿Z轴方向需要运行的距离。\n[0026] 步骤4.PLC内部程序运算完成后，X、Y、Z三轴的伺服电机同时运转，将货物移动至相应的位置。\n[0027] 步骤5.到达指定位置后，码垛机末端执行装置松开，放下货物，该位置已码垛的货物数加1，并判断该码垛位的数量是否已满。\n[0028] 步骤6.放下货物后，码垛机X、Y、Z三轴回到各自设定的零点位置，等待货物码垛初始位的货物到达信号。\n[0029] 本发明将各个模块组合一起，可以完成不同品种的货物在选定的堆放位置，根据就近原则，按设定的层叠方式，平稳的堆放货物。\n[0030] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：可以针对不同的货物品种，不同的堆垛地点，不同的堆垛高度进行自动选择堆放，主要包括对不同的货物品种的长短尺寸进行数量计算，然后根据设定的堆放地点进行逻辑运算，选择最近的堆放地点堆放，当堆放完成后再度选择最近的堆放点进行堆放，实时监测可以堆放的地点，自动循环运算。当然，在货物堆放方式上，随着堆放层数的变化，自动循环一种形式，使其堆放的货物更加平稳、安全。人机交互界面、PLC、传感器模块和执行电器模块相互结合控制，共同完成各工艺段要求，实现流程的自动控制，对堆放过程中出现的异常情况进行报警。本发明控制系统综合集成测量、控制、报警、安全控制和生产数据管理等功能，具有效率高、品种适应性强、操作方便、通用性广等特点。\n附图说明\n[0031] 图1为本发明自动堆放的控制系统总体框图。\n[0032] 图2为本发明自动堆放的位移尺寸标注示意图\n[0033] 图3为本发明自动堆放的堆放地点距离示意图。\n[0034] 图4为本发明自动堆放层叠的堆放形式图。\n具体实施方式\n[0035] 下面结合附图对本发明做实例阐述。\n[0036] 图1显示了本发明一种优选实施例的多垛位多品种码垛控制系统总体结构框图。\n本实施例多垛位码垛机的控制系统，包括人机交互界面，采用触摸屏进行显示、控制。触摸屏用于输入、控制和故障报警显示等，实现人机对话。在触摸屏中可以输入不同货物的长宽高、堆放高度、堆放地点与起始点在三个方向上的距离和不同货物堆放不同的堆放点的设定等数据。触摸屏还可实时监测运行流程，控制各个部件的单独运行，读取故障报警点和处理相应的报警。\n[0037] 本实施例的控制系统还包括PLC、传感器模块和执行电器模块，人机交互界面与PLC相联，PLC与执行电器模块、传感器模块都相联。\n[0038] 传感器模块用于检测工艺参数和流程监控信号，传感器模块包括多个限位开关传感器、多个激光传感器、多个接近传感器和多个压力传感器，分别用于限制三个方向上的运行距离、检测当前货物的运行状态和系统的安全检测。\n[0039] 执行电器模块包括三个伺服电机、若干个空气气阀和液压阀。\n[0040] 传感器模块提供在运行流程中的检测信号给PLC，PLC在运行过程中，对人机交互界面输入的数据参数和传感器给出的检测信号进行逻辑运算和数据运算，然后提供指令给执行电器模块，驱动伺服电机在三个运行方向上运动，编码器实时监测伺服电机的运转数据给PLC，对运行位置的实时监测和控制，同时在相应的位置驱动各类阀，完成相应的动作。\n当然在运行过程中，各种运行状态都存在着各自的安全检测，实时报告安全动态至PLC和人机交互界面，PLC对各种故障情况作出判断和相应的动作。\n[0041] 图2显示了本发明一种实施例的多垛位多品种码垛控制系统在X、Y、Z三个方向上的位移方位定义。图中包括码垛机1、码垛机的末端执行机构2、轨道3、货物4、码垛位5。其中，沿轨道方向为X轴方向，沿末端执行机构方向为Y轴方向，沿立柱方向为Z轴方向。当码垛机位于图中所示的起始位置时，长a、宽b的货物3在此处被提取，根据选定的品种和堆放地点，以及当前堆放地点上的已放置的纱包数来计算出X、Y、Z三个方向的位移量。码垛机1、码垛机的末端执行机构2、轨道3、码垛位5等均为现有技术。\n[0042] 图3显示了本发明一种实施例的多垛位多品种码垛控制系统在堆放地点距离上的设置。根据不同的品种可以选择不同的堆放位置，例如：品种1选择堆放点1和堆放点3，而品种2选择堆放点2和堆放点4时，在人机交互界面上输入品种1和品种2相应的长宽高参数，堆放点1、2、3、4相应的距离参数，PLC会根据内部存储的逻辑运算和数据运算，自动计算出相应的运动轨迹，品种1的货物会优先堆放至最近的堆放点——如堆放点1，直至堆放点1堆放数到达设置值后，系统会自动将货物堆放至下一个最近的堆放点——如堆放点3，当堆放点\n3堆放数达到设置值后，系统再度选择最近的堆放点，如此循环，直至所有堆放点堆放满额为止，但当堆放点的货物移走后，又会重新计算堆放。当然在堆放过程中，若发生品种的变更，系统自动会按照品种2的堆放路线进行，执行方式与品种1的方式相同。\n[0043] 图4显示了本发明一种实施例的多垛位多品种码垛控制系统的码垛形式。码垛形式上为了使货物堆放更加稳健和安全，选择了一种相互错位压放的方式，第1、3、5......层与第2、4、6层堆放的形式相互错位，循环堆放。\n[0044] 根据当前堆放地点已有的货物数，进行数值运算。计算出在某一堆放地点上，货物已堆放的层数以及下一件货物将要堆放的位置。\n[0045] 若已堆放的货物数为N；按照设置的堆放形式，每层放置的货物数量为5；则N被5除的带余除法表达式为N＝A×5+B，其中，A为商数，表示当前货物应该放置的层数；B为余数，表示当前层数对应的位置数。\n[0046] 在距离设置运算方面，采用加减补偿运算来实现，第1、2、3、4、5号货物相当于A为偶数，余数B分别为1、2、3、4、0。第6、7、8、9、10号货物相当于A为奇数，余数B分别为1、2、3、4、\n0。各个摆放位置的距离运算如下：\n[0047] 1号货物：X轴运行距离为Xi-b,Y轴运行距离为Yi+(a+b)/2；\n[0048] 2号货物：X轴运行距离为Xi,Y轴运行距离为Yi+(a+b)/2；\n[0049] 3号货物：X轴运行距离为Xi+b,Y轴运行距离为Yi+(a+b)/2；\n[0050] 4号货物：X轴运行距离为Xi-a/2,Y轴运行距离为Yi+a；\n[0051] 5号货物：X轴运行距离为Xi+a/2,Y轴运行距离为Yi+a；\n[0052] 6号货物：X轴运行距离为Xi-a/2,Y轴运行距离为Yi；\n[0053] 7号货物：X轴运行距离为Xi+a/2,Y轴运行距离为Yi；\n[0054] 8号货物：X轴运行距离为Xi-b,Y轴运行距离为Yi+(a+b)/2；\n[0055] 9号货物：X轴运行距离为Xi,Y轴运行距离为Yi+(a+b)/2；\n[0056] 10号货物：X轴运行距离为Xi+b,Y轴运行距离为Yi+(a+b)/2；\n[0057] a:货物的长\n[0058] b:货物的宽\n[0059] y:货物在起始点与堆放点在Y轴方向上的距离\n[0060] xi:货物在起始点与各个堆放点在X轴方向上的距离\n[0061] Z轴的运行距离根据公式H＝L-A×hi进行计算，其中hi为货物的高度，即堆放一层的高度；L为码垛机的总高度；H为码垛机沿Z轴方向需要运行的距离。\n[0062] 当然每层的摆放方式根据不同的货物的长宽尺寸，选择不同的堆放摆放方式，摆放方式基于长宽的比例范围选择更优化的摆放方式。\n[0063] 上述对本发明的优选实施例进行了详细说明，对本领域的普通技术人员而言，依据本发明提供的技术方案和技术构思，在具体实施方式上做出的各种修改、变化，也落入本发明的保护范围内。