基于PLC的天车无人化控制系统设计研发及应用

基于PLC的天车无人化控制系统设计研发及应用

基于PLC的天车无人化控制系统设计研发及应用

【摘 要】介绍全国首家天车无人化控制系统设计及应用。该系统结合传感器技术、PLC技术拟合曲线法研发了摆角控制技术，实现了天车多模式控制、全自动运行、设备全天候监视和钢卷跟踪等功能。应用表明，系统显著提高了天车效率和平稳度，降低了天车工劳动强度和天车点检难度，增加了天车可靠性。为库房管理和物流工艺发展升级提供了坚实的设备基础。

【关键词】天车控制 天车无人化 PLC 摆角控制 全天候监视 1 引言

目前，国内外绝大多数天车控制模式中，均采用纯电气控制。在很大程度上限制了天车控制水平进步、库房管理和物流工艺的发展和升级。传统天车，操作工长期暴露在危险环境下从事高强度重复性劳动；天车利用效率低，动作平稳程度不高；天车属于高空作业，设备不易点检，故障不易发现[1]。唐钢于2014年着手自主研发并最终在国内首次应用天车无人化控制系统很好的解决了这些问题。 2 设计方案

以实现天车全自动和天车设备全天候监控为目的，综合

无线网络技术、PLC控制技术和HMI技术，设计天车无人化控制系统。一套可靠的PLC系统，需要具备多种环境下的处置能力，据此采用手动模式、自动模式、遥控模式、维护模式四结合的原则，实现天车控制方式多样化。基于面向对象原则，将系统划分为命令层、基础层、执行层，如图1所示，依托现场总线技术和无线通讯技术串接PLC控制系统、传感器、传动设备，实现控制精准化。明确控制对象，划分控制功能，分别为大车控制、小车控制、主钩升降控制、主钩旋转控制、天车摆角控制、天车防撞控制、夹钳控制、钢卷跟踪、事件中断及手动干预的处理、参数设定、故障报警、人机接口等功能。作为智能化库房的设备控制部分，建立完善的通讯结构，保障系统与WMS进行实时数据通讯，接收WMS下发工单，反馈天车和钢卷信息，生成信息数据流，为生产物流提供数据支撑。

图1 控制系统层次划分及系统结构图 3 硬件结构

采用西门子S7-300 PLC及ET200远程站做为控制架构，组成命令层，结合传感器状态，经由连锁和逻辑判断对执行层下达具体动作命令；执行层包括ABB变频器及其控制的电机等传动装置，通过Profibus工业总线接收命令层指令进行电机等设备的动作；基础层由各种传感器组成，对天车实际动作和当前状态进行检测，并反馈到命令层PLC中，作为

PLC系统命令的触发与连锁信号。 4 功能技术研发实现

系统采用模块化组织架构，按照不同功能划分各个功能块，使用SCL语言编程。 4.1设备控制功能研发实现

手动和遥控控制采用循环顺序控制方式，即由主程序依次调用手动控制模块和遥控控制模块，实现逻辑的顺序执行，用以保证天车非常规工作的使用，继承传统天车的控制功能。自动控制采用定时扫描控制方式，即每50ms运行一次循环，调用一次自动控制模块，有效保证系统自动运行和DP通讯的可靠性，实现天车无人化的目的，如图2所示。维护模式采用继电器控制，完全脱离PLC控制，用于PLC系统产生严重故障或天车其它设备产生致命错误时。 图2 手动和遥控控制功能结构图 4.2钢卷跟踪技术研发实现

钢卷跟踪的工作对象是指钢卷在库房内由天车动作所引起的一系列位置和状态变化，其目的是通过确定钢卷在库房内具体垛位的位置和状态决定是否启动相关的功能程序，对跟踪的钢卷准确地进行各种控制、数据采样、操作指导并将其跟踪信息发送至HMI人机界面，实现天车设备全天候监控。钢卷跟踪是天车全自动控制的重要手段，其功能的高低直接影响着天车控制系统的自动化水平。跟踪由PLC完成，