自動化立體倉庫系統(tǒng)的技術(shù)研究與應(yīng)用

雷楠南

（三門峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 三門峽 472000）

1 立體倉庫技術(shù)概述

一般倉庫是貨物儲存的場所，存儲貨物是唯一的功能，是一種“靜態(tài)倉庫”，而自動化立體倉庫采用先進(jìn)的自動化控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)貨物出庫、入庫管理，不僅能使貨物在倉庫內(nèi)按要求自動出庫、入庫，而且可以與倉庫周邊的生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行有機(jī)的鏈接，并通過計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)和自動化貨物分揀系統(tǒng)，使立體倉庫成為企業(yè)生產(chǎn)過程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。立體倉庫技術(shù)發(fā)展的優(yōu)勢在于能及時(shí)、準(zhǔn)確、迅速地完成出入庫作業(yè)，大大降低了工人的勞動強(qiáng)度，節(jié)省人力資源成本；同時(shí)，在貨物存儲過程中，既能確保貨物庫存作業(yè)的安全性、減少貨損貨差，又能及時(shí)監(jiān)控、查詢庫存品種、數(shù)量、金額、位置、出入庫時(shí)間等信息［1］。對于制造類企業(yè)而言，自動化倉庫技術(shù)的發(fā)展是制造業(yè)信息化的趨勢。企業(yè)外購件和自制生產(chǎn)件進(jìn)入自動化倉庫儲存是整個(gè)生產(chǎn)過程中的一個(gè)環(huán)節(jié)，短時(shí)儲存是為了在指定的時(shí)間自動輸出到下一道工序進(jìn)行生產(chǎn)，從而形成一個(gè)自動化的“物流系統(tǒng)”，由此完成倉庫的“動態(tài)儲存”功能，大大提高了儲存空間的利用效率。

2 自動化立體倉庫控制系統(tǒng)的構(gòu)建

分離式自動化立體倉庫由廠房、貨架、堆垛機(jī)、托盤、周邊輸送系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、后備冗余系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)和倉庫管理系統(tǒng)構(gòu)成［2］。本項(xiàng)目中的控制系統(tǒng)采用研華工控機(jī)、WINCC6.0上位組態(tài)軟件、工業(yè)以太網(wǎng)、西門子S7－400 HPLC冗余系統(tǒng)控制方案。一層貨物的出、入庫系統(tǒng)由2個(gè)從站來控制；二層和三層貨物的出入庫系統(tǒng)由2個(gè)從站來控制；16個(gè)巷道堆垛機(jī)分別由16個(gè)從站來控制，并且各巷道堆垛機(jī)控制柜內(nèi)從站PLC與主控柜主站PLC之間采用無線通訊模塊實(shí)現(xiàn)無線通訊，與其他控制柜內(nèi)從站PLC通訊，采用PROFIBUS－DP通訊模塊實(shí)現(xiàn)通訊鏈接。自動化立體倉庫控制系統(tǒng)的硬件構(gòu)架如圖1所示。

圖1 自動化立體倉庫控制系統(tǒng)的硬件構(gòu)架

3 自動化立體倉庫的入、出庫流程

自動化立體倉庫控制系統(tǒng)分手動操作、遙控操作和自動操作。手動操作是測試和出現(xiàn)故障時(shí)使用的操作模式；遙控操作是手動作業(yè)時(shí)使用的操作模式；自動操作是正常工作下使用的操作模式。

托盤入庫時(shí)先通過條碼掃描機(jī)讀取數(shù)據(jù)經(jīng)由上位機(jī)處理后，由上位機(jī)給PLC傳送目的數(shù)據(jù)，且PLC控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)把托盤送到指定位置。堆垛機(jī)水平方向位置的定位是通過激光測距檢測元件和光電開關(guān)來實(shí)現(xiàn)，具有雙重檢測和定位功能。其中，激光測距檢測定位應(yīng)在PLC程序中做初始化處理，避免出現(xiàn)激光測距檢測元件斷線故障時(shí)，系統(tǒng)不能及時(shí)報(bào)警造成的危險(xiǎn)狀況。堆垛機(jī)垂直方向位置定位是通過旋轉(zhuǎn)編碼器檢測元件、光電開關(guān)來實(shí)現(xiàn)，也具有雙重檢測和定位功能［3］。其中，旋轉(zhuǎn)編碼器定位檢測時(shí)，也應(yīng)在PLC程序中做初始化處理，避免出現(xiàn)編碼器斷線故障時(shí)，系統(tǒng)不能及時(shí)報(bào)警造成的危險(xiǎn)狀況。堆垛機(jī)上的移載機(jī)安裝有尺寸檢測元件，避免出現(xiàn)托盤超出或定位不準(zhǔn)造成的損害貨架或貨物情況。

上海某物流公司自動化立體倉庫采用41列、32排、13層、2貨位、16巷道方式設(shè)計(jì)；采用分層存儲方式管理出、入庫，共分3層，其中每層又分上、下層，共計(jì)6層，共有41×32×13×2＝34 112庫位。圖2至圖5為一、二樓入庫及出庫流程。圖2中，N0.01～N0.05和01～10為各巷道，每個(gè)巷道有一臺運(yùn)貨小車；A表示一樓A層，A01～A36為動力源即電機(jī)；圖3中，B表示B層，B01～B36為動力源即電機(jī)；圖4、圖5中，Q表示電機(jī)。

圖2 一樓入庫流程

4 自動化立體倉庫的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)

通常，立體倉庫內(nèi)貨物存儲的數(shù)據(jù)包括巷道數(shù)、行數(shù)、列數(shù)、層數(shù)、深淺庫位、貨物編碼、庫存數(shù)量、顏色、價(jià)格、廠家、入庫時(shí)間、經(jīng)辦人等，一般都采用SQL Server數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)在數(shù)據(jù)資料服務(wù)器上運(yùn)行和管理這些數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)資料服務(wù)器把數(shù)據(jù)傳送給資料主機(jī)和控制電腦，控制電腦把貨物的巷道數(shù)、行數(shù)、列數(shù)、層數(shù)、深淺庫位、貨物編碼數(shù)據(jù)傳送給下位機(jī)PLC，由PLC來完成貨物的有效存儲。

5 自動化立體倉庫的通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

自動化立體倉庫通訊網(wǎng)絡(luò)的主干網(wǎng)采用雙環(huán)路工業(yè)以太網(wǎng)的冗余網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，堆垛機(jī)從站控制系統(tǒng)與主站控制系統(tǒng)采用無線通訊網(wǎng)絡(luò)，其他從站控制系統(tǒng)與主站控制系統(tǒng)采用PROFIBUS－DP網(wǎng)絡(luò)通訊，實(shí)現(xiàn)主從站之間的數(shù)據(jù)交互、傳遞。系統(tǒng)冗余架構(gòu)涉及的問題有以下3個(gè)方面。

圖3 一樓出庫流程

圖4 二樓入庫流程

圖5 二樓出庫流程

5.1 冗余系統(tǒng)的I／O配置

冗余系統(tǒng)需要支持冗余的I／O卡件來完成，其常見問題是鈍化。跟非I／O冗余系統(tǒng)相比，需要注意的是對備用通道的處理。非冗余I／O卡件往往不需要處理便可以正常使用，但對于I／O冗余，通常都需要將備用通道帶上負(fù)載，否則就會產(chǎn)生鈍化。

5.2 冗余CPU與標(biāo)準(zhǔn)CPU的通訊

從通訊方式上講，如果采用DP通訊的方式，標(biāo)準(zhǔn)做法是使用Y－LINK實(shí)現(xiàn)。H型CPU均為400系列，因此，400系列的CPU采用DP通訊時(shí)需要作為主站，而300CPU作為從站。如果采用以太網(wǎng)的通訊方式，則需要在雙方的CPU中編寫通訊程序。通常，需要編寫一個(gè)切換程序，即單CPU與 H－CPU的切換。在本項(xiàng)目實(shí)施過程中，所采取的方法是不做切換程序，而是單CPU與H－CPU采用兩套程序同時(shí)運(yùn)行，效果也比較好。

5.3 冗余CPU與非冗余DP接口從站的連接

冗余CPU與非冗余DP接口從站連接的標(biāo)準(zhǔn)做法也是采用Y－LINK來實(shí)現(xiàn)的。非冗余DP接口分為帶有DP接口的CPU、帶有DP的CP卡以及帶有DP口的第三方產(chǎn)品。不論采用何種方式，都需要導(dǎo)入GSD文件，然后進(jìn)行硬件組態(tài)。通訊雙方定義I區(qū)和O區(qū)相應(yīng)地址，需要注意的是雙方組態(tài)的I區(qū)、O區(qū)的順序，即A方I區(qū)對應(yīng)B方O區(qū)，A方O區(qū)對應(yīng)B方I區(qū)，而且順序要相對應(yīng)，否則將導(dǎo)致通訊數(shù)據(jù)交換的失敗。

6 小結(jié)

自動化立庫技術(shù)與平庫相比，作業(yè)效率高、勞動強(qiáng)度低、節(jié)約庫存占地面積、倉庫利用率高；采用計(jì)算機(jī)自動分配貨位及自動出入庫管理，便于庫存物品的及時(shí)準(zhǔn)確提取、實(shí)時(shí)進(jìn)行庫存盤點(diǎn)、打印報(bào)表，易于實(shí)現(xiàn)公司ERP系統(tǒng)管理；庫存貨物管理模式按照貨物先入先出方式出入庫，避免了庫存貨物積壓及老化現(xiàn)象；貨物存儲庫位多，堆垛機(jī)移動速度快，貨物儲存的周轉(zhuǎn)速率高；貨物破損率低，企業(yè)生產(chǎn)應(yīng)變能力強(qiáng)；冗余系統(tǒng)的引入，確保了自動化立體倉庫零故障率；操作方式使用手動、遙控、自動3種模式，使整個(gè)系統(tǒng)安裝調(diào)試、使用、維護(hù)比較方便。

［1］ 徐常凱，鄭金忠.自動化倉庫計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的集成技術(shù)研究［J］.物流技術(shù)，2002（9）：14－15.

［2］ 李大偉，呂志軍，項(xiàng)前，等.基于參數(shù)化模板的立體倉庫貨架設(shè)計(jì)系統(tǒng)的開發(fā)［J］.機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2012（5）：258－259.

［3］ 胡貴彥，鄔躍.對日本倉儲技術(shù)的特點(diǎn)及發(fā)展趨勢的探討［J］.物流技術(shù)，2009（4）：142－143.