面向現(xiàn)代物流的自動化立體倉庫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析

彭太剛

摘 要：隨著現(xiàn)代物流的不斷發(fā)展和進(jìn)步，其管理理念逐漸被廣大企業(yè)接受，越來越多的企業(yè)開始將現(xiàn)代物流管理的理念和手段運(yùn)用于管理中。這就對企業(yè)的物流自動化控制系統(tǒng)提出了更高的要求。基于此，對現(xiàn)代物流背景下自動化立體倉庫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析，希望可以提高該系統(tǒng)的使用性能，促進(jìn)現(xiàn)代物流更快更好的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)代物流；立體倉庫；控制系統(tǒng)；軟件設(shè)計(jì)

中圖分類號：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.01.096

在企業(yè)的生產(chǎn)運(yùn)營中，庫存管理具有重要的地位，可以為企業(yè)帶來更好的經(jīng)濟(jì)效益。而要進(jìn)行庫存管理，首先需要具備倉庫。自動化立體倉庫技術(shù)在20世紀(jì)80年代就取得了較大的成就，但是，我國在這方面的研究和發(fā)展程度較低。目前，得益于現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，現(xiàn)代物流管理取得了較好的發(fā)展，已經(jīng)受到了全世界的關(guān)注和重視，而越來越多的企業(yè)也開始嘗試運(yùn)用現(xiàn)代化的物流管理方式，并且獲得了很好的經(jīng)濟(jì)效益。自動化立體倉庫作為現(xiàn)代物流管理的重要組成部分，對物流管理的質(zhì)量具有直接的影響。因此，研究自動化立體倉庫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有十分重要的意義。

1 方案設(shè)計(jì)

1.1 自動化立體倉庫概述

自動化立體倉庫具有一定的優(yōu)越性——不僅可以大大節(jié)約倉庫的占地面積，還可以提高空間利用率；不僅可以提高操作人員的工作效率，還可以降低他們的工作強(qiáng)度，節(jié)省大量人力、物力和財(cái)力，進(jìn)而提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。另外，在倉庫中使用自動化設(shè)備，還可以加快貨物存取的速度，具有準(zhǔn)確、可靠和查詢方便的特點(diǎn)。

目前，自動化立體倉庫控制的方式主要有兩種，即單機(jī)自動控制和變頻調(diào)速運(yùn)行機(jī)構(gòu)控制，而供電的方式為封閉滑觸線供電。雖然當(dāng)前我國在自動化立體倉庫的開發(fā)和設(shè)計(jì)方面已取得了一定的成就，但與發(fā)達(dá)國家相比，還存在很大的差距，并且很多領(lǐng)域還處于空白，因此，我國在這方面還需要長期努力。

1.2 工藝流程

本次設(shè)計(jì)的自動化立體倉庫控制系統(tǒng)的主要工藝是：將前

一級平面物流中承載產(chǎn)品的托盤存入到倉庫中的承載架上，在經(jīng)過一段時(shí)間的固定工藝處理之后，將其取出放在后面一級的平面物流當(dāng)中。對整個(gè)系統(tǒng)的要求是可以自動、高效、快速、準(zhǔn)確地完成所有的存取動作。而要實(shí)現(xiàn)這一設(shè)計(jì)目標(biāo)，就需要設(shè)計(jì)一個(gè)可靠的通信網(wǎng)絡(luò)和一套快速、平穩(wěn)的伺服控制運(yùn)動系統(tǒng)。

1.3 自動化立體倉庫控制系統(tǒng)

在本次設(shè)計(jì)中，為了提高對各個(gè)區(qū)域的控制程度，以便更有效地提高控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度和系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性、易于維護(hù)性，根據(jù)整個(gè)系統(tǒng)中各個(gè)功能區(qū)域的特點(diǎn)，在每一個(gè)功能區(qū)域都要設(shè)置一套控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)的控制器由三部分組成，即上位機(jī)、主控和堆棧車，具體如圖1所示。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1 通信系統(tǒng)

在現(xiàn)場環(huán)境條件受限的情況下，為了實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的各項(xiàng)功能，整個(gè)立體倉庫采用了多種形式的通信方式。目前，最主要的是管理級的以太網(wǎng)通信方式。

2.2 伺服控制系統(tǒng)

伺服控制系統(tǒng)是整個(gè)自動化立體倉庫控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，其性能直接關(guān)系到立體倉庫的性能指標(biāo)。在本次設(shè)計(jì)中，在立體倉庫控制系統(tǒng)的水平方向和垂直方向分別設(shè)置了一個(gè)伺服電機(jī)，即水平方向的激光測距伺服電機(jī)和垂直方向的條碼測距反饋伺服電機(jī)。在這兩個(gè)伺服電機(jī)當(dāng)中，垂直方向的條碼測距反饋伺服電機(jī)屬于齒輪傳動和鏈條電機(jī)。這種電機(jī)具有很大的優(yōu)越性，移動的距離和負(fù)載慣量較小，比較容易控制，只需要利用伺服電機(jī)本身自帶的編碼器反饋就可以完成對伺服電機(jī)的控制。而水平方向的激光測距伺服電機(jī)的作用是帶動堆垛機(jī)在軌道上行走。這時(shí)，由于堆垛機(jī)本身的特點(diǎn)，容易出現(xiàn)打滑現(xiàn)象。針對這一問題，采用傳統(tǒng)的伺服控制速度和變頻調(diào)速都不能很好地解決，而且還有可能對相關(guān)設(shè)備造成極大的損壞。因此，本文采用的伺服控制模式為多閉環(huán)伺服系統(tǒng)模式。采用這一模式可以有效實(shí)現(xiàn)對堆垛機(jī)運(yùn)行速度和位置定位點(diǎn)的多閉環(huán)伺服控制，并且在伺服系統(tǒng)中加入了負(fù)載側(cè)編碼器，可以精準(zhǔn)地定位目標(biāo)。

根據(jù)編碼器反饋脈沖來源的不同，可以將SEW伺服控制器的控制方式分為三種，即全閉環(huán)控制、雙閉環(huán)控制和半閉環(huán)控制。在本次設(shè)計(jì)中，除了水平方向的伺服電機(jī)外，其余的電機(jī)均采用半閉環(huán)控制方式，主要是為了加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度。行走伺服電機(jī)采用的控制方式為雙閉環(huán)控制，有效克服了全閉環(huán)控制和半閉環(huán)控制的缺點(diǎn)。

2.3 PLC軟件設(shè)計(jì)

為了方便對系統(tǒng)進(jìn)行修改、調(diào)試和維護(hù)，系統(tǒng)PLC程序所采用的結(jié)構(gòu)形式為模塊化形式。整個(gè)系統(tǒng)包括以下幾個(gè)模塊：伺服控制模塊、通信模塊、當(dāng)前位置計(jì)算模塊、顯示模塊和報(bào)警處理模塊等。PLC軟件按照一定的流程運(yùn)行，具體如圖2所示。

2.4 監(jiān)控調(diào)度軟件設(shè)計(jì)

監(jiān)控調(diào)度軟件的設(shè)計(jì)至關(guān)重要，可以有效保證整個(gè)系統(tǒng)的有序運(yùn)行。在本次設(shè)計(jì)中，立體倉庫控制系統(tǒng)所采用的監(jiān)控方式為全程監(jiān)控、實(shí)時(shí)調(diào)度的方式，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)物流系統(tǒng)管理層與控制層的無縫銜接，從而有效降低了系統(tǒng)出錯(cuò)的概率，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和高效性。此外，還建立了標(biāo)準(zhǔn)的信息服務(wù)器，大幅度提高了通訊的速率，有效解決了實(shí)時(shí)控制通信量較大的問題。

監(jiān)控系統(tǒng)按照一定的流程運(yùn)行，如圖3所示。由這個(gè)工作

流程圖可以看出，監(jiān)控系統(tǒng)主要完成以下三個(gè)任務(wù)：①采集自動化立體倉庫控制系統(tǒng)的狀態(tài)數(shù)據(jù)。自動化立體倉庫控制系統(tǒng)的狀態(tài)數(shù)據(jù)主要有兩個(gè)來源，即堆垛機(jī)控制器發(fā)回的狀態(tài)報(bào)告和通過堆垛機(jī)位置傳感器和檢測元件取得。②監(jiān)控自動化立體倉庫控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，并處理運(yùn)行中存在的異常情況。③對堆垛機(jī)進(jìn)行調(diào)度，同時(shí)對倉庫作業(yè)進(jìn)行管理等。

2.5 堆垛機(jī)的設(shè)計(jì)

在自動化立體倉庫中，應(yīng)用最為廣泛的起重設(shè)備就是堆垛起重機(jī)，因此，對堆垛起重機(jī)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)是自動化立體倉庫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。巷道式堆垛機(jī)采用的堆垛通道為直角，實(shí)現(xiàn)了巷道寬度的最小化，大大提高了倉庫的空間利用率。更重要的是，巷道式堆垛機(jī)為實(shí)現(xiàn)自動化控制奠定了良好的基礎(chǔ)。本文設(shè)計(jì)的堆垛機(jī)有三種操作方式，即全自動、半自動、手動。一般情況下，使用較多的是全自動堆垛機(jī)，工作人員只需要在計(jì)算機(jī)上輸入相關(guān)的數(shù)據(jù)即可，其余工作都由控制系統(tǒng)自動完成。當(dāng)通信系統(tǒng)或上位機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，為了確保生產(chǎn)活動的正常進(jìn)行，就需要采用半自動單機(jī)工作。這時(shí)，就需要人工選擇堆垛機(jī)，并在堆垛機(jī)操作界面上輸入相關(guān)信息，然后在PLC軟件的控制下自動完成相關(guān)任務(wù)。手動操作完全由人工完成，維修比較方便。

3 結(jié)束語

總而言之，自動化立體倉庫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是現(xiàn)代物流管理的重要環(huán)節(jié)，對企業(yè)的物流管理質(zhì)量具有直接的影響，因此，做好對該系統(tǒng)的開發(fā)和設(shè)計(jì)工作非常重要。相關(guān)人員需綜合利用各種先進(jìn)的技術(shù)和手段，并根據(jù)企業(yè)的實(shí)際物流管理情況，設(shè)計(jì)出高質(zhì)量的自動化立體倉庫控制系統(tǒng)。只有這樣，才能提高物流管理的效率，促進(jìn)現(xiàn)代物流管理更好的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]侯榮國，許云理，馮延森，等.基于MCGS組態(tài)軟件的自動化立體倉庫控制系統(tǒng)的開發(fā)[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2012（1）：77-78.

[2]段翠芳，張春梅，劉麗鴿，等.郵包自動化立體倉庫堆垛機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].起重運(yùn)輸機(jī)械，2010（6）：41-43.

[3]張鐵異，周曉蓉，梁建智，等.自動化立體倉庫輕型堆垛機(jī)實(shí)驗(yàn)綜合平臺研制[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與研究，2013（2）：101-104.

〔編輯：劉曉芳〕