自动化立体仓库系统的技术研究与应用

雷楠南

（三门峡职业技术学院，河南 三门峡 472000）

1 立体仓库技术概述

一般仓库是货物储存的场所，存储货物是唯一的功能，是一种“静态仓库”，而自动化立体仓库采用先进的自动化控制系统实现货物出库、入库管理，不仅能使货物在仓库内按要求自动出库、入库，而且可以与仓库周边的生产环节进行有机的链接，并通过计算机管理系统和自动化货物分拣系统，使立体仓库成为企业生产过程中的一个重要环节。立体仓库技术发展的优势在于能及时、准确、迅速地完成出入库作业，大大降低了工人的劳动强度，节省人力资源成本；同时，在货物存储过程中，既能确保货物库存作业的安全性、减少货损货差，又能及时监控、查询库存品种、数量、金额、位置、出入库时间等信息［1］。对于制造类企业而言，自动化仓库技术的发展是制造业信息化的趋势。企业外购件和自制生产件进入自动化仓库储存是整个生产过程中的一个环节，短时储存是为了在指定的时间自动输出到下一道工序进行生产，从而形成一个自动化的“物流系统”，由此完成仓库的“动态储存”功能，大大提高了储存空间的利用效率。

2 自动化立体仓库控制系统的构建

分离式自动化立体仓库由厂房、货架、堆垛机、托盘、周边输送系统、检测系统、计算机通讯网络系统、后备冗余系统、PLC控制系统和仓库管理系统构成［2］。本项目中的控制系统采用研华工控机、WINCC6.0上位组态软件、工业以太网、西门子S7－400 HPLC冗余系统控制方案。一层货物的出、入库系统由2个从站来控制；二层和三层货物的出入库系统由2个从站来控制；16个巷道堆垛机分别由16个从站来控制，并且各巷道堆垛机控制柜内从站PLC与主控柜主站PLC之间采用无线通讯模块实现无线通讯，与其他控制柜内从站PLC通讯，采用PROFIBUS－DP通讯模块实现通讯链接。自动化立体仓库控制系统的硬件构架如图1所示。

图1 自动化立体仓库控制系统的硬件构架

3 自动化立体仓库的入、出库流程

自动化立体仓库控制系统分手动操作、遥控操作和自动操作。手动操作是测试和出现故障时使用的操作模式；遥控操作是手动作业时使用的操作模式；自动操作是正常工作下使用的操作模式。

托盘入库时先通过条码扫描机读取数据经由上位机处理后，由上位机给PLC传送目的数据，且PLC控制执行机构把托盘送到指定位置。堆垛机水平方向位置的定位是通过激光测距检测元件和光电开关来实现，具有双重检测和定位功能。其中，激光测距检测定位应在PLC程序中做初始化处理，避免出现激光测距检测元件断线故障时，系统不能及时报警造成的危险状况。堆垛机垂直方向位置定位是通过旋转编码器检测元件、光电开关来实现，也具有双重检测和定位功能［3］。其中，旋转编码器定位检测时，也应在PLC程序中做初始化处理，避免出现编码器断线故障时，系统不能及时报警造成的危险状况。堆垛机上的移载机安装有尺寸检测元件，避免出现托盘超出或定位不准造成的损害货架或货物情况。

上海某物流公司自动化立体仓库采用41列、32排、13层、2货位、16巷道方式设计；采用分层存储方式管理出、入库，共分3层，其中每层又分上、下层，共计6层，共有41×32×13×2＝34 112库位。图2至图5为一、二楼入库及出库流程。图2中，N0.01～N0.05和01～10为各巷道，每个巷道有一台运货小车；A表示一楼A层，A01～A36为动力源即电机；图3中，B表示B层，B01～B36为动力源即电机；图4、图5中，Q表示电机。

图2 一楼入库流程

4 自动化立体仓库的数据库管理系统

通常，立体仓库内货物存储的数据包括巷道数、行数、列数、层数、深浅库位、货物编码、库存数量、颜色、价格、厂家、入库时间、经办人等，一般都采用SQL Server数据库系统在数据资料服务器上运行和管理这些数据。数据资料服务器把数据传送给资料主机和控制电脑，控制电脑把货物的巷道数、行数、列数、层数、深浅库位、货物编码数据传送给下位机PLC，由PLC来完成货物的有效存储。

5 自动化立体仓库的通讯网络系统

自动化立体仓库通讯网络的主干网采用双环路工业以太网的冗余网络系统，堆垛机从站控制系统与主站控制系统采用无线通讯网络，其他从站控制系统与主站控制系统采用PROFIBUS－DP网络通讯，实现主从站之间的数据交互、传递。系统冗余架构涉及的问题有以下3个方面。

图3 一楼出库流程

图4 二楼入库流程

图5 二楼出库流程

5.1 冗余系统的I／O配置

冗余系统需要支持冗余的I／O卡件来完成，其常见问题是钝化。跟非I／O冗余系统相比，需要注意的是对备用通道的处理。非冗余I／O卡件往往不需要处理便可以正常使用，但对于I／O冗余，通常都需要将备用通道带上负载，否则就会产生钝化。

5.2 冗余CPU与标准CPU的通讯

从通讯方式上讲，如果采用DP通讯的方式，标准做法是使用Y－LINK实现。H型CPU均为400系列，因此，400系列的CPU采用DP通讯时需要作为主站，而300CPU作为从站。如果采用以太网的通讯方式，则需要在双方的CPU中编写通讯程序。通常，需要编写一个切换程序，即单CPU与 H－CPU的切换。在本项目实施过程中，所采取的方法是不做切换程序，而是单CPU与H－CPU采用两套程序同时运行，效果也比较好。

5.3 冗余CPU与非冗余DP接口从站的连接

冗余CPU与非冗余DP接口从站连接的标准做法也是采用Y－LINK来实现的。非冗余DP接口分为带有DP接口的CPU、带有DP的CP卡以及带有DP口的第三方产品。不论采用何种方式，都需要导入GSD文件，然后进行硬件组态。通讯双方定义I区和O区相应地址，需要注意的是双方组态的I区、O区的顺序，即A方I区对应B方O区，A方O区对应B方I区，而且顺序要相对应，否则将导致通讯数据交换的失败。

6 小结

自动化立库技术与平库相比，作业效率高、劳动强度低、节约库存占地面积、仓库利用率高；采用计算机自动分配货位及自动出入库管理，便于库存物品的及时准确提取、实时进行库存盘点、打印报表，易于实现公司ERP系统管理；库存货物管理模式按照货物先入先出方式出入库，避免了库存货物积压及老化现象；货物存储库位多，堆垛机移动速度快，货物储存的周转速率高；货物破损率低，企业生产应变能力强；冗余系统的引入，确保了自动化立体仓库零故障率；操作方式使用手动、遥控、自动3种模式，使整个系统安装调试、使用、维护比较方便。

［1］ 徐常凯，郑金忠.自动化仓库计算机控制系统的集成技术研究［J］.物流技术，2002（9）：14－15.

［2］ 李大伟，吕志军，项前，等.基于参数化模板的立体仓库货架设计系统的开发［J］.机械设计与制造，2012（5）：258－259.

［3］ 胡贵彦，邬跃.对日本仓储技术的特点及发展趋势的探讨［J］.物流技术，2009（4）：142－143.