论文部分内容阅读
摘要：现代生产系统如自动化工厂、物资分配中心及仓贮等要求高效快速地存取零部件、工具和原材料。自动化立体仓库是由计算机控制自动地完成物资存放的系统，是现代工业中重要的物资处理系统，由于自动化立体仓库可靠性高，节省人力，零件容易维修更换，操作简单方便，可以大大降低物流成本，节约土地资源和能源，因此在现代工业中得到了广泛地应用。本文介绍了自动化立体仓库的构成及部分关键设备与控制系统的设计思路。
关键词：自动化立体仓库；结构；建设
中图分类号：TP39；TU249 文献标识码：A文章编号：
1 自动化立体仓库的优点
（1）提高劳动效率，降低劳动强度。它与平库相比，可节约70％的劳动力。
（2）节约库存占地面积，提高储存点的空间利用率。它与平库相比，可节约70％的占地面积。
（3）增加货物储存的周转速度，加速储备资金周转。
（4）降低货物破损率，提高企业生产的应变能力。
（5）改善工作环境，保证安全操作，促进文明生产。
（6）计算机自动分配货位，便于库存物品的及时准确提取。
（7）可随时进行库存盘点、打印报表。
2 自动化立体仓库的构成
自动化立体仓库是一种多层存放货物的高架立体仓库系统。由立体货架、堆垛机、转轨机、货箱和托盘、出入库缓冲站、阅读器、寻址器、计算机控制PLC及通信系统、出入库输送机等设备构成，按指令自动完成货物存取，能对库存货物进行自动管理，并备有多种控制方式和操作方式。下面介绍组成立体仓库系统的几种主要设备及其特点。
2.1立体货架
使用立体货架存储货物，可以充分利用仓库空间，提高空间利用率。自动化仓库应用多种结构形式的货架，其中比较普遍的是双排型或四排型的货架，这类货架多为固定货架，存放货物在品种和结构上也比较稳定。此外还有移动式货架，即根据存放货物的结构不同，可以重新组架，以适应变化的存取要求。
2.2堆垛机
堆垛机是自动化立体仓库的主要作业机械，担负着出库、入库、盘库等任务。是自动化立体仓库的核心部件，自动化立体仓库控制的发展就是以堆垛机的发展为标志的，目前巷道式堆垛机为主要发展方向。
2.2.1堆垛机的工作原理
行走电机通过驱动轴带动车轮，使堆垛机在导轨上做水平行走；提升电机通过链条带动载货台做垂直升降；载货台上的货叉电机驱动货叉左右伸缩。通过上述三维运动可将指定位置的货物取出或将货物送入指定位置。
2.2.2堆垛机控制系统的功能
(1)动作控制：水平、垂直、左右方向的运行；
(2)位置控制：以适合的速度运行并精确的定位在货格或入出库口处；
(3)通讯功能：与地面部分通讯及用通讯的方式控制自身设备(变频器、激光测距仪)；
(4)检测及保护功能：对货架和载货台有无货物的检测，超载检测，极限位置减速及极限位置断电等保护；
(5)人机界面：由触摸屏提供本机各种操作方式的选择，直截操作本机动作，显示本机状态。
2.3输送系统
输送系统是立体库的主要外围设备，负责将货物运送到巷道端口或从巷道端口将货物移走。常见的有辊道输送机、链条输送机、升降台、分配车、提升机、皮带机等；近年AGV系统即自动导向小车也较好地用于输送系统，根据其导向方式可分为感应式导向小车和激光导向小车。
2.4货箱或托盘
自动化立体仓库一般采用货箱或托盘作为载体，采用货箱可以放置各种外形不规则的货物和零散货物，货物放置可靠安全、不易散落。采用托盘成本较低，但只能放置外形规则或有外包装的货物。托盘上的堆码高度也不能太大，另外，托盘对堆垛机检测系统的要求较高，如不能正确地检测，有可能发生货物相碰的情况。
2.5出入库缓冲站
缓冲站是为了协调生产节奏，确保物料及时准确的供应，在发生生产设备故障、加工过程变化、输送阻塞等情况时，可以起到调节作用。出入缓冲站信息的处理与所处的生产环境紧密相关，包括刚性装配线缓冲站、加工制造缓冲站及缓冲物料库。
2.6自动控制系统
驱动自动化立体库系统各设备的自动控制系统，该系统除了作为完整的系统独立运行外还预留和上级管理系统及仓库内部其他管理系统的接口。目前，立体仓库自动控制方式有集中控制、分离式控制和分布式控制3种。分布式控制是目前国际发展的主要方向，大型立体仓库通常采用三级计算机分布式控制系统；三级控制系统是由管理级、中间控制级和直接控制级组成的。管理级对仓库进行在线和离线管理；中间控制级对通讯、流程进行控制，并进行实时图像显示；直接控制级是由PLC(可编程序控制器)、微处理器组成的控制系统，对各设备进行单机自动操作。
2.7库存信息管理系统
库存信息管理系统也称中央计算机管理系统，是全自动化立体库系统的核心。目前，典型的自动化立体库系统均采用大型的数据库系统(如SQL、ORACLE、SYBASE等)构筑典型的客户机／服务器体系，可以与其他系统(如ERP系统等)联网或集成。
3 自动立体仓库的设计思路
自动立体仓库设计的核心思想是模块化设计，根据用户提出的不同工艺要求，选择合理的工艺模块。以模块为核心，将各模块有机地结合成具有一种或多种工艺的仓库管理设备。
3.1堆垛机程序设计
由于堆垛机自动存、取货过程是一个比较复杂的控制过程，所以相应PLC程序设计也比较复杂，在这里列出系统程序运行流程图，如图1。
图1 程序流程图
堆垛机按照其货叉的数量分为单叉型和多叉型，在选型时主要依据货品的重量和搬运的频度。单叉型堆垛机的突出特点是高速、合理按照货箱单位处理入出库和拣选作业。多叉型堆垛机在单叉型的机敏适应力基础上扩展了载重量和包装形态适应性功能，同时满足高进出库频度、保管物品的种类、设备使用目的等要求，选择控制方式和设定方式。
为了保护人身、设备和货物的安全，堆垛机必须具有完善的安全保护措施。
(1)堆垛机载货台升降和货叉伸缩终端处都设有机械和电气限位装置。
(2)货物检测载台上设有货物超高、超长和超宽检测装置，在货物进入载货台时，如果检测到货物超过充定高度、长度或宽度，堆垛机便停止运行并报警。一般允许误差30-40mm，检测元件采用对射或反射式光电传感器。
(3)载货台还设有检测货叉是否回位、货叉上有无货物和货位中有无货物的装置。如货叉没有回位，堆垛机不能水平运行；如货叉上已有货物，则不能再取货；入库时必须检测货位中有无货物，以避免发生事故。
(4)设有断电保护装置，如载货台升降过程中忽然断电，则通过提升电机制动使载货台停在当前位置，不会掉落下来。
(5)设有载货台断链保护，提升链条通过压簧与载货台相连，当链条由于长时间使用或意外原因忽然断裂时，弹簧弹开链条。检测装置检测到链条时，便驱动相应装置使载货台停在当前位置，不至于掉下来，同时整个堆垛机停止运行。
3.2电气控制系统设计
电气控制系统直接关系到设备的正常使用、维护及其生产效率，其各方面性能对保证整个立体仓库系统运行的稳定性和可靠性至关重要。整套控制系统由一台PC控制，以PLC(可编程控制器)为核心，PC显示器作为人机界面，电机作为执行机构及其他辅助系统，通过PLC读取各传感器的信号来控制电机运转，达到精确定位、运行稳定可靠的要求，系统控制框图见图2。在设计时主要考虑运动的稳定性、运动的精确性、传动结构的刚性、运动速度及运动的平稳性。
图2 系统控制框图
4 结语
随着现代工业的发展和市场竞争日益激烈，用户对立体仓库提出更高的要求，各种新技术的出現也必将推动立体仓库朝着更加智能化、柔性化的方向发展；立体仓库将更加紧密地和订单处理、柔性加工、销售、采购、物料流通、财务和决策结合在一起，为用户带来更大的经济效益。
关键词：自动化立体仓库；结构；建设
中图分类号：TP39；TU249 文献标识码：A文章编号：
1 自动化立体仓库的优点
（1）提高劳动效率，降低劳动强度。它与平库相比，可节约70％的劳动力。
（2）节约库存占地面积，提高储存点的空间利用率。它与平库相比，可节约70％的占地面积。
（3）增加货物储存的周转速度，加速储备资金周转。
（4）降低货物破损率，提高企业生产的应变能力。
（5）改善工作环境，保证安全操作，促进文明生产。
（6）计算机自动分配货位，便于库存物品的及时准确提取。
（7）可随时进行库存盘点、打印报表。
2 自动化立体仓库的构成
自动化立体仓库是一种多层存放货物的高架立体仓库系统。由立体货架、堆垛机、转轨机、货箱和托盘、出入库缓冲站、阅读器、寻址器、计算机控制PLC及通信系统、出入库输送机等设备构成，按指令自动完成货物存取，能对库存货物进行自动管理，并备有多种控制方式和操作方式。下面介绍组成立体仓库系统的几种主要设备及其特点。
2.1立体货架
使用立体货架存储货物，可以充分利用仓库空间，提高空间利用率。自动化仓库应用多种结构形式的货架，其中比较普遍的是双排型或四排型的货架，这类货架多为固定货架，存放货物在品种和结构上也比较稳定。此外还有移动式货架，即根据存放货物的结构不同，可以重新组架，以适应变化的存取要求。
2.2堆垛机
堆垛机是自动化立体仓库的主要作业机械，担负着出库、入库、盘库等任务。是自动化立体仓库的核心部件，自动化立体仓库控制的发展就是以堆垛机的发展为标志的，目前巷道式堆垛机为主要发展方向。
2.2.1堆垛机的工作原理
行走电机通过驱动轴带动车轮，使堆垛机在导轨上做水平行走；提升电机通过链条带动载货台做垂直升降；载货台上的货叉电机驱动货叉左右伸缩。通过上述三维运动可将指定位置的货物取出或将货物送入指定位置。
2.2.2堆垛机控制系统的功能
(1)动作控制：水平、垂直、左右方向的运行；
(2)位置控制：以适合的速度运行并精确的定位在货格或入出库口处；
(3)通讯功能：与地面部分通讯及用通讯的方式控制自身设备(变频器、激光测距仪)；
(4)检测及保护功能：对货架和载货台有无货物的检测，超载检测，极限位置减速及极限位置断电等保护；
(5)人机界面：由触摸屏提供本机各种操作方式的选择，直截操作本机动作，显示本机状态。
2.3输送系统
输送系统是立体库的主要外围设备，负责将货物运送到巷道端口或从巷道端口将货物移走。常见的有辊道输送机、链条输送机、升降台、分配车、提升机、皮带机等；近年AGV系统即自动导向小车也较好地用于输送系统，根据其导向方式可分为感应式导向小车和激光导向小车。
2.4货箱或托盘
自动化立体仓库一般采用货箱或托盘作为载体，采用货箱可以放置各种外形不规则的货物和零散货物，货物放置可靠安全、不易散落。采用托盘成本较低，但只能放置外形规则或有外包装的货物。托盘上的堆码高度也不能太大，另外，托盘对堆垛机检测系统的要求较高，如不能正确地检测，有可能发生货物相碰的情况。
2.5出入库缓冲站
缓冲站是为了协调生产节奏，确保物料及时准确的供应，在发生生产设备故障、加工过程变化、输送阻塞等情况时，可以起到调节作用。出入缓冲站信息的处理与所处的生产环境紧密相关，包括刚性装配线缓冲站、加工制造缓冲站及缓冲物料库。
2.6自动控制系统
驱动自动化立体库系统各设备的自动控制系统，该系统除了作为完整的系统独立运行外还预留和上级管理系统及仓库内部其他管理系统的接口。目前，立体仓库自动控制方式有集中控制、分离式控制和分布式控制3种。分布式控制是目前国际发展的主要方向，大型立体仓库通常采用三级计算机分布式控制系统；三级控制系统是由管理级、中间控制级和直接控制级组成的。管理级对仓库进行在线和离线管理；中间控制级对通讯、流程进行控制，并进行实时图像显示；直接控制级是由PLC(可编程序控制器)、微处理器组成的控制系统，对各设备进行单机自动操作。
2.7库存信息管理系统
库存信息管理系统也称中央计算机管理系统，是全自动化立体库系统的核心。目前，典型的自动化立体库系统均采用大型的数据库系统(如SQL、ORACLE、SYBASE等)构筑典型的客户机／服务器体系，可以与其他系统(如ERP系统等)联网或集成。
3 自动立体仓库的设计思路
自动立体仓库设计的核心思想是模块化设计，根据用户提出的不同工艺要求，选择合理的工艺模块。以模块为核心，将各模块有机地结合成具有一种或多种工艺的仓库管理设备。
3.1堆垛机程序设计
由于堆垛机自动存、取货过程是一个比较复杂的控制过程，所以相应PLC程序设计也比较复杂，在这里列出系统程序运行流程图，如图1。
图1 程序流程图
堆垛机按照其货叉的数量分为单叉型和多叉型，在选型时主要依据货品的重量和搬运的频度。单叉型堆垛机的突出特点是高速、合理按照货箱单位处理入出库和拣选作业。多叉型堆垛机在单叉型的机敏适应力基础上扩展了载重量和包装形态适应性功能，同时满足高进出库频度、保管物品的种类、设备使用目的等要求，选择控制方式和设定方式。
为了保护人身、设备和货物的安全，堆垛机必须具有完善的安全保护措施。
(1)堆垛机载货台升降和货叉伸缩终端处都设有机械和电气限位装置。
(2)货物检测载台上设有货物超高、超长和超宽检测装置，在货物进入载货台时，如果检测到货物超过充定高度、长度或宽度，堆垛机便停止运行并报警。一般允许误差30-40mm，检测元件采用对射或反射式光电传感器。
(3)载货台还设有检测货叉是否回位、货叉上有无货物和货位中有无货物的装置。如货叉没有回位，堆垛机不能水平运行；如货叉上已有货物，则不能再取货；入库时必须检测货位中有无货物，以避免发生事故。
(4)设有断电保护装置，如载货台升降过程中忽然断电，则通过提升电机制动使载货台停在当前位置，不会掉落下来。
(5)设有载货台断链保护，提升链条通过压簧与载货台相连，当链条由于长时间使用或意外原因忽然断裂时，弹簧弹开链条。检测装置检测到链条时，便驱动相应装置使载货台停在当前位置，不至于掉下来，同时整个堆垛机停止运行。
3.2电气控制系统设计
电气控制系统直接关系到设备的正常使用、维护及其生产效率，其各方面性能对保证整个立体仓库系统运行的稳定性和可靠性至关重要。整套控制系统由一台PC控制，以PLC(可编程控制器)为核心，PC显示器作为人机界面，电机作为执行机构及其他辅助系统，通过PLC读取各传感器的信号来控制电机运转，达到精确定位、运行稳定可靠的要求，系统控制框图见图2。在设计时主要考虑运动的稳定性、运动的精确性、传动结构的刚性、运动速度及运动的平稳性。
图2 系统控制框图
4 结语
随着现代工业的发展和市场竞争日益激烈，用户对立体仓库提出更高的要求，各种新技术的出現也必将推动立体仓库朝着更加智能化、柔性化的方向发展；立体仓库将更加紧密地和订单处理、柔性加工、销售、采购、物料流通、财务和决策结合在一起，为用户带来更大的经济效益。