梁慶杰

（廣西機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西南寧530007）

自動化立體倉庫系統(tǒng)（AS/RS—Automated Storage and Retrieval System）是人工不直接進行處理的自動存儲和取出貨物的系統(tǒng)，是適應(yīng)經(jīng)濟發(fā)展的需要，而在近代才崛起的新型倉儲設(shè)施。其主要優(yōu)點是：高層貨架存儲，節(jié)約用地，充分利用庫房空間增大存儲量；自動存取，收發(fā)準確迅速，提高入出庫效率；機械自動化作業(yè)，解放人力，減小勞動強度；計算機控制，自動進行準確的信息存儲和管理，自動打印各種報表。隨著計算機技術(shù)和自動控制技術(shù)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，自動化立體倉庫系統(tǒng)的發(fā)展將更加迅速。

該項目為某自動化立體倉庫制造公司產(chǎn)品的改進項目。實施以前的系統(tǒng)也比較成熟，但是具有以下缺點：沒有傳送帶，采用人駕駛搬運車把貨物運到或者運離各個貨架的暫存區(qū)。每個貨物需要車子從出入口到庫位位置，通過小車運輸，效率低下、調(diào)度麻煩，能耗也比較大。系統(tǒng)之間通過人來協(xié)調(diào)，調(diào)度麻煩。

本次項目在原有某公司產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，對整個PLC控制器和網(wǎng)絡(luò)進行重新設(shè)計，并增加自動的傳送帶和自動駕駛的分配車。通過無線Profibus連接所有的堆垛機、分配車，進行統(tǒng)一通信、協(xié)調(diào)工作。具有傳送帶，一個或多個分配車，大大提高效率，節(jié)省能源。最后的系統(tǒng)效果如圖1所示。

圖1 Profibus總線統(tǒng)一通信的立體倉庫

1 系統(tǒng)設(shè)計

本項目的自動化立體倉庫系統(tǒng)主要由貨架、傳送設(shè)備、存儲設(shè)備、堆垛機、控制系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、計算管理監(jiān)控系統(tǒng)等部分組成。

傳送設(shè)備采用傳送帶，運輸車采用PLC控制的無人駕駛車。設(shè)計包括20排貨架，10個堆垛機，一條傳送帶。各個堆垛機都是PLC控制，而傳送帶也是PLC控制。而整個系統(tǒng)又連接到了中央控制室，進行數(shù)據(jù)庫備份，遠程控制和監(jiān)控。整個系統(tǒng)的布局如圖2所示。

圖2 自動化立體倉庫系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

分配車是協(xié)調(diào)傳送帶和堆垛機的，起到一個中間搬運的作用。每個貨架最后面的最下面有一個暫存區(qū)，可以放置要入庫或者出庫的貨物。搬運車把貨物從這個暫存區(qū)和傳送帶之間交換。分配車無人駕駛，采用軌道導(dǎo)向，沿傳送帶運行，不斷進行貨物交換。依據(jù)工作量的大小，可以提供多臺分配車。

輸送機系統(tǒng)是立體庫的主要外圍設(shè)備，負責(zé)將貨物運送到堆垛機或從堆垛機將貨物移走。

采用技術(shù)先進的現(xiàn)場控制總線直接通訊的方式，真正做到計算機只監(jiān)不控，所有的決策、作業(yè)調(diào)度和現(xiàn)場信息等均由堆垛機、出入庫輸送機等現(xiàn)場設(shè)備，通過相互間的通訊來協(xié)調(diào)完成。

2 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的組建

現(xiàn)場操作員區(qū)的PLC作為中央PLC，除了控制傳送帶之外，還和多個從PLC通信。具體的立體倉庫邏輯框圖如圖3所示。

圖3 通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

整個系統(tǒng)包括堆垛機PLC，傳送帶PLC控制，傳送帶Profibus變頻器,分配車PLC控制。

采用德國schild knecht公司無線Profibus-DP產(chǎn)品DE3000，進行透明傳輸，但是速率為187.5 kbps。

檢測信號來源于光電編碼盤以及定位傳感器，為分配車提供準確的貨物位置。

提供管理軟件，準確判斷貨物所存位置，保存的周期，以及貨物的其他信息。通過管理軟件，拓展了倉庫功能，從單純的保管型發(fā)展到綜合流通型，是未來物流自動化的一個重要發(fā)展方向。

3 Profibus通信和軟件系統(tǒng)

軟件的邏輯布局UML描述（如圖4所示）。

圖4 軟件的邏輯布局圖

管理系統(tǒng)下發(fā)貨物的入庫出庫信息。在管理系統(tǒng)缺失情況下。IO服務(wù)器對主PLC、傳送帶、分配車、堆垛機13個PLC進行協(xié)調(diào)算法，協(xié)調(diào)后的信息都是通過主PLC向其他PLC發(fā)布。由于協(xié)調(diào)算法復(fù)雜，速度要求在秒級別，所以不在主PLC上實現(xiàn)。主PLC同時直接控制傳送帶，并準確地停止，以便準確定位貨物。

整個系統(tǒng)統(tǒng)一編程，在同一個網(wǎng)絡(luò)下工作，實現(xiàn)多主機多從機的組網(wǎng)模式。建立Profibus站點如圖5所示。

設(shè)置堆垛機1#到堆垛機10#站點的HW屬性。站點地址從 11～20。

最后設(shè)置為：10個S7-300從站，和主站交互數(shù)據(jù)，每次交換10個字節(jié)。包括從站當(dāng)前操作狀態(tài)，0～20（最大255）個狀態(tài)；從站當(dāng)前操作的目標(biāo)倉位0～65535。操作完成的估算時間0～65535 s。主站命令字：0～255，目標(biāo)倉位 0～65535，命令字參數(shù)，0～65535。

圖5 建立的Profibus站點

也就是說，每個從站有10個數(shù)據(jù)用于通訊。發(fā)送給主站5個字節(jié)，接收主站5個字節(jié)。

表1 主站和從站通信的地址分配

4 系統(tǒng)調(diào)試

針對主PLC的調(diào)試。包括功能基本調(diào)試，故障保護調(diào)試，以及各種可靠性調(diào)試。

（1）聯(lián)合IO服務(wù)器，發(fā)出指令，要求主PLC響應(yīng)命令，并提供正確的數(shù)據(jù)給IO服務(wù)器。

（2）控制傳送帶，特別是總線連接的變頻器，包括運行，停止，等待分配車取貨，等待分配車送貨。

（3）聯(lián)合從CPU，看相互之間的10個數(shù)據(jù)傳送是否正確。

5 結(jié)束語

項目經(jīng)過3個多月的硬件環(huán)境，又經(jīng)過了2個月的編程和調(diào)試，系統(tǒng)基本滿足設(shè)計需求。經(jīng)過大量的測試，以前產(chǎn)品存庫連續(xù)操作平均間隔時間52 s，而單件貨物操作時間平均2 min 24 s，而改進后在連續(xù)操作下，流水操作每件貨物12 s，單件貨物完成平均時間1min 40 s。從而可見，在大量貨物的情況下大大提高了效率。即使單件貨物，由于使用了協(xié)調(diào)通信，也節(jié)省了中轉(zhuǎn)時間。

改進設(shè)計后效率的提高的主要原因在于協(xié)調(diào)通信技術(shù)和優(yōu)化路由算法的使用。設(shè)計完成后，大大提供系統(tǒng)物流的速度，提高近三倍的效率，并大大節(jié)省能源。

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