黃濤

摘? 要：自動化立體倉庫作為將物品材料運輸和合理化存儲相結(jié)合的前沿技術(shù)手段，其發(fā)展離不開物流裝備和物流軟件。文章主要通過PLC控制技術(shù)對自動化立體倉庫里的堆垛機控制系統(tǒng)的硬件和軟件進行設(shè)計，然后輸出明確的I/O信號;利用組態(tài)軟件設(shè)計了自動化立體倉庫的實時監(jiān)控系統(tǒng)及信息管理系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：自動立體化倉庫;監(jiān)控系統(tǒng);倉庫管理系統(tǒng)

中圖分類號：TP273 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2020）18-0084-02

Abstract： As a cutting-edge technology which combines the transportation of goods and materials with the rational storage， the development of automated warehouse cannot be separated from logistics equipment and logistics software. This paper mainly designs the hardware and software of the stacker control system in the automated warehouse by PLC control technology， then outputs the clear I/O signal， and finally designs the real-time monitoring system and information management system of the automated warehouse by using configuration software.

Keywords： automatic stereoscopic warehouse; monitoring system; warehouse management system

引言

自動化立體倉庫作為將物品材料運輸和合理化存儲相結(jié)合的前沿技術(shù)手段，以多層甚至高層的立體貨架為主體，其中，還使用了多種便利工具與機械設(shè)備，依靠著高端的計算機系統(tǒng)實現(xiàn)其穩(wěn)定控制，最終使得倉庫具有高度自動化的便利功能。其區(qū)別于傳統(tǒng)倉儲的地方在于，存儲量以及周轉(zhuǎn)速度的大幅度提升，它是二十一世紀信息化以來，能夠?qū)⑿畔⒓夹g(shù)、科學(xué)管理方法以及物料儲存融合為一的綜合設(shè)備。

倉儲系統(tǒng)的主要組成部分就是與物流有關(guān)的一系列設(shè)備和相關(guān)軟件系統(tǒng)。而自動化立體倉庫的軟件系統(tǒng)一般包括倉庫管理系統(tǒng)（WMS）和倉庫設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)（WCS）這兩個主要內(nèi)容。其中，WMS掌控著與存儲有關(guān)的流程步序以及系列準則，同時，還將物流信息進行連接，使得各個物流分部能夠與大環(huán)境緊密結(jié)合。而WCS是倉庫基層設(shè)備之間進行連接的系統(tǒng)，它也能夠和WMS無縫結(jié)合，最終實現(xiàn)企業(yè)資源計劃（ERP）收到一系列數(shù)據(jù)信息。

1 倉庫設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的組成

1.1 硬件的組成

（1）信息數(shù)據(jù)收集裝置、激光條碼掃描裝備、RFID讀寫裝置、多種類型的電子傳感裝置以及數(shù)碼攝像裝備等。（2）信息數(shù)據(jù)連接裝置、以太網(wǎng)設(shè)備、信息數(shù)據(jù)收集卡。（3）生產(chǎn)流程監(jiān)控裝置、多種類型的PLC模塊、工控終端裝置、以及相關(guān)裝置的指示燈等。（4）信息顯示裝置以及整套監(jiān)控攝像裝置等。（5）信息數(shù)據(jù)的計算機服務(wù)器等。

1.2 軟件的組成

（1）對接收信息的ERP的端口進行設(shè)計。（2）對WMS的業(yè)務(wù)界面的設(shè)計，要保證其信息錄入與分析再到最終輸出結(jié)果的順暢。（3）實現(xiàn)生產(chǎn)裝置的信息互通與生產(chǎn)現(xiàn)場實時操作的設(shè)計。（4）對生產(chǎn)裝置進行統(tǒng)一管控，進行PLC編程和信息處理過程。（5）保證其信息即時通訊功能，主要涵蓋設(shè)備與系統(tǒng)之間端口的連接。

2 控制方案

2.1 總體方案

全套的信息管控體系以PC機為主體，即上位機，而PLC則發(fā)揮其基層管控功能。PC機的功能涵蓋了對倉庫的監(jiān)控、物品清點和出倉與入倉的控制;底層控制器則要對物料運輸設(shè)備的定點位置和速度快慢、貨叉裝置的一系列動作進行管控。

堆垛機在進行運作時有水平、垂直的要求，以及貨叉裝置的起落進退的一整套標準。這部分操作都要保證其穩(wěn)定性、精準性和迅速性。

底層控制器根據(jù)變頻設(shè)備來保證堆垛機臺車的運作和貨臺起落、貨叉伸縮，其中，還包括多個檔位速度的調(diào)控，以實現(xiàn)穩(wěn)定與高效運作。

在電機轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速的一系列檢查與測量方面，使用增量式脈沖編碼設(shè)備來完成。采用底層控制器的尋址功能，能實現(xiàn)臺車運輸?shù)木珳驶Ａ硪环矫?，由于脈沖編碼設(shè)備在處理信息時會產(chǎn)生相對偏差，因此在這一過程中還要實現(xiàn)計數(shù)器的復(fù)位功能。

2.2 安全保護措施

（1）分別在X軸和Y軸兩個方向?qū)ε_車的位置進行端點保護。（2）針對臺車的升起和降落進行上下方向的端點保護。（3）針對貨叉的伸縮動作進行端點保護。（4）采用稱量裝置，保證進入倉庫的物料重量不超標。（5）采用測量尺寸裝置，保證進入倉庫的物料尺寸不超標。（6）采用光電檢查裝置，保證拿取物料時的安全性。

2.3 PLC控制系統(tǒng)硬件

采取S7200 PLC CPU 224 （AC/DC/繼電器）和5個擴展模塊EM 221（8D I DC24V）、1個擴展模塊EM 223（DI16/DO16 DC24V/繼電器）共同組成底層控制器的全套硬件體系。

3 堆垛機PLC控制軟件

底層控制器的配套軟件程序要實現(xiàn)的功能包括以下幾點：（1）由堆垛機的相關(guān)情況確定PC的指令是否到達各子系統(tǒng)，從而進行下一步的操作;（2）由PC的出庫和入庫指令信息以及物料的相對位置信息、堆垛機運輸過程中的準則信息來安排臺車的運輸;（3）在堆垛機結(jié)束作業(yè)之后

將信息傳達到PC端，從而進行信息的錄入和下一步的操作指令。

3.1 主流程

在堆垛機運輸物料貨物之前，要預(yù)先檢驗系統(tǒng)是否存在問題以及相應(yīng)的報警信號源頭，然后對此進行分析判定，來確定報警的準確性。在堆垛機檢查無問題，同時也無作業(yè)任務(wù)的時候，就可以實行PC端發(fā)出的出庫、入庫相關(guān)指令。即當(dāng)收到出入庫指令時，則分別按要求來進行相關(guān)作業(yè)任務(wù)。與此同時，在堆垛機有作業(yè)任務(wù)的時候，就不會接受PC端發(fā)來的其他指令。

3.2 入庫子流程

底層控制器按照PC端的入庫任務(wù)指令來完成物料的入庫任務(wù)。

在堆垛機完成物料的入庫任務(wù)前，要對其位置進行確認。這一部分指的是，堆垛機的臺車要回到特定的位置，同時還應(yīng)位于下端端點。如果沒有達到要求，則應(yīng)該調(diào)控堆垛機回到指定位置。

在確認上一步的要求準確無誤后，還要對貨位的貨物有無情況進行判定，當(dāng)貨位沒有物料時方可開始入庫任務(wù);而當(dāng)貨位有貨時，要對平臺貨物是否要進入倉庫進行判定;平臺有貨時，要對物料的重量和相關(guān)尺寸進行測量，防止超出標準;當(dāng)物料重量及尺寸都在規(guī)定范圍內(nèi)時，就可以使堆垛機開始相應(yīng)的入庫任務(wù)。綜上所述的種種判定在出現(xiàn)問題時，都要對其采取報警的手段以確保流程無誤。

在堆垛機抵達物料位置時，采取堆垛機子系統(tǒng)，來將物料輸送至物料位置上。接著，使堆垛機完成出庫步驟，使其回到指定平臺;并且，將完成作業(yè)任務(wù)的信息返回到PC端，再將堆垛機的作業(yè)情況調(diào)整為空閑狀態(tài)，從而可以進行新的任務(wù)指令。

3.3 出庫子流程

在堆垛機得到PC端發(fā)來的出庫任務(wù)指令時，堆垛機的作業(yè)狀態(tài)就要轉(zhuǎn)換為非空閑狀態(tài)，從而完成物料的出庫任務(wù)。

當(dāng)物料在完成出庫任務(wù)以前，要對平臺的物料狀態(tài)進行確認;當(dāng)平臺里存在物料時，要判定當(dāng)前貨位上的物料有無出庫的必要;當(dāng)貨位上存在物料時，就接入入庫任務(wù)的子系統(tǒng)中，從而使得堆垛機抵達指定位置;在堆垛機抵達指定位置時，就接入拿取物料的子系統(tǒng)中，從指定貨位進行物料的提取;提貨任務(wù)結(jié)束時，就接入出庫任務(wù)的子系統(tǒng)中，從而使得堆垛機抵達任務(wù)原點，最終將物料卸取到指定平臺上面。

在上述的步驟順利結(jié)束后，就代表著出庫任務(wù)的完成，接下來要將該信息返回至PC端，此時堆垛機的狀態(tài)也轉(zhuǎn)換成為空閑狀態(tài)。

4 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

4.1 監(jiān)控系統(tǒng)主要功能

（1）能清晰呈現(xiàn)立體倉庫中物料出庫和入庫的全時段情況。（2）對立體倉庫中物料的一系列位置信息和全方位信息實現(xiàn)實時的記錄和存儲。（3）在報警情況發(fā)生后，能夠迅速查出故障地、故障情況。（4）對物料的出庫和入庫情況能進行表格式的呈現(xiàn)。

4.2 立體倉庫監(jiān)控畫面及管理系統(tǒng)設(shè)計

全套的監(jiān)控體系主要涵蓋了主監(jiān)控窗口、情況呈現(xiàn)窗口、物料數(shù)據(jù)查詢窗口、出入庫報表管理窗口以及物料列表管理窗口等。

堆垛機的狀態(tài)顯示窗口應(yīng)實現(xiàn)以下幾點要求：（1）對堆垛機在完成作業(yè)任務(wù)時的相關(guān)狀態(tài)以及運作速度快慢和任務(wù)分類情況的呈現(xiàn)。（2）對堆垛機在完成任務(wù)指令時報警情況的呈現(xiàn)。（3）對堆垛機在完成任務(wù)指令時實時位置情況的呈現(xiàn)。

5 倉庫設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展方向

新時期的WCS，其本質(zhì)沒有發(fā)生太大的轉(zhuǎn)變，還是根據(jù)倉庫管理系統(tǒng)、傳感設(shè)備和掃描設(shè)備等多種信息設(shè)備綜合物料信息來實現(xiàn)物料的最佳配送。同時，WMS和ERP系統(tǒng)來完成運輸裝備和信息管控系統(tǒng)的連接，協(xié)調(diào)各項任務(wù);對流程進行高效統(tǒng)一的規(guī)劃;WCS還能夠?qū)θ蝿?wù)步驟進行最優(yōu)安排，選擇最佳的運輸路線，同時還能夠?qū)⑽锪闲畔⒑晚椖坑唵吻闆r進行實時存儲和記錄并發(fā)送給其他記錄系統(tǒng)。WCS日后的發(fā)展趨勢還使得該系統(tǒng)能夠完成動態(tài)平衡任務(wù)。

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