面向現代物流的自動化立體倉庫控制系統的設計分析

彭太剛

摘 要：隨著現代物流的不斷發展和進步，其管理理念逐漸被廣大企業接受，越來越多的企業開始將現代物流管理的理念和手段運用于管理中。這就對企業的物流自動化控制系統提出了更高的要求。基于此，對現代物流背景下自動化立體倉庫控制系統的設計進行了分析，希望可以提高該系統的使用性能，促進現代物流更快更好的發展。

關鍵詞：現代物流；立體倉庫；控制系統；軟件設計

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.01.096

在企業的生產運營中，庫存管理具有重要的地位，可以為企業帶來更好的經濟效益。而要進行庫存管理，首先需要具備倉庫。自動化立體倉庫技術在20世紀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展程度較低。目前，得益于現代網絡信息技術的不斷發展和進步，現代物流管理取得了較好的發展，已經受到了全世界的關注和重視，而越來越多的企業也開始嘗試運用現代化的物流管理方式，并且獲得了很好的經濟效益。自動化立體倉庫作為現代物流管理的重要組成部分，對物流管理的質量具有直接的影響。因此，研究自動化立體倉庫控制系統的設計具有十分重要的意義。

1 方案設計

1.1 自動化立體倉庫概述

自動化立體倉庫具有一定的優越性——不僅可以大大節約倉庫的占地面積，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度，節省大量人力、物力和財力，進而提高企業的經濟效益。另外，在倉庫中使用自動化設備，還可以加快貨物存取的速度，具有準確、可靠和查詢方便的特點。

目前，自動化立體倉庫控制的方式主要有兩種，即單機自動控制和變頻調速運行機構控制，而供電的方式為封閉滑觸線供電。雖然當前我國在自動化立體倉庫的開發和設計方面已取得了一定的成就，但與發達國家相比，還存在很大的差距，并且很多領域還處于空白，因此，我國在這方面還需要長期努力。

1.2 工藝流程

本次設計的自動化立體倉庫控制系統的主要工藝是：將前

一級平面物流中承載產品的托盤存入到倉庫中的承載架上，在經過一段時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中。對整個系統的要求是可以自動、高效、快速、準確地完成所有的存取動作。而要實現這一設計目標，就需要設計一個可靠的通信網絡和一套快速、平穩的伺服控制運動系統。

1.3 自動化立體倉庫控制系統

在本次設計中，為了提高對各個區域的控制程度，以便更有效地提高控制系統的響應速度和系統運行的可靠性、易于維護性，根據整個系統中各個功能區域的特點，在每一個功能區域都要設置一套控制系統。該系統的控制器由三部分組成，即上位機、主控和堆棧車，具體如圖1所示。

2 系統軟件設計

2.1 通信系統

在現場環境條件受限的情況下，為了實現控制系統的各項功能，整個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通信方式。

2.2 伺服控制系統

伺服控制系統是整個自動化立體倉庫控制系統的基礎，其性能直接關系到立體倉庫的性能指標。在本次設計中，在立體倉庫控制系統的水平方向和垂直方向分別設置了一個伺服電機，即水平方向的激光測距伺服電機和垂直方向的條碼測距反饋伺服電機。在這兩個伺服電機當中，垂直方向的條碼測距反饋伺服電機屬于齒輪傳動和鏈條電機。這種電機具有很大的優越性，移動的距離和負載慣量較小，比較容易控制，只需要利用伺服電機本身自帶的編碼器反饋就可以完成對伺服電機的控制。而水平方向的激光測距伺服電機的作用是帶動堆垛機在軌道上行走。這時，由于堆垛機本身的特點，容易出現打滑現象。針對這一問題，采用傳統的伺服控制速度和變頻調速都不能很好地解決，而且還有可能對相關設備造成極大的損壞。因此，本文采用的伺服控制模式為多閉環伺服系統模式。采用這一模式可以有效實現對堆垛機運行速度和位置定位點的多閉環伺服控制，并且在伺服系統中加入了負載側編碼器，可以精準地定位目標。

根據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，即全閉環控制、雙閉環控制和半閉環控制。在本次設計中，除了水平方向的伺服電機外，其余的電機均采用半閉環控制方式，主要是為了加快系統的響應速度。行走伺服電機采用的控制方式為雙閉環控制，有效克服了全閉環控制和半閉環控制的缺點。

2.3 PLC軟件設計

為了方便對系統進行修改、調試和維護，系統PLC程序所采用的結構形式為模塊化形式。整個系統包括以下幾個模塊：伺服控制模塊、通信模塊、當前位置計算模塊、顯示模塊和報警處理模塊等。PLC軟件按照一定的流程運行，具體如圖2所示。

2.4 監控調度軟件設計

監控調度軟件的設計至關重要，可以有效保證整個系統的有序運行。在本次設計中，立體倉庫控制系統所采用的監控方式為全程監控、實時調度的方式，實現了整個物流系統管理層與控制層的無縫銜接，從而有效降低了系統出錯的概率，提高了系統的穩定性和高效性。此外，還建立了標準的信息服務器，大幅度提高了通訊的速率，有效解決了實時控制通信量較大的問題。

監控系統按照一定的流程運行，如圖3所示。由這個工作

流程圖可以看出，監控系統主要完成以下三個任務：①采集自動化立體倉庫控制系統的狀態數據。自動化立體倉庫控制系統的狀態數據主要有兩個來源，即堆垛機控制器發回的狀態報告和通過堆垛機位置傳感器和檢測元件取得。②監控自動化立體倉庫控制系統的運行狀況，并處理運行中存在的異常情況。③對堆垛機進行調度，同時對倉庫作業進行管理等。

2.5 堆垛機的設計

在自動化立體倉庫中，應用最為廣泛的起重設備就是堆垛起重機，因此，對堆垛起重機進行合理設計是自動化立體倉庫控制系統設計的重要環節。巷道式堆垛機采用的堆垛通道為直角，實現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，巷道式堆垛機為實現自動化控制奠定了良好的基礎。本文設計的堆垛機有三種操作方式，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，工作人員只需要在計算機上輸入相關的數據即可，其余工作都由控制系統自動完成。當通信系統或上位機出現故障時，為了確保生產活動的正常進行，就需要采用半自動單機工作。這時，就需要人工選擇堆垛機，并在堆垛機操作界面上輸入相關信息，然后在PLC軟件的控制下自動完成相關任務。手動操作完全由人工完成，維修比較方便。

3 結束語

總而言之，自動化立體倉庫控制系統的設計是現代物流管理的重要環節，對企業的物流管理質量具有直接的影響，因此，做好對該系統的開發和設計工作非常重要。相關人員需綜合利用各種先進的技術和手段，并根據企業的實際物流管理情況，設計出高質量的自動化立體倉庫控制系統。只有這樣，才能提高物流管理的效率，促進現代物流管理更好的發展。

參考文獻

[1]侯榮國，許云理，馮延森，等.基于MCGS組態軟件的自動化立體倉庫控制系統的開發[J].機械設計與制造，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控制系統的設計[J].起重運輸機械，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實驗綜合平臺研制[J].機械設計與研究，2013（2）：101-104.

〔編輯：劉曉芳〕