【正文】 貨架 （托盤系統(tǒng)） 為主體，以成套搬運(yùn)設(shè)備為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)控制技術(shù)為主要手段組成的高效率物流、大容積儲(chǔ)藏系統(tǒng)。 論文研究的背景 立體倉庫一般是指采用幾層、十幾層乃至幾十層高的貨架儲(chǔ)存單元貨物，用相應(yīng)的物料搬運(yùn)設(shè)備進(jìn)行貨物入庫和出庫作業(yè)的倉庫。由于這類倉庫能充分利用空間儲(chǔ)存貨物， 故常形象地將其稱為 “立體倉庫 ”。 立體倉庫的產(chǎn)生和發(fā)展是第二次世界大戰(zhàn)之后生產(chǎn)和技術(shù)發(fā)展的結(jié)果。 50 年代初，美國出現(xiàn)了采用橋式堆垛起重機(jī)的立體倉庫； 50 年代末 60 年代初出現(xiàn)了司機(jī)操作的巷道式堆垛起重機(jī)立體倉庫； 1963 年美國率先在高架倉庫中采用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，建立了第一座計(jì)算機(jī)控制的立體倉庫。此后，自動(dòng)化立體倉庫在美國和歐洲得到迅速發(fā)展，并形成了專門的學(xué)科。 60 年代中期，日本開始興建立體倉庫，并且發(fā)展速度越來越快，成為當(dāng)今世界上擁有自動(dòng)化立體倉庫最多的國家之一。 我國對(duì)立體倉庫及其物料搬運(yùn)設(shè)備的研制開始 并不晚， 1963 年研制成第一臺(tái)橋式堆垛起重機(jī)（機(jī)械部北京起重運(yùn)輸機(jī)械研究所）， 1973 年開始研制我國第一座由計(jì)算機(jī)控制的自動(dòng)化立體倉庫（高 15 米，機(jī)械部起重所負(fù)責(zé)），該庫 1980 年投入運(yùn)行。在該立體倉庫開始投產(chǎn)以來，在汽車、化工、電子、煙草等行業(yè)的應(yīng)用逐年增長(zhǎng)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前我國擁有立體倉庫 500 余座，其中高度在 15 米以上的大型立體倉庫 100 多座，最具典型意義的是我國家電龍頭企業(yè)海爾集團(tuán)國際物流中心的立體倉庫，該倉庫高 22米，擁有 18056 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)托盤位，包括原材料和產(chǎn)成品兩大自動(dòng)化物流系統(tǒng)，全部實(shí)現(xiàn)了現(xiàn) 代物流的自動(dòng)化和智能化。 立體倉庫由于具有很高的空間利用率、很強(qiáng)的入出庫能力、采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制管理而利于企業(yè)實(shí)施現(xiàn)代化管理等特點(diǎn)，已成為企業(yè)物流和生產(chǎn)管理不可缺少的倉儲(chǔ)技術(shù)，越來越受到企業(yè)的重視。 立體倉庫的組成和優(yōu)越性 立體倉庫 的 組成： 高層貨架：用于存儲(chǔ)貨物的鋼結(jié)構(gòu)。目前主要有焊接式貨架和組合式貨架兩種基本形式。托盤（貨箱）：用于承載貨物的器具，亦稱工位器具。 巷道堆垛機(jī)：用于自動(dòng)存取貨物的設(shè)備。按結(jié)構(gòu)形式分為單立柱和雙立柱兩種基本形式；按服務(wù)方式分為直道、彎道和轉(zhuǎn)移車三種基本形式。 2 輸送機(jī)系統(tǒng)：立體庫的主要外圍設(shè)備，負(fù)責(zé)將貨物運(yùn)送到堆垛機(jī)或從堆垛機(jī)將貨物移走。輸送機(jī)種類非常多，常見的有輥道輸送機(jī)，鏈條輸送機(jī)，升降臺(tái)，分配車，提升機(jī)，皮帶機(jī)等。 AGV 系統(tǒng)即自動(dòng)導(dǎo)向小車。根據(jù)其導(dǎo)向方式分為感應(yīng)式導(dǎo)向小車和激光導(dǎo)向小車。 自動(dòng)控制系統(tǒng)：驅(qū)動(dòng)自動(dòng)化立體倉庫系統(tǒng)各設(shè)備的自動(dòng)控制系統(tǒng)。目前以采用現(xiàn)場(chǎng)總線方式為控制模式為主。 庫存信息管理系統(tǒng)：亦稱中央計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)。是全自動(dòng)化立體倉庫系統(tǒng)的核心。目前典型的自動(dòng)化立體倉庫系統(tǒng)均采用大型的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（如 ORACLE， SYBASE 等）構(gòu)筑典型的客戶機(jī) /服務(wù)器體系，可以與其他系統(tǒng)（如 ERP 系統(tǒng)等）聯(lián)網(wǎng)或集成。 立體倉庫的形式以高層貨架的基本形式為基準(zhǔn)可分為整體式倉庫和分離式倉庫兩個(gè)基本類型。立體倉庫起始于 12 米以上的高層貨架倉庫，這種倉庫的貨架結(jié)構(gòu)不但用于存放貨物，同時(shí)又是倉庫基筑的柱子和倉庫側(cè)壁的支撐，即倉庫建筑與貨架結(jié)構(gòu)成為一個(gè)不可分開的整體，故稱整體式倉庫。整體式倉庫具有技術(shù)水平高、投資大和建設(shè)周期長(zhǎng)等問題，適用于大型企業(yè)和流通中心。相反，貨架結(jié)構(gòu)自成一個(gè)單元與建筑無關(guān)的倉庫，則稱分離式倉庫。 立體倉庫的優(yōu)越性 立體倉庫之所以受到青睞，是 由于它具有以下優(yōu)點(diǎn)： ① 提高空間利用率。 早期立體倉庫的構(gòu)想，其基本出發(fā)點(diǎn)就是提高空間利用率，充分節(jié)約有限且寶貴的土地。在西方有些發(fā)達(dá)國家，提高空間利用率的觀點(diǎn)已有更廣泛深刻的含義，節(jié)約土地，已與節(jié)約能源、環(huán)境保護(hù)等更多的方面聯(lián)系起來。有些甚至把空間的利用率作為系統(tǒng)合理性和先進(jìn)性考核的重要指標(biāo)來對(duì)待。立體庫的空間利用率與其規(guī)劃緊密相連。一般來說，自動(dòng)化高架倉庫其空間利用率為普通平庫的 25 倍。這是相當(dāng)可觀的。 ② 便于形成先進(jìn)的物流系統(tǒng)，提高企業(yè)生產(chǎn)管理水平 。 傳統(tǒng)倉庫只是貨物儲(chǔ)存的場(chǎng)所， 保存貨物是其唯一的功能，是一種 “靜態(tài)儲(chǔ)存 ”。自動(dòng)化立體倉庫采用先進(jìn)的自動(dòng)化物料搬運(yùn)設(shè)備，不僅能使貨物在倉庫內(nèi)按需要自動(dòng)存取，而且可以與倉庫以外的生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行有機(jī)的連接，并通過計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)和自動(dòng)化物料搬運(yùn)設(shè)備使倉庫成為企業(yè)生產(chǎn)物流中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。企業(yè)外購件和自制生產(chǎn)件進(jìn)入自動(dòng)化倉庫儲(chǔ)存是整個(gè)生產(chǎn)的一個(gè)環(huán)節(jié)，短時(shí)儲(chǔ)存是為了在指定的時(shí)間自動(dòng)輸出到下一道工序進(jìn)行生產(chǎn)，從而形成一個(gè)自動(dòng)化的物流系統(tǒng)，這是一種 “動(dòng)態(tài)儲(chǔ)存 ”，也是當(dāng)今自動(dòng)化倉庫發(fā)展的一個(gè)明顯的技術(shù)趨勢(shì)。 ③ 加快貨物的存取節(jié)奏，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提 高生產(chǎn)效率 。 3 建立以自動(dòng)化立體倉庫為中心的物流系統(tǒng)，其優(yōu)越性還表現(xiàn)在自動(dòng)化高架庫具有的快速的入出庫能力，能快速妥善地將貨物存入高架庫中（入庫），也能快速及時(shí)并自動(dòng)地將生產(chǎn)所需零部件和原材料送達(dá)生產(chǎn)線。這一特點(diǎn)是普通平庫所不能達(dá)到的。 ④ 減少庫存資金積壓 。 經(jīng)過對(duì)一些大型企業(yè)的調(diào)查了解，由于歷史原因造成管理手段落后，物資管理零散，使生產(chǎn)管理和生產(chǎn)環(huán)節(jié)的緊密聯(lián)系難以到位，為了到達(dá)預(yù)期的生產(chǎn)能力和滿足生產(chǎn)要求，就必須準(zhǔn)備充足的原材料和零部件。這樣庫存積壓就成為一個(gè)較大的問題。如何降低庫存資金積壓和充分滿 足生產(chǎn)需要，已成為大型企業(yè)不得不面對(duì)的一個(gè)大問題。高架庫系統(tǒng)是解決這一問題的最有效的手段之一。 ⑤ 現(xiàn)代化企業(yè)的標(biāo)志 。 現(xiàn)代化企業(yè)采用的是集約化大規(guī)模生產(chǎn)模式。這就要求生產(chǎn)過程中各環(huán)節(jié)緊密相連，成為一個(gè)有機(jī)整體 ； 要求生產(chǎn)管理科學(xué)實(shí)用 ， 做到?jīng)Q策科學(xué)化。為此，建立自動(dòng)化高架倉庫系統(tǒng)是其有力的措施之一。 題目 目的和意義 自動(dòng)化立體倉庫可以產(chǎn)生巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。它通過高層貨架存儲(chǔ)，使存儲(chǔ)區(qū)大幅度地向高空發(fā)展，提高了空間利用率；自動(dòng)化立體倉庫采用層積式存放，結(jié)合計(jì)算機(jī)管理，可以很容易實(shí)現(xiàn)先入先 出，防止貨物的自然老化、變質(zhì)和損壞；通過自動(dòng)存取系統(tǒng) (AS/RS),加快了運(yùn)行和處理速度，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度；采用自動(dòng)化技術(shù)后，還能較好地適應(yīng)黑暗、低溫、污染、有毒和易爆等特殊場(chǎng)合的物品存儲(chǔ)需要；計(jì)算機(jī)控制能夠始終準(zhǔn)確無誤地對(duì)各種信息進(jìn)行存儲(chǔ)和管理，減少了貨物處理和信息處理過程中的差錯(cuò)；同時(shí)借助于計(jì)算機(jī)管理還能有效地利用倉庫存儲(chǔ)能力，便于清點(diǎn)和盤庫，合理減少庫存，加快資金周轉(zhuǎn)，節(jié)約流動(dòng)資金，從而提高倉庫的管理水平。 自動(dòng)化倉庫的信息系統(tǒng)可以與企業(yè)的生產(chǎn)信息系統(tǒng)集成，實(shí)現(xiàn)企業(yè)信息管理的自 動(dòng)化。同時(shí)，由于使用自動(dòng)化倉庫，促進(jìn)企業(yè)的科學(xué)管理，減少了浪費(fèi)，保證均衡生產(chǎn)，也提高了操作人員素質(zhì)和管理人員的水平。立體倉庫的出現(xiàn) ,實(shí)現(xiàn)了倉庫功能從單純保管型向綜合流通型的轉(zhuǎn)變。隨著現(xiàn)代化生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大和深化 ,它將為工業(yè)、企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。 自動(dòng)化立體倉庫應(yīng)用范圍很廣，幾乎遍布所有行業(yè)。在我國，自立體倉庫應(yīng)用的行業(yè)主要有機(jī)械、冶金、化工、航空航天、電子、醫(yī)藥、食品加工、煙草、印刷、配送中心、機(jī)場(chǎng)、港口等。 4 本 設(shè)計(jì) 主要完成的工作 自動(dòng)化立體倉庫是一種用高層立體貨架（托盤系統(tǒng)）存儲(chǔ)物資，用 自動(dòng)控制堆垛機(jī)運(yùn)輸車進(jìn)行存取作業(yè)的倉庫。通過 可編程控制器（ Programming Logic Controller ,簡(jiǎn)稱PLC）控制堆垛機(jī)的位置變動(dòng)，模擬立體倉庫工作的控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)存取貨功能。 在查閱了大量資料的基礎(chǔ)上，以立體倉庫庫位設(shè)備和堆垛機(jī)位置變動(dòng)控制為研究對(duì)象，通過 S7200PLC 以及 MCGS 組態(tài)軟件 來 實(shí)現(xiàn) 對(duì) 2*2 立體倉庫的 模型控制系統(tǒng)的控制 ； 對(duì) 立體倉 庫的監(jiān) 視 用 工控組態(tài)軟件 MCGS，實(shí)現(xiàn)立體倉庫 控制系統(tǒng) “取 /存 ”貨運(yùn)行動(dòng)作的模擬仿真。 5 第 2 章 可編程控制器 與 MCGS 的概述 可編程控制器的產(chǎn)生、發(fā)展及應(yīng)用特點(diǎn) 的 定義 和功能 可編程控制器，英文稱 Programmable Controller，簡(jiǎn)稱 PLC，本課題中用 PLC 作為它的簡(jiǎn)稱。 PLC 是用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的電控制器。它源于繼電器控制技術(shù)，但基于電子計(jì)算機(jī)。它通過運(yùn)行存儲(chǔ)在其內(nèi)存中的程序，把經(jīng)輸入電路的物理過程得到的輸入信息，變換為所要求的輸出信息，進(jìn)而再通過輸出電路的物理過程去實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載的控制。 PLC 基于電子計(jì)算機(jī)，但并不等同于普通計(jì)算機(jī)。普通計(jì)算機(jī)進(jìn)行入出信息變換時(shí)，大多只考慮信息本身，信息入出的 物理過程一般不考慮的。而 PLC 則要考慮信息入出的可靠性、實(shí)時(shí)性，以及信息的實(shí)際使用。特別要考慮怎么適應(yīng)于工業(yè)環(huán)境，如便于安裝，便于維修及抗干擾等問題 ,入出信息變換及可靠的物理實(shí)現(xiàn)，可以說是 PLC 實(shí)現(xiàn)控制的兩個(gè)基本要點(diǎn)。 PLC 可以通過它的外設(shè)或通信接口與外界交換信息。其功能要比繼電控制裝置多的多、強(qiáng)的多。 PLC 有豐富的指令系統(tǒng)，有各種各樣的 I/O 接口、通信接口，有大容量的內(nèi)存，有可靠的自身監(jiān)控系統(tǒng)，因而具有以下基本的功能： ① 邏輯處理功能； ② 數(shù)據(jù)運(yùn)算功能； ③ 準(zhǔn)確定時(shí)功能； ④ 高速計(jì)數(shù)功能； ⑤ 中斷處理（ 可以實(shí)現(xiàn)各種內(nèi)外中斷）功能； ⑥ 程序與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能； ⑦ 聯(lián)網(wǎng)通信功能； ⑧ 自檢測(cè)、自診斷功能。 PLC 的產(chǎn)生和發(fā)展 20 世紀(jì) 60 年代，汽車生產(chǎn)流水線的自動(dòng)控制系統(tǒng)基本上都是由繼電器控制裝置占據(jù)主導(dǎo)地位。由于繼電器控制系統(tǒng)明顯的缺點(diǎn)即通用性和靈活性、可擴(kuò)展性較差，導(dǎo)致當(dāng)時(shí)汽車的每一次改型都需要對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)和安裝。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，汽車型號(hào)更新的周期愈來愈短，顯然，繼電器控制裝置十分費(fèi)時(shí)、費(fèi)工、費(fèi)料，延長(zhǎng)了更新周期。為了適應(yīng)汽車型號(hào)的不斷翻新及生產(chǎn)工藝不斷變化的需要， 1968 年美國 通用公司公開招標(biāo)，要求用新的控制裝置取代繼電器控制裝置，由此， PLC 這種新型的工業(yè)控制裝置得以誕生并以其簡(jiǎn)單易懂、操作方便、可靠性高、通用靈活、體積小和使用壽 6 命長(zhǎng)等一系列優(yōu)點(diǎn)，很快在美國其他工業(yè)領(lǐng)域得到推廣應(yīng)用。到 1971 年， PLC 已經(jīng)成功地應(yīng)用于食品、飲料、冶金、造紙等工業(yè)中并很快受到了世界其他國家的高度重視。1971 年日本從美國引進(jìn)該項(xiàng)技術(shù)，很快研制出日本第一臺(tái) PLC； 1973 年西歐國家也研制出了他們的第一臺(tái) PLC；我國 1974 年開始研制， 1977 年開始工業(yè)應(yīng)用。 PLC 的特 點(diǎn) （ 1）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) 。 （ 2） 適應(yīng)性強(qiáng)，應(yīng)用靈活。 （ 3） 編程方便，易于使用。 （ 4）功能強(qiáng)， 擴(kuò)展能力強(qiáng)。 （ 5） PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試方便。 （ 6）維修方便，維修工作量少 。 （ 7）體積小，重量輕，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化。 可編程控制器的基本組成 PLC 從組成形式上分為整體式和模塊式兩種。整體式 PLC 一般由 CPU、 I/O 單元、存儲(chǔ)器、電源、通訊端口、 I/O 擴(kuò)展端口組成，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、體積小。模塊式 PLC一般由 CPU 模塊、 I /O 模塊、內(nèi)存模塊、電源模塊、通信單元、底版或機(jī)架組成， 其特點(diǎn)是配置靈活，輸入 /輸出接點(diǎn)的數(shù)量可自由選擇。 PLC 的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下圖 21所示： 圖 21 PLC 的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 1． CPU（中央處理器） 和一般的微機(jī)一樣， CPU 是 PLC 的核心，主要由運(yùn)算器、控制器、寄存器以及實(shí)現(xiàn)他們之間聯(lián)系的地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線構(gòu)成。 CPU 在 很大程度上決定了 PLC 7 的整體性能，如整個(gè)系統(tǒng)的控制規(guī)模、工作速度和內(nèi)存容量。 CPU 位數(shù)越高，系統(tǒng)處理的信息量越大，運(yùn)算速度也越快。 CPU 控制著 PLC 工作，通過讀取、解釋指令，指導(dǎo) PLC 有條不紊的工作。 2． 存儲(chǔ)器 存儲(chǔ)器（內(nèi)存）主要用于存儲(chǔ)程序及數(shù)據(jù)，是 PLC 不可缺少的組成部分。 PLC 中的存儲(chǔ)器一般包括系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器和用戶程序存儲(chǔ)器兩部分。系統(tǒng)程序一般由廠家編寫的，用戶不能修改；而用戶程序是隨 PLC 的控制對(duì)象而定的，由用戶根據(jù)對(duì)象生產(chǎn)工藝的控制要求而編制的應(yīng)用程序。用戶存儲(chǔ)器容量的大小，關(guān)系到 用戶程序容量的大小和內(nèi)部器件的多少，是反映 PLC 性能的重要指標(biāo)之一。 3． 輸入輸出模塊 輸入模塊和輸出模塊通常稱為 I/O 模塊或 I/O 單元。 PLC 提供了各種工作電平、連接形式和驅(qū)動(dòng)能力的 I/O 模塊，有各種功能的 I/O 模塊供擁護(hù)選用。按 I/O 點(diǎn)數(shù)確定模塊的規(guī)格和數(shù)量， I/O 模塊可多可少，但其最大數(shù)受 PLC 所能管理的配置能力，即底版的限制。 PLC 還提供了各種各樣的特殊的 I/O 模塊