【正文】 貨架 （托盤系統(tǒng)） 為主體，以成套搬運設備為基礎，以計算機控制技術(shù)為主要手段組成的高效率物流、大容積儲藏系統(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存單元貨物，用相應的物料搬運設備進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的立體倉庫； 50 年代末 60 年代初出現(xiàn)了司機操作的巷道式堆垛起重機立體倉庫； 1963 年美國率先在高架倉庫中采用計算機控制技術(shù)，建立了第一座計算機控制的立體倉庫。此后，自動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，成為當今世界上擁有自動化立體倉庫最多的國家之一。 我國對立體倉庫及其物料搬運設備的研制開始 并不晚， 1963 年研制成第一臺橋式堆垛起重機（機械部北京起重運輸機械研究所）， 1973 年開始研制我國第一座由計算機控制的自動化立體倉庫（高 15 米，機械部起重所負責），該庫 1980 年投入運行。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)的應用逐年增長。據(jù)不完全統(tǒng)計，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)海爾集團國際物流中心的立體倉庫，該倉庫高 22米，擁有 18056 個標準托盤位，包括原材料和產(chǎn)成品兩大自動化物流系統(tǒng)，全部實現(xiàn)了現(xiàn) 代物流的自動化和智能化。 立體倉庫由于具有很高的空間利用率、很強的入出庫能力、采用計算機進行控制管理而利于企業(yè)實施現(xiàn)代化管理等特點，已成為企業(yè)物流和生產(chǎn)管理不可缺少的倉儲技術(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：用于自動存取貨物的設備。按結(jié)構(gòu)形式分為單立柱和雙立柱兩種基本形式；按服務方式分為直道、彎道和轉(zhuǎn)移車三種基本形式。 2 輸送機系統(tǒng)：立體庫的主要外圍設備，負責將貨物運送到堆垛機或從堆垛機將貨物移走。輸送機種類非常多，常見的有輥道輸送機，鏈條輸送機，升降臺，分配車，提升機，皮帶機等。 AGV 系統(tǒng)即自動導向小車。根據(jù)其導向方式分為感應式導向小車和激光導向小車。 自動控制系統(tǒng)：驅(qū)動自動化立體倉庫系統(tǒng)各設備的自動控制系統(tǒng)。目前以采用現(xiàn)場總線方式為控制模式為主。 庫存信息管理系統(tǒng)：亦稱中央計算機管理系統(tǒng)。是全自動化立體倉庫系統(tǒng)的核心。目前典型的自動化立體倉庫系統(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 /服務器體系，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可分為整體式倉庫和分離式倉庫兩個基本類型。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、投資大和建設周期長等問題，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： 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)達國家，提高空間利用率的觀點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)合理性和先進性考核的重要指標來對待。立體庫的空間利用率與其規(guī)劃緊密相連。一般來說，自動化高架倉庫其空間利用率為普通平庫的 25 倍。這是相當可觀的。 ② 便于形成先進的物流系統(tǒng)，提高企業(yè)生產(chǎn)管理水平 。 傳統(tǒng)倉庫只是貨物儲存的場所， 保存貨物是其唯一的功能，是一種 “靜態(tài)儲存 ”。自動化立體倉庫采用先進的自動化物料搬運設備，不僅能使貨物在倉庫內(nèi)按需要自動存取，而且可以與倉庫以外的生產(chǎn)環(huán)節(jié)進行有機的連接，并通過計算機管理系統(tǒng)和自動化物料搬運設備使倉庫成為企業(yè)生產(chǎn)物流中的一個重要環(huán)節(jié)。企業(yè)外購件和自制生產(chǎn)件進入自動化倉庫儲存是整個生產(chǎn)的一個環(huán)節(jié)，短時儲存是為了在指定的時間自動輸出到下一道工序進行生產(chǎn)，從而形成一個自動化的物流系統(tǒng)，這是一種 “動態(tài)儲存 ”，也是當今自動化倉庫發(fā)展的一個明顯的技術(shù)趨勢。 ③ 加快貨物的存取節(jié)奏，減輕勞動強度，提 高生產(chǎn)效率 。 3 建立以自動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），也能快速及時并自動地將生產(chǎn)所需零部件和原材料送達生產(chǎn)線。這一特點是普通平庫所不能達到的。 ④ 減少庫存資金積壓 。 經(jīng)過對一些大型企業(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，為了到達預期的生產(chǎn)能力和滿足生產(chǎn)要求，就必須準備充足的原材料和零部件。這樣庫存積壓就成為一個較大的問題。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)不得不面對的一個大問題。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，成為一個有機整體 ； 要求生產(chǎn)管理科學實用 ， 做到?jīng)Q策科學化。為此，建立自動化高架倉庫系統(tǒng)是其有力的措施之一。 題目 目的和意義 自動化立體倉庫可以產(chǎn)生巨大的社會效益和經(jīng)濟效益。它通過高層貨架存儲，使存儲區(qū)大幅度地向高空發(fā)展，提高了空間利用率；自動化立體倉庫采用層積式存放，結(jié)合計算機管理，可以很容易實現(xiàn)先入先 出，防止貨物的自然老化、變質(zhì)和損壞；通過自動存取系統(tǒng) (AS/RS),加快了運行和處理速度，提高了勞動生產(chǎn)率，降低操作人員的勞動強度；采用自動化技術(shù)后，還能較好地適應黑暗、低溫、污染、有毒和易爆等特殊場合的物品存儲需要；計算機控制能夠始終準確無誤地對各種信息進行存儲和管理，減少了貨物處理和信息處理過程中的差錯；同時借助于計算機管理還能有效地利用倉庫存儲能力，便于清點和盤庫，合理減少庫存，加快資金周轉(zhuǎn)，節(jié)約流動資金，從而提高倉庫的管理水平。 自動化倉庫的信息系統(tǒng)可以與企業(yè)的生產(chǎn)信息系統(tǒng)集成，實現(xiàn)企業(yè)信息管理的自 動化。同時，由于使用自動化倉庫，促進企業(yè)的科學管理，減少了浪費，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)模的不斷擴大和深化 ,它將為工業(yè)、企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟效益。 自動化立體倉庫應用范圍很廣，幾乎遍布所有行業(yè)。在我國，自立體倉庫應用的行業(yè)主要有機械、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、機場、港口等。 4 本 設計 主要完成的工作 自動化立體倉庫是一種用高層立體貨架（托盤系統(tǒng)）存儲物資，用 自動控制堆垛機運輸車進行存取作業(yè)的倉庫。通過 可編程控制器（ Programming Logic Controller ,簡稱PLC）控制堆垛機的位置變動，模擬立體倉庫工作的控制系統(tǒng)，實現(xiàn)存取貨功能。 在查閱了大量資料的基礎上，以立體倉庫庫位設備和堆垛機位置變動控制為研究對象，通過 S7200PLC 以及 MCGS 組態(tài)軟件 來 實現(xiàn) 對 2*2 立體倉庫的 模型控制系統(tǒng)的控制 ； 對 立體倉 庫的監(jiān) 視 用 工控組態(tài)軟件 MCGS，實現(xiàn)立體倉庫 控制系統(tǒng) “取 /存 ”貨運行動作的模擬仿真。 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)展及應用特點 的 定義 和功能 可編程控制器，英文稱 Programmable Controller，簡稱 PLC，本課題中用 PLC 作為它的簡稱。 PLC 是用于工業(yè)現(xiàn)場的電控制器。它源于繼電器控制技術(shù)，但基于電子計算機。它通過運行存儲在其內(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，進而再通過輸出電路的物理過程去實現(xiàn)對負載的控制。 PLC 基于電子計算機，但并不等同于普通計算機。普通計算機進行入出信息變換時，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、實時性，以及信息的實際使用。特別要考慮怎么適應于工業(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現(xiàn)，可以說是 PLC 實現(xiàn)控制的兩個基本要點。 PLC 可以通過它的外設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)運算功能； ③ 準確定時功能； ④ 高速計數(shù)功能； ⑤ 中斷處理（ 可以實現(xiàn)各種內(nèi)外中斷）功能； ⑥ 程序與數(shù)據(jù)存儲功能； ⑦ 聯(lián)網(wǎng)通信功能； ⑧ 自檢測、自診斷功能。 PLC 的產(chǎn)生和發(fā)展 20 世紀 60 年代，汽車生產(chǎn)流水線的自動控制系統(tǒng)基本上都是由繼電器控制裝置占據(jù)主導地位。由于繼電器控制系統(tǒng)明顯的缺點即通用性和靈活性、可擴展性較差，導致當時汽車的每一次改型都需要對控制系統(tǒng)進行重新設計和安裝。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，汽車型號更新的周期愈來愈短，顯然，繼電器控制裝置十分費時、費工、費料，延長了更新周期。為了適應汽車型號的不斷翻新及生產(chǎn)工藝不斷變化的需要， 1968 年美國 通用公司公開招標，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 命長等一系列優(yōu)點，很快在美國其他工業(yè)領域得到推廣應用。到 1971 年， PLC 已經(jīng)成功地應用于食品、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 年日本從美國引進該項技術(shù)，很快研制出日本第一臺 PLC； 1973 年西歐國家也研制出了他們的第一臺 PLC；我國 1974 年開始研制， 1977 年開始工業(yè)應用。 PLC 的特 點 （ 1）可靠性高，抗干擾能力強 。 （ 2） 適應性強，應用靈活。 （ 3） 編程方便，易于使用。 （ 4）功能強， 擴展能力強。 （ 5） PLC 控制系統(tǒng)設計、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，易于實現(xiàn)機電一體化。 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、存儲器、電源、通訊端口、 I/O 擴展端口組成，其特點是結(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、底版或機架組成， 其特點是配置靈活，輸入 /輸出接點的數(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） 和一般的微機一樣， CPU 是 PLC 的核心，主要由運算器、控制器、寄存器以及實現(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，運算速度也越快。 CPU 控制著 PLC 工作，通過讀取、解釋指令，指導 PLC 有條不紊的工作。 2． 存儲器 存儲器（內(nèi)存）主要用于存儲程序及數(shù)據(jù)，是 PLC 不可缺少的組成部分。 PLC 中的存儲器一般包括系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序存儲器兩部分。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 的控制對象而定的，由用戶根據(jù)對象生產(chǎn)工藝的控制要求而編制的應用程序。用戶存儲器容量的大小，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)動能力的 I/O 模塊，有各種功能的 I/O 模塊供擁護選用。按 I/O 點數(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