【導讀】核準通過，歸檔資料。未經(jīng)允許，請勿外傳！機集成制造系統(tǒng)的一部分，代表了當今物流發(fā)展的趨勢。低在存儲及搬運過程中所損耗的時間，從而降低物流成本，提高收益。監(jiān)控層和執(zhí)行層組成的二級系統(tǒng)。類隨機存儲和定位存儲相結合的貨品存儲策略。按照貨品出入庫頻度進行。貨位存儲區(qū)域劃分，提高了貨位和存儲區(qū)域的利用率。同時針對因同類貨。執(zhí)行系統(tǒng)由進/出貨輥道、機械手、堆垛機三個部分組成。制的程序模塊，實現(xiàn)了各個單元的單動控制與聯(lián)動的順序控制。收出入庫指令，完成相應的出入庫操作。

　　

【正文】 自動化倉庫應用范圍很廣，幾乎遍布所有行業(yè)。在我國，自動化倉庫應用的行業(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。 1969 年美國數(shù)字設備公司（ DEC）研制出世界第一臺可編程控制器，并成功地應用在美國（ GM）的生產(chǎn)線上。但當時只能 進行邏輯運算，故稱為可編程邏輯控制器，簡稱PLC（ Programmable Logic Controller）。 70年代后期，隨著微電子技術和計算機的迅猛發(fā)展，使 PLC從開關量的邏輯控制擴展到數(shù)字控制及生產(chǎn)過程控制領域，真正成為一種電子計算機工業(yè)控制裝置，故稱為可編程控制器，簡稱 PC（ Programmable Controller）。但由于 PC 容易與個人計算機（ Programmable Computer）相混淆，故人們仍習慣地用 PLC 作為可編程控制器的縮寫。 1985 年國際電工委員會（ IEC）對 PLC 的定 義如下： 可編程控制器是一種進行數(shù)字運算的電子系統(tǒng)，是專為在工業(yè)環(huán)境下的應用而設計的工業(yè)控制器，它采用了可以編程的存儲器，用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計算和算術運算等操作的指令，并通過數(shù)字或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型機械的生產(chǎn)過程。 4 PLC 是繼電器邏輯控制系統(tǒng)發(fā)展而來，所以它在數(shù)學處理、順序控制方面具有一定優(yōu)勢。繼電器在控制系統(tǒng)中主要起兩種作用：（ 1）邏輯運算（ 2）弱電控制強電。 PLC 是集自動控制技術，計算機技術和通訊技術于一體的一種新型工業(yè)控制裝置，已 躍居工業(yè)自動化三大支柱（ PLC、 ROBOT、 CAD/CAM）的首位。可編程控制器，簡稱 PLC。它在集成電路、計算機技術的基礎上發(fā)展起來的一種新型工業(yè)控制設備。具有 高、抗干擾能力強 、安裝容易， .維護工作量少 、通用性好 短，成功率高 ，重量輕、功率低等特點。已經(jīng)廣泛用于自動化控制的各個領域，并已成為實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動化的支柱產(chǎn)品。與繼電 —— 接觸器系統(tǒng)相比更可靠；占位空間比繼電 —— 接觸器系統(tǒng) ??；價格上能與繼電 —— 接觸器系統(tǒng)競爭；易于在現(xiàn)場變更程序；便于使用、維護、維修；能直接推動電磁閥、接觸器與之 相當?shù)膱?zhí)行機構；能向中央執(zhí)行機構；能向中央數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)直接傳輸數(shù)據(jù)等。 因此，進行立體倉庫的 PLC控制系統(tǒng)的設計，可以推動機械手行業(yè)的發(fā)展，擴大 PLC在自動控制領域的應用，具有一定的經(jīng)濟和理論研究的價值 。 本課題設計的內容 本文研究的主要內容包括三個部分 ： 基于電子標簽技術的倉儲物流管理系統(tǒng) ： 基于西門子 S7一 200PLC的下位執(zhí)行機構自動控制系統(tǒng)的實現(xiàn)以及 PLC程序的編制：管理層、監(jiān)控層、控制層三層之間的通信實現(xiàn)。 在管理系統(tǒng)中，研究內容涉及到 ： 自動化立體倉庫的出入庫方式、存儲策略及貨位分配原則 ： 根 據(jù)自動化立體倉庫中存放貨品的特點，提出了采用分類隨機存儲和定位存儲相結合的貨品存儲策略。結合電子標簽技術，根據(jù)貨品出入庫頻度劃分貨品的大致存儲區(qū)域 ： 在此基礎上，使用貨位自動均勻分配算法實現(xiàn)貨位的均勻分配與貨品的就近出入庫 。最后根據(jù)此算法實現(xiàn)了批量出入庫作業(yè)和單件出入庫作業(yè)。 在執(zhí)行系統(tǒng)中，研究內容涉及到 ： 構建一個實驗室規(guī)模的自動化立體倉庫系統(tǒng) 。分析整個控制系統(tǒng)的構成以及電氣控制原理，進而對下位執(zhí)行系統(tǒng)進行總體功能設計，并對各單元 PLC 的控制功能模塊進行了分析 。最后迸行 PLC 程序的編寫，局部調通之后再將三個部 分整合在一起進行調試，實現(xiàn)三個單元的順序控制。 在管理層 、監(jiān)控層、控制層的網(wǎng)絡結構與通信實現(xiàn)中主要研究 OPC 通訊實現(xiàn)過程中，組態(tài)軟件 WinCC 中的相應設置：監(jiān)控層與控制層的基于現(xiàn)場總線 PROFIBUS 的具體組網(wǎng)通訊實現(xiàn)以及 WinCC 中全局腳本的編寫，最終實現(xiàn)管控一體化。 本課題設計的目的和意義 5 傳統(tǒng)條件下的庫房管理作業(yè)，主要依據(jù)人工裝卸，特別是對于一些大型物資，不僅工作效率低，浪費大量的人力、物力，存在較大的安全隱患，同時還占據(jù)大量的庫房面積。立體庫的投入使用，徹底解決了這一難題。 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，提高空間利用率 ；自動化立體倉庫采用層積式存放，結合計算機管理，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，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和管理人員的水平。 2． 自動化立體倉庫的概述 自動化立體倉庫系統(tǒng) (Autoamted Sotrage And Retireval System,AS/RS)是在 不直接進行人工處理的情況下能自動存儲和取出 物料的系統(tǒng)，它的主體是自動化立體倉庫。自動化立體倉庫是指采用高層立體貨架 (托盤系統(tǒng) )儲存貨物，利用計算機系統(tǒng)進行控制管理，利用自動控制堆垛機及運輸車進行存取作業(yè)的倉庫。 自動化立體倉庫能自動、嚴密、準確、迅速地對物料進行搬運、存取和揀選 。 自動化立體倉庫由以下部分組成： 高層貨架：用于存儲貨物的鋼結構。目前主要有焊接式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，按結構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、彎道和轉移車三種 基本形式。 輸送機系統(tǒng)：立體倉庫的主要外圍設備，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 6 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。 自動化立體倉庫按照不同的分類原則可以有如下幾種不同的分類： 1 按建 筑 形式分類 按建筑形式可以分為整體式和分離式。整體式指貨架除了存儲貨物之外，還可以作為建筑物的支撐結構，即庫房與貨架形成一體化結構。分離式是指儲存貨物的貨架獨立存在，建在建筑物內部，主要用于高度不大或者己經(jīng)有建筑物的情況。 2. 按貨架形式分類 （ 1）單元貨格式貨架倉庫。這種形式的倉庫使用最廣， 通用性也較強。其特點是貨架沿倉庫的寬度方向分為若干排，每兩排貨架為一組 ，其間有一條巷道，供堆垛機或其它倉儲機械作業(yè)。每排貨架沿倉庫縱長方向分為若干列，沿垂直方向又分為若干層，從而形成大量貨格，用以儲存貨物單元。在大多數(shù)情況下，每個貨格存放一個貨物單元 (一個托盤或一個貨箱 )。在某些情況下，例如，貨物單元比較小，則一個貨格往往存放二、三個貨物單元以便充分利用貨格空間，減少貨架投資。本論文研究的對象就是單元貨格式自動化立體倉庫。 (2 )貫通式貨架倉庫。在單元式貨架倉庫中，巷道占去了 1/3 左右的倉庫面積，為了進一步提高倉庫面積利用率，可以取消位于各排貨架之間的巷道，將貨架合并在一起 ，使同一層、同一列的貨物互相貫通，形成能依次存放許多貨物單元的通道。在通道的一端，由一臺入庫起重機將貨物單元裝入通道，而在另一端由出庫起重機取貨。 (3 )水平旋轉貨架式倉庫。水平旋轉貨架式倉庫中，貨架本身可以在水平面內沿環(huán)形路線來回運行。需要提取貨物時，操作人員只需要在操作臺上發(fā)出出庫指令，相應的一組貨架便開始運轉，當有該貨物的貨柜來到揀選口時，貨架便停止運轉，操作人員就可以從貨柜中揀選貨物。水平旋轉貨架式倉庫適合于小件貨品的揀選作業(yè)。 (4) 垂直旋轉貨架式倉庫。垂直旋轉貨架式倉庫與水平旋轉貨架式倉庫相 似，只是把水平面內的旋轉改為垂直面內旋轉 .垂直旋轉貨架式倉庫特別適用于存放長的卷狀貨物，如地毯、膠片卷等，也可用于小件貨品存儲。 3. 按照作業(yè)方式分類 按作業(yè)方式可以分為單元貨架式、移動貨架式和揀選貨架式三種立體倉庫。單元貨架式倉庫是最常見的結構，貨物先放在托盤或者集裝箱內，再裝入單元貨架的貨格中。移動貨架式倉庫中的貨架可以在軌道上行走，由控制裝置控制貨架的合攏和分離。作業(yè)時，貨架分開，在巷道中可進行作業(yè)。平時貨架可以合攏，只留一條作業(yè)巷道，從而減少倉庫面積，提高空間的利用率。揀選貨架式倉庫的分揀機構是這 種倉庫的核心組成部 7 分。它有巷道內分揀和巷道外分揀兩種方式。兩種分揀方式又分為人工分揀和自動分揀。 4. 按照自動化倉庫的作用可以將其分為生產(chǎn)性倉庫和流通性倉庫兩種。 5. 按照自動化倉庫與生產(chǎn)連接的緊密程度可以分為獨立型、半緊密型和緊密型倉庫。 采用 PLC 控制立體倉庫的優(yōu)點 低成本 利用電力線上網(wǎng)，最大的優(yōu)點就是成本低。由于利用電力線上網(wǎng)，直接使用現(xiàn)有電力網(wǎng)就可以實現(xiàn)通信，而不需要另外鋪設電話線、光纜線等，大大地減少了在基礎網(wǎng)絡上的投資。 范圍廣 無所不在的電力網(wǎng)絡也是這種技術的優(yōu)勢。 電力線是最基礎的網(wǎng)絡，它的規(guī)模之大 ，是其它任何網(wǎng)絡無法比擬的。因為家家都有電力線，由此，運營商就可以輕松地把這種網(wǎng)絡接入服務滲透到每一個家庭。因此，這一技術一旦進入商業(yè)化階段，將會促進電信市場的變革，并給互聯(lián)網(wǎng)普及帶來極大的發(fā)展空間。 高速 利用電力線上網(wǎng)能夠提供高速傳輸。德國最大的電力設備生產(chǎn)商 RWE 承諾，運用他們的電力線上網(wǎng)技術，其速度要比 ISDN 撥號上網(wǎng)快 30 多倍，比 ADSL 更快 ！ 足以支持現(xiàn)在網(wǎng)絡上各種應用。更高速率的 PLC 產(chǎn)品正在研制之中 。 便捷 不管在家里的哪個角落，只要連接到房間內的 任何電源插座上，就可立即擁有 PLC 帶來的高速網(wǎng)絡享受！ 永遠在線 PLC 屬于“即插即用”不用繁瑣的撥號過程，接入電源就等于接入網(wǎng)絡。 結構靈活 通過 PLC 技術實現(xiàn) Inter 接入，可以靈活擴展接入端口數(shù)量，使資源保持較高的利用率。目前還未有效解決電力線信號通過變壓器的技術，因此，電力線通信設備都是集中在 220V 線路變壓器的用戶端。 家庭數(shù)字化 PLC 技術能夠通過電力線將整個家庭的電器與網(wǎng)絡聯(lián)為一體，在室內的設備之間構筑起可自由交換信息的局域網(wǎng)，使人們能夠通過網(wǎng)絡來控制自己家里的電器設備 。 2. 3 自動化立體倉庫的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 我國 在 自 動化立體倉庫的研究和應用方面起步較早。 1963 年，北京起重運輸機研究所設計了第一臺 橋式堆垛機，并由大連起重機廠完成試制。 1974 年，鄭州紡織機械廠建成了我國第一座立體倉庫，這座倉庫是利用原有鋸齒形廠房改建而成的，用 8 于存放模具。 1977 年，北京起重運輸機研究所等單位研究制造出北京汽車制造廠自動化倉庫，這座自動化倉庫屬于整體式結構，采用計算機進行控制和數(shù)據(jù)處理。從此以后，自動化立體倉庫在我國得到迅速發(fā)展。我國目前己經(jīng)建成數(shù)百座各種類型的自動化倉庫，多數(shù)是中小型自動倉庫。目前 ， 自 動化立體倉庫在發(fā)達國家己相當普遍，日本是自動化倉庫發(fā)展最快、建造數(shù)量最多的國家。此外，美國、德國、瑞士、意大利、英國和法國等國家也建造了許多自動化倉庫。 發(fā)展至今，自動化倉庫在設計、制造、自動化控制和計算機管理方面的技術也日趨成熟。近些年我國自動化倉庫技術發(fā)展很快，己實現(xiàn)了與其它信息決策系統(tǒng)的集成，并正在做智能控制和模糊控制的研究工作。盡管如此，至今在我國已建成的集成化倉儲系統(tǒng)還不多，我國的自動化立體倉庫與國外發(fā)達國家相比，無論是從數(shù)量上還是從建設水平上都有著比較大的差距 .由于自動化立體倉庫在當今物流和制造業(yè)中的廣泛應用、計算機技術和網(wǎng)絡技術的推波助瀾，使得立體倉庫的發(fā)展十分迅速，其發(fā)展趨勢主要有 ： 1 倉儲作業(yè)管理自動化水平逐步提高。隨著生產(chǎn)的進一步發(fā)展，對物流的 要求將更加嚴格。具體來說，就是在要求的時間內、在準確的地點、按準確的順 序與方法、提供準確的品種和數(shù)量的貨物。 2. 智能技術將會獲得應用。人工智能技術的發(fā)展，推動了自動化技術向其 高級階段一智能化方向發(fā)展，已經(jīng)在倉庫的設計、搬運系統(tǒng)的控制和儲運設備的 選用等方面應用了專家系統(tǒng)。 3. 倉庫作業(yè)向柔性化發(fā)展。隨 著柔性化的普及，自動化倉庫的儲運作業(yè)也 將向柔性化發(fā)展。國外已經(jīng)開始出現(xiàn)一批可拆卸的或移動式的倉庫結構。 本文立體倉庫模型與工作方式的設定 本文設定倉庫類型為單元貨格式自動化立體倉庫 。倉庫規(guī)模設定為 4巷道 8 排 20列10 層共計 1600 個貨位 :倉庫中相關設備主要有巷道式堆垛機、出入庫臺 (位于貨架同側 )、輥道輸送系統(tǒng)等設備，以上設備均通過 S7— 200PLC 進行控制 。工作方式為單元出入庫作業(yè)和揀選出入庫作業(yè)。同時設定管理級與監(jiān)控級位于同一臺計算機上，因此不需要進行遠程訪問，現(xiàn)場 PC 一 PLC 之間通信距離較短時 ，采用簡單的 PC 用 PI 電纜來進行點對點的連結，三臺 PLC 之間采用現(xiàn)場總線 PROFIBUS 一 DP 網(wǎng)組成網(wǎng)絡，實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換與實時控制。 系統(tǒng)設計的基本步驟 立體倉庫系統(tǒng)設計與調試的主要步驟，如下圖 2－ 1所示： 在立體倉庫控制系統(tǒng)的設計過程中主要考慮以下幾點：