自動化立體倉庫設計文獻綜述

1、2011屆機械設計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)設計（文獻綜述）摘要：自動化立體倉庫是近年來國內(nèi)外發(fā)展迅速并得到越來越廣泛應用的一種新型倉儲方式。巷道堆垛機是自動化立體倉庫系統(tǒng)的核心部件，是實現(xiàn)整個倉儲系統(tǒng)功能的關鍵設備?？删幊炭刂破?plc)對巷道堆垛機實施自動控制,來完成貨物的自動入庫、出庫、盤庫等作業(yè)。因此,堆垛機plc控制程序的優(yōu)劣直接影響著整個系統(tǒng)自動化程度及各項質(zhì)量性能指標。不同類型的立體倉庫,其堆垛機運行方式也各有特點。本文將綜述自動化立體倉庫的發(fā)展及應用，堆垛機plc的原理、分類及特點。關鍵詞：自動化立體倉庫；堆垛機；plc；發(fā)展自動化立體倉庫是一種先進的倉儲模式，是物流技術、倉儲技術

2、、機電一體化技術的結晶，集存儲、搬運、輸送、分發(fā)于一體，是物流技術發(fā)展的方向。自動化立體倉庫中最重要設備就是巷道堆垛機, 堆垛機在巷道中運動，對貨物進行存、取與轉移，來完成入庫、出庫及倒庫功能。巷道堆垛機是實現(xiàn)整個倉庫系統(tǒng)“自動”功能的關鍵設備。對其控制系統(tǒng)的研究具有廣闊的應用前景。一、自動化立體倉庫發(fā)展及現(xiàn)狀1.自動化立體倉庫概述自動化立體倉庫是指在不直接進行人工處理的情況下，自動地完成物品倉儲和取出的系統(tǒng)，它以高層立體貨架為主體，以成套搬運設備為基礎，是集自動控制技術、通信技術及機電技術于一體的高效率、大容量存儲機構123。與平庫相比，可節(jié)約大量的占地面積和勞動力，具有很高的空間利用率，能

3、加快貨物的出入庫存儲節(jié)奏，減輕勞動強度，提高生產(chǎn)效率；具體構成包括堆垛機，貨位、轉軌機、輸送設備等456。主要功能是接收操作指令、檢測信號、指揮作業(yè)、判斷故障、返回信息等。用plc控制的自動化立體倉庫達到倉儲技術的全面自動化。由于自動化立體倉庫空間利用率高、管理方便及自動化程度高,其應用也越來越廣泛1。自動化立體倉庫是自動化生產(chǎn)的重要組成部分,用于存儲配件、半成品、產(chǎn)品、工具、夾具和模具等。在cims中,對原材料、設備及半成品的存儲及運輸占產(chǎn)品整個生產(chǎn)周期的大部分時間,對自動化立體倉庫相關技術的研究,將會極大地提高cims系統(tǒng)的生產(chǎn)效率和自動化水平7。自動化立體倉庫是集機械、電子、計算機、通信

4、網(wǎng)絡、傳感器和自動控制等多種技術為一體,以搬運機械化、控制自動化、管理微機化、信息網(wǎng)絡化為特征的現(xiàn)代化物流系統(tǒng)中產(chǎn)品生產(chǎn)與儲存的樞紐8。2.自動化立體倉庫國內(nèi)外發(fā)展倉庫的產(chǎn)生和發(fā)展是第二次世界大戰(zhàn)之后生產(chǎn)和技術發(fā)展的結果。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，建立了第一座計算機控制的立體倉庫。后來德國和日本也相繼開發(fā)了自動化立體倉庫。進入20世紀80年代，自動化立體倉庫在世界各國發(fā)展迅速，使用范圍涉及幾乎所有行業(yè)。據(jù)不完全統(tǒng)計，美國擁有各種類型的自動化立體倉庫20000多座，日本

5、有38000多座，德國有10000多座，英國有4000多座，前蘇聯(lián)有1500多座9。我國對高架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負責），1973年開始研制我國第一座由計算機控制的自動化高架倉庫（高15米，機械部北京起重運輸機械研究所負責），該庫1980年投入運行2。到目前為止，據(jù)不完全統(tǒng)計，我國高架倉庫數(shù)量已超過500座。高架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)管理不可缺少的技術，越來越受到企業(yè)的重視920。3.自動化立體倉庫的組成自動化立

6、體倉庫是機械和電氣、強電控制和弱電控制相結合的產(chǎn)品。它主要由貨物儲存系統(tǒng)、貨物存取和傳送系統(tǒng)、控制和管理等三大系統(tǒng)組成，還有與之配套的供電系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、消防報警系統(tǒng)、稱重計量系統(tǒng)、信息通信系統(tǒng)等16。高層貨架: 用于存儲貨物的鋼結構。目前主要有焊接式貨架和組合式貨架兩種基本形式17。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

7、臺、分配車、提升機機和皮帶機等。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)。是全自動化立體庫系統(tǒng)的核心。目前典型的自動化立體庫系統(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10。4.自動化立體倉庫的特點(1)科學儲備，提高物料調(diào)節(jié)水平作為倉庫，它首先應具有儲存的功能。在自動化系統(tǒng)的管理和控制下，能對物料進行科學的管理，使

8、物料在存儲過程中合理利用各種資源，提高處理效率，適應多種存儲要求。(2)有效地銜接生產(chǎn)與庫存，加快物資周轉，降低成本作為生產(chǎn)過程的中間環(huán)節(jié)，它應具有原材料、在制品和成品的緩沖存儲功能。在自運化和機械化設備處理下，自運化程度提高，各種物料庫存周期縮短，從而降低了總成本。(3)適當加工，合理利用資源，提高效益許多倉庫或多或少地承擔一些加工任務，如為存儲進行組裝、出貨前的包裝等。它可以提高原材料利用率，方使用戶，提高加工效率和設備利用率，充分發(fā)揮各種輸送手段的最高效率。通過存儲環(huán)節(jié)，能把生產(chǎn)與需要有機地結合起來減少生產(chǎn)的盲目性。充分利用已有的資源，從而提高對市場變化的反應能力，減少損失，易于在激烈的

9、市場競爭中獲勝。(4)為企業(yè)的生產(chǎn)指揮和決策提供有效的依據(jù)自動化倉庫往往也是企業(yè)信息系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，企業(yè)的領導者根據(jù)庫存信息制定相應的戰(zhàn)略和計劃，指揮、監(jiān)測和調(diào)整企業(yè)的行動。目前，裝卸和儲運作業(yè)，即物流作業(yè)在國民經(jīng)濟中占用了大批勞動力，物流工作機械化和自動化的主要優(yōu)點，就在于提高勞動生產(chǎn)率和節(jié)省勞動資源。我因近幾年來在工業(yè)發(fā)達地區(qū)已建立了一定數(shù)量的自動化倉庫9。二、自動化立體倉庫堆垛機1.堆垛機的結構及特點堆垛機是自動化立體倉庫的主要作業(yè)機械。堆垛機是由機架、運行機構，起升機構、載貨臺、貨叉、電器設備及各種安全保護裝置組成。1）機架堆垛機的機架主要是由兩根立柱、上橫梁、下橫梁組成一個長方形的框

10、架，它是堆垛機的主要承載構件，整機結構高而窄，立柱一般由方管制成。如果堆垛機的高度很高、起重量較大、運行速度較快，立柱最好由圓管制成。上橫梁及下橫梁一般由槽鋼及鋼板焊接而成。堆垛機的機架沿天軌運行，為防止框架傾倒，在上橫梁上裝有導向輪。天軌一般由角鋼、糟鋼或熱軋h型鋼制成。2）運行機構運行機構主要由電機減速器、行走車輪、導向輪等組成。在堆垛機下橫梁的下面裝有2個車輪，車輪一般由鑄鋼制成。在每個車輪的側面有兩個導向輪，以保證堆垛機能夠在地軌上正常行駛。軸裝式電機減速器裝在前面的車輪上，它帶動堆垛機在地軌上運行，當切斷電機電源時，電機能夠自動制動，使堆垛機停止在立體庫的巷道中。3）起升機構起升機構

11、主要由電機減速器、驅(qū)動鏈輪、驅(qū)動鏈條、升降鏈輪、升降鏈條、配重塊等組成。升降鏈條與載貨臺相連接，它與升降鏈輪、上下橫梁的鏈輪及載貨臺組成封閉結構。當電機減速機通過驅(qū)動鏈輪帶動升降鏈輪旋轉，升降鏈輪再通過升降鏈條帶動載貨臺上下運動。4）載貨臺載貨臺主要由槽鋼、方管及鋼板焊接而成。在它的每個側面裝有四個導向輪及一個頂輪，以保證載貨臺能夠沿著升降軌道正常行駛。設有限位保護裝置。5）貨叉貨叉是堆垛機中最主要的部分，它主要由電機減速機、鏈輪、鏈條、齒輪、齒條、下叉、中叉、上叉、軸承等組成11。6）電氣設備主要包括電力拖動、控制、檢測和安全保護。在電氣拖動方面目前主要采用交流變頻調(diào)速及交流變極調(diào)速。堆垛機

12、的控制一般采用可編程序控制器(plc)及計算機等。堆垛機必須有自動認址、貨位虛實等檢測2。2.堆垛機控制原理堆垛機的控制方式有聯(lián)機自動控制(即上位機控制)、自動控制(即本機自動)、半自動控制及手動控制4種。聯(lián)機自動方式:倉庫系統(tǒng)正常運行時堆垛機一般應處于此控制方式。處于此方式下的堆垛機,可以經(jīng)光調(diào)制解調(diào)器接受來自控制計算機的操作指令并向控制計算機反饋堆垛機的作業(yè)狀態(tài)等信息,使每個堆垛機成為自動化倉庫系統(tǒng)中的有機組成部分,以使倉庫控制系統(tǒng)實現(xiàn)對倉庫中每一個貨位的入出庫操作。自動控制方式:堆垛機單機運行時一般處于此控制方式。處于此控制方式下的堆垛機,可以自動地完成本巷道內(nèi)的每一個貨位的入出庫操作。

13、半自動控制方式:半自動方式是對本機自動控制方式運行過程的分解,可以單步完成如貨叉取放貨、堆垛機自動運行至巷道內(nèi)某一貨位地址等操作。堆垛機單機運行、發(fā)生異?；虬惭b調(diào)試時可以使用這種控制方式。手動控制方式:手動方式一般用于堆垛機的安裝調(diào)試階段或堆垛機發(fā)生異常時的復位等,可以對堆垛機的走行、升降、伸縮貨叉等單獨進行操作,堆垛機的執(zhí)行機構可以手動定位在3個運行方向上的任一位置。以自動控制操作時為例,入庫作業(yè)堆垛機的操作及工作過程如下。自動“入庫”操作: (1)輸入欲入庫貨位所在的列、排、層數(shù)據(jù)。(2)依次輸入欲入庫貨位的列、排、層數(shù)據(jù)。(3)輸入數(shù)據(jù)無誤確認后,堆垛機開始自動執(zhí)行入庫操作4。自動“入庫

14、”操作時堆垛機的工作過程:(1)在自動化倉庫的入庫口臺車位置執(zhí)行“取貨”操作,將貨物從臺車取到堆垛機載貨臺上;(2)堆垛機向目的貨位所在的排、層“移動”;(3)堆垛機到達目的貨位后,向目的貨位所在的列“卸貨”,將貨物放到目的貨位上;(4)堆垛機自動返回“入庫口”,自動入庫過程結束12。3.堆垛機安全保護堆垛機是在又高又窄的巷道內(nèi)運行的起重機械，為了保護人身、設備和貨物的安全，必需在電氣控制上采取一系列的聯(lián)鎖和保護措施。（1）聯(lián)鎖保護1）當叉板沒在中位，或叉板正在運行時，水平及升降運動將被鎖定；2）當堆垛機水平及升降運動進行時，堆垛機定位不正確時，存貨時相應的貨位有貨物，取貨時相應的貨位沒有貨物

15、時，叉板運動將被鎖定。（2）限位保護堆垛機裝有運行終端限位器， 當堆垛機接近兩端極限位置或載貨臺接近上下極限位置時， 該裝置能自動切斷行走電機或提升電機的電源。（3）斷鏈保護提升鏈條通過壓簧與載貨臺相連， 當鏈條由于長時間使用或意外原因忽然斷裂時，彈簧彈開鏈條，檢測裝置檢測到鏈條時便驅(qū)動相應裝置使載貨臺停在當前位置，不至于掉下來，同時整個堆垛機停止運行。（4）斷電保護如載貨臺升降過程中忽然斷電， 則通過提升電機制動使載貨臺停在當前位置不會掉落下來13214。三、堆垛機plc控制1.堆垛機plc編程堆垛機的plc控制程序可分為四大功能模塊:鍵盤輸入和顯示功能塊、控制功能塊、故障檢測與處理功能塊和

16、通信功能塊。其中,鍵盤輸入和顯示功能塊實現(xiàn)對鍵入任務指令的合法性判斷、存儲和顯示,控制功能塊直接控制堆垛機各運行機構,逐條完成鍵盤輸入指令(單機自動控制方式下)或上位管理機發(fā)來(聯(lián)機自動控制方式下)的任務指令,故障檢測與處理功能塊實現(xiàn)對系統(tǒng)故障的實時檢測并處理,通信功能塊用于管理各堆垛機與管理機的實時通訊,包括各種通訊包如:任務指令包、狀態(tài)信息包、故障信息包、任務完成包、聯(lián)/脫機包等的相互交接。該四大功能塊有機結合,構成堆垛機的實時自動化控制程序1518。 2.堆垛機plc控制程序的特點(1)采用模塊化結構設計,程序簡練,控制可靠。便于閱讀和調(diào)試及日后的進一步開發(fā)和修改;(2)采用了一些特殊的

17、編程方法,解決了彎巷道的編址和認址及左右兩排貨架貨位不等的問題,實現(xiàn)了對任務序列、堆垛機當前位置的實時顯示,以及四種不同作業(yè)方式的可靠控制;(3)在故障檢測和處理方面功能較強向用戶提供的信息簡潔、明了,降低了對操作和維修人員的要求;(4)采用了plc機直接與管理機進行實時通信的二級管理模式,提高了可靠性,簡化了結構,降低了成本1519。總結自動化立體倉庫的出現(xiàn)大大拓展了倉庫功能，使之從“靜態(tài)倉庫”變成了“動態(tài)倉庫”，由單純的保管型向綜合的流通型方向發(fā)展。堆垛機plc控制系統(tǒng),能較好地實現(xiàn)堆垛機的運動檢測、運動控制及與上層管理系統(tǒng)的通訊協(xié)調(diào)等功能,基于plc的立體倉庫控制系統(tǒng)具有較高的自動化程度

18、,已經(jīng)成為生產(chǎn)物流建設發(fā)展的潮流。隨著plc技術的應用和發(fā)展,自動化立體倉庫的實時性和可靠性會越來越高,控制也會越來越完善。參考文獻：1 呂全海,沈敏德,陶秀義.自動化立體倉庫堆垛機的優(yōu)化控制j.山東輕工業(yè)學 院學報,2009,23(3):69-71.2 郭環(huán),禹永偉.自動化立體倉庫中堆垛機的設計j.物流技術,2002,(3):77-78.3 高雁翔.用plc實現(xiàn)對立體倉庫的控制j.太原城市職業(yè)技術學院學報，2010, 10: 176-177. 4 聶新年.巷道堆垛機控制系統(tǒng)的設計j.裝備制造技術,2010,(5):64-65.5 姚松麗.巷道式堆垛機控制系統(tǒng)的設計j.機械工程師,2010(1

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