立体仓库控制系统（精选十篇）
立体仓库控制系统（精选十篇）
立体仓库控制系统 篇1
随着我国国民经济飞速的发展和企业现代化生产规模不断的扩大,现代物流系统从六十年代刚刚起步到现在蓬勃发展,其中立体仓库控制系统是不可缺少的重要部分。立体仓库控制系统是以PLC作为控制核心,集自动控制技术、计算机技术、通讯技术和机电一体化技术于一体的高科技控制设备。本文探讨了如何利用德国西门子PLC S7-200实现立体仓库控制,并分别从硬件和软件两个方面进行了分析和研究。此自动控制系统已在营口红塔集团得到了很好的应用。
2 系统概况
自动化立体仓库又称自动存取系统(AS/RS),是一种用高层立体货架储存物资,用自动控制堆垛机进行存取作业和用计算机监控管理的仓库。目前,立体仓库主要有以下几种形式:升降横移式、巷道堆垛式、垂直提升式、垂直循环式、圆形水平循环式等等。本系统采用巷道堆垛式立体仓库,此系统由PLC、堆垛机、计算机、货架、出入库输送机等设备构成。其中PLC是控制核心,堆垛机是立体仓库的主要存取设备,它是由机架、行走机构、升降机构、载货台、伸叉、导轨构成。堆垛机执行PLC命令去高速度、高密度地自动存取货物,同时在上位机可进行实时监控。
3 系统硬件设计
根据立体仓库控制系统要求,我们采用了德国西门子PLC S7-200 CPU226型号,此类型PLC可以满足多种多样自动化控制的要求,它虽为小型机,但有些功能可与大中型PLC相媲美。S7-200具有很强大的指令系统,具有功能齐全的编程软件和界面友好的工业控制组态软件,同时它有多种功能模块,便于组网,有良好的扩展性。此外,低廉的价格,很高的性价比也是我们采用它的重要原因。尤其它的两路高速脉冲输出(PTO)功能在步进电机控制上非常的方便,它可以直接通过驱动模块来驱动步进电机实现不同的旋转要求,从而实现起步的加速或停止时的减速。
此系统为了保证堆垛机三维位置移动定位的精确性,在同一位置误差不超过10毫米,我们采用两个步进电机控制堆垛机的升降和行走。同时伸叉控制使用直流电动机为执行元件,完成伸出收回动作。堆垛机系统硬件结构图如图1所示。PLC把多种输入信号如控制面板信号和传感器信号采样进来,通过PLC内部逻辑控制和运算处理,输出步进电机驱动所需的PTO脉冲等信号,从而控制堆垛机通过导轨按其指定距离运动,同时输出变量控制直流电动机正反转从而控制伸叉的伸出和收回动作。
此系统的输入信号分为两部分,一是控制面板上的控制按钮,包括急停按钮、自动手动转换开关、左右按钮、上下按钮、伸出和收回按钮。另一部分是各方位的限位开关,包括:上下限位、左右限位、伸出限位和收回限位。此系统的输出相对要复杂一些,S7-200 CPU226支持两路的PTO脉冲输出,分别为Q0.0和Q0.1。PTO可以输出一串占空比50%的脉冲,我们可以控制脉冲的周期和个数,其中周期可以根据需要选用微秒或毫秒,脉冲个数是一个32位的无符号数。此系统用Q0.0来控制上下电机的运动,Q0.1来控制左右电机的运动。另外,步进电机还有正反转控制功能,用Q0.2来控制上下电机的运动方向,用Q0.3来控制左右电机的运行方向。同时,用Q0.4和Q0.5来控制伸叉电机的正反转。
此系统PLC硬件I/O端口分配表如表1所示,硬件接线图如图2所示。
4 系统软件设计
4.1 通讯协议的制定
当选择自动的工作方式,上位机可以通过通讯来控制PLC并最终控制步进电机,实现堆垛机的送货和取货过程。PLC通过串口与上位机做通讯,当有操作的时候会将控制信息发给PLC,PLC收到后发回一个接收到的信息,并在执行完发回一个完成信息。
我们采用计算机编程软件Visual Basic 6.0作为上位机控制软件,在PLC和VB编程的时候设置,两边的波特率都为9600bps,每个字符的数据为8位,一个停止位。通信协议定义如下:
其中,byte1为控制字符(con),设0为入库,设1为出库,设2回原点,设3为停止。byte2和byte3分别为货架左右和上下运动脉冲轮廓号。Chr(13)为回车符表示信息结束。
4.2 向导配置PTO脉冲输出
西门子S7-200有两台PTO/PWM生成器,建立高速脉冲链或脉冲宽度调节波形。一台生成器指定给数字输出点Q0.0,另一台生成器指定给数字输出点Q0.1。一个指定的特殊内存(SM)位置为每台生成器存储以下数据:一个控制字节、一个脉冲计数值和一个循环时间和脉冲宽度值。
我们使用S7-200编程软件STEP7所带的脉冲输出向导来进行脉冲串输出和运动轮廓的配置。PTO的输出直接控制步进电机驱动器的PLS接口,我们只要精确地控制输出脉冲的数量和周期,那么电机就能实现相应的运动距离了。因为步进电机驱动器提供了细分功能,所以不同的细分方式下电机的相同转数则需要不同的脉冲个数。根据公式:(脉冲个数=运行距离/齿轮周长*步进电机每转步数*细分数)计算出运动一格的脉冲数添入向导所提供的轮廓中,在程序中根据各个情况调用不同的运动轮廓来实现运动距离。
立体仓库的入库程序流程图如图3所示,具体梯形图和VB程序省略。
5 结束语
PLC应用于立体仓库控制系统,与传统的继电接触器控制系统相比较,具有通用性强,可靠性高,操作方便,维护简单等优点。此控制系统经过两年多的实际运行,自动化程度高,空间利用率高,减轻了劳动强度,提高了生产效率,已取得了很好的经济效益,具有很好的应用前景。
参考文献
[1]李道霖.电气控制与PLC原理及应用[M].北京:电子工业出版社,2006.7.
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[4]廖常初.可编程控制应用技术[M].重庆:重庆大学出版社,2002.3.
立体仓库控制系统 篇2
摘要：上轻下重一重的物品存在下面的货位，较轻的物品存放在高处的货位。使货架受力稳定。分散存放，物料分散存放在仓库的不同位置。避免因集中存放造成货格受力不均匀。
货位分配考虑的原则是很多的。专门用于仓储的立体仓库，其货位分配原则是：
①货架受力情况良好
上轻下重一重的物品存在下面的货位，较轻的物品存放在高处的货位。使货架受力稳定。
分散存放，物料分散存放在仓库的不同位置。避免因集中存放造成货格受力不均匀。
②加快周转，先入先出一同种物料出库时，先入库者，先提取出库。以加快物料周转。避免因物料长期积压产生锈蚀、变形、变质及其他损坏造成的损失。
③提高可靠性，分巷道存放一仓库有多个巷道时，同种物品分散在不同的巷道进行存放。以防止因某巷道堵塞影响某种物料的出库，造成生产中断。
④提高效率，就近入/出库。在线自动仓库，为保证快速响应出库请求，一般将物料就近放置在出库台附近。
仓库的安全管理
摘要：仓库的安全管理分为两个方面:一是对仓库和商品的安全管理;二是对职工的安全管理。
(一)对仓库知商品的安全管理工作
1.消防
要贯彻“以防为主，以消为辅”的消防工作方针，要建立有领导负责的逐级防火责任制和岗位防火责任制。
仓库要设置专业或兼职的防火干部，建立专职消防组织与义务消防组织;建立防火安全教育制度，组织职工学习安全技术知识与扑救方法;配备足够的消防设备，保持完整好用;要有健全的消防制度，对重点要害部位，要定点、定人、定措施;要建立防火档案和制定灭火作战计划，以预防火灾，或发生火警和其他事故时能及时防止灾害和造成更大损失。
2.警卫
要加强仓库治安保卫工作的领导。仓库应有一位领导主管安全保卫工作，建立保卫部门或配备专职保卫人员，经常对职工进行安全保卫工作教育，同时要结合实际情况，建立门卫检查、警卫执勤、巡逻、值班等制度，以确保仓库安全。
3.安全检查
为了消除隐患，堵塞漏洞，仓库应采取定期检查与经常性检查相结合，领导检查与群众检查相结合的方法，实行逐级负责的检查制度。仓库检查应以防火安全为中心，但应根据不同季节和具体情况，确定检查的重点，检查中发现问题，应当做出记录，及时研究解决，逐项落实，以保证仓库和商品安全。
(二)安全管理
立体仓库控制系统 篇3
关键词：zigBee，物流，仓储，智能控制
DoI：10.15938/j.jhust.2016.06.013
中图分类号：11P391.44；TN929.5
文献标志码：A
文章编号：1007-2683（2016）06-0067-06
0.引言
在当今世界，改造物流结构，降低物流成本已经成为市场竞争中企业取胜的重要方法.仓库物流为了能够适应生产的需要，开始向自动化控制的方向进行演变.由半自动化和全自动化组成的现代仓库物流系统包括了由物流管理软件、智能物流设备和控制系统组成.物流系统在国外的设计，往往采用布局规划的方法，美国维吉尼亚理工大学的De LaCruz提出了一种预测控制的方法，该方法根据有关信息智能预测，实时采集有关信息，可能故障出现的情况，以此降低物流系统人工操作造成的各种失误，在我国，北京机械工业自动化研究所设计了一条六万吨级的自动化物流输送系统，是一套针对玻璃纤维各条生产环节和生产工艺的自动化物流输送解决方案；沈阳理工大学机械工程学院王霄，段智敏等开发了一种自动化存储系统，该系统由PLC作为控制核心，适应不同规模的生产线的需要能够进行存储和扩展；徐仰高等，利用现场总线和网络组建的物流系统也多有报导。
目前，我国多数的物流控制系统，还以有线的控制方式为主，存在扩展和结构调整不方便的缺点.本文针对该问题提出了一种基于Zigbee无线网络技术的立体仓库自动化物流控制系统设计方案，该方案采用了星形控制结构，上位机采用了工控机，其他工控机设置为从机，从而构建成星形结构的立体仓库控制自动化物流控制系统.为了有效提高星形控制网络模型中堆垛机的寻址精度，本文还提出了堆垛机的二维模型并进行了Matlab仿真分析。
1.无线ZigBee通信的原理
1.1 Zigbee概述
ZigBee是低功耗局域网协议，其基于IEEE802.15.4标准。
ZigBee技术与其他无线通信技术相比，其具有的优势主要体现在以下方面：
①可靠性高：能够在数据发送时采用碰撞避免机制，从而能够避免出现冲突或者混乱，②安全性高：能够提供使用访问控制清单、安全设定的三级安全模式，③网络容量大，可以容纳最大65000个节点，可容纳255节点在一个协调器中，庞大通覆盖范围达到75m，采用功率放大能够达到几公里覆盖.④成本低：易于开发、协议简单免费，硬件模块便宜.⑤覆盖范围广：覆盖范围达到75m，采用功率放大能够达到几公里覆盖。
因此ZigBee技术很适用于监控的网点多，需要进行数据采集；要求设备成本低，并且数据传输量不大；要求安全性高，数据传输可靠性高；充电电池不便放置，设备体积很小无法采用大的模块；地形复杂，电池供电；需要网络大面积的覆盖等情况下组建立体仓库的自动化物流控制系统。
1.2 ZigBee通讯控制协议
Zigbee的协议栈结构是依据IEEE 802.15.4构建的，ZigBee通讯控制协议由多个层次组成，每个层可以提供特定的服务给上一层，从下往上依次是物理层，MAC层，网络安全层，应用支持子层，应用层.如图1所示ZigBee通讯控制协议层次结构。
物理层是协议的最底层，承担与外界直接作用的任务，应用层可以提供一些应用框架模型为Zig-bee技术的实际应用，对Zigbee技术能够进行开发和应用，其开发应用框架需要根据不同的应用场合来调整.应用支持层在多個器件之间根据服务和需求进行通信，网络层主要应用在WPAN网的组网连接，以及Zigbee的无线个人区域网的网络安全，以及数据管理，MAC层负责维护、建立和结束设备问的无线数据链路，对于模式数据接收和传送进行确认。
2.智能物流控制系统架构分析
自动化立体仓库是智能物流控制系统的核心部分，在商业物流和在企业物流中，成品和原材料都需要仓储中心，为了有效、合理的利用仓储中心的空间，所有企业都会采用大型立体仓库，这种仓库非常庞大，面积有的长达几百平方米，由多个巷道式堆垛机和几十列货架组成，并且还有出入货台和出入库流水线，仓库中的货物可以快速的定位，还可以高效的进行盘点、移库、入库、出库操作。
立体仓库自动化物流控制系统中的堆垛机是非常重要的运输设备，随着立体仓库的出现，巷道式堆垛机也快速的发展起来，在高层货架的巷道内它的主要用途是可以进行往返运行，货物可以存入货格，也可以取出货格内的货物，并且运送到巷道口，其责任包括盘库、出库、进库等操作。
堆垛机的核心控制系统结构如图2所示，堆垛机的核心控制系统通常采用嵌人式运动控制器+交流伺服电机的驱动形式，内置堆垛机控制程序采用了一体化设计，包括了运动控制器和嵌入式计算机.流水线上光电开关利用PLC来实现流水线的信号检测，并且还可以通过各个行程开关进行逻辑的控制。
3.基于ZigBee无线网络的立体仓库
自动化物流控制系统构建方案
3.1Zigbee星形控制网路的设计
ZigBee网络中一般有3类设备.一是网络协调器，是网络的中心节点，它的作用是寻找节点问路由信息、管理网络节点、发送网络信标、存储网络节点信息、不断接受信息，从而构建通信网络，二是指全功能设备，是网络中的路由，担任网络协调者，形成网络，便于其它节点问的连接，三是功能设备，在网络中属于终端节点，只能和全功能设备之间收发信息。
本文提出的Zigbee星形控制网络采用四块Zig—bee模块，分别作为1个协调器和3个终端.通过上位机的COM串口，上位机和协调器通过USB口转串口的方法进行连接控制。Zigbee终端1和导航小车工控机相连，Zigbee终端2和机械臂工控机相连，Zigbee终端3直接做在信号采集板上，直接连接压力开关板上的铜导线.上位机把压力开关采集板上采集到的信号进行无线数据传输，自动导航小车工控机，上位机和机械臂工控机相互通信，上位机可以给自动导航小车工控机和机械臂工控机发送指令，自动导航小车工控机和机械臂工控机可以回馈信息.立体仓库自动化物流控制系统网络结构如图3所示。
Zigbee网络中的协调器节点作为核心节点，在Zigbee网络中每个节点设备都必须有一个唯一的协调器，起到了在Zigbee传感器网络中的主导作用。协调器功能由全功能设备实现，在整个网络中协调器设备具有网络的管理者和构建者的作用，负责选择网络的信道，加入、退出和建立节点。
在新的网络建立时，协调器创建源端点必须告知目标端点，通过链路协议在它们之间进行端点绑定的定义，远程网络作为绑定过程的一部分，协调器会请求修改其绑定表，类似于设备管理器的节点，在多个端点之间协调器节点维护逻辑链路的绑定表，包含两个以上的节点，根据其源端点每个链路需要进行群集的定义，收到网络命令设备请求接入，网络协调器需要判断其加入自己的网络是否允许，如果允许那么就需要分配该网络地址给这个设备，该地址是16位的，并且是网络中唯一的，也可以是64位的地址其是设备本身具有的。
本文研究的Zigbee协调器和终端均采用以CC2430为核心的DTD243A模块，编写程序采用了Zigbee协议栈，为了相互交换信息，从机和上位机需要遵从Zigbee协议栈协议和串口通信协议，并且需要制定三方的通信协议，这样就可以辨别自己应该执行的操作指令，从而方便接收到对方的信息.
软件设计流程如图4所示，在Zigbee终端1上电后进行系统初始化，在从机1界面上显示初始化信息.上位机协调器在加入网络时需要等待终端，如果已经上电复位，那么终端1就需要进行复位，这样就可以加入网络，相应的网络短地址也需要协调器分配给终端1.成功加入网络后，在主从机之问如果没有信息传递，那么就需要侦听，在遇到请求时，需要判断是否主机在给从机发送数据，满足条件的话从机就可以接收数据并显示出来，加入时从机给主机发送数据，主机接收后并显示出来。
设计Zigbee终端2软件的方法，与Zigbee终端1的自动导航小车有相同的地方，最大的区别是Zigbee协调器在两者加入网络时短地址需要进行动态分配.上位机采用单播方式，在Zigbee通信界面中，上位机与从机通信时，需要在从机地址中进行选择，上位机在建立通信后，与其它的从机不能进行操作.每个Zigbee协调器为了能够方便通信，需要对终端的短地址，进行固定，复位次序在3个终端上电分别是：协调器，自动导航小车，终机械臂和压力开关信号采集板，对于相应短地址协调器动态分配的顺序是协调器：Ox0000，自动导航小车：0x1699，终机械臂：Oxl69a，压力开关信号采集板：Oxl69b.为了避免地址混乱，3个终端和协调器的短地址在固定下来以后，就可以方便进行地址的程序的编写，Zig-bee终端3设计方法与终端2类同。
3.2定位入库设计
定位入库首先需要把货物放置于送货处，在监控界面，上位机入库对话框中记录预存的货位，假如已有该货位存货记录在库存记录中，那么预存货位需要重新进行选择，在入库任务开始执行前需要确定预存货位，混合式流水线控制柜通过上位机来发送指令，机械操作可以将货物送至入货台，光电开关在入货台检测到货物有动作发生，于是停止运转，流水线任务操作结束需要给上位机发送回馈，在上位机确认以后，给堆垛机控制柜发送入库指令，堆垛机启动，就可以把货物放到预存的货位上，定位入库流程图如图5所示。
在进行存取货物前，自动化立体仓库的堆垛机需要先到达指定的货位，并且具有自动辨识货位地址的能力，货位的地址在同一巷道内包括了3个参数，z坐标的左右侧，y坐标的货架列、x坐标的货架层，通过这个三维的坐标，货位的地址就可以确定下来，对于堆垛机来说x坐标可以采用水平移动来进行寻找，堆垛机z坐标包含了两个位置，前后移动可以用货叉完成；堆垛机对于Y坐标可以采用上下移动来寻找，堆垛机能自动检测它当前的坐标位置，并能到达指定的货位。
上位机在给堆垛机发送指令后，自动进行认址，并到达目的地址。检测当前的位置方法包括相对认址和绝对认址。
1）相对认址，相对认址是在巷道每列货格上和堆垛机立柱上相应的位置安装认址档板，在升降台上各安装两个光电开关，在堆垛机上下和前后运动时，光电脉冲经过每个货位进行加或减，这样就能够获得地址了，在遇到错误时，地址也会相应出错，堆垛机停止后才会结束认址的操作，相对认址方法可靠性较低，为了能够把认址可靠性提高，可以同时进行认址，利用两个光電开关进行互相校验，如果计数器值遇到差异，就会进行报警。
2）绝对认址，绝对认址在货格每一列上，利用安装的红外光电开关，认址档板安装在载货台上和堆垛机的侧部，通过在每一层上的光电开关，进行位置检测和自动寻址，认址档板在堆垛机通过时，进行透过和挡光，利用光电开关的状态就可以形成位的进制编码，通过计算后XY的坐标就可以得到了.采用绝对认址的方法认址可靠，在调试安装上比较复杂，硬件成本较高，光电开关比较多，但是编程简单。
本课题采用了相对认址的方法，由于每个货位尺寸在组合式货架是相同的，堆垛机载货台中每个货位相应的间距和高度是一样的，在水平运行的时候，每个货位经过的间距相同，运动控制器在堆垛机控制柜需要发出一定间隔和数量的脉冲，电机的转速和时间由变频器进行控制，这样能够省去认址挡板和光电开关.重要的是1号货位要标定好，因为其它货位地址需要根据1号货位来决定。
3.3堆垛机控制模型设计
堆垛机需要在寻址过程中进行入库，出库操作，调速控制采用S型速度曲线，从静止状态启动，然后加速，匀速行走，最后在目的货位进行减速和停止制动，堆垛机在制动，启动，减速，加速过程中，由于存在惯性力的作用，在纵向堆垛机立柱容易发生弯曲变形，尤其在立柱顶端，发生弯曲的挠度最大，对高层货架来说，堆垛机位置会产生很大误差，严重时会发生安全事故，并影响工作效率。
曲线调速控制要以堆垛机行走下横梁的基座位置为依据，可以忽略不计立柱顶端挠度的影响，在遇到立柱挠度最大的情况下，如果载货台定位在立柱顶端，堆垛机就可以进行二维模型的简化，这种情况相当于单立柱的悬臂梁.可以用叠加法计算立柱顶端的挠度。
4.仿真分析
本文采用了Matlab进行立柱顶端的挠度的仿真分析，堆垛机技术在挠度仿真中主要需要的参数为：均匀分布质量的自重81kg/m，集中质量坐标在载货台40，1856mm，最大水平方向的加速度0.8m/s2，集中质量在载货台53kg，堆垛机的立柱高度2560mm，定位寻址精度±3mm。
如果堆垛机在平稳的运行，没有其他干扰，没有振动的环境下，该状态是最理想的情况，对立柱顶端挠度本文采用了Matlab软件对其与加速度的关系进行仿真模拟，结果如图6所示。
从图6可以看出，堆垛机水平行走方向的立柱顶端挠度W与加速度α存在着抛物线的关系，提升的速度越高那么加速度也就越大，这样立柱挠度就会变的很大。
然而堆垛机在实际情况下，由于电压变化，在运行过程中来自自身和外部的振动，要受到不可避免的各种扰动，在Matlab仿真中，通过产生一些随机的噪声，就可以对实际情况进行扰动的模拟，在输出中可以加入理想的状态，这样就可以对加速度和挠度的关系进行模拟仿真，结果如图7和图8所示。
从加入噪声后立柱顶端挠度和加速度关系曲线可以看出，加入正态随机噪声后，曲线某些。
区段都发生的弯曲，有的区段弯曲很大，所以设计或提高堆垛机速度时，有必要充分考虑现场周围的扰动情形。
通过建立堆垛机二维模型，应用Matlab对立柱顶端挠度进行了仿真分析，分析结果表明理想状态下立柱顶端挠度近似正比与水平行走加速度，加入随机噪声后曲线发生较大变形，因此在设计或提升堆垛机行走速度时，必须考虑加速度和扰动带来的立柱挠度的变化，确保设计或提升的速度所导致的立柱最大挠度保持在堆垛机正常运行允许的范围内。
5.结论
在物流控制系统中采用zigbee技术是一种扩展、补充目前现有的组网方式，基于zigbee无线网络技术的立体仓库自动化物流控制系统设计方案，采用了星形控制结构，上位机采用了工控机，其他工控机则可以设置为从机，从而构建了星形控制网络的物流控制系统，实现了智能物流控制系统中自动化入库流水线功能。
立体化仓库系统仿真优化研究 篇4
随着高技术武器装备系统在战争中的广泛应用, 信息化战争更加具有针对性、快速性和高效性的特点, 对装备器材物资保障的要求也越来越高。信息技术的发展, 以及在军事装备保障领域内的广泛应用, 对我军传统储运体制、模式、方法等诸多方面提出了深刻挑战。过去传统的装备保障管理缺乏科学的规划和可持续发展能力, 在系统资源的配备、行业结构的架构等方面, 难以实现现代化、自动化、最优化;而在流程运作过程中, 尤其是仓储过程与配送过程, 仍以人工的经验管理为主, 忽视了科学的设计和规划方法, 缺乏现代化的管理手段, 很少利用自动化的作业设备, 系统不优化的现象比较明显。所以, 如何建立完善的装备储运体系, 实现仓储的信息化、自动化和智能化, 是亟待发展的目标。
刘昌祺等[1]研究了自动化立体仓库设计, 郝隆誉等[2,3]对低温自动化立体仓库和堆垛机集成化设计进行了研究。针对自动化立体库的系统规划, 谷曼[4]通过仿真方法进行了研究, 刘利军[5]、付强[6]等分别建立了自动化立体仓库存取作业三维模型。石晓辉[7]、张晓萍[8]研究了基于Flexsim的仓储系统仿真问题。在理论研究方面, 林家恒[9]采用两级遗传算法对双伺服机分层旋转货架拣选路径进行优化, 田伟[10]应用改进LK算法求解固定货架拣选优化问题, 张攀[11]、田国会[12]等基于混合遗传算法的固定货架拣选优化问题研究, 宁春林[13]研究了蚁群算法在固定货架拣选路径优化中的应用, I.Potrc[14]研究了多巷道机的存储优化问题。
在现代仓储系统运作过程中, 有时存取物资时间相对集中, 存在集中入库问题, 造成某一时间段缓冲区拥堵的现象, 导致堆垛机利用率不高。针对这一问题, 可通过调整货架参数、货物的出入库量等手段来寻找系统优化的最佳方案。由于货物数量、存取位置等情况复杂, 很难由人工手动完成。本文采用Flexsim软件, 研究单入库作业流程下货物随机存放时的模型进行优化。
1 立体化仓库系统仿真建模
Flexsim是一套系统仿真模型设计、制作与分析的工具软件。它集计算机三维图像处理技术、仿真技术、人工智能技术、数据处理技术为一体, 专门面向制造、物流等领域[8]。运用Flexsim系统仿真软件, 可在计算机内建立研究对象的三维模型, 然后对模型进行各种系统分析和工程验证, 最终获得优化设计或改造方案。
单入库作业流程和单出库作业流程是仓库系统中最为基本的作业方式。单入库作业就是堆垛机从巷道口取一个货物单元送到选定的货位, 然后返回巷道口。单出库作业是堆垛机从巷道口出发到某一个给定的货位取出一个货物单元送到巷道口。本文只采用单入库作业模式讨论货物存放模式的不同对系统效率的影响。
本文建立的立体仓库模型主要由发生器、缓存器、处理机、输送机、巷道堆垛机、高层货架等部分组成, 如图1所示。
2 立体化仓库系统仿真优化方案
Flexsim软件中的Opt Quest优化器用来优化模型中的变量, 以最大化某些特定的输出变量。最优化设计的第一步就是定义模型的决策变量, 最优化决策变量的选择是通过待解决问题的重述获得的。例如, 货架的货位是多少时, 使得货位的利用率达到最佳, 此问题的陈述定义了模型的决策变量即货架的最大容量和货位的利用率。但是, 这两个变量却有不同的用途, 容量最大值是要对其进行改变而进行仿真实验的, 而货位利用率作为结果反馈来体现改变的效果。在制定了变量的名称和类型后, 将此变量与模型中某节点关联起来, 选择持有此最大容量值的节点, 且必须选择具有数值数据的节点, 否则最优化将不能正常进行。定义了决策变量后, 再定义最优化的约束条件, 因为在最优化过程中, 优化器将根据决策变量对若干场景进行实验。约束用来将不能满足约束条件的某些场景剔除出去, 这样优化器就不会将一个无效的场景选作最优化方案。根据评价指标编写目标函数, 设置仿真场景次数和场景运行时间, 对其进行优化, 获得最佳解答。由于Flexsim仿真软件的优化器功能是被限制的, 故无法直接获得优化解。为此, 本文在研究某一变量对系统的影响时视其它变量暂时为常数, 从而避免复杂的分析过程。
假定仓库的入/出库流量不变, 即输入输出的规律曲线不变, 货物的入库规则、存放位置视为变量, 来综合优化系统的资源配置, 找出参数改变与系统效率之间的变化规律, 并通过这种趋势修改实体参数, 直至达到预期目标。
通过仿真可知, 不管是外部卸货的缓冲暂存区还是最终入库的缓冲暂存区都有阻塞的情况。因此要对模型进行改进, 可以增加部分实体, 以便整个系统能够快速运行, 不至于因某一部分的效率而是整个系统受到影响。
对模型编译, 调试通过后, 重置运行。待仿真结束后, 通过“统计>状态报告 (标准报告) ”输出Excel状态报表和标准报表, 如图2-3所示。
3 仿真结果比较与评价
3.1 随机存放模式与有序存放模式的比较
将随机存放模式跟有序存放模式的标准报告的截图进行比较, 如图3-4所示。
图中的标识部分是变化比较明显的数据项。为了更加直观的显示变化, 将优化报告及状态报告的明显变化数据整理如表1所示。
根据上表可以明显发现, 进行有序存放之后, 入库缓存区的压力大大减小了, 由原来的152.9s减少至9.8s, 堆垛机存取时的等待时间也由13.3s减少了一半, 变成6.3s, 货架等待堆垛机取货的时间百分比从77.4%减少到28.8%。有序存放模式下的效率比随机存放大大提高。
3.2 方案优化前后的比较
将随机存放模式改进后的标准报告如图5所示。通过比较, 可以发现很多数据发生了明显变化, 如图中的标识部分。
为了更加直观的显示变化, 将优化报告及状态报告的明显变化数据整理后记录如表2所示。
经过改进, 当加入了处理机后, 入库缓存区1内货物的平均等待时间由491.7s缩小到10s, 缓存区不断释放货物进入两台处理机进行入库检查和扫描;当加入了另一台堆垛机之后, 入库缓存区2内货物的平均等待时间由152.9s缩减到33.1s, 货架等待堆垛机响应的时间百分比也从77.4%减至41.9%。从系统的运行过程来看, 改进后系统运行的流畅度要好于改进前。
4 结束语
针对立体化仓储出入库作业问题, 采用Flexsim软件进行了仿真优化研究, 对不同的存取模式和不同的系统参数进行了仿真和优化, 仿真结果分析表明, 通过优化可以大大提高系统的响应速度, 提高仓库存储效率。通过立体化仓库进行仿真和优化分析, 可以发现实际仓库系统运行中可能出现的瓶颈, 提出的对应改进方案, 提高作业效率。
立体仓库电气维护保养规程 篇5
1、进入立体仓库作业必须办理作业票、危害分析表，两票齐全方可作业。同时必须两人作业；必须按要求佩戴安全防护用品，登高时必须系挂好安全绳。
2、有必要切断电源时，必须切断电源，并挂上“有人作业，不准合闸”的警示牌，并有专人监护
3、定期维护时，仓库必须停止正常出、入库作业，并派人对维护作业进行监护。
4、每周检查电机电流、电压是否正常，是否有缺相运行现象；热继电器控制值是否在规定范围内。
5、定期（每月不少于一次）检查与电动机相连接的电气线路有无松动现象，发现问题及时处理。
6、定期（每月一次）检查电机启动设备接线是否正确、牢靠、动作是否灵活、触头接触是否良好。
7、定期（每月一次）检查电机传动装置是否正常、皮带松紧是否合适，皮带连接是否牢固。
8、定期（每月不少于一次）检查电动机及启动装置的接地或接零是否可靠。
9、定期（六个月）对变频器进行吹尘；或利用小修、中修、大修机会进行吹尘。
10、变频器停运后应检查进线端子、出线端子、控制端子接线是否紧固，有无发热现象。
11、运行中的变频器应检查变频器模块的温度（该数据由控制面板读出）如发现变频器超温应及时通知车间。
12、巡检过程中应检查变频器故障记录参数，认真填写变频器点检记录表，出现故障记录及时通知车间。
立体仓库控制系统 篇6
自动化立体仓库是现代物流系统的重要组成部分, 是一种多层存放货物的高架仓库系统, 一般由控制与管理系统、高位货架、巷道堆垛机以及其他辅助设备组成[1]。立体仓库因具有节约空间、节约劳力, 提高仓库管理水平, 减少货损, 优化、降低库存, 缩短周转期等优点得到广泛关注, 发展极快。
以PLC技术为核心, 结合电机控制技术、传感检测技术及组态技术等, 设计了一种小型立体仓库的控制系统, 提高了立体仓库的控制精度与运行性能。
1 立体仓库结构组成与控制要求
1.1 结构与组成
该立体仓库主体由底盘、三列四层十二仓位库体、巷道堆垛机、检测元件及电气控制元件组成。该立体仓库组成结构如图1所示。
堆垛机是立体仓库的关键部件, 负责全部货物的入库、出库承运作业, 可实现三个自由度的运动。X轴方向与Z轴方向即堆垛机的水平运动与垂直运动采用滚珠丝杠、滑杠作为传动与导向机构, 由步进电机拖动;Y轴方向即叉梳机构的前后运动采用普通丝杠传动, 由直流电机拖动。
1.2 系统控制要求
立体仓库的入货口与出货口为同一位置, 称为零位平台, 分为入库操作控制与出库操作控制两部分。
入库作业时, 当控制系统检测到零位平台有货物时, 启动堆垛机, 将零位平台上的货物放置到指定仓位上;出库作业时, 启动堆垛机将指定仓位上的货物取出到零位平台;堆垛机在执行完每次取放任务后自动返回到零位平台, 等待下一运行指令, 亦保证了其工作参考原点。
堆垛机的前进 (或后退) 运动和上 (或下) 运动可同时进行, 为保证系统安全, 安装有必要的超限位保护开关;每个仓位有检测装置 (微动开关) , 判断仓位是否已有货物, 禁止双重入库与空取货操作;
整个电气控制系统设置有急停按钮, 以防发生意外。
2 立体仓库控制系统的硬件组成
立体仓库控制系统由昆仑通态TPC7062KS触摸屏、西门子S7-226 DC/DC/DC晶体管输出型PLC、步进电机驱动器、直流电机驱动板、检测传感器等部件组成。
系统运行的主令信号如复位、启动、停止、仓位选择、入库控制、出库控制等通过触模屏人机界面给出;同时, 人机界面上也可显示系统运行的各种状态信息。
TPC7062KS是一款以嵌入式低功耗CPU为核心的高性能嵌入式一体化工控机, 预装了微软嵌入式实时多任务操作系统Win CE.NET中文版和MCGS嵌入式组态软件运行版[2], 组态灵活, 控制简便。
S7-226 PLC内置两个RS485通讯口PORT0、PORT1, 通过专用通讯电缆可分别实现与上位机及触摸屏的通讯。系统采用的S7-226 PLC为晶体管输出型, 具有两个高速脉冲输出端口Q0.0与Q0.1, 可通过位控向导组态PTO输出[3], 控制X向与Z向步进电机。
该控制系统中采用6组对射式光电传感器作限位控制, 其中4组对射式光电传感器分别作为X、Z轴的限位控制;2组对射式光电传感器分别作为货架在X轴和Z轴的到位检测;2组对射式光电传感器作为Y轴的限位控制。
该控制系统中共有13个仓位 (四层十二个仓位和一个零位平台) 分别采用13只微动开关作为货物有无检测, 另外为保险起见, 在X轴的左限位和Y轴的下限位处还分别加装了1只微动开关作限位保护, 以确保立体仓库在程序出错时不损坏系统部件。
该控制系统中驱动X向与Z向步进电机需占用6个输出点, 分别为X向与Y向步进电机驱动脉冲输出控制、方向输出控制、步进电机使能控制, 驱动Y向直流电机的正反转需要占用2个输出点, 现场运行状态显示包括就绪、运行、故障占用3个输出点。
S7-226 PLC为输入24点、输出16点资源的控制器, 满足本控制系统实际输入输出所需点数, 所以不需扩展。控制系统I/O资源分配情况如表1所示, 控制系统框图如图2所示。
3 立体仓库控制系统软件设计
系统上电运行时, 首先进行系统初始化, 然后进行库位扫描, 获取货仓内货物信息, 判别有无空位及空位地址, 并盘点当前货物数量;等待进一步操作指令输入。
如无空位, 或指定存储位置已有货物, 不接受入库指令并报警提示;空仓时或指定取货位置无货物, 不接受出库指令并报警提示。
准许入库操作时, 当检测到零位平台有货物时按给定仓位号选择既定运行包络, 同时进给横向与纵向步进电机, 运行包络结束后, 停在指定仓位前, 正向启动直流电机, 则叉梳机构将货物送至货架;入库完成后直流电机反转收回叉梳机构, 驱动横向与纵向步进电机反回参考原点即零位平台。
准许出库操作时, 取货运行过程与此相似, 不同在于入库时前半程有负载, 后半程空回, 出库时前半程空走, 后半程有负载。控制系统流程图如图3所示。
4 人机交互控制界面设计
为了通过触摸屏设备操作控制系统, 必须给触摸屏设备组态用户界面, 系统组态通过PLC以“变量”方式进行操作单元与执行设备或过程之间的通信。
运行MCGS嵌入版组态环境软件, 完成主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略配置后进入运行环境或通过USB下载到触摸屏中运行。
结束语
所设计基于S7-226 PLC的立体仓库控制系统, 不但提高了立体仓库的自动化程度及系统运行的可靠性, 而且结合了组态技术, 使得操作变的简单生动, 同时也减少了PLC控制器所需的I/O点数, 降低生产的成本, 具有一定的应用价值。
参考文献
[1]汪国春.自动化立体仓库堆垛机控制系统的设计[J].起重运输机械, 2008 (10) :89-90[1]汪国春.自动化立体仓库堆垛机控制系统的设计[J].起重运输机械, 2008 (10) :89-90
[2]孟庆菊.MCGS嵌入版组态软件在道口报警控制系统中的应用[J].铁道勘察, 2004年第3期:61-62[2]孟庆菊.MCGS嵌入版组态软件在道口报警控制系统中的应用[J].铁道勘察, 2004年第3期:61-62
立体仓库控制系统 篇7
自动化立体仓库,作为现代仓库的一种重要类型,在物流系统中发挥着枢纽作用[1]。考虑到当前的硬件设备及控制技术已相对成熟,货位和货物的分配规划就成为决定仓库运行效率的关键因素,正确有效的分配与调度策略可以缩短存储和搬运过程中损耗的时间,降低成本[2]。
利用专家系统知识库中存放的专家知识能够快速有效地提高工业生产效率,但关于专家系统在立体仓库中的应用却鲜有文献涉及。本文将自动化立体仓库与专家系统相结合,设计了相应的知识库,实验验证了其可行性[3]。
1 专家系统结构介绍
专家系统包含了领域专家积累的大量知识和实际经验,能模仿专家的思维过程求解复杂问题[4]。专家系统共由5部分组成:知识库、推理机、综合数据库、解释器和人机交互界面。知识库是专家系统的核心,亦是本文研究的重点。
本文采用的专家系统结构如图1所示。
2 知识库的建立
知识库存储专家关于某个领域的判断性知识和叙述性知识,它的质量决定了专家系统的性能优良。本文构建知识库需要满足以下几个条件。
2.1 货物出入库的基本原则
(1) 重力原则:为方便安全地存取货物,货物存放应满足上轻下重、分散存放的原则,使货架排放稳定、安全。
(2) 分区原则:货物出入库的频率是决定货物分区的主要因素,根据其数值大小可将货位分区为:出入库频繁区域,一般存储区域,长时间存储区域,过渡区域等。
(3) 任务等级制原则:对出库任务的紧急程度设立等级,当有多条出库任务时,根据紧急程度优先级别出库,最紧急的任务优先出库。
2.2 货位优先级的分配
设立货位的优先级,并按照优先级别对货位进行分区,方便不同优先级别的货物与货位相对应,提高出入库运转效率。假设货位属性信息为:Q X,,Y,Z,K,F,。
其中,X,Y,Z分别为货位的排、列、层,以此确定货位的具体位置。
K表示货位重量级,由货位层数决定。K ,Y, Z,=Z。
F表示货位优先级别,取决于堆垛机到达货位所用时间长短,具体由堆垛机的运行速度、运行距离决定。
单个货位作业时间为:
其中,t0表示信号获取与转换消耗的时间,是固定时间。
ty表示伸、缩货叉的时间,也是固定时间。
max tx,tz, ,表示在堆垛机水平运行时间tx、垂直升降时间tz之间取最大,不同货位导致tx和tz的大小也不同。因此,货位作业时间最终由max tx,tz, ,决定的。
简化堆垛机的水平与起升运动为匀速运动,可得:
其中,i,j表示货位的层、列。单个货位长度为L米、高度为H米。VX、VZ分别为堆垛机水平方向、垂直方向的运动速度。
设货位规格0.5m×0.5m,VX=160m/min,VZ=40m/min,根据堆垛机到达各个货位所耗时间,对16×12排货架可得货位优先级别如图2所示。
2.3 货物优先级的分配
货物的COI (Cube-Per-Order,立方体索引号) 值Ii可以反映货物的使用频率,即可确定货物的优先级别。Heskette给出了货物COI值的计算规则[6]:Ii=Cifi。
其中,Ci表示存储某种货物所需的总库存,fi表示该货物的出入库频率。
由此可见,fi值与COI值成反比。把货物按COI值从小到大排序,由此可以划分出不同优先级别的货物,将排序后的货物编号与货位编号一一对应,由此进行的即为最小出入库作业时间。
2.4 知识表示
知识表示就是将从专家处获取的知识编码成一种计算机可识别的数据类型存储到计算机上[7]。本文应用产生式规则,进行知识表示,根据上述列举的原则,可得部分表示如下:
Rule1:IF有货物入库THEN当前出入库状态P=1;
Rule2:IF P=1 THEN货物频率F=N+1 (N为原货物频率,可设定固定时间段);
Rule3:IF P=1 AND货物频率F>15次/月THEN存放到1区;
Rule4:IF P=1 AND货物频率F∈8次/月,15次/月,THEN存放到2区;
Rule5:IF P=1 AND货物频率F<8次/月THEN存放到3区;
Rule6:IF P=1 AND非常用货物THEN存放到4区;
Rule7:IF P=1 AND货物重量G>70%G0(G0表示堆垛机额定负载) THEN存放到1到3层;
Rule8:IF P=1 AND货物重量G∈(30 %G0, 70%G0)货物入库THEN存放到4到9层;
Rule9:IF P=1 AND货物重量G<30%G0货物入库THEN存放到10到12层;
……。
3 实验结果分析
某保健品生产企业的设备基本配置如下:7台单立柱双伸位堆垛机,水平行走速度为160m/min,加速度为0.33m/s2,垂直升降速度为40m/min,加速度为0.5m/s2,货叉伸缩消耗时间ty=5.88s。对应货架14排 ,每排有12层24列 ,单位货格尺寸1 100W×1 300D×1 550H (mm)。
本文采用Visual studio2008编程,实现专家系统的应用。实验对随机入库和使用专家系统入库操作消耗时间进行了对比,从入库货物参数表 (表1) 中随机选取20种货物入库,重复执行10次,得到实验数据如表2所示。
由表2可见,随机操作时平均消耗时间为1 604.7s,且时间波动范围很大,而采用专家系统后,平均消耗时间为1 520.2s,节约了84.5s,且时间波动范围小很多,因此,使用专家系统是有效可行的。
4 结 论
立体仓库控制系统 篇8
关键词：立体仓库,输送系统,自动化,调度,优化
1调度问题分析
自动化立体仓库实际作业时,每个堆垛机都会接收一批出库命令,陆续不断地从出库台送出货箱,这时输送系统就会变得较为繁忙,在出库调度时就会存在下列问题:
问题一:先对哪个巷道(或旋转货架) 服务的问题(即优先级问题);
问题二:如何尽量防止巷道出库积压(等待) 问题;
问题三:从巷道出来的货箱送到哪个上包台的问题;
问题四:避免整个系统物流的阻塞(即死锁) 现象。
为了分析上述问题,首先定义一个描述巷道入出库台状态的标志序列:
巷道出库台状态标志序列:
undefined
巷道入库台状态标志序列:
undefined
2调度优化规则研究
2.1 对于问题一(先对哪个巷道服务)的研究
输送系统对巷道出库台的服务按照带优先级的“先到先服务”的调度规则。由于各巷道堆垛机的作业是独立的, 当输送车正在运输某一货箱时, 可能又从某些巷道中运出几个货箱, 为了保证下次服务的“先到先服务”的调度规则, 建立一动态时间序列表, 来表示各出库台有货箱的时间序列, 由于只有6 个出库台,故该动态时间序列如下:
TS={TS(1),TS(2)…TS(6)},TS
undefined
式(3)中,“0”表示该序列点上无货箱,“1～ 6”表示在该时间序列点上的货箱是哪个巷道的, i 表示时间序列号。从时间优先级上讲,YTS(1)>YTS(2)>YTS(3)>YTS(4)>YTS(5)>YTS(6)
对应的时间优先级系数序列表示为:
XTS={XTS(1),XTS(2)…XTS(6)}={1,0.8,0.6,0.4,0.2,0.13} (4)
当输送车按该时间序列对TS(1)对应的出库台进行服务后,动态时间序列要重新刷新,剩下的出库货箱进行序列前移,保证输送车下一次的服务对象是最高时间优先级的,即TS(1)对应的巷道货箱(刷新后的),当然,新出来的货箱也会补充到该时间序列中。
2.2 对于问题二(如何防止巷道出库积压)的研究
如果严格按照“先到先服务”的时间序列对巷道服务,如上例所述,输送车在服务完4 号巷道之后,应该对2 号巷道服务。但这时可能出现以下情况:输送车在对4号巷道服务时, 6 号巷道的堆垛机又把下一个货箱取出运至巷道口,由于该巷道的出库台上已有一个货箱, 故堆垛机只能处于等待状态, 使其暂时不能继续作业,影响了堆垛机的出库效率,这就是问题2 中提出的巷道出库台积压现象。因此上述规则算法应考虑这一因素。因此,建立一按巷道号1～6排列的堆垛机等待标志序列
WS={WS(1),WS(2)…WS(6)},WS
undefined
式(5)中,“0”表示堆垛机未处于送箱等待状态,“1”表示已处于送箱等待状态, i 表示巷道号。所以第k 号巷道形成出库积压(等待) 现象的条件为:
CT(k)+RT(k)+WS(k)=3 (6)
式(6)中CT 和RT的定义如式(1)和式(2)所示
另外还应考虑到分拣系统分发时品种和堆垛机作业的均衡性。例如,本次出库中,某一巷道的出库品种(货箱数) 较多,并且距离较远,如按上述规则,可能导致其它巷道已作业完毕,而该巷道还有大批未能出库的现象。为此,根据本次出库分布情况,建立一按巷道号顺序1～6排列的出库品种优先级序列:
YS={YS(1),YS(2)…YS(6)}
YS(i)表示 i 号巷道的出库优先级系数。
综上所述三个方面,得到带优先级的输送车“先到先服务”的调度算法如下:
undefined(k)+γy×YS(k)+γt×TSV(k)} (7)
undefined
式(9)中γw、γy、γt是综合上述三个方面的加权系数, 其值取为γW=0.5,γy=0.3,γt=0.2,k 表示巷道号,k= 1～ 6,故TSV(k)表示第k号巷道的优先级系数,如式(4) 所示, 但由于式(3) 和式(4) 是按时间顺序排列的,不是按巷道号顺序排列的,故TSV(k)按式(8) 和式(9)求得。式(7)的含义是求出综合优先级最大的巷道号作为当前的出库台服务对象。式(8) 的含义是从式(3) 中定义的序列中找出巷道号等于k 的出库货箱的序列位置EKN,式(9) 的含义是按照EKN从式(4) 定义的XTS序列中找出该货箱的时间序列优先级系数赋给TSV(k)。
2.3 对于问题三(从巷道出来的货箱送到哪个上包台)的研究
分拣系统有2个上包台,每个上包台有一个可容纳4个货箱的缓存器,右边2个为进箱缓存器, 左边2个为出箱缓存器。输送车按“优先空闲上包台”的原则分配货箱。为了识别上包台的状态情况,设置了2个标志序列来表示上包台情况:
undefined
式中, j 表示上包台号, i 表示缓存器号, 右边两个进箱缓存器为1、2 号,左边两个为3、4 号。为了识别分发货箱的出处, 设置了2 个上包台货箱出处动态序列,分别表示各上包台上按顺序进入的货箱的出处(即从哪个巷道来的),以便分发完后输送车能正确地把该货箱送回原巷道。
undefined
式(11)中 j 如式(10)所述,i 表示货箱运往上包台的时间序列号,“0”表示该缓存器号上无货箱。“1～ 6”表示该缓存器号上的货箱来自于哪个巷道。例如, FTB 1= {1,4,6,0}表示1号上包台的缓存器上有3 个货箱,来自1、4、6号巷道,最先运来的是1号巷道的。当式(10)中的出箱缓存器标志FT1(3)或FT1(4)有信号时,最先从上包台上出来的货箱一定是1号巷道的, 输送车把该货箱送回1号巷道入库台,FTB1 动态序列刷新成FTB1= {4, 6, 0, 0}。
有了上述定义后, 输送车送货箱到哪个上包台有下式确定:
undefined
其中FT1 和FT2 的定义如式(10) 所示。“∪”和“∩”分别表示逻辑“或”和逻辑“与”
2.4 对于问题四(避免整个系统物流的阻塞)的研究
系统的阻塞(死锁)现象表现在如下两个方面:
①在undefined时,输送车又往j号上包台送来一个货箱。因每个上包台共有4个货箱置,已分拣完的货箱没有取走,又运来一个货箱,出现了整个系统的阻塞(死锁) 现象。
②在CT(i)+RT(i)+WS(i)=3时,即第i号巷道的出库台、入库台和堆垛机上都有货箱时, 若输送车又从分拣台处运回了该巷道的一个货箱, 出现了整个系统的阻塞(死锁)现象。为了保证不出现第一种死锁现象,在式(12) 中已有了约束条件,即在undefined时, 不从任何巷道出库台取货箱运往j 号上包台,而应该首先从该上包台取出已分发完的货箱运回原巷道。为了保证不出现第二种死锁现象,如果在分拣上包台出箱处有货箱等待运回巷道, 输送车在去取该货箱之前, 应首先判断一下FTBj动态序列中等待运回的货箱巷道号, FTB 的定义如式(11) 所示) 的出处, 当其对应的巷道不存在死锁条件时, 即在CT(i)+RT(i)+WS(i)<3时, 才执行从分拣台运回货箱的服务,否则,应先解除该巷道的等待状态(先去取该巷道出库台上的货箱),避免出现死锁。
3结束语
输送系统的调度直接影响输送系统的效率,通过对输送系统的调度问题进行分析,找出其存在问题,选择合适的控制方式,以优化输送系统的调度。
参考文献
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[2]田国会.自动化仓库输送调度问题的建模与控制研究[J].控制与决策,2001,(04).
[3]田国会,刘长有,林家恒,常发亮,贾磊,路飞,李晓磊,商允伟,李国锋.自动化立体仓库若干优化调度问题及其研究进展[J].山东工业大学学报,2001,(01).
[4]李永先,胡祥培,熊英.物流系统仿真研究综述[J].系统仿真学报,2007,(07).
立体仓库控制系统 篇9
1生产线传送带控制整体方案设计
1.1整体布局
该传送主要由三部分构成:第一部分, 皮带传送机, 该部分主要负责将各个零件运输出去;第二部分, 转角机, 本系统主要有两个转角机, 其主要负责保证各个零件在运输期间能够顺利换向。该部分中的光电开关也非常重要, 其作用主要对零件位置进行严格检测, 同时保证相应程序可以顺利启动, 这样就可以最大限度的降低零件运送误差;第三部分, 气动挡板, 该部分主要负责对各个零件进行精准的定位, 利于机械手臂精确的抓到零件, 精准的放在特定位置上。
1.2皮带传送机的控制原理
该系统中的皮带传送机运行期间使用的是开环方法, 这其中有两个非常重要的元件, 分别为控制元件与执行元件。该皮带传送机中控制元件使用可编程控制器, 而执行元件则由交流电机来充当, 皮带的具体运行驱动就是由交流电机来完成, 由此实现零件的传送。皮带传送机所使用的传动部件主要是链传动, 具体运行时, 可编程控制器 (PLC) 会根据预先编写好的程序将有关信息读取出来, 依照程序进行科学控制以及安排, 而后将指令输出到交流电机中, 尤其来执行指令, 由此保证零件能够在皮带上顺利运行。具体原理图如图1。
1.3转角运输机的控制原理
转角输送机具有可升降性, 依据需要还能够转角相应角度, 其作用就是保证零件在运输期间可以顺利换向。转角运输机与弯道输送机相比, 既能够节约大量的空间资源, 整体结构也非常简单。转角运输机的运行需要依靠一定的动力, 该系统的转角运输机的动力主要来源于2个气缸, 1个直流机。这其中气缸始终保持着收缩状态, 换言之就是旋转气缸能够彻底伸出, 与皮带保持着垂直关系。转角运输机运行的整个环节如下:零件在皮带上开始进入到运行状态后, 顶起气缸活塞杆伸出, 同时保证是伸出状态, 而后旋转活塞杆, 旋转过程中要保证依然是伸出状态, 待到活塞杆已经全部伸出后, 就要开始缩回, 待到活塞杆完全缩回后, 立即启动直流电机, 促进皮带进行良好运转, 当零件都依照预期运走之后, 顶起与旋转等2个气缸要根据上述相反顺序进行动作。待到转角运输机达到原来的状态之后, 开始重复上述过程运输下一个零件。系统通电时, 光电开关会在第一时间感应到零件的状态, 即是否皮带上, 若零件确实在皮带上, 光电开关会将信号直接传入给可编程控制中, 可编程控制器依据预先制定程序进行计算时, 会直接将控制指令传入到电磁阀YV1中, 待其通电后, 顶起气缸作用, 当顶起气缸运行到极限位置后, 并保持在极限位置同时气缸的内部磁环使上限位磁性开关CA2闭合, 接通信号传入可编程控制器, 再由可编程控制器发出指令使电磁阀YV2通电, 旋转气缸作用, 当旋转气缸旋转90°后并保持, 同时气缸的内部磁环使磁性开关CA4接通, 接通信号传入到可编程控制器, 再由可编程控制器发出指令使电磁阀YV1断电, 顶起气缸回落, 当下限位磁性开关CA1, 闭合接通信号传入可编程控制器, 再由可编程控制器发出指令使接触器KA2接通, 使电机运转, 带动皮带运转, 把零件运送出去, 当零件完全运走以后, 电机断电, 电磁阀电磁阀YV1通电, 顶起气缸再次顶起, 到了极限位置以后, 磁性开关CA2接通, 电磁阀YV2断电, 转角运输机转回到原始角度后, 磁性开关CA3接通后, 电磁阀YV1断电, 转角运输机下落到原始位置。
2系统硬件介绍
2.1变频器型号选择
变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源 (50Hz或60Hz) 变换为另一频率的电能控制装置。在本套控制系统中选用具有恒转矩控制功能的高功能型变频器。根据选用原则和已经确定的电机参数 (型号为YS90-60) 对变频器进行选择。变频器型号选为VFD002L21A。
2.2接触器型号选择
通过接触器控制整个系统中用电设备的的通断。其中包括变频器和直流电动机。还需考虑安全, 所以交流和直流要分开流通。还有就是本套控制系统中, 通过一个接触器控制五个变频器的电源, 其中可能多个变频器同时接通。本控制系统电路选用正泰电器生产的CJX2-0901-F4-D22交流接触器。
2.3光电开关型号选择
在选用光电开关时需要注意使用电压范围和光电开关的逻辑极性。考虑到光电开关需要跟可编程控制器进行连接, 这需要考虑可编程控制器信号输入形式。综合考虑整体使用要求, 确定光电开关型号为G12-3C3NA4。
2.4可编程控制器型号选择
对于选择可编程控制器, 应该综合考虑可编程控制器的机型、电源模块、I/O模块、特殊功能模块、通信联网能力等。选择时主要考虑以下几点:①合理的结构型式;②安装方式的选择;③相应的功能要求;④响应速度要求;⑤系统可靠性的要求;⑥机型尽量统一;还应考虑可编程控制器的I/O点数。综合考虑上述原则并结合考虑本控制系统的实际情况。选用三菱系列FX2N-32MR和FX2N-32ER作为本套控制系统的核心控制元件。
3结论
综上所述, 可知生产线传送带及立体仓库控制系统设计具有一定的难度, 此次笔者以皮带传输机遇转角运输机为研究对象, 对整个控制系统的设计方案进行了概述, 在将两者的原理图都绘制出来, 在此基础上又对硬件部分进行了深入的探究。虽然本文探究的生产线传送带及立体仓库控制系统设计内容并不全面, 但对专业设计人员也有一定的借鉴意义。
参考文献
[1]杨军军.武建新生产线传送带及立体仓库控制系统设计优先出版[J].机械研究与应用, 2015 (9) .
[2]邹晖华, 胡吉全, 杨艳芳.自动化立体仓库货位分配策略优化研究[J].湖北工业大学学报, 2008 (3) .
立体仓库控制系统 篇10
自动化立体仓库是一种通过计算机控制管理以及自动控制堆垛机实现高层立体货架存储物资的仓库, 在世界范围内的仓储领域中已经得到广泛应用。在一些发达国家, 自动化立体仓库设计已采用参数化、模块化设计, 货架已系列化、标准化, 自动化程度相当高[1]。随着我国物流技术的发展, 自动化立体仓库逐渐受到企业青睐, 随之企业也对自动化立体仓库功能和运行效率提出了更高的要求。而堆垛机运行的平稳性、高效性很大程度影响着自动化立体仓库工作效益。南京化工职业技术学院张祖鹰采用了反馈校正模糊控制算法, 将稳定运行速度保持在一定的范围内, 解决了由于速度扰动的影响而产生的堆垛机的蠕动、抖动和定位错误等问题, 但模糊处理导致系统的控制精度和稳态精度降低[2];江汉大学王欢在某机械加工厂立体仓库中采用多段调速速度控制方式, 虽然一定程度上提高了效率, 但是存在速度起伏过大, 稳定性差等问题[3]。
本文提出采用S型速度曲线控制方案, 对堆垛机速度控制进行优化, 将有效改善堆垛机的运行平稳性能、提高自动化立体仓库的工作效率。
1 堆垛机的速度控制及控制系统的搭建
1.1 堆垛机的速度控制
目前自动化立体仓库堆垛机的速度控制方式主要有以下几种:
(1) 由变频器完成对堆垛机的闭环速度控制。通过现场多次运行试验获得不同货位的速度运行曲线并存储在变频器里。但在实际应用中设计者难以设计存储所有速度曲线并调用, 而且变频器存储空间较小难以大量存储信息[4]。这种控制方式较难获得使用者要求。
(2) 多段调速运行方式, 堆垛机运行速度根据堆垛机的控制需要以及操控人员的操作经验采用变化多档调速控制[5]。这种控制方式对控制器和变频器的配合要求较高。
(3) 采用模糊技术控制方式, 改善在原速度曲线拐点处的切换问题。在现实生产中, 速度的输入信号先交由PLC进行处理, 然后PLC根据处理结果选择相应的控制模式并在对应的模式响应表里提取到合适的频率控制量, 最后通过变频器实现速度控制[6,7]。但此种控制方式容易受外界噪声, 负载扰动等影响, 难以获得满意的效果。
传统的堆垛机在水平方向上大都用多段调速来实现速度控制, 如图1所示。该控制方式启停瞬间速度值变化较大、加速度变化过快有可能会导致货物偏斜甚至掉落, 同时在加速过程中对堆垛机产生一定程度的有害冲击, 会对堆垛机的运行效率和使用寿命产生不良影响[8]。
本文根据三个运行机构不同的行程和工作要求, 设定三个不同运行机构的控制方案分别如下:堆垛机货叉的伸缩路程较短, 通过PLC控制以恒低速运行;载货台则用双速电机进行变速, 先以高速运行, 当接近目标货位前一货格时降为低速运行;堆垛机沿巷道的运动行程长, 故其对堆垛机整体运行效率影响显著, 为了提高堆垛机整体的运行效率, 该方向速度采用S型速度曲线控制。
相比多段调速的诸多不利因素, S型速度曲线的加速度化较为平顺, 可以有效减少系统的冲击与振动, 从而使系统的运行更加平稳、高效。
1.2 控制系统硬件选型
本文确定S型速度曲线控制方案, 基于合作项目河北金太阳有限公司自动化立体仓库进行堆垛机速度优化的研究。该自动化立体仓库采用的堆垛机的形式和速度控制方式与本文完全相符。采用Leuze DDLS 200/120.1-10激光测距仪、西门子S7-300 PLC和施耐德ALTIVAL系列变频器实现S型速度曲线控制方案。通过激光测距仪反馈堆垛机的实时速度与距离信号, 然后PLC对变频器的频率值进行调整以达到预期速度运行。
2 堆垛机的速度优化
本文中试验仓库共有货仓25列, 每列有6层, 单个货仓长1.45 m, 将堆垛机的运行路径分为3类, 即长行程 (运行距离为10个货仓及以上) 、中等行程 (运行距离为3个货仓以上10个货仓以下) 短行程[5] (运行距离为3个货仓及以下) , 并将S形速度曲线应用到不同行程的堆垛机速度控制中, 减少堆垛机在运行过程中引起的速度冲击的同时提高其运行效率, 满足自动化立体仓库运行平稳高效的要求。
当堆垛机运行行程为短行程时, 加减速时间占总行驶时间较多, 其最高速度运行时间很短, 运行效率未得到提高, 但因其加速度变化比多段调速较为平缓, 仍可以减轻运行冲击。在长行程和中等行程中不同货仓的加减速运行曲线相同, 只是恒定速度运行时间不同。
本文选择长行程和中等行程实验数据各一组作为本文速度优化的数据依据, 见表1、表2。
根据表1和表2数据, 绘制S型速度曲线V-t曲线如图3所示。
通过实验比较得出, 应用S型速度曲线控制, 在长行程和中等行程中, 运行相同距离用时明显减少, 运行效率得到提高。同时应用S型速度曲线控制, 堆垛机加减速变化缓慢, 而多段调速控制的加速度存在非连续阶跃跳动, 同时运用S型速度曲线也避免了多段调速控制的频繁加减速, 这样明显减轻了堆垛机受到的振动冲击, 运行将更加平稳, 降低了噪声, 增长了堆垛机使用寿命。
3 结论
本文主要针对S型速度曲线在自动化立体仓库堆垛机速度控制中的应用作了部分研究。比较堆垛机传统速度控制方式的缺陷引出了S型速度控制曲线的优化思路, 通过多次实验及合作项目的实际生产进一步论证了S型速度控制曲线的优越性。特别在实际生产中按照S型速度曲线运行的堆垛机其速度得到了明显优化, 运行效率显著提高。另外, 堆垛机的运动平稳性、运行噪声均得到了不同程度的改善。
摘要：随着物流行业的发展, 企业对自动化立体仓库储运效率提出了更高的要求, 而自动化立体仓库的工作效益主要取决于堆垛机的工作效率和稳定性。目前堆垛机的运行速度不理想导致自动化立体仓库的工作效率低下, 因此采用合适的速度控制方案使堆垛机更加高效、平稳的运行具有重要的意义。本文采用S型曲线速度控制方案, 并通过实验分析论证S型曲线速度控制方案的优越性。
关键词：自动化立体仓库,堆垛机,速度优化,S型曲线
参考文献
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