面向现代物流的自动化立体仓库控制系统的设计分析

彭太刚

摘 要：随着现代物流的不断发展和进步，其管理理念逐渐被广大企业接受，越来越多的企业开始将现代物流管理的理念和手段运用于管理中。这就对企业的物流自动化控制系统提出了更高的要求。基于此，对现代物流背景下自动化立体仓库控制系统的设计进行了分析，希望可以提高该系统的使用性能，促进现代物流更快更好的发展。

关键词：现代物流；立体仓库；控制系统；软件设计

中图分类号：TP273 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.01.096

在企业的生产运营中，库存管理具有重要的地位，可以为企业带来更好的经济效益。而要进行库存管理，首先需要具备仓库。自动化立体仓库技术在20世纪80年代就取得了较大的成就，但是，我国在这方面的研究和发展程度较低。目前，得益于现代网络信息技术的不断发展和进步，现代物流管理取得了较好的发展，已经受到了全世界的关注和重视，而越来越多的企业也开始尝试运用现代化的物流管理方式，并且获得了很好的经济效益。自动化立体仓库作为现代物流管理的重要组成部分，对物流管理的质量具有直接的影响。因此，研究自动化立体仓库控制系统的设计具有十分重要的意义。

1 方案设计

1.1 自动化立体仓库概述

自动化立体仓库具有一定的优越性——不仅可以大大节约仓库的占地面积，还可以提高空间利用率；不仅可以提高操作人员的工作效率，还可以降低他们的工作强度，节省大量人力、物力和财力，进而提高企业的经济效益。另外，在仓库中使用自动化设备，还可以加快货物存取的速度，具有准确、可靠和查询方便的特点。

目前，自动化立体仓库控制的方式主要有两种，即单机自动控制和变频调速运行机构控制，而供电的方式为封闭滑触线供电。虽然当前我国在自动化立体仓库的开发和设计方面已取得了一定的成就，但与发达国家相比，还存在很大的差距，并且很多领域还处于空白，因此，我国在这方面还需要长期努力。

1.2 工艺流程

本次设计的自动化立体仓库控制系统的主要工艺是：将前

一级平面物流中承载产品的托盘存入到仓库中的承载架上，在经过一段时间的固定工艺处理之后，将其取出放在后面一级的平面物流当中。对整个系统的要求是可以自动、高效、快速、准确地完成所有的存取动作。而要实现这一设计目标，就需要设计一个可靠的通信网络和一套快速、平稳的伺服控制运动系统。

1.3 自动化立体仓库控制系统

在本次设计中，为了提高对各个区域的控制程度，以便更有效地提高控制系统的响应速度和系统运行的可靠性、易于维护性，根据整个系统中各个功能区域的特点，在每一个功能区域都要设置一套控制系统。该系统的控制器由三部分组成，即上位机、主控和堆栈车，具体如图1所示。

2 系统软件设计

2.1 通信系统

在现场环境条件受限的情况下，为了实现控制系统的各项功能，整个立体仓库采用了多种形式的通信方式。目前，最主要的是管理级的以太网通信方式。

2.2 伺服控制系统

伺服控制系统是整个自动化立体仓库控制系统的基础，其性能直接关系到立体仓库的性能指标。在本次设计中，在立体仓库控制系统的水平方向和垂直方向分别设置了一个伺服电机，即水平方向的激光测距伺服电机和垂直方向的条码测距反馈伺服电机。在这两个伺服电机当中，垂直方向的条码测距反馈伺服电机属于齿轮传动和链条电机。这种电机具有很大的优越性，移动的距离和负载惯量较小，比较容易控制，只需要利用伺服电机本身自带的编码器反馈就可以完成对伺服电机的控制。而水平方向的激光测距伺服电机的作用是带动堆垛机在轨道上行走。这时，由于堆垛机本身的特点，容易出现打滑现象。针对这一问题，采用传统的伺服控制速度和变频调速都不能很好地解决，而且还有可能对相关设备造成极大的损坏。因此，本文采用的伺服控制模式为多闭环伺服系统模式。采用这一模式可以有效实现对堆垛机运行速度和位置定位点的多闭环伺服控制，并且在伺服系统中加入了负载侧编码器，可以精准地定位目标。

根据编码器反馈脉冲来源的不同，可以将SEW伺服控制器的控制方式分为三种，即全闭环控制、双闭环控制和半闭环控制。在本次设计中，除了水平方向的伺服电机外，其余的电机均采用半闭环控制方式，主要是为了加快系统的响应速度。行走伺服电机采用的控制方式为双闭环控制，有效克服了全闭环控制和半闭环控制的缺点。

2.3 PLC软件设计

为了方便对系统进行修改、调试和维护，系统PLC程序所采用的结构形式为模块化形式。整个系统包括以下几个模块：伺服控制模块、通信模块、当前位置计算模块、显示模块和报警处理模块等。PLC软件按照一定的流程运行，具体如图2所示。

2.4 监控调度软件设计

监控调度软件的设计至关重要，可以有效保证整个系统的有序运行。在本次设计中，立体仓库控制系统所采用的监控方式为全程监控、实时调度的方式，实现了整个物流系统管理层与控制层的无缝衔接，从而有效降低了系统出错的概率，提高了系统的稳定性和高效性。此外，还建立了标准的信息服务器，大幅度提高了通讯的速率，有效解决了实时控制通信量较大的问题。

监控系统按照一定的流程运行，如图3所示。由这个工作

流程图可以看出，监控系统主要完成以下三个任务：①采集自动化立体仓库控制系统的状态数据。自动化立体仓库控制系统的状态数据主要有两个来源，即堆垛机控制器发回的状态报告和通过堆垛机位置传感器和检测元件取得。②监控自动化立体仓库控制系统的运行状况，并处理运行中存在的异常情况。③对堆垛机进行调度，同时对仓库作业进行管理等。

2.5 堆垛机的设计

在自动化立体仓库中，应用最为广泛的起重设备就是堆垛起重机，因此，对堆垛起重机进行合理设计是自动化立体仓库控制系统设计的重要环节。巷道式堆垛机采用的堆垛通道为直角，实现了巷道宽度的最小化，大大提高了仓库的空间利用率。更重要的是，巷道式堆垛机为实现自动化控制奠定了良好的基础。本文设计的堆垛机有三种操作方式，即全自动、半自动、手动。一般情况下，使用较多的是全自动堆垛机，工作人员只需要在计算机上输入相关的数据即可，其余工作都由控制系统自动完成。当通信系统或上位机出现故障时，为了确保生产活动的正常进行，就需要采用半自动单机工作。这时，就需要人工选择堆垛机，并在堆垛机操作界面上输入相关信息，然后在PLC软件的控制下自动完成相关任务。手动操作完全由人工完成，维修比较方便。

3 结束语

总而言之，自动化立体仓库控制系统的设计是现代物流管理的重要环节，对企业的物流管理质量具有直接的影响，因此，做好对该系统的开发和设计工作非常重要。相关人员需综合利用各种先进的技术和手段，并根据企业的实际物流管理情况，设计出高质量的自动化立体仓库控制系统。只有这样，才能提高物流管理的效率，促进现代物流管理更好的发展。

参考文献

[1]侯荣国，许云理，冯延森，等.基于MCGS组态软件的自动化立体仓库控制系统的开发[J].机械设计与制造，2012（1）：77-78.

[2]段翠芳，张春梅，刘丽鸽，等.邮包自动化立体仓库堆垛机控制系统的设计[J].起重运输机械，2010（6）：41-43.

[3]张铁异，周晓蓉，梁建智，等.自动化立体仓库轻型堆垛机实验综合平台研制[J].机械设计与研究，2013（2）：101-104.

〔编辑：刘晓芳〕