自动化立体仓库系统与控制分析

文/于新平

关键字：立体仓库；控制系统；自动化设备

自动化立体仓库具有能充分利用空间，节约占地面积，存储容量大，作业迅速、准确、可靠，易实现自动化控制和计算机管理等优点，因此，在现代物流仓储建设中得到了迅速发展。自动化立体仓库集计算机管理、自动控制、通信、信息识别等信息技术于一体，熟悉其系统组成和控制过程，可对正确使用、维护和管理自动化立体仓库发挥重要作用。

一、自动化立体仓库系统组成

自动化立体仓库系统是能按照指令自动完成物资存取作业的系统，主要由存储系统、巷道堆垛机系统、输送系统、控制系统、通信系统、计算机管理系统以及辅助配套系统等组成。从自动化立体仓库的功能来看，可分为存储区和作业区。储存区主要由存储设备系统（组合式货架）和堆垛机两部分构成，负责物资的立体存储和物资在货架区的搬运，是自动化立体仓库的主要组成部分；作业区主要由货盘和输送机组成，完成入库的输送以及出库过程的输送和卸货。

二、自动化立体仓库系统作业控制

立体仓库自动控制作业方式有集中控制、分离式控制和分布式控制。分布式控制是发展的主要方向，大型立体仓库通常采用三级计算机分布式控制系统，即由管理级、中间控制级和直接控制级组成。管理级对仓库物资信息进行在线和离线管理；中间控制级对通信、流程进行控制，并进行实时图像显示；直接控制级是由可编程序控制器组成的控制系统，对各设备进行单机自动操作，使仓库作业实现高度自动化。图1为自动化立体仓库控制流程图。

图1 自动化立体仓库控制流程图

（一）仓储管理系统

仓库管理系统主要完成整个仓库物资信息的管理和作业管理，并可与上级物资管理信息系统相连，其功能包括仓库库存物资的货位管理、物资出入库管理、查询报表、库存分析、系统维护、故障分析等，可接收上级计算机管理系统的调拨单和转储单并提供各种定单执行结果，执行物资拼盘和拼盘管理，提供物资的库存管理，执行入库管理和出库管理，管理物资出入库策略，提供综合统计信息等。

（二）监控调度系统

物资监控调度系统是自动化立体仓库的信息枢纽，负责协调系统中各个部分的运行。自动化立体仓库的各种设备运行任务、运行路径、运行方向等都需要由监控系统统一调度，按照指挥系统的命令进行物资搬运活动。在自动化仓库的实际作业过程中，监控调度系统根据仓储管理信息系统的作业命令，按运行时间最短、作业间的合理配合等原则对作业的先后顺序进行优化组合排队，并将优化后的作业命令发送给各控制系统，对作业进程、作业信息和主运行设备（如堆垛机、输送机等）进行实时监控。

（三）堆垛机控制系统

1.堆垛机的走行控制。堆垛机的走行是由装在后走行轮轴上的带制动器的减速电机驱动。堆垛机走行认址主要通过激光测距器，用于反馈堆垛机实际走行位置。当堆垛机走行时，电控系统就可随时通过激光测距器按照设定的运动方式监测及指挥走行电机工作，实现电控系统对走行电机的启、停及制动定位。

2.堆垛机的升降控制。由减速电机驱动的升降钢丝绳拉动载货台上下运动，载货台上固定有一组同步带轮和一个旋转编码器，在同步带的作用下，以反映载货台的实际位置。当载货台升降时，电控系统就可随时通过旋转编码器来监测和指挥升降电机工作，实现电控系统对升降电机的启、停及制动定位。

3.堆垛机的货叉控制。由减速电机驱动一个链齿机构，使得中叉和上叉体左右伸缩，叉取或存放托盘。货叉中位及上叉体的左右定位都由减速电机的输出轴端上的旋转编码器来执行并可进行货叉实时运动检测，同时中位的接近开关检测有没有到中位，在货叉的两端装有两极限限位开关，保护货叉运行不超过极限位置。在电机上有力矩限制器，当上叉体在承载额定载荷时碰到一定阻力可打滑，以保证减速机及叉体的安全。

4.电控及通讯系统。由机载电控柜和红外数据传输系统两部分组成，并与上游计算机进行通讯联络，共同实现对堆垛机的控制。

（四）输送机控制系统

输送机控制系统对输送设备的运行、停机、故障报警等各种过程控制，完成输送设备的自动控制、实时监控以及相关设备的信号连锁任务。为确保物资输送可靠安全，物资输送前应有必要的尺寸检测、重量检测等，输送机控制系统中具有物资入库外形检测和重量检测控制，为了加强对存储物资的可控性，需要对物资条码进行校验，输送系统中还应具有物资条码识别控制等。

三、自动化立体仓库作业流程

自动化立体仓库物资出入库管理，一般包括收货、存货、取货、配货和发货等环节，如图2所示。

（一）物资入库管理

入库物资，通过质量抽检，清点数量，合格后按要求将物资放到空托盘上。然后用手持终端扫描托盘条码，并录入物资信息，将物资信息与托盘信息组合。信息组合后的物资托盘由人工叉车放置于入库站台，操作人员发出入库指令后，输送机启动输送，输送的物资经外形尺寸检测、条码识别及自动称重后，输送至相应的巷道堆垛机入库站台，仓储管理信息系统将按照一定的原则分配一个固定货位，并通知巷道堆垛机，把物资托盘放到指定货位。外形尺寸检测不合格的托盘将送到缓冲站台，由人工进行重新整理，再次送到成品入库站台。

物资入库站台可分为两个不同规格的托盘入库站台，标准托盘在标准站台入库，大型托盘在大型托盘站台入库。整盘与不足整盘均由入库站台入库，入库时可通过自动或手动录入方式进行，入库时计算机可按规定要求分配货位，这样才能使大托盘巷道不至于在流量大时出现堵塞情况。

（二）物资出库管理

操作人员将物资出库调拨单输入计算机，由中央计算机管理系统进行统一调配，计算机管理系统根据提货清单对立体仓库存储货位进行查询，向立体巷道堆垛机系统发出指令，立体巷道堆垛机根据计算机指令，依据发陈储新、先进先出、散盘优先和各巷道堆垛机工作均衡的原则，从指定巷道中提取物资托盘，并送往物资出库站台。当物资托盘到达堆垛机出库站台后，直行穿梭车系统根据根据物资的信息将其送到相应的出库站台上，最后由人工叉车提取放置于出库缓存区或直接出库。

大批量应急物资的发放，为满足物资快速出库要求，可将出库输送机移开，穿梭车移到端头与入库站台对接，由人工叉车直接快速将实托盘从堆垛机出货站台取下，装车发货，如图2所示，就能满足物资大批量快速发货的要求。

图2 自动化立体仓库物资出入库流程图

四、结束语

自动化立体仓库已成为组织生产、连接生产、销售、物流整体链线中的重要节点，是现代仓储的显著标志之一，自动化立体仓库的使用，可以极大地提高工厂生产效率及仓库物资保障效率，提高仓储物资管理水平。因此，必须加强设备使用与管理，加强操作人员自动化技术培训，掌握自动化立体仓库系统组成与控制原理，正确使用和维护，才能使自动化立体仓库高效运行，在企业生产、民用物流和军用物资保障中发挥越来越重要的作用。