自动化立体仓库监控系统研究

黄涛

摘  要：自动化立体仓库作为将物品材料运输和合理化存储相结合的前沿技术手段，其发展离不开物流装备和物流软件。文章主要通过PLC控制技术对自动化立体仓库里的堆垛机控制系统的硬件和软件进行设计，然后输出明确的I/O信号;利用组态软件设计了自动化立体仓库的实时监控系统及信息管理系统。

关键词：自动立体化仓库;监控系统;仓库管理系统

中图分类号：TP273 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2020）18-0084-02

Abstract： As a cutting-edge technology which combines the transportation of goods and materials with the rational storage， the development of automated warehouse cannot be separated from logistics equipment and logistics software. This paper mainly designs the hardware and software of the stacker control system in the automated warehouse by PLC control technology， then outputs the clear I/O signal， and finally designs the real-time monitoring system and information management system of the automated warehouse by using configuration software.

Keywords： automatic stereoscopic warehouse; monitoring system; warehouse management system

引言

自动化立体仓库作为将物品材料运输和合理化存储相结合的前沿技术手段，以多层甚至高层的立体货架为主体，其中，还使用了多种便利工具与机械设备，依靠着高端的计算机系统实现其稳定控制，最终使得仓库具有高度自动化的便利功能。其区别于传统仓储的地方在于，存储量以及周转速度的大幅度提升，它是二十一世纪信息化以来，能够将信息技术、科学管理方法以及物料储存融合为一的综合设备。

仓储系统的主要组成部分就是与物流有关的一系列设备和相关软件系统。而自动化立体仓库的软件系统一般包括仓库管理系统（WMS）和仓库设备监控系统（WCS）这两个主要内容。其中，WMS掌控着与存储有关的流程步序以及系列准则，同时，还将物流信息进行连接，使得各个物流分部能够与大环境紧密结合。而WCS是仓库基层设备之间进行连接的系统，它也能够和WMS无缝结合，最终实现企业资源计划（ERP）收到一系列数据信息。

1 仓库设备监控系统的组成

1.1 硬件的组成

（1）信息数据收集装置、激光条码扫描装备、RFID读写装置、多种类型的电子传感装置以及数码摄像装备等。（2）信息数据连接装置、以太网设备、信息数据收集卡。（3）生产流程监控装置、多种类型的PLC模块、工控终端装置、以及相关装置的指示灯等。（4）信息显示装置以及整套监控摄像装置等。（5）信息数据的计算机服务器等。

1.2 软件的组成

（1）对接收信息的ERP的端口进行设计。（2）对WMS的业务界面的设计，要保证其信息录入与分析再到最终输出结果的顺畅。（3）实现生产装置的信息互通与生产现场实时操作的设计。（4）对生产装置进行统一管控，进行PLC编程和信息处理过程。（5）保证其信息即时通讯功能，主要涵盖设备与系统之间端口的连接。

2 控制方案

2.1 总体方案

全套的信息管控体系以PC机为主体，即上位机，而PLC则发挥其基层管控功能。PC机的功能涵盖了对仓库的监控、物品清点和出仓与入仓的控制;底层控制器则要对物料运输设备的定点位置和速度快慢、貨叉装置的一系列动作进行管控。

堆垛机在进行运作时有水平、垂直的要求，以及货叉装置的起落进退的一整套标准。这部分操作都要保证其稳定性、精准性和迅速性。

底层控制器根据变频设备来保证堆垛机台车的运作和货台起落、货叉伸缩，其中，还包括多个档位速度的调控，以实现稳定与高效运作。

在电机转角和转速的一系列检查与测量方面，使用增量式脉冲编码设备来完成。采用底层控制器的寻址功能，能实现台车运输的精准化。另一方面，由于脉冲编码设备在处理信息时会产生相对偏差，因此在这一过程中还要实现计数器的复位功能。

2.2 安全保护措施

（1）分别在X轴和Y轴两个方向对台车的位置进行端点保护。（2）针对台车的升起和降落进行上下方向的端点保护。（3）针对货叉的伸缩动作进行端点保护。（4）采用称量装置，保证进入仓库的物料重量不超标。（5）采用测量尺寸装置，保证进入仓库的物料尺寸不超标。（6）采用光电检查装置，保证拿取物料时的安全性。

2.3 PLC控制系统硬件

采取S7200 PLC CPU 224 （AC/DC/继电器）和5个扩展模块EM 221（8D I DC24V）、1个扩展模块EM 223（DI16/DO16 DC24V/继电器）共同组成底层控制器的全套硬件体系。

3 堆垛机PLC控制软件

底层控制器的配套软件程序要实现的功能包括以下几点：（1）由堆垛机的相关情况确定PC的指令是否到达各子系统，从而进行下一步的操作;（2）由PC的出库和入库指令信息以及物料的相对位置信息、堆垛机运输过程中的准则信息来安排台车的运输;（3）在堆垛机结束作业之后

将信息传达到PC端，从而进行信息的录入和下一步的操作指令。

3.1 主流程

在堆垛机运输物料货物之前，要预先检验系统是否存在问题以及相应的报警信号源头，然后对此进行分析判定，来确定报警的准确性。在堆垛机检查无问题，同时也无作业任务的时候，就可以实行PC端發出的出库、入库相关指令。即当收到出入库指令时，则分别按要求来进行相关作业任务。与此同时，在堆垛机有作业任务的时候，就不会接受PC端发来的其他指令。

3.2 入库子流程

底层控制器按照PC端的入库任务指令来完成物料的入库任务。

在堆垛机完成物料的入库任务前，要对其位置进行确认。这一部分指的是，堆垛机的台车要回到特定的位置，同时还应位于下端端点。如果没有达到要求，则应该调控堆垛机回到指定位置。

在确认上一步的要求准确无误后，还要对货位的货物有无情况进行判定，当货位没有物料时方可开始入库任务;而当货位有货时，要对平台货物是否要进入仓库进行判定;平台有货时，要对物料的重量和相关尺寸进行测量，防止超出标准;当物料重量及尺寸都在规定范围内时，就可以使堆垛机开始相应的入库任务。综上所述的种种判定在出现问题时，都要对其采取报警的手段以确保流程无误。

在堆垛机抵达物料位置时，采取堆垛机子系统，来将物料输送至物料位置上。接着，使堆垛机完成出库步骤，使其回到指定平台;并且，将完成作业任务的信息返回到PC端，再将堆垛机的作业情况调整为空闲状态，从而可以进行新的任务指令。

3.3 出库子流程

在堆垛机得到PC端发来的出库任务指令时，堆垛机的作业状态就要转换为非空闲状态，从而完成物料的出库任务。

当物料在完成出库任务以前，要对平台的物料状态进行确认;当平台里存在物料时，要判定当前货位上的物料有无出库的必要;当货位上存在物料时，就接入入库任务的子系统中，从而使得堆垛机抵达指定位置;在堆垛机抵达指定位置时，就接入拿取物料的子系统中，从指定货位进行物料的提取;提货任务结束时，就接入出库任务的子系统中，从而使得堆垛机抵达任务原点，最终将物料卸取到指定平台上面。

在上述的步骤顺利结束后，就代表着出库任务的完成，接下来要将该信息返回至PC端，此时堆垛机的状态也转换成为空闲状态。

4 监控系统设计

4.1 监控系统主要功能

（1）能清晰呈现立体仓库中物料出库和入库的全时段情况。（2）对立体仓库中物料的一系列位置信息和全方位信息实现实时的记录和存储。（3）在报警情况发生后，能够迅速查出故障地、故障情况。（4）对物料的出库和入库情况能进行表格式的呈现。

4.2 立体仓库监控画面及管理系统设计

全套的监控体系主要涵盖了主监控窗口、情况呈现窗口、物料数据查询窗口、出入库报表管理窗口以及物料列表管理窗口等。

堆垛机的状态显示窗口应实现以下几点要求：（1）对堆垛机在完成作业任务时的相关状态以及运作速度快慢和任务分类情况的呈现。（2）对堆垛机在完成任务指令时报警情况的呈现。（3）对堆垛机在完成任务指令时实时位置情况的呈现。

5 仓库设备监控系统的发展方向

新时期的WCS，其本质没有发生太大的转变，还是根据仓库管理系统、传感设备和扫描设备等多种信息设备综合物料信息来实现物料的最佳配送。同时，WMS和ERP系统来完成运输装备和信息管控系统的连接，协调各项任务;对流程进行高效统一的规划;WCS还能够对任务步骤进行最优安排，选择最佳的运输路线，同时还能够将物料信息和项目订单情况进行实时存储和记录并发送给其他记录系统。WCS日后的发展趋势还使得该系统能够完成动态平衡任务。

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