摘要：大跨距重載車身立體倉庫系統(tǒng)是通過工業(yè)自動化控制并結(jié)合監(jiān)控計算機管理，實現(xiàn)全面貨物的倉儲、輸送、周轉(zhuǎn)、協(xié)調(diào)、監(jiān)視、控制等功能。主要表現(xiàn)在接收操作指令、檢測信號、指揮作業(yè)、判斷故障、監(jiān)控及調(diào)動、返回信息等，它與平面式貨物儲存相比，可有效節(jié)約庫房的占地面積，提高庫房的空間利用率，并可減少70％以上的勞動力。能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，在汽車制造業(yè)具有很強的使用功能和推廣前景。

關(guān)鍵詞：立體倉庫；有軌巷道堆垛機；倉庫計算機管理系統(tǒng)；控制系統(tǒng)

1概述

在國內(nèi)汽車制造業(yè)，大多數(shù)汽車制造廠在汽車整車裝配過程中，車身大多數(shù)都采用平面儲存方式，此儲存方式既浪費儲存立體空間又不便于輸送和系統(tǒng)管理，給生產(chǎn)及裝配帶來了諸多不便，是汽車整車裝配物流中的“瓶頸”。

針對上述存在問題，提出一種在汽車整車裝配過程中車身立體儲存輸送及自動化控制管理的系統(tǒng)，可對集裝單元貨物實現(xiàn)存儲輸送及計算機管理。

1.1自動化立體倉庫系統(tǒng)組成

·大跨距高層重載貨架

·多層鋼結(jié)構(gòu)平臺

·有軌巷道堆垛機

·出入庫輸送機系統(tǒng)

·自動化控制系統(tǒng)

·倉庫管理計算機系統(tǒng)

·周邊圍護安全系統(tǒng)及其它周邊設(shè)備

1.2自動化立體倉庫系統(tǒng)特點

（1）大跨距高層重載貨架由若干直立柱和層板構(gòu)成多排、多列、多層和多位，用于存放汽車車身。

（2）多層鋼結(jié)構(gòu)平臺設(shè)置在貨架的一端，用于貨物的輸送，該多層鋼結(jié)構(gòu)平臺由若干立柱與橫桿連接而成，在每一層鋪設(shè)層板。

（3）有軌巷道堆垛機包括立柱，連接在立柱上下端的下橫梁與上橫梁，在立柱間形成巷道，在巷道內(nèi)有可以上下移動的提升裝置、在提升裝置上有載貨臺、貨叉及配重，在堆垛機上安裝用于人員上下的爬梯及控制柜；用于通過三維運動將指定貨位的貨物取出或?qū)⒇浳锼腿胫付ㄘ浳?；由行走電機通過驅(qū)動軸帶動車輪在下導軌上做水平行走，由提升電機通過鏈條帶動載貨臺做垂直升降運動，載貨臺上的貨叉在貨叉電機的驅(qū)動下做伸縮運動。

（4）出入庫輸送機系統(tǒng)包括動力輥床、重載雙皮帶輸送移行機、滑撬碼垛機、往復式皮帶升降機、動力回轉(zhuǎn)臺，用于將貨物輸送基礎(chǔ)倉庫，動力輥床由安裝于機架上的可轉(zhuǎn)動的傳動輥構(gòu)成。

（5）自動控制系統(tǒng)由用于實時測量速度信號的SICK激光測距儀、SEW變頻器、光電傳感器、SIEMENS PLC、RESOTEC HMI組成，用于控制堆垛機的運行速度、運行位移或者位置定位點的無級運行。所控制的設(shè)備采用PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線。

（6）倉庫管理計算機系統(tǒng)包括中央計算機用于發(fā)送物料需求計劃、立體倉庫管理系統(tǒng)用于接收中央計算機發(fā)出的信號并作出響應(yīng)、堆垛機用于接收立體倉庫管理系統(tǒng)發(fā)出的指令自動存取物料。通過激光測距器和旋轉(zhuǎn)編碼器以及無線通訊，可實現(xiàn)計算機控制，倉庫管理計算機系統(tǒng)也可實現(xiàn)機上控制盤的手動、半自動、單機自動控制。

（7）周邊圍護安全系統(tǒng)采用機械和電氣雙重保險，以確保人身及設(shè)備的安全。堆垛機采用雙提升、雙配重的結(jié)構(gòu)。以增加設(shè)備的穩(wěn)定、平衡及安全性。處理器中設(shè)有立體倉庫信息管理系統(tǒng)。人員安全保護：堆垛機周圍的區(qū)域被分為幾個安全區(qū)。要進入庫區(qū)，必須要打開安全門，一旦安全門被打開，安全開關(guān)即被觸發(fā)，堆垛機自然停止運行。每個安全區(qū)有兩個安全門（一個僅為出口—緊急出口）。安全門有兩個按鈕用于確認（一個位于安全區(qū)內(nèi)，另一個位于安全區(qū)外）。其中安全區(qū)內(nèi)的復位按鈕僅當堆垛機處于本地控制模式時有效。在堆垛機的操作面板上也可以運行堆垛機，這也就是設(shè)計“本地”運行的初衷。在此種模式下，可以使用庫區(qū)內(nèi)部的復位按鈕來復位安全門開關(guān)。要使堆垛機在本地控制模式下運行，需將選擇本地模式的鑰匙開關(guān)拔下插入堆垛機控制面板上。這樣就避免了別人將堆垛機打回自動模式的可能性。機械安全保護：機械安全保護用于保護堆垛機的機械機構(gòu)。通過觸發(fā)傳感器可以直接停止硬件的運行。因此，一旦用戶誤操作或軟件發(fā)生故障，也可以通過這種機械保護開關(guān)停止堆垛機，以避免損失。機械保護開關(guān)主要對以下幾個方面對機械裝置進行保護：①水平方向的極限位置；②垂直方向上、下的極限位置；③前、后的斷帶保護開關(guān)；④前、后的過載開關(guān)；⑤松繩保護。

如果發(fā)生了以上情況，可以將這些功能進行短接處理。但只能在堆垛機本地模式下運行時才能實現(xiàn)。

2 車身立體倉庫控制系統(tǒng)設(shè)計

2.1 控制系統(tǒng)主要組成

一汽大眾大跨距重載車身立體倉庫系統(tǒng)，包括輸送系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和輸出系統(tǒng)，其中：

輸送系統(tǒng)包括動力輥床、重載雙皮帶輸送移行機、滑撬碼垛機、往復式皮帶升降機、動力回轉(zhuǎn)臺；控制系統(tǒng)包括自動化立體倉庫控制模塊，其上連接的輸入設(shè)備有按鈕、急停開關(guān)、接近開關(guān)、光電開關(guān)、行程開關(guān)和PLC，用于通過Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)控制上述輸送系統(tǒng)的傳輸；輸出系統(tǒng)基于EtherNet網(wǎng)絡(luò)，用于將自動化立體倉庫控制模塊與EtherNet上的監(jiān)控計算機連接，應(yīng)用組態(tài)軟件可以顯示各生產(chǎn)設(shè)備的運行狀態(tài)、運行參數(shù)、自動故障報警，記錄故障點，調(diào)出相關(guān)的控制程序。

2.2系統(tǒng)工作原理

自動化立體倉庫計算機控制系統(tǒng)將采用聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過計算機網(wǎng)絡(luò)使立體倉庫與中央計算機實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)通訊，可以提高庫存管理的準確性、迅速性，使整個系統(tǒng)的生產(chǎn)、庫存、銷售等信息能及時地傳遞和處理，從而使中央計算機可以準確地檢索立體倉庫的管理控制信息，使系統(tǒng)的管理者能及時、迅速地掌握立體倉庫的庫存情況和運行情況，從而可以準確地掌握庫存量，及時調(diào)度生產(chǎn)，調(diào)節(jié)工序間、單元間的生產(chǎn)節(jié)拍，保證生產(chǎn)的均衡，提高生產(chǎn)中諸多變化的靈活性，準確迅速地確定接受訂貨的交貨期，以及對遲誤的交貨及時進行督促等，可以提高庫存管理的準確性和迅速性，從而相對減少庫存量，縮短車身及空滑橇的存儲周期，減少庫存積壓，對系統(tǒng)的生產(chǎn)經(jīng)營活動起到良好的促進作用。

有軌巷道堆垛機控制選用閉環(huán)無級運行控制模式，對堆垛機的運行速度、運行位移量或位置定位點實現(xiàn)閉環(huán)無級運行控制模式，從而從根本上實現(xiàn)到達目的地址時的制動停準，根據(jù)運行距離實現(xiàn)平穩(wěn)換速、適時調(diào)整變頻器的運行控制頻率，以實現(xiàn)最佳平穩(wěn)運行速度的要求，并能縮短作業(yè)周期，提高作業(yè)效率。該變頻調(diào)速手段控制精度高，運動控制平穩(wěn)，具體場合的適應(yīng)性好，系統(tǒng)運行的可靠性高，易調(diào)試。

實現(xiàn)自動化立體倉庫巷道堆垛機的閉環(huán)無級控制，必須根據(jù)變頻器和堆垛機電機的特性，即：在一定載荷下變頻器所存在的理想加速和減速特性曲線，或根據(jù)不同的品牌和規(guī)格的變頻器的特性參考資料、所運輸載運貨物所允許的最大加速度以及現(xiàn)場運行試驗的結(jié)果、堆垛機電機的負荷特性等進行控制，基本控制思想為：（1）根據(jù)激光測距儀測量反饋的當前速度信號適時調(diào)整變頻器的輸出驅(qū)動頻率值，從而保證堆垛機能以要求的速度平穩(wěn)運行；其還表現(xiàn)在必須根據(jù)自動化立體倉庫庫存的具體貨物，如貨物的重量、重心高度等選擇相應(yīng)的速度控制模式，即初時運動加速度與加速控制時間、平穩(wěn)運行速度與距離、減速運動加速度與控制時間等；（2）根據(jù)激光測距儀測量反饋當前堆垛機的距離信號及預(yù)先設(shè)定的控制方案適時調(diào)整變頻器的輸出驅(qū)動頻率值，使堆垛機先以較高的速度運行到接近目的地址的位置后將速度平穩(wěn)降到較低的速度下工作，并在目的地址處準確制動停準，必要時可采取機械抱閘系統(tǒng)來輔助快速定位；堆垛機在工作過程中實時采集水平運行、貨物升降、貨叉伸縮三個方向的數(shù)據(jù)，并不斷地與存放在軟件控制數(shù)據(jù)塊里的標準位置參數(shù)進行比較和控制決策，從而達到準確定位、快速存儲貨物、提高作業(yè)效率的目的，并與監(jiān)控系統(tǒng)交換工作信息和庫位狀態(tài)信息等以實現(xiàn)系統(tǒng)的全面動態(tài)管理。

操作模式有遠程和本地，選擇遠程控制模式時，無需操作人員在堆垛機的移動操作室內(nèi)。本地控制時，必須有一名操作人員站在操作室內(nèi)在觸摸屏上進行操作。

設(shè)備的所有運行功能都可以選擇是本地運行模式還是遠程運行模式。主要有以下幾個運行模式：自動、半自動、手動。在自動模式下實現(xiàn)的是由最高級別的倉庫管理系統(tǒng)控制，它通過PLC來控制堆垛機；在半自動模式下，可以實現(xiàn)一些特定的傳送功能，這幾個功能可以通過操作面板選擇；手動模式主要用于故障處理或調(diào)試，這種模式下任何自動功能均不生效，堆垛機必需由其各自的操作面板手動控制，各個傳送機構(gòu)都分開控制。

維護模式有緊急中斷模式和修正模式。緊急中斷模式只用于在緊急情況下移動組件，該模式只能由高級用戶在觸摸屏上進行選擇；修正模式用于調(diào)試或者完成定位，該模式中有一些附加的連鎖條件。

2.3系統(tǒng)特點

本系統(tǒng)采用現(xiàn)場總線控制方式，立體倉庫的控制模式采用PLC控制模式，該系統(tǒng)涉及到電氣控制原理、數(shù)據(jù)庫以及決策技術(shù)、計算機技術(shù)等，其核心控制部分為PLC，與外部周邊設(shè)備或硬件采用Profibus-DP現(xiàn)場總線，備有連接SIMATIC系列元件的整套接口、固有的HMI（人機界面）等，但針對堆垛機電機的高、低速控制應(yīng)用方案仍優(yōu)先選用閉環(huán)變頻調(diào)速控制方案，PLC與激光測距儀和旋轉(zhuǎn)編碼器的連接采用Profibus-DP現(xiàn)場總線。

立體倉庫中堆垛機的主要工作是完成儲存環(huán)節(jié)的搬運，即：準確地依照上位機給出的出入庫地址將貨物取出或放入有關(guān)貨位，并將工作過程的狀態(tài)信息反饋給監(jiān)控系統(tǒng)；選擇SIMATIC S7-300系列PLC系統(tǒng)并應(yīng)用在立體倉庫體系中已取得了很大的成功。

中央計算機還具有信息管理的功能，其將物料需求計劃發(fā)給立體倉庫信息管理計算機，立體倉庫管理系統(tǒng)具有對現(xiàn)有資源進行分類、存儲、庫存統(tǒng)計，對出/入庫作業(yè)合理優(yōu)化調(diào)度，控制通用數(shù)據(jù)庫管理等功能，并進一步控制堆垛機PLC自動存取物料。因此，立體倉庫信息管理系統(tǒng)是全立體倉庫進行物資管理、賬目管理、貨位管理、聯(lián)網(wǎng)管理等信息管理的中心。立體倉庫管理系統(tǒng)還具有完成動態(tài)地改賬及信息修正等功能。當系統(tǒng)出現(xiàn)故障時能及時顯示故障信息，顯示網(wǎng)絡(luò)信息，并能定期或不定期地打印各種報表。

本系統(tǒng)在聯(lián)網(wǎng)運行中涉及到3個接口：

（1）工作站與車間控制器的網(wǎng)絡(luò)接口，通過它工作站獲得車間的命令及查詢信息，并把工作站的信息返回給車間；

（2）工作站與堆垛機PLC之間的串行接口，工作站通過向PLC發(fā)送命令字串控制堆垛機取送物料資源，并監(jiān)測堆垛機的狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)故障；

（3）工作站與故障監(jiān)測計算機之間的網(wǎng)絡(luò)接口，工作站通過它及時上報故障信息，以得到及時的處理。

在工作站一方，主要使用VB中的Winsock控件與車間的套接字建立連接。具體的工作方式是，工作站作為客戶方，去連接車間的套接字，當車間的套接字偵聽并接收到連接，雙方的網(wǎng)絡(luò)連接就建立起來，就可以互相通訊，傳遞信息。

工作站與堆垛機PLC之間的串行通訊是通過使用VB中的MSComm控件完成的?？刂泼畎l(fā)出后，在MSComm控件的OnComm事件中監(jiān)測堆垛機的狀態(tài)，動作完成，上報給車間。如發(fā)生故障，將故障的具體情況上報給故障監(jiān)測計算機。

工作站與故障監(jiān)測計算機之間的網(wǎng)絡(luò)接口也是通過VB中的Winsock控件實現(xiàn)的，工作站作為客戶方，去連接故障監(jiān)測計算機的套接字，當故障監(jiān)測計算機的套接字偵聽并接收到連接，雙方的網(wǎng)絡(luò)連接就建立起來，就可以互相通訊，傳遞信息。

本管理系統(tǒng)中采用Sybase來產(chǎn)生和維護數(shù)據(jù)庫，用VisualBasic面向?qū)ο蟮目梢暬幊陶Z言開發(fā)而成，并通過ODBC與數(shù)據(jù)庫相連。向數(shù)據(jù)庫中寫入數(shù)據(jù)時，系統(tǒng)采用了數(shù)據(jù)先存放在內(nèi)存中，當其他事務(wù)處理完畢后，再把內(nèi)存中數(shù)據(jù)存放到相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫中，從而使系統(tǒng)有較快的處理速度。系統(tǒng)功能全面，實現(xiàn)了物料的優(yōu)化管理。整個立體庫系統(tǒng)既可單機自動，又可與FIS聯(lián)網(wǎng)運行，對故障能夠?qū)崟r監(jiān)測，并上報給故障診斷計算機，以便于排除故障。

3 結(jié)論

本文詳細討論了大跨距重載車身立體倉庫系統(tǒng)的總體設(shè)計、管理級軟件系統(tǒng)、管理級與監(jiān)控級之間通信和控制系統(tǒng)的問題。將立體倉庫這一先進的倉儲管理技術(shù)引進到汽車整車裝配領(lǐng)域，對管理軟件系統(tǒng)按照模塊化設(shè)計的思想進行了詳細的規(guī)劃和設(shè)計，使管理軟件的結(jié)構(gòu)更加清晰。充實計算機管理系統(tǒng)，對數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)進行了邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計；按照一定的檢索條件實現(xiàn)了相關(guān)信息的查詢，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)庫信息的修改等功能，使對車身信息的管理更加便捷。

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