立体仓库自动仓储控制系统的设计水 口薛婷 口苏晓峰 口闰起源 口西安左咪 口蔡安江 西安建筑科技大学机电学院摘７１００５５ 要：根据柔性生产线对产品自动化仓储的要求，基于组态王软件与可编程序控制器设计了立体 仓库自动仓储控制系统及上位监控管理软件。介绍了立体仓库的机械结构．分析了控制系统的总体设 计、硬件与软件设计及组态过程。通过自动控制系统与管理软件，实现了立体仓库的智能化管理、 关键词：仓库仓储自动控制设计 中图分类号：ＴＨ２４６：ＴＰ２７３ 文献标志码：Ａ 文章编号：１０００—４９９８（２０１７）０７—００３３—０４ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｓｔｏｒａｇｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｔｉｅｒｅｄ ｗａｒｅｈｏｕｓｅ ｆａｃｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｔｈｅ ｈｏｓｔ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ａｎｄ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｗｅｒｅ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ Ｋｉｎｇｖｉｅｗ ｓｏｆｔｗａｒｅ ａｎｄ ＰＬＣ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ａｕｔｏｍａｔｅｄ ｐｒｏｄｕｃｔ ｗａｒｅｈｏｕｓｉｎｇ ｒｅｑｕｉｒｅｄ ｂｙ ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｌｉｎｅ．Ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｔｉｅｒｅｄ ｗａｒｅｈｏｕｓｅ ｆａｃｉｌｉｔｙ ｗａｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｏｖｅｒａｌｌ ｄｅｓｉｇｎ，ｈａｒｄｗａｒｅ ａｎｄ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｓｏｆｔｗａｒｅ，ｔｈｅ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｏｆ ｔｉｅｒｅｄ ｗａｒｅｈｏｕｓｅ ｆａｃｉｌｉｔｙ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ａｃｈｉｅｖｅｄ． Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ：Ｗａｒｅｈｏｕｓｅ Ｓｔｏｒａｇｅ Ａｕｔｏｃｏｎｔｒｏｌ Ｄｅｓｉｇｎ 现代信息管理技术的日益完善与高速发展，使越 来越多的企业开始尝试使用现代物流管理Ｄ－４］。自动化 ２控制系统总体设计 ２．１控制系统的组成 立体仓库作为现代物流系统的枢纽和核心，是生产物 流系统实现物流合理化的关键。主要包含机械本体和 系统设计包含控制系统通信结构图设计及可编程 序控制器（ＰＬＣ）控制软件架构设计。为了用户直观方 控制系统两部分Ｅ５－９１。 笔者研究立体仓库自动仓储控制系统的总体设 计、硬件设计及软件设计过程，基于组态王软件开发了 系统的远程监控及管理画面 便使用，应设计简单易操作的组态画面，采用如图２所 示的系统通信结构设计 控制软件架构设计包括ＰＩ ｃ 软件架构搭建、软件控制流程设计及组态监控管理软 件设ｉ－ｔ‘．而ＰＬＣ设计部分是核心内容。由于现场有输 送机系统、堆垛机系统，因此采用上下位机主从控制的 １机械结构设计 自动化立体仓库主要由巷道式堆垛机、立体货架、 输送机、计算机、控制柜、激光测距仪、卷扬机、滑轨、光 电检测开关等组成，如图１所示。 每台堆垛机负责左右两侧的货物存取，单侧立体 货架包含５层６０列，每个货格的宽度为ｌ ０００ ｍＩｌｌ，高 度为１ ２００ ｍｍ。堆垛机ｙ方向上采用卷扬机实现层数 的竖直提升与降落， 方向上根据激光测距仪检测进 行货架水平位置的实时反馈．Ｙ方向上使用光电开关 加认址片的方式进行位置反馈。Ｘ、ｌ，方向精确定位存 取货的目标位置后，堆垛机沿ｚ方向以货架为存放单 元实现货物的存、取、移库。 全国大学生创新创、啦培训计划项目（编呼：２０１５１０７０３１２７） “蓝火计划”合作创新项目（编号：２（】ｌ４一Ｉ 卜ＩＪＨ—ＨＳＺＸ一０１８） 收稿日期：２Ｏｌ７年１月 ▲图１立体仓库整体结构 机械制造５５卷第６３５期 ２０１７／７ 首先将系统任务分解为连贯的单一伺服运动，为了实 现ＰＬＣ的模块化编程．需进一步将伺服动作分解成瓦 不重叠的逻辑运动控制模块，单独的逻辑运动控制模 块有助于Ｐ１ Ｃ编程及系统渊试，同时提高丁系统的稳 定性和可修改性。系统任务的完成可按照Ｊ＋ｊ户设定的 控制要求，顺序调用相应的逻辑运动控制模块实现。 ３ ＰＬＣ控制系统硬件设计 系统要求如下：①经济实用，设备适应性强，可靠 性高：②系统具有一定的棠性，方便现场数据修改，便 两级箭理控制结构．使川ｓ７—３００ＰＬＣ作为堆垛机主控 制器．ｓ７—２００ＰＬＣ作为输送机控制器。 ２．２ ＰＬＣ控制程序架构设计 于后期维护；③设备自动化控制；④数撕采集准确， 生产 高 根据系统要求．采川可靠性高的两 子系列Ｐｌ ｃ， 其中ｓ７—３００ＰＬＣ作为主控制器，ｓ７—２００ｔ，ｌ Ｃ作为从 Ｈ Ｃ控制足控制系统核心［１。，电机、检测装置、光 电 火等数字量和模拟量的信号前允输入ＰＬＣ的寄 仃器巾。ＰＬＣ对各类信号进行转换和汁算处理，进而输 … 号控制执行器执行相应动ｆｔ－，并ＦＬ实时将关键信 息ｌ 传到现场控制 【 位机．执行Ｉ 位机发送的控制 站 主站Ｍ－ｔ舌电源模块、巾ｌ火处理器模块、通信模块和 基本输入输ｆｌＩ单元。通过系统功能分忻 参数计算，设 计如 ４所爪的输送机硬件没计与如『冬１ ５所示的堆垛 机硬件设汁 、 指令，完成对现有设备的实时和一动化控制。 。奇 体仓库控制系统的主要仟务是自动化实现入 、４软件程序设计 ４．１ 控制软件流程设计 …作、移库过程，控制系统架构的搭建如图３所示 立体仓库Ｉ Ｉ动控制系统主要包括Ｉ．１种 小同的操作模式：自动控制模式、Ｆ动控制 模式及半自动控制模式，，其叶ｌ一动控制模式 应用最多．手动控制和半自动控制起辅助配 合作』｝＝｝ｊ，实现系统的自动 入库、移库控制， 系统控制流程如 ６所示。 ４．２运动控制程序设计 运动控制编程软ｆｔ：采川Ｍｉｔ・ｒｏＷｉｎ ４．０ 作为ｓ７—２００Ｐ１ Ｃ的编程二ｒ具．配合Ｓｔｅｐ７ ５．４ 作为Ｓ７—３００ｔ＇ｌ Ｃ的编程Ｔ具 、孑虑到立体仓 库使用者需求的多样化． 体仓库货格参 数、数量应具备一定的柔性，所以编程思路 匝囹匠 匝亟亘圈匝 巫圈 ｌ移库过程Ｊ Ｉ调用模块Ｉ 遵循模块化、标准化。当外设发 变化时，编 程苦只需要修改卡¨应的输入输…端口，功能 块之间的逻辑测川关系不变．这样，程序的 Ｉ入库过程Ｉ ｝出库过程Ｊ Ｉ调用模块Ｉ Ｉ调用模块Ｊ ① 匝面面圈① 塑 ② 架构会保持高度紧凑 Ｈ便一｝：删试 如图３所， ，先编写 力 】 进、 方 后退、ｌ，力‘ １ 升、ｌ 方ｒｕＪ Ｖ降、 方向左 鬲 ② 竺 匝而函 ② ③ 入库、 方向行人』车、 方向左…库、ｚ方向 彳 出库共八个 辑运动的控制 序．并进行 控制动作的独、川爿试，存入库、… 、移库的 控制模块巾按照系统结构的顺序调用逻辑 运动控制模块 、ｌ ７截取＿ｒ｝Ｈ库帧块化程Ｊ子 ③ 血 ④ Ｉｙ 匝丽圈④ 困③ 片段．陔程序通过判断叮灵活州川逻辑控制 ▲图３ ＰＩ Ｃ控制系统架构设计 模块 ＬＮ ２０１７／７ 机械制造５５卷第６３５期 输送机上货物超宽检测 输送机上货物超高检测 ｕ ｌ输送机电机１正反转控制 ｌ输送机电机２正反转控制 控制柜指示灯 输送机上货物歪斜检测 行程限位开关 骞 — Ｉ 零点开关 急停开关 控制柜按钮 —三色警示灯 ＿一 变频器与电机 ▲图４－输送机硬件设计 激光测距仪 行程限位开关 Ｕ ８ 警示灯、ｌ蜂鸣器、 面板上显示灯 —— 控制面板按钮 急停开关 零点开关 ——＿．Ｊ ▲图５堆垛机硬件设计 变频器与电机 ４．３组态王上位机软件的实现 根据实际生产需要，将系统运行情况、采集信息及 控制命令进行了集成，形成了数据显示、系统运行状态 显示、堆垛机单独控制、输送机单独控制、输送机与堆 垛机联合控制五个模块。组态过程如下：①选择正确 位机软件界面将实时生产状态显示在人机交互界面 上，监控主界面如图８所示。 的ＰＬＣ驱动，参照通信协议设置通信参数；②硬件设 备组态配置；③设置输入输出设备有关参数。系统上 组态软件主画面中，操作者在运行信息输入模块 中输人命令的目标位置，如出库去取货的地址号，调用 后台数据库与ＰＬＣ程序进行计算，计算结果 会实时刷新并显示在数据库显示信息模块 中。堆垛机位置显示模块中实时刷新并记录 堆垛机当前位置及目标位置。画面右侧是控 制区域，可以对系统堆垛机、输送机进行单独 控制，也可以对两者进行联动控制。系统的运 行状态以指示灯的形式显示在系统运行信息 显示模块中。 ５结束语 采用ＰＬＣ和组态软件相结合的方法，实 现了对立体仓库的自动控制．完成了堆垛机 的输送、提升、伸缩、抓放等的自动运行控制。 经过调试确认，设备动作顺畅，性能稳定，可 靠性高。 参考文献 ［１］ 吕海珍．自动化立体仓库的模型研究［Ｊ］．物流科 技．２００６．２９（６）：１８—１９． ［２］张开碧，刘焕淋．基于现代物流管理的自动化立 体仓库系统开发［Ｊ］．山东科技大学学报（自然 科学版），２００４，２３（３）：１２４—１２７． ［３］石红斌，刘宇朗．自动化仓储设备高速垂直输 送机的研制＿Ｊ＿．机床与液压，２００５（１）：２０５—２０７． ［４］朱正礼，周以齐，吴耀华．立体仓库物理模型的 设计［Ｊ］．起重运输机械，２００１（９）：１２—１４． ［５］陈骏，施国洪，姚冠新．立体仓库自动控制系统 设计 江苏理工大学学报（自然科学版），２０００， 机械制造５５卷第６３５￣］ ２０１７／７国 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ｆｌ１１张毅．移动机器人技术及其应』Ｈ［Ｍ１一Ｅ ：电子Ｔ业…版 ｝ｆ：．２００７：１ １—１２， 参考文献 ｆ Ｉ］ 拿氟，叶涛，谭民．等．移动机器人技术研究现状ｔｊ木 爿∈『Ｊ ．机器人，２００２，２４（５）：４７５—４８０． ［２］徐Ｉ 华，潭民．移动机 人的发展现状及其趋势［Ｊ］机 人 技术与应川．２００１（３）：７—１４． ［３］（；Ｆｌ｛ＥＲＲＥＲ Ａ．（ ｌｎｅｔＤ’ａｌｌ（１ Ｋｉｎｅｍａｌｉ￣‘ｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｍｅ（’ａｎ Ｌｌｎｌ ￣＇ｈｅｅｌ［Ｊ］．Ｃｏｎｑ）ｕｔｔ Ｉ‘Ａｉｄｅｄ Ｇｅｏｍｅｔｒｉ（ １）ｅｓｉｇｎ，２００８，２５（９）： ７８４－７９１． 『１２］供彬．李业明．麦克纳姆轮技术及其 船Ｊ｝】轮式设备 ｆｔ的 Ｊ 、ＪＩＪ『Ｊ］．船舶工 ，２０１ １，３３（３）：８４—８７． 『１３］１ｉ一治，常德功．Ｍ －ａｌ１１１Ｉｎ四轮全力－ｆ 系统的运动 能分 析及结十勾形式优选ＩＪ １．机械Ｔ程学报，２００９，４５（５）：３０７— ３ｌ０，３１６． ）０１）ｓ Ｂ Ｊ Ｍ．Ｏｍｎｉ—ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ Ｉ１＋－ｒｌｃｈａｉ￣’Ｉ）１．Ｉ：）ｅｒｌｈ：．ｒＩｉｔ ［１４］ ｗ（【ｌＩＩｉＶ（ ｒｓｉｌｙ Ｉ ｆ１ Ｗ ｓ…’ｌ１ Ａｕｓｌ￣’ａｌｉａ．２００６． ｒｌ ＡＬＥ ［１５］ ．Ｓ．１）ｉｓｌｒｉｌｉｕｔｅ（Ｉ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ａｒｃｈｉｈ ｌｕｒｅ ｏｆ，：１１１ Ｏｈｍｉ一 ［４ ＩＮＩ）ＩＶＥＲＩ（ ．Ｓｗｅｄｉｓｈ Ｗｈｅｅｌｅｄ Ｏｍｎｉｄｉｒｅｃ｜ｉｏｎａｌ Ｍｏｂｉｈ Ｒｏ一 ｓ：Ｋｉｎｅｍａｔｋ－ｓ Ａｎａ１）ｓｉｓ ａ｝ｌｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ［Ｊ］．ＩＥＥＥ Ｆｒａｎｓａ（‘ｌｉｏｎｓ ｏｎ Ｒｏｂｏｔｉ（・ｓ．２００９．２５（１）：ｌ６４—１７１。 （¨ｒｔ ｔｉｏｔａｌｌ Ａｔｌｔｏｎ（ｉｎｌ（ｉｔｌＳ（；ｕｉｄｅ￣１ Ｖｅｔ１ｉ（－ｌｅ ｆ Ｊ］．ＳＡ＿Ｉ｛）Ｉｉｒｎａｌ（’ｌ ｌＩＦ！ｌｕｓｔｒｉａｌ Ｅｎｇｉｎｅｍ’ｉｎｇ．２００５，１６（２）：１５９－１７３． ［１６］ 片昕，潍小群，张洋，等． 于Ａｒｄｕｉｎｏ的Ｍｅｃａｎｕｍ轮九 ［５ ＢＡＩ ＡＫＲＩＳｔ］ＮＡ Ｒ，ＧｔｔＯＳＡＬ Ａ．Ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｏｆ Ｓｌｉｐ ｆｍ’ Ｗｈｅｅｈ ‘ｌ Ｍｏ１）ｉｌｅ Ｒ＜）ｔｉ（ｉｔｓ［Ｊ］ ＩＥＥＥ ＴＩ’ａｌｉｓａ（、ｔｉｔ ０１１ Ｒｏ１）ｏｔ ａｌｌｄ ｕｔＩ）ｌｎａｔｉｏｎ．１９９５．１ １（１）：１２６一ｌ３２． 线遥控避障小午＿Ｊ】．机械制造，２０１４，５２（６）：６－９． 长海 ．轮式令 ｆ 移动机卡句的研究［ ．哈尔滨：哈尔演Ｉ ［１７］ ０，Ｉｋ人 ：．２００ 『６１ Ａ（ ¨ ＬＯ Ｊ ＣＡＲ１）｛） Ａ Ｓ．ＶＩＶＡＮＣＯＳ Ｊ．Ｄｙｎａｍｉ（，ｓ（１ｆ ＶＰ｝ｌｊｆ－ｌｅｓ ｗｉｔｈ ＤｊｒＰ（－ｌｉｔｅａｌｌｒｙ Ｓｌｉｄｉｎｇ Ｗｈｅｅｌｓ ｒ．Ｊ］．Ｍｅｃｈａｎｉｓ｝ｍ ａｌｉ（］Ｍａｃｈｉｎｅ Ｔｈｅｏｒｙ，１９８９，２４（１）：５３—６０， 作者简介： 主要研究方向为机电控制及 徐海亭（１９８９ ）， ，工程师， 运动算法 （编辑 平 平） ２０１７／７ 机械制造５５卷第６３５期