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基于PLC的自动化立体仓库摘要: 随着企业现代生产规模的不断扩大立体仓库已成为生产物流系统中一个重要而不可缺少的环节堆垛机是其关键设备。本文的思想是将整个仓库划分为多个区域然后将每个区域划分为真实和虚拟的位置。结合虚拟和真实位置根据货物进出仓库的频率将货物存储在相应的位置以提高操作效率。本文所描述的系统由先进的PLC控制器和变频器驱动的闭环交流伺服系统控制。光电传感器用于检测堆料机的位置。分析了堆垛机的工作过程。研究了堆垛机的运动控制和位置检测方法。实现了堆垛机的定位方案。通过上位机系统对PLC的运行进行监控对货位信息进行处理解决了堆垛机对货物访问路径的优化问题。最后采用PLC对堆垛机系统进行控制实现本文设计的堆垛机系统的在线、自动、手动和维护四种控制模式以及进出站货物运输三种模式。最后给出了上位机监控系统的程序实例和主要功能。通过实验室模拟运行堆料机系统运行平稳定位准确安全可靠地满足设计要求。关键词:自动化立体仓库;堆垛机;货位优化;监控系统;PLCAutomated Stereo Warehouse Based on PLCAbsrtact: With the continuous expansion of modern production scale of enterprises, three-dimensional warehouse has become an important and indispensable link in production logistics system, and stacker is its key equipment. The idea of this paper is to divide the whole warehouse into several areas, and then divide each area into real and virtual locations. Combining virtual and real locations, according to the frequencies of goods entering and leaving the warehouse, the goods are stored in the corresponding locations to improve operation efficiency. The system described in this paper is controlled by advanced PLC controller and closed-loop AC servo system driven by frequency converter. The photoelectric sensor is used to detect the position of the stacker. The working process of the stacker is analyzed. The movement control and location detection methods of the stacker are studied. The positioning scheme of the stacker is realized. The operation of PLC is monitored by the upper computer system, and the information of cargo location is processed, which solves the problem of optimizing the access path of stacker to cargo. Finally, PLC is used to control the stacker system, realizing the four control modes of online, automatic, manual and maintenance of the stacker system designed in this paper, and three modes of inbound and outbound freight transportation. Finally, an example of the program and the main functions of the host computer monitoring system are given. Through the simulation operation of the laboratory, the stacker system runs smoothly, locates accurately, and meets the design requirements safely and reliably.Key words: Automated three-dimensional warehouse; Stacker; Location optimization; Monitoring system; PLC目录第1章 前言 11.1自动化仓库概述 11.1.1自动化立体仓库的组成 11.1.2自动化立体仓库的优点 11.1.3自动化立体仓库的分类 21.2国内外研究现状 2第2章 出入库原则及方式设计 32.1出入库原则概述 42.1.1先入先出原则 42.1.2分区原则 42.1.3均布原则 52.1.4重力原则 52.1.5效率原则 62.2出入库流程设计 6第3章 系统组成及硬件连接 73.1工控器件简介 73.1.1工控计算机 73.1.2可编程序控制器(PLC) 73.1.3变频器 93.2硬件设备设计 93.2.1出入库系统 93.2.2堆跺机系统 103.3输入输出点分配 123.4输送系统与上位机通信的寄存器区 15第4章 PLC控制程序 154.1工作方式控制 164.2手动运行方式下的运行控制 164.3自动运行方式下的运行控制 174.4手/自动工作方式的转换 184.5检修状态 184.6出入货台系统的报警 19第5章 总结 21参考文献 22致谢 23第1章 前言自动化仓储系统是一个不需要直接人工处理就可以自动储存和取出物料的系统。这个定义涵盖了各种复杂度和规格的系统。自动化仓库由计算机管理和控制。无需人工操作即可实现收货操作。1.1自动化仓库概述1.1.1自动化立体仓库的组成立体仓库是指在高层货架上储存货物利用起重、装卸、运输机械设备等进行货物出入库的仓库。这种仓库主要采用高层货架充分利用空间进出货物故称为“立体仓库”或“高架仓库”[1]。目前这种仓库的最大高度超过40米最大库存可达数万甚至10万件以上。实现无人值守操作实现计划入库、出入库全自动控制实现仓库计算机网络管理。立体仓库一般由高层货架、仓储机械设备、建筑物及控制管理设施组成。输送系统必须高度可靠。立体仓库只有一个输送系统一旦发生故障整个仓库工作都会受到影响。因此要求输送系统各环节设备可靠、耐用、维护方便。设置手动控制以备份输送系统。1.1.2自动化立体仓库的优点自动化仓库的使用可以产生巨大的经济效益和社会效益主要有以下几个方面1高层货架储存。由于采用高层货架存放货物可将仓储区大幅度发展到高空充分利用仓库地面及其空间节约仓储面积提高空间利用率。2自动接入。AS/RS使用机械和自动化设备。它运行和处理迅速提高了劳动生产率降低了操作人员的劳动强度。同时可以方便地集成到企业的物流系统中使企业的物流合理化。3计算机控制。计算机能够准确地存储和管理各种信息减少了票据处理和信息处理过程中的误差。1.1.3自动化立体仓库的分类根据货架的形式自动化立体仓库可分为三类。1单元货架仓库。这种形式的仓库是使用最广泛和用途最广泛的。其特点是货架沿仓库的宽度方向分为几排每排两排成一组有车行道采用堆垛机或其他仓储机械作业。每排货架沿长度方向分为数千行沿垂直方向分为若干层形成了大量货架用于存放货物单元、托盘或集装箱如图1.1所示。图1.1单元货架仓库示意图2穿过架子。与单位仓库相比取消了货架之间的道路将货架合并在一起使同一楼层的同一货架贯通形成了一个通道可以一次存储多个货物单元另一端有一台起重机从仓库中提取货物。根据走廊内货物单元的不同移动方式直通仓库可进一步分为重力货架仓库和穿梭车货架仓库。3回收架仓库。仓库的货架本身是一个垂直的起重机或一个在水平面上沿圆形路线来回运行的输送机。前者可以垂直进入货物后者可以在飞机上拾取货物。1.2国内外研究现状立体仓库的出现和发展是现代物流系统发展的要求也是信息技术进步的结果。自20世纪60年代以来在美国、日本、欧洲等国家和地区立体仓库的设计和使用越来越多。立体仓储技术已成为一门新兴学科。据不完全统计美国拥有各类自动化仓库2万多个日本超过38000个德国超过10000个英国超过4000个前苏联超过1500个[2]。堆垛机是自动化立体仓库的主要作业机械。它是自动化立体仓库的核心部件。堆垛机的发展标志着自动化立体仓库的发展。目前道路式堆垛机是主要的发展方向。下面是几个典型的自动化仓库的清单从中我们可以看到中国自动化仓库发展的概况。1北京汽车制造厂是中国第一家自动化立体仓库。1981年所有货位和进出港货位的查询均由计算机管理。1982年底实现了仓库库存管理、物流统计、财务结算、物料计划分配管理。2河北科学院自动化研究所应用立体仓库堆垛机计算机控制系统计算机控制立体仓库巷道堆垛机。检测元件选用非接触式红外光电检测元件和接触开关。3十堰市第二汽车制造厂是国内较先进的AS/RS物流管理系统。该系统由五台不同规模的微型计算机组成由层次化的分布式系统组成实现了仓库信息管理和仓库进出口操作的自动化。4仪征化纤工业有限公司涤纶长丝自动化库自1995年初以来运行稳定可靠性达到较高水平。聚酯长丝自动化仓库是当时自主设计制造的综合自动化程度最高技术最完善。5宝钢自动化立体仓库是我国较先进的立体仓库具有80年代中期的水平性能为10X排15层6排库容4500吨货架高度15.36米2台堆垛机2台堆垛机和转运车1台链条配送小车25-30吨/天进出库22吨/天。ER日进出库即约74次/日进出频率按每天6小时计算[3-5]。近年来我国自动化仓储技术发展迅速。实现了与其他信息决策系统的集成正在进行智能控制和模糊控制的研究工作。然而我国目前还没有建立起许多综合仓储体系。与发达国家相比我国自动化立体仓库在数量和建设水平上存在较大差距。这些差距主要表现在1发展缓慢。目前我国自动化仓库的数量和生产能力已不能满足我国未来经济发展的需要。2仓库形式、设备种类、规格少不能满足各方面的需要。3先进的控制技术和驱动技术的应用不多。例如在我国堆垛机通常采用两速和三速电机驱动。水平速度60-80米/分钟垂直速度16-60米/分钟拨叉速度4-10米/分钟速度不高工作效率不高经济效益不太好。4研发创新能力不够强。第2章 出入库原则及方式设计自动化立体仓库的进出口流程设计是自动化立体仓库设计的关键。在自动化立体仓库设计的早期阶段设计原则应满足仓库进出口的基本要求。在自动化仓库的设计过程中根据自动化仓库设计的不同特点及诸多因素设计出入库和出库的流程。2.1出入库原则概述2.1.1先入先出原则先进先出原则FIFO (First In First Out)是货物出仓时最重要的原则最先进的货物先出仓避免了旧货物的体积压力和货物过期的现象。先进先出原则适用于保质期内的货物大多数出仓货物采用先进先出原则。2.1.2分区原则分区的原则是根据货物的不同特点、拣货方式和操作方式将整个立体仓库逻辑划分为若干不同的区域以更好地满足不同货物的存储要求提高货物进出仓库的效率。重新安置。ABC分类法pareto analysis method又称ABC分析法是将分析对象分为A、B、C三类可以作为货位划分的良好理论依据。它是一种分析方法根据事物的特点对其进行分类和排序区分关键点和一般点并不同地实施管理[6]。立体仓库是否需要划分主要取决于仓库的形式和出入库的频率。只有长仓库才需要进行分区由于运输设备的效率主要取决于短途运输的加减速过程以及货物位置。分区还考虑到存储材料的性质如果仓库在单个磁盘中存储大量存储较少的材料并且如果库存中也有少量材料则需要分区。商品也有一些特殊的需要有必要进行分割。例如对于药品来说存在着不能混合的情况因此有必要考虑分区存储但分区目的不再是对输出和输入效率的要求。图2.1自动化仓库的货物存储出现扇形分布2.1.3均布原则如果只考虑效率原则出入库主要集中在靠近出入库台的区域但这会导致堆垛的扇形分布现象如图2.1所示使堆垛机的利用率不平衡。部分堆垛机闲置而货物清单排队等待的现象不利于提高系统效率。均匀分布原则是仓库管理中货位选择的最基本原则。其目的是使各种材料均匀分布在各种道路上。在提高进出仓库效率的同时避免了一些物料集中在某条道路上的现象。当道路设备出现问题时不能出仓[7]。均匀分布的原则基本上分为三种一种是货物的均匀分布当原仓库有空位时可以使物料均匀地分布在各个巷道中。该方法主要适用于仓库内单件物料较多的情况另一种是货物的均匀分布适用于仓库内货物较少的原仓库以保证每条道路的空置空间相等也适用。三是设备负荷的均匀分配即平均分配每台堆料机的工作负荷充分利用每台堆料机的工作负荷使每台堆料机的工作负荷基本相同避免了频繁使用造成的负荷过大缩短了堆料机的使用寿命。这三种类型既适用于不同的应用场合又具有一定的共性。相对而言均匀分配原则更适用。2.1.4重力原则考虑到物料重量和货架承重因素如果立体仓库的物料重量不同则应考虑重力原理。以确保重型物品存放在低矮的货架上方便进出同时确保安全。重力原理是固体仓库设计中需要考虑的一个重要因素。随着钢货架的采用和货架结构的机械设计实体货架应具有很强的承载能力而存放重物不会有潜在的安全隐患。但是从堆垛机的方便性和经济性出发较重的物品仍然存储在较低的水平这节省了取货时间提高了堆垛机的效率[8]。2.1.5效率原则对于每个进出仓库首先根据均匀分布的原则选择出入库道路。在选择了指定的道路后可以采用效率原则来优化每个道路中货物位置选择的通行效率。效率原则是考虑自动化仓库优化的主要原则。通过提高进出库效率降低成本和损失为企业带来可观的经济效益。提高进出库效率有两种途径。可以优化库位的原则在仓储时可以选择最低的仓储效率。这样可以保证最短的仓储路径从而缩短堆垛机的移动路径从而提高仓储速度延长堆垛机的使用寿命。2.2出入库流程设计