自动化立体仓库的关键技术
北京航天试验技术研究所 杨继志 哈尔滨工业大学机电学院 郭 敬
自动化立体仓库由仓库建筑体、货架、托盘系统、堆垛机、托盘输送机系统、控制系统、计算机管理和调度系统组成,其中堆垛机、控制系统、计
算机管理和调度系统最关键,它们反映了自动化立体仓库的先进程度,是发挥自动化立体仓库信息集成优势的基础。本文详细介绍自动化立体仓库的这几个组成部分及其所应用的技术。
寻址片寻址
征,目前堆垛机应用的主要寻址、定位方式及其优缺点见表1。
表1 堆垛机寻址、定位方式及其优缺点
寻址定位方式
优 点采用简单的传感器,易于实现,系统直观
定位准确,可以实现真正的反馈控制
缺 点不能实现真正的反馈控制
系统价格高,需要进行计算才能获得位置数据,不直观安装于拖动电机轴上,只能实现半反馈控制
1 堆垛机技术
堆垛机是自动化立体仓库中的主要作业机械,其用途是将位于巷道口的货物存入货架,或者取出货架内的货物运送到巷道口。它是自动化立体仓库中最关键的设备。从机械结构方面,堆垛机可分为单柱结构和双柱结构。欧、美特别是德国的单柱堆垛机技术代表了最先进的单柱堆垛机技术。在亚太地区,日韩的双柱堆垛机技术对我国的堆垛机技术有着深远的影响,也代表了世界先进堆垛机技术。单柱堆垛机的优点是安装、运输方便,自重轻,缺点是刚度差,结构共振频率低,因此适合于载荷500kg以下的系统。我国烟草行业的自动化立体仓库有单柱堆垛机的应用实例。而双柱堆垛机的特点与单柱堆垛机正好相反,因此较适合在载荷500kg以上的系统中应用。堆垛机在机械方面的另一个重要的标志是其货叉机构,目前应用的堆垛机的货叉机构多为双向滑叉结构,这种结构需要采用复杂的齿轮齿条增程机构,因此亟待开发新型的货叉机构。
堆垛机的拖动技术以变频调速、交流电机拖动为主,也有采用直流调速的,文献[2]介绍了一种直流电机拖动的堆垛机。基于交流变频调速的诸多优点及其技术的不断成熟,可以认为今后堆垛机的拖动形式主要是交流变频拖动形式。
堆垛机的寻址、定位方式是堆垛机的重要特激光测距
旋转编码器
相对激光测距简单,定位准确
由于寻址片寻址技术直观,成本低廉,技术人员容易掌握,在低端堆垛机上应用占有一定的优势,而对于高端堆垛机,采用激光测距方式寻址将是技术的发展方向。
堆垛机与上位机的通信方式包括扁平电缆通信、红外直线通信、电力线载波通信、无线电通信等。扁平电缆通信方式直观简单,但是扁平电缆的强度和抗疲劳能力差,限制了其在高速堆垛机上的应用,高速堆垛机多采用红外直线通信的方式。使用电力线作为通信介质也可以实现堆垛机与上位机的通信,但这种技术对于一般的技术人员比较陌生,需要调制、解调设备,因此没有在堆垛机通信中广泛采用。无线电通信在钢结构较多的仓库中容易受到干扰,因此使用也不普遍。总之,由于扁平电缆通信的优点,其在低速堆垛机上应用有一定的优势,而高速堆垛机多采用红外直线的方式与上位机通信。
2 控制系统
自动化立体仓库的控制系统主要是指托盘搬运
控制系统,包括堆垛机的控制和外围输送设备的控制。目前自动化立体仓库中应用的控制系统是树形结构的系统,如图1所示
。
路线原则、高低箱分离原则和优化出入库次序原则。这些原则既是优化调度的约束条件,也是设计自动化立体仓库计算机管理系统要着重注意的方面。
自动化仓库是计算机集成制造系统的一部分,其库存信息是运行MRP-Ⅱ系统的主要信息来源之一,也是柔性制造系统中物流管理子系统的重要组成部分。不仅对信息进行管理,也对物流进行管理与控制,集信息流和物流于一体[5]。因此管理库存信息是计算机管理系统要解决的另一个重要问题。设计自动化立体仓库的库存管理系统要充分考虑其与其他信息系统的接口问题。而目前企业级的信息系统都是基于计算机网络的系统,自动化立体仓库的库存数据库将成为企业信息系统中分布式数据库的一部分,解决立体仓库信息在网络上与其他系统共享数据的问题是自动化立体仓库的库存管理的基本内容和需要着重解决的问题。
计算机管理系统是自动化立体仓库中一个重要的组成部分,是充分发挥自动化立体仓库与信息系统紧密结合优势的保证。它体现了自动化立体仓库可以与企业信息系统天然结合的特点。
[4]
图1 控制系统结构图
上位机通信模块的作用是把控制命令传送给设备控制PLC,同时获取PLC检测到的各设备状态信号及命令执行情况等信息,以保证存取作业的顺利进行。上位机发送给PLC的命令有功能设定、货物状态、存取位置等类型,PLC根据这些命令自主地完成对设备的控制动作。堆垛机及外围托盘输送设备的控制PLC要完成的功能见表2。
表2 堆垛机及外围托盘输送设备PLC功能控制类型
内 容
设备目前所在位置
位置
要求到达位置货物位置滚道运送货物
运动
堆垛机寻址堆垛机平层货物接受、存取
通信
接受命令、上报信息
4 小结
介绍了自动化立体仓库中关键设备及其应用技术,指出了其发展方向,在实际设计自动化立体仓库中应充分研究应用这些技术,设计出适应技术发展方向、有前瞻性、代表性的自动化立体仓库。
参 考 文 献
1 剡昌锋,胡赤兵,吴黎晓,芮执元.自动化仓库调度问题的研究进展.甘肃科学学报,2002,14(4):58—612 段智敏,陈静杰,王晓云.一种经济型堆垛机控制系统.机械设计与制造,2002(2):46—47
3 王恒山,浦志华.一种基于实时控制的立体仓库出入库算法.系统工程理论与实践,1997(6):7—11
4 徐常凯,郑金忠.自动化仓库计算机控制系统的集成技术研究.物流技术,2002(9):14—16
5 徐常凯,郑金忠.自动化仓库系统的关键技术.物流科技,2002(3):21—23作 者:杨继志
地 址:北京7205信箱21分箱邮 编:100074
由于堆垛机、外围滚道要完成多种作业,而且要求控制功能齐全,因此应用高性能的PLC是控
制系统的关键,同时在控制系统中解决堆垛机的智能化、自诊断等问题也是研究的热点之一,因此堆垛机的机器人化是控制技术的发展趋势。
3 计算机管理系统
自动化立体仓库的计算机管理系统包括出入库管理(出入库的原则和优化调度)以及对库存等信息及其与其他系统的接口管理。
在出入库管理中包括了出入库原则和优化调度管理,文献[1]给出了目前对优化调度方面的研究现状,主要有启发式规则方法、面向对象着色Petre网方法、遗传算法的方法、模拟仿真方法和部分枚举法。文献[3]给出了实用的调度的一般原则:改进的先进先出原则、平均负荷原则、最短
自动化立体仓库的关键技术
北京航天试验技术研究所 杨继志 哈尔滨工业大学机电学院 郭 敬
自动化立体仓库由仓库建筑体、货架、托盘系统、堆垛机、托盘输送机系统、控制系统、计算机管理和调度系统组成,其中堆垛机、控制系统、计
算机管理和调度系统最关键,它们反映了自动化立体仓库的先进程度,是发挥自动化立体仓库信息集成优势的基础。本文详细介绍自动化立体仓库的这几个组成部分及其所应用的技术。
寻址片寻址
征,目前堆垛机应用的主要寻址、定位方式及其优缺点见表1。
表1 堆垛机寻址、定位方式及其优缺点
寻址定位方式
优 点采用简单的传感器,易于实现,系统直观
定位准确,可以实现真正的反馈控制
缺 点不能实现真正的反馈控制
系统价格高,需要进行计算才能获得位置数据,不直观安装于拖动电机轴上,只能实现半反馈控制
1 堆垛机技术
堆垛机是自动化立体仓库中的主要作业机械,其用途是将位于巷道口的货物存入货架,或者取出货架内的货物运送到巷道口。它是自动化立体仓库中最关键的设备。从机械结构方面,堆垛机可分为单柱结构和双柱结构。欧、美特别是德国的单柱堆垛机技术代表了最先进的单柱堆垛机技术。在亚太地区,日韩的双柱堆垛机技术对我国的堆垛机技术有着深远的影响,也代表了世界先进堆垛机技术。单柱堆垛机的优点是安装、运输方便,自重轻,缺点是刚度差,结构共振频率低,因此适合于载荷500kg以下的系统。我国烟草行业的自动化立体仓库有单柱堆垛机的应用实例。而双柱堆垛机的特点与单柱堆垛机正好相反,因此较适合在载荷500kg以上的系统中应用。堆垛机在机械方面的另一个重要的标志是其货叉机构,目前应用的堆垛机的货叉机构多为双向滑叉结构,这种结构需要采用复杂的齿轮齿条增程机构,因此亟待开发新型的货叉机构。
堆垛机的拖动技术以变频调速、交流电机拖动为主,也有采用直流调速的,文献[2]介绍了一种直流电机拖动的堆垛机。基于交流变频调速的诸多优点及其技术的不断成熟,可以认为今后堆垛机的拖动形式主要是交流变频拖动形式。
堆垛机的寻址、定位方式是堆垛机的重要特激光测距
旋转编码器
相对激光测距简单,定位准确
由于寻址片寻址技术直观,成本低廉,技术人员容易掌握,在低端堆垛机上应用占有一定的优势,而对于高端堆垛机,采用激光测距方式寻址将是技术的发展方向。
堆垛机与上位机的通信方式包括扁平电缆通信、红外直线通信、电力线载波通信、无线电通信等。扁平电缆通信方式直观简单,但是扁平电缆的强度和抗疲劳能力差,限制了其在高速堆垛机上的应用,高速堆垛机多采用红外直线通信的方式。使用电力线作为通信介质也可以实现堆垛机与上位机的通信,但这种技术对于一般的技术人员比较陌生,需要调制、解调设备,因此没有在堆垛机通信中广泛采用。无线电通信在钢结构较多的仓库中容易受到干扰,因此使用也不普遍。总之,由于扁平电缆通信的优点,其在低速堆垛机上应用有一定的优势,而高速堆垛机多采用红外直线的方式与上位机通信。
2 控制系统
自动化立体仓库的控制系统主要是指托盘搬运
控制系统,包括堆垛机的控制和外围输送设备的控制。目前自动化立体仓库中应用的控制系统是树形结构的系统,如图1所示
。
路线原则、高低箱分离原则和优化出入库次序原则。这些原则既是优化调度的约束条件,也是设计自动化立体仓库计算机管理系统要着重注意的方面。
自动化仓库是计算机集成制造系统的一部分,其库存信息是运行MRP-Ⅱ系统的主要信息来源之一,也是柔性制造系统中物流管理子系统的重要组成部分。不仅对信息进行管理,也对物流进行管理与控制,集信息流和物流于一体[5]。因此管理库存信息是计算机管理系统要解决的另一个重要问题。设计自动化立体仓库的库存管理系统要充分考虑其与其他信息系统的接口问题。而目前企业级的信息系统都是基于计算机网络的系统,自动化立体仓库的库存数据库将成为企业信息系统中分布式数据库的一部分,解决立体仓库信息在网络上与其他系统共享数据的问题是自动化立体仓库的库存管理的基本内容和需要着重解决的问题。
计算机管理系统是自动化立体仓库中一个重要的组成部分,是充分发挥自动化立体仓库与信息系统紧密结合优势的保证。它体现了自动化立体仓库可以与企业信息系统天然结合的特点。
[4]
图1 控制系统结构图
上位机通信模块的作用是把控制命令传送给设备控制PLC,同时获取PLC检测到的各设备状态信号及命令执行情况等信息,以保证存取作业的顺利进行。上位机发送给PLC的命令有功能设定、货物状态、存取位置等类型,PLC根据这些命令自主地完成对设备的控制动作。堆垛机及外围托盘输送设备的控制PLC要完成的功能见表2。
表2 堆垛机及外围托盘输送设备PLC功能控制类型
内 容
设备目前所在位置
位置
要求到达位置货物位置滚道运送货物
运动
堆垛机寻址堆垛机平层货物接受、存取
通信
接受命令、上报信息
4 小结
介绍了自动化立体仓库中关键设备及其应用技术,指出了其发展方向,在实际设计自动化立体仓库中应充分研究应用这些技术,设计出适应技术发展方向、有前瞻性、代表性的自动化立体仓库。
参 考 文 献
1 剡昌锋,胡赤兵,吴黎晓,芮执元.自动化仓库调度问题的研究进展.甘肃科学学报,2002,14(4):58—612 段智敏,陈静杰,王晓云.一种经济型堆垛机控制系统.机械设计与制造,2002(2):46—47
3 王恒山,浦志华.一种基于实时控制的立体仓库出入库算法.系统工程理论与实践,1997(6):7—11
4 徐常凯,郑金忠.自动化仓库计算机控制系统的集成技术研究.物流技术,2002(9):14—16
5 徐常凯,郑金忠.自动化仓库系统的关键技术.物流科技,2002(3):21—23作 者:杨继志
地 址:北京7205信箱21分箱邮 编:100074
由于堆垛机、外围滚道要完成多种作业,而且要求控制功能齐全,因此应用高性能的PLC是控
制系统的关键,同时在控制系统中解决堆垛机的智能化、自诊断等问题也是研究的热点之一,因此堆垛机的机器人化是控制技术的发展趋势。
3 计算机管理系统
自动化立体仓库的计算机管理系统包括出入库管理(出入库的原则和优化调度)以及对库存等信息及其与其他系统的接口管理。
在出入库管理中包括了出入库原则和优化调度管理,文献[1]给出了目前对优化调度方面的研究现状,主要有启发式规则方法、面向对象着色Petre网方法、遗传算法的方法、模拟仿真方法和部分枚举法。文献[3]给出了实用的调度的一般原则:改进的先进先出原则、平均负荷原则、最短