自動化立體倉庫系統與控制分析

文/于新平

關鍵字：立體倉庫；控制系統；自動化設備

自動化立體倉庫具有能充分利用空間，節約占地面積，存儲容量大，作業迅速、準確、可靠，易實現自動化控制和計算機管理等優點，因此，在現代物流倉儲建設中得到了迅速發展。自動化立體倉庫集計算機管理、自動控制、通信、信息識別等信息技術于一體，熟悉其系統組成和控制過程，可對正確使用、維護和管理自動化立體倉庫發揮重要作用。

一、自動化立體倉庫系統組成

自動化立體倉庫系統是能按照指令自動完成物資存取作業的系統，主要由存儲系統、巷道堆垛機系統、輸送系統、控制系統、通信系統、計算機管理系統以及輔助配套系統等組成。從自動化立體倉庫的功能來看，可分為存儲區和作業區。儲存區主要由存儲設備系統（組合式貨架）和堆垛機兩部分構成，負責物資的立體存儲和物資在貨架區的搬運，是自動化立體倉庫的主要組成部分；作業區主要由貨盤和輸送機組成，完成入庫的輸送以及出庫過程的輸送和卸貨。

二、自動化立體倉庫系統作業控制

立體倉庫自動控制作業方式有集中控制、分離式控制和分布式控制。分布式控制是發展的主要方向，大型立體倉庫通常采用三級計算機分布式控制系統，即由管理級、中間控制級和直接控制級組成。管理級對倉庫物資信息進行在線和離線管理；中間控制級對通信、流程進行控制，并進行實時圖像顯示；直接控制級是由可編程序控制器組成的控制系統，對各設備進行單機自動操作，使倉庫作業實現高度自動化。圖1為自動化立體倉庫控制流程圖。

圖1 自動化立體倉庫控制流程圖

（一）倉儲管理系統

倉庫管理系統主要完成整個倉庫物資信息的管理和作業管理，并可與上級物資管理信息系統相連，其功能包括倉庫庫存物資的貨位管理、物資出入庫管理、查詢報表、庫存分析、系統維護、故障分析等，可接收上級計算機管理系統的調撥單和轉儲單并提供各種定單執行結果，執行物資拼盤和拼盤管理，提供物資的庫存管理，執行入庫管理和出庫管理，管理物資出入庫策略，提供綜合統計信息等。

（二）監控調度系統

物資監控調度系統是自動化立體倉庫的信息樞紐，負責協調系統中各個部分的運行。自動化立體倉庫的各種設備運行任務、運行路徑、運行方向等都需要由監控系統統一調度，按照指揮系統的命令進行物資搬運活動。在自動化倉庫的實際作業過程中，監控調度系統根據倉儲管理信息系統的作業命令，按運行時間最短、作業間的合理配合等原則對作業的先后順序進行優化組合排隊，并將優化后的作業命令發送給各控制系統，對作業進程、作業信息和主運行設備（如堆垛機、輸送機等）進行實時監控。

（三）堆垛機控制系統

1.堆垛機的走行控制。堆垛機的走行是由裝在后走行輪軸上的帶制動器的減速電機驅動。堆垛機走行認址主要通過激光測距器，用于反饋堆垛機實際走行位置。當堆垛機走行時，電控系統就可隨時通過激光測距器按照設定的運動方式監測及指揮走行電機工作，實現電控系統對走行電機的啟、停及制動定位。

2.堆垛機的升降控制。由減速電機驅動的升降鋼絲繩拉動載貨臺上下運動，載貨臺上固定有一組同步帶輪和一個旋轉編碼器，在同步帶的作用下，以反映載貨臺的實際位置。當載貨臺升降時，電控系統就可隨時通過旋轉編碼器來監測和指揮升降電機工作，實現電控系統對升降電機的啟、停及制動定位。

3.堆垛機的貨叉控制。由減速電機驅動一個鏈齒機構，使得中叉和上叉體左右伸縮，叉取或存放托盤。貨叉中位及上叉體的左右定位都由減速電機的輸出軸端上的旋轉編碼器來執行并可進行貨叉實時運動檢測，同時中位的接近開關檢測有沒有到中位，在貨叉的兩端裝有兩極限限位開關，保護貨叉運行不超過極限位置。在電機上有力矩限制器，當上叉體在承載額定載荷時碰到一定阻力可打滑，以保證減速機及叉體的安全。

4.電控及通訊系統。由機載電控柜和紅外數據傳輸系統兩部分組成，并與上游計算機進行通訊聯絡，共同實現對堆垛機的控制。

（四）輸送機控制系統

輸送機控制系統對輸送設備的運行、停機、故障報警等各種過程控制，完成輸送設備的自動控制、實時監控以及相關設備的信號連鎖任務。為確保物資輸送可靠安全，物資輸送前應有必要的尺寸檢測、重量檢測等，輸送機控制系統中具有物資入庫外形檢測和重量檢測控制，為了加強對存儲物資的可控性，需要對物資條碼進行校驗，輸送系統中還應具有物資條碼識別控制等。

三、自動化立體倉庫作業流程

自動化立體倉庫物資出入庫管理，一般包括收貨、存貨、取貨、配貨和發貨等環節，如圖2所示。

（一）物資入庫管理

入庫物資，通過質量抽檢，清點數量，合格后按要求將物資放到空托盤上。然后用手持終端掃描托盤條碼，并錄入物資信息，將物資信息與托盤信息組合。信息組合后的物資托盤由人工叉車放置于入庫站臺，操作人員發出入庫指令后，輸送機啟動輸送，輸送的物資經外形尺寸檢測、條碼識別及自動稱重后，輸送至相應的巷道堆垛機入庫站臺，倉儲管理信息系統將按照一定的原則分配一個固定貨位，并通知巷道堆垛機，把物資托盤放到指定貨位。外形尺寸檢測不合格的托盤將送到緩沖站臺，由人工進行重新整理，再次送到成品入庫站臺。

物資入庫站臺可分為兩個不同規格的托盤入庫站臺，標準托盤在標準站臺入庫，大型托盤在大型托盤站臺入庫。整盤與不足整盤均由入庫站臺入庫，入庫時可通過自動或手動錄入方式進行，入庫時計算機可按規定要求分配貨位，這樣才能使大托盤巷道不至于在流量大時出現堵塞情況。

（二）物資出庫管理

操作人員將物資出庫調撥單輸入計算機，由中央計算機管理系統進行統一調配，計算機管理系統根據提貨清單對立體倉庫存儲貨位進行查詢，向立體巷道堆垛機系統發出指令，立體巷道堆垛機根據計算機指令，依據發陳儲新、先進先出、散盤優先和各巷道堆垛機工作均衡的原則，從指定巷道中提取物資托盤，并送往物資出庫站臺。當物資托盤到達堆垛機出庫站臺后，直行穿梭車系統根據根據物資的信息將其送到相應的出庫站臺上，最后由人工叉車提取放置于出庫緩存區或直接出庫。

大批量應急物資的發放，為滿足物資快速出庫要求，可將出庫輸送機移開，穿梭車移到端頭與入庫站臺對接，由人工叉車直接快速將實托盤從堆垛機出貨站臺取下，裝車發貨，如圖2所示，就能滿足物資大批量快速發貨的要求。

圖2 自動化立體倉庫物資出入庫流程圖

四、結束語

自動化立體倉庫已成為組織生產、連接生產、銷售、物流整體鏈線中的重要節點，是現代倉儲的顯著標志之一，自動化立體倉庫的使用，可以極大地提高工廠生產效率及倉庫物資保障效率，提高倉儲物資管理水平。因此，必須加強設備使用與管理，加強操作人員自動化技術培訓，掌握自動化立體倉庫系統組成與控制原理，正確使用和維護，才能使自動化立體倉庫高效運行，在企業生產、民用物流和軍用物資保障中發揮越來越重要的作用。