自動化立體倉庫監控系統研究

黃濤

摘? 要：自動化立體倉庫作為將物品材料運輸和合理化存儲相結合的前沿技術手段，其發展離不開物流裝備和物流軟件。文章主要通過PLC控制技術對自動化立體倉庫里的堆垛機控制系統的硬件和軟件進行設計，然后輸出明確的I/O信號;利用組態軟件設計了自動化立體倉庫的實時監控系統及信息管理系統。

關鍵詞：自動立體化倉庫;監控系統;倉庫管理系統

中圖分類號：TP273 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2020）18-0084-02

Abstract： As a cutting-edge technology which combines the transportation of goods and materials with the rational storage， the development of automated warehouse cannot be separated from logistics equipment and logistics software. This paper mainly designs the hardware and software of the stacker control system in the automated warehouse by PLC control technology， then outputs the clear I/O signal， and finally designs the real-time monitoring system and information management system of the automated warehouse by using configuration software.

Keywords： automatic stereoscopic warehouse; monitoring system; warehouse management system

引言

自動化立體倉庫作為將物品材料運輸和合理化存儲相結合的前沿技術手段，以多層甚至高層的立體貨架為主體，其中，還使用了多種便利工具與機械設備，依靠著高端的計算機系統實現其穩定控制，最終使得倉庫具有高度自動化的便利功能。其區別于傳統倉儲的地方在于，存儲量以及周轉速度的大幅度提升，它是二十一世紀信息化以來，能夠將信息技術、科學管理方法以及物料儲存融合為一的綜合設備。

倉儲系統的主要組成部分就是與物流有關的一系列設備和相關軟件系統。而自動化立體倉庫的軟件系統一般包括倉庫管理系統（WMS）和倉庫設備監控系統（WCS）這兩個主要內容。其中，WMS掌控著與存儲有關的流程步序以及系列準則，同時，還將物流信息進行連接，使得各個物流分部能夠與大環境緊密結合。而WCS是倉庫基層設備之間進行連接的系統，它也能夠和WMS無縫結合，最終實現企業資源計劃（ERP）收到一系列數據信息。

1 倉庫設備監控系統的組成

1.1 硬件的組成

（1）信息數據收集裝置、激光條碼掃描裝備、RFID讀寫裝置、多種類型的電子傳感裝置以及數碼攝像裝備等。（2）信息數據連接裝置、以太網設備、信息數據收集卡。（3）生產流程監控裝置、多種類型的PLC模塊、工控終端裝置、以及相關裝置的指示燈等。（4）信息顯示裝置以及整套監控攝像裝置等。（5）信息數據的計算機服務器等。

1.2 軟件的組成

（1）對接收信息的ERP的端口進行設計。（2）對WMS的業務界面的設計，要保證其信息錄入與分析再到最終輸出結果的順暢。（3）實現生產裝置的信息互通與生產現場實時操作的設計。（4）對生產裝置進行統一管控，進行PLC編程和信息處理過程。（5）保證其信息即時通訊功能，主要涵蓋設備與系統之間端口的連接。

2 控制方案

2.1 總體方案

全套的信息管控體系以PC機為主體，即上位機，而PLC則發揮其基層管控功能。PC機的功能涵蓋了對倉庫的監控、物品清點和出倉與入倉的控制;底層控制器則要對物料運輸設備的定點位置和速度快慢、貨叉裝置的一系列動作進行管控。

堆垛機在進行運作時有水平、垂直的要求，以及貨叉裝置的起落進退的一整套標準。這部分操作都要保證其穩定性、精準性和迅速性。

底層控制器根據變頻設備來保證堆垛機臺車的運作和貨臺起落、貨叉伸縮，其中，還包括多個檔位速度的調控，以實現穩定與高效運作。

在電機轉角和轉速的一系列檢查與測量方面，使用增量式脈沖編碼設備來完成。采用底層控制器的尋址功能，能實現臺車運輸的精準化。另一方面，由于脈沖編碼設備在處理信息時會產生相對偏差，因此在這一過程中還要實現計數器的復位功能。

2.2 安全保護措施

（1）分別在X軸和Y軸兩個方向對臺車的位置進行端點保護。（2）針對臺車的升起和降落進行上下方向的端點保護。（3）針對貨叉的伸縮動作進行端點保護。（4）采用稱量裝置，保證進入倉庫的物料重量不超標。（5）采用測量尺寸裝置，保證進入倉庫的物料尺寸不超標。（6）采用光電檢查裝置，保證拿取物料時的安全性。

2.3 PLC控制系統硬件

采取S7200 PLC CPU 224 （AC/DC/繼電器）和5個擴展模塊EM 221（8D I DC24V）、1個擴展模塊EM 223（DI16/DO16 DC24V/繼電器）共同組成底層控制器的全套硬件體系。

3 堆垛機PLC控制軟件

底層控制器的配套軟件程序要實現的功能包括以下幾點：（1）由堆垛機的相關情況確定PC的指令是否到達各子系統，從而進行下一步的操作;（2）由PC的出庫和入庫指令信息以及物料的相對位置信息、堆垛機運輸過程中的準則信息來安排臺車的運輸;（3）在堆垛機結束作業之后

將信息傳達到PC端，從而進行信息的錄入和下一步的操作指令。

3.1 主流程

在堆垛機運輸物料貨物之前，要預先檢驗系統是否存在問題以及相應的報警信號源頭，然后對此進行分析判定，來確定報警的準確性。在堆垛機檢查無問題，同時也無作業任務的時候，就可以實行PC端發出的出庫、入庫相關指令。即當收到出入庫指令時，則分別按要求來進行相關作業任務。與此同時，在堆垛機有作業任務的時候，就不會接受PC端發來的其他指令。

3.2 入庫子流程

底層控制器按照PC端的入庫任務指令來完成物料的入庫任務。

在堆垛機完成物料的入庫任務前，要對其位置進行確認。這一部分指的是，堆垛機的臺車要回到特定的位置，同時還應位于下端端點。如果沒有達到要求，則應該調控堆垛機回到指定位置。

在確認上一步的要求準確無誤后，還要對貨位的貨物有無情況進行判定，當貨位沒有物料時方可開始入庫任務;而當貨位有貨時，要對平臺貨物是否要進入倉庫進行判定;平臺有貨時，要對物料的重量和相關尺寸進行測量，防止超出標準;當物料重量及尺寸都在規定范圍內時，就可以使堆垛機開始相應的入庫任務。綜上所述的種種判定在出現問題時，都要對其采取報警的手段以確保流程無誤。

在堆垛機抵達物料位置時，采取堆垛機子系統，來將物料輸送至物料位置上。接著，使堆垛機完成出庫步驟，使其回到指定平臺;并且，將完成作業任務的信息返回到PC端，再將堆垛機的作業情況調整為空閑狀態，從而可以進行新的任務指令。

3.3 出庫子流程

在堆垛機得到PC端發來的出庫任務指令時，堆垛機的作業狀態就要轉換為非空閑狀態，從而完成物料的出庫任務。

當物料在完成出庫任務以前，要對平臺的物料狀態進行確認;當平臺里存在物料時，要判定當前貨位上的物料有無出庫的必要;當貨位上存在物料時，就接入入庫任務的子系統中，從而使得堆垛機抵達指定位置;在堆垛機抵達指定位置時，就接入拿取物料的子系統中，從指定貨位進行物料的提取;提貨任務結束時，就接入出庫任務的子系統中，從而使得堆垛機抵達任務原點，最終將物料卸取到指定平臺上面。

在上述的步驟順利結束后，就代表著出庫任務的完成，接下來要將該信息返回至PC端，此時堆垛機的狀態也轉換成為空閑狀態。

4 監控系統設計

4.1 監控系統主要功能

（1）能清晰呈現立體倉庫中物料出庫和入庫的全時段情況。（2）對立體倉庫中物料的一系列位置信息和全方位信息實現實時的記錄和存儲。（3）在報警情況發生后，能夠迅速查出故障地、故障情況。（4）對物料的出庫和入庫情況能進行表格式的呈現。

4.2 立體倉庫監控畫面及管理系統設計

全套的監控體系主要涵蓋了主監控窗口、情況呈現窗口、物料數據查詢窗口、出入庫報表管理窗口以及物料列表管理窗口等。

堆垛機的狀態顯示窗口應實現以下幾點要求：（1）對堆垛機在完成作業任務時的相關狀態以及運作速度快慢和任務分類情況的呈現。（2）對堆垛機在完成任務指令時報警情況的呈現。（3）對堆垛機在完成任務指令時實時位置情況的呈現。

5 倉庫設備監控系統的發展方向

新時期的WCS，其本質沒有發生太大的轉變，還是根據倉庫管理系統、傳感設備和掃描設備等多種信息設備綜合物料信息來實現物料的最佳配送。同時，WMS和ERP系統來完成運輸裝備和信息管控系統的連接，協調各項任務;對流程進行高效統一的規劃;WCS還能夠對任務步驟進行最優安排，選擇最佳的運輸路線，同時還能夠將物料信息和項目訂單情況進行實時存儲和記錄并發送給其他記錄系統。WCS日后的發展趨勢還使得該系統能夠完成動態平衡任務。

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