廣州地鐵三號線智能立體倉庫搬遷設備技術升級優化

廖傳培，李 微

（廣州地鐵集團有限公司，廣州 511430）

0 引言

三號線立體智能倉庫2006年投入使用，主要用于車輛段物資庫1 000 kg以下材料及配件的存貯、發放和管理；該套系統是三級分布式計算機控制系統，由管理軟件（管理級）、監控軟件（監控級）和堆垛機（執行級）組成，全套設備由貨架、有軌巷道堆垛起重機、出入庫水平輸送系統、鋼制托盤及計算機管理系統組成。由于該設備屬于早期智能立體倉庫產品，存在配置性能低、缺少防墜落安全保護裝置等問題，對智能化立體倉庫運作效率和使用安全性存在一定的影響。隨著時代高速發展，智能倉庫已成為物流進出庫的重要設備，本文結合現場評估發現存在的問題并進行有效分析、整理，制定優化升級策略，實現智能倉儲高效物流要求[1]。

1 設備系統整體技術評估

1.1 PLC控制系統

A 立體倉庫輸送機和堆垛機分別采用的PLC 是西門子S7-300 和S7-200 的控制器。近3 年，該立體倉庫堆垛機PLC模塊共發生了2次故障，均由于無新備件可更換，最后是將故障模塊送往基地維修中心電子維修部檢測并修復。且設備中修時由于受中修規程的限制，沒能對PLC 硬件進行升級，目前各PLC 模塊備件均已停廠且無可代替件；電路板易損點如圖1～3所示，現在用堆垛機的PLC電路板已是返修件，隨著設備使用頻率增加及壽命影響，均可能造成端子內部金屬疲勞斷裂等問題，后續如再發生PLC 模塊故障則會造成模塊無備件可更換，只能將備件送外返修，短時間內可能影響立體倉庫正常運行；為確保倉庫能正常運行，經現場評估和綜合分析，如將PLC控制器升級為S7-1500和S7-1200系列，確保未來10年市場可購買到相關的備件，大大提升設備運行性能[2]。

圖1 堆垛機1 號機CPU 的PLC 電路板易損點

圖2 堆垛機PLC 的CPU、I/O 和電源板電路板易損點

1.2 管理系統

管理軟件和監控軟件采用計算機操作，通過顯示屏清晰顯示操作步驟和作業狀態，提供人—機操作界面[3]。堆垛機接受來自監控軟件的命令，執行相應的操作。

圖3 堆垛機3號機CPU的PLC 電路板易損點

A 立體倉庫服務器沒有實時備份功能，如果發生系統癱瘓則會導致所有數據無法還原；現有服務器、監控機（工控機）、條形碼讀碼器均為15年前產品，現在運行時經常出現卡滯、軟件運行不穩定情況，導致監控機經常出現重啟，影響倉庫物資出入庫效率，且發生故障后也可能造成無法購買相應的備件情況。經現場評估，建議增設備用服務器，實現一用一備功能，并且更新升級現有服務器、監控機和條形碼讀碼器[4]。

1.3 堆垛機通訊系統

A 立體倉庫堆垛機通訊系統采用的是紅外光通器，存在受南方潮濕天氣影響，容易造成信號通信接收不良的情況，而且目前倉庫地基整體下沉嚴重，采用光通器信號接收不良的情況更加頻繁，該光通器也屬于淘汰停產的產品。經現場評估，建議將光通器升級為無線信號傳輸或者采用工業WiFi通訊，并修改控制程序及提供有效備件。

1.4 堆垛機定位系統

A 立體倉庫堆垛機僅以認址方式進行貨架定位，并沒有二次對位確認裝置；由于貨物重量的不同導致定位過程受慣性的影響，會造成貨叉和貨架對不準，取錯貨物，碰壞貨物、貨架，嚴重時會損壞堆垛機本身；歷史故障已有發生2次貨叉撞托盤故障；為提高堆垛機取貨的精準度，建議增設電機編碼器或激光測距儀，通過測量堆垛機到基點的距離和儲存在PLC 中的數據進行比較來確定位置，提升貨叉貨物對位的精確度、可靠性和安全性。

1.5 電線電纜

由于A 立體倉庫中修過程不需要對電線電纜作搬遷和布局的變動，所以部分舊電線電纜能繼續使用且沒有進行更換，但如果需要進行變動布局或搬遷，則目前未進行更換的部分老化電線電纜極其容易在變動或搬遷時受損，搬遷過程必須進行更換。

1.6 防墜落裝置

A 立體倉庫是廣州地鐵線網首臺智能倉庫設備，早期設計缺少防墜落保護裝置，而防墜落裝置是設計在立體倉庫堆垛機上的安全保護裝置。為避免當堆垛機鏈條長時間使用或意外原因忽然斷裂時，安全防墜落裝置能驅動相應裝置使載貨臺停在當前的位置，避免發生貨物高空墜落而造成物資損壞及砸傷人員/設備，經現場評估，建議增設防墜落功能，完善安全保護措施，從而達到保護人身、設備和貨物的安全目的。

1.7 走行地軌和滑觸軌

立體倉庫的走行鋼軌和滑觸軌在17 年中修時同樣沒有進行有效打磨、校準和更換；長期反復交變載荷受力和震動運行，地軌局部已經出現疲勞損壞，局部軌面存在凹凸不平，也使鋼軌產生更大的變形和局部發生屈曲。而各巷道的滑觸軌長時間使用已出現磨損及變形，拆卸后接口處及轉彎處弧度會發生變化，導致滑觸器會受損，近期已出現2 起滑觸器異響脫落故障，故障發生則又要對滑觸器進行整體更換。經現場評估，建議搬遷時對地軌和滑觸軌進行全面換新，降低設備維護成本及保障設備正常運行。如圖4、圖5所示。

圖4 滑觸軌狀態評估

圖5 地軌狀態評估

2 設備搬遷風險及措施

2.1 設備硬件損壞

設備在搬遷過程中存在設備硬件損壞的風險，會導致設備不能正常工作。應對措施策略：（1）搬運時對設備做好防護，注意防潮、防震、防摔，拆卸后做好包裝；（2）準備充足備件，以便發生備件丟失或損壞時可以現場修復。

2.2 監控機硬盤損壞

搬遷過程存在監控機硬盤損壞，數據丟失的風險。應對措施策略：提前做好數據備份，現場進行數據恢復。

2.3 設備備件丟失

搬遷過程中存在設備備件丟失的風險，導致后期設備不能正常工作。應對措施策略：（1）制定清晰的備件清點和統計、制定好備件交接流程；（2）由于倉庫的整體硬件雜且多，采用分小組搬運；（3）搬運前對設備硬件做好標識，防止混亂；（4）搬運過程中安排人員進行現場監督。

此外，建議立體倉庫整體搬遷項目由有立體倉庫安裝調試經驗或具備立體倉庫安裝資質的單位負責。

3 設備使用需求分析及技術框架

為提高智能立體倉庫工作效率，優化物流出、入庫功能，真正實現倉庫管理的信息化，從貨位優化、日常物資盤點、操作程序化、倉儲信息等多維度考慮，建議設備搬遷后新投入使用的智能立體倉庫能達到各新線路的配置標準。

為解決現有設備貨物出口少（只有2個出口）、效率慢的問題，建議在原有基礎上再增加3 臺堆垛機，從而實現12 排貨架6項巷6臺堆垛機出入庫條件，每條巷道出口位置配備升降平臺，從而進一步提升智能倉庫的工作效率。升級設備框架如圖6所示[5]。

圖6 升級設備框架

4 設備技術升級優化策略

4.1 更換

更換設備所有電線電纜，由于設備大部分電纜是暗敷且老化導致絕緣性能低，容易引起短路，搬遷后必須都更換；更換各巷道的地軌，拆卸后巷道地軌容易出現變形，而堆垛機運行軌道對水平度及垂直度要求比較高，如水平度和垂直度不能保證容易造成行走輪異響及脫軌事件；更換各巷道的滑觸軌長時間使用已出現磨損及變形，拆卸后接口處及轉彎處弧度會發生變化，導致滑觸器會受損，影響設備正常使用。

4.2 改造

加裝防墜落安全防護裝置，避免當堆垛機鏈條斷裂使得貨物高空墜落而造成物資損壞及砸傷人員/設備。堆垛機通信信號傳輸的光通器更改為WiFi傳輸，避免受潮濕天氣影響及地基下沉等原因造成信號傳輸不穩定。增設堆垛機電機編碼器或激光對位作二次對位信號的確認，提升對位精確度和對位安全。將PLC控制器升級為S7-1500和S7-1200系列，確保未來10年市場可購買到相關的備件。增設備用服務器，實現一用一備功能，同時更新現有服務器、監控機和條形碼讀碼器，提升設備運行效率。每條巷道前端的貨架加裝爬梯及平鋪一個貨位設定為維修平臺，方便高處作業維修，防止維修時出現高空墜人事件[6]。

4.3 使用效率提升

每條巷道出口位置配備升降平臺，可以減少使用叉車頻率，同時也使倉庫不具備開叉車資質人員進行上下貨物，使得人員有效地利用，進一步有效提升出入庫效率。增加3臺堆垛機，實現12排貨架6項巷6臺堆垛機出入庫運輸能力；1臺堆垛機負責2巷道物資出入庫，減少堆垛機轉彎處低速運行時間和取消優先級出入庫程序。如配備升降平臺及再增加3臺堆垛機，則可以去除輸送帶，可以有效減少輸送帶運輸時間，減少維修成本及維修工作量，也能避免因輸送機故障而影響物資出入庫，從而使智能化立體倉庫使用效率得到進一步提升[7]。

5 結束語

本文為滿足倉儲高效進出庫使用需求，根據現場實際情況進行技術分析，對設備的管理系統和執行系統技術升級優化進行有效探析，可以使得倉儲自動化管理變得更加強大；物流出入庫更便捷、更靈活、更準確，有利于提高立體倉庫整體安全性能、降低設備后期維護升本和提高工作效率。本文詳細介紹了設備關鍵結構的技術升級優化策略，對于同類立體倉庫設備技術升級同樣具有借鑒意義。