​托盤四向穿梭式自動化密集倉儲係統的規劃|連載2

作者：張衛國

隨著物流產(chan) 業(ye) 的迅猛發展，托盤四向穿梭式立體(ti) 庫因其在流通倉(cang) 儲(chu) 體(ti) 係中所具有的高效密集存儲(chu) 功能優(you) 勢、運作成本優(you) 勢與(yu) 係統化智能化管理優(you) 勢，已發展為(wei) 倉(cang) 儲(chu) 物流的主流形式之一。本遍接上文《托盤四向穿梭式自動化密集倉(cang) 儲(chu) 係統概述 | 連載1-1|1-2》，係統介紹四向穿梭式自動化密集倉(cang) 儲(chu) 係統的規劃。

四向穿梭式自動化密集倉儲係統的規劃

托盤四向穿梭式自動化密集倉(cang) 儲(chu) 係統的規劃涉及倉(cang) 儲(chu) 設施布局、貨架配置或設備數量優(you) 化，及其對企業(ye) 投資建設過程中的影響，盡可能在保證係統吞吐效率的前提下，降低投資成本，且應考慮後續運行過程中的運營成本。目前規劃設計從(cong) 業(ye) 人員多集中於(yu) 儲(chu) 位分區和調度路徑優(you) 化問題，而對於(yu) 係統資源配置方麵的優(you) 化還缺乏。

1)輸送機與(yu) 消防係統配合：主要涉及各庫區牆麵及穿樓麵孔洞處的卷簾防火門。評估消防門的安裝方式對該處的設備影響；消防與(yu) 設備聯動信號要求是消防給出火警信號後延時20秒斷電，消防卷簾門落下；同理考慮冷庫的保溫隔離係統。

2)托盤四向穿梭車與(yu) 輸送機的接駁動作與(yu) 機構匹配性設計，托盤四向穿梭車與(yu) 貨架軌道及其托盤單元工藝運動路線的匹配、單機與(yu) 整線的運行效率匹配，托盤貨物單元對於(yu) 鋼貨架結構的選材校核與(yu) 結構設計，托盤四向穿梭車與(yu) 托盤貨物提升機的機械接口匹配性設計：穿層托盤貨物提升機的布局工藝性評估與(yu) 位置確定。

3)電氣控製係統規劃、強弱電的布局規劃與(yu) 施工評估；電氣係統設備主要由配電櫃、主控製櫃、現場控製箱、現場操作員終端、條碼識別器、變頻器、現場總線組件、控製接口組件等組成；係統采用遞階式多層結構，分別為(wei) 係統監控層、車間控製層、設備執行層。采用工業(ye) 以太網及PROFINET/PROFIBUS-DP現場總線技術將物流控製係統連接起來，構成了一個(ge) 穩定，可靠的係統環境。

係統監控層：倉(cang) 儲(chu) 監控管理係統，根據WMS係統下達出入庫計劃進行計算機管理，WMS物流管理係統通過（切換和全雙工）工業(ye) 以太網與(yu) 控製係統相連，接受WMS管理係統的指令，執行叉車任務、托盤四向穿梭車、托盤貨物提升機、地麵AGV、輸送等設備作業(ye) 監控，上報現場設備運行狀態數據，存儲(chu) 工藝流程參數及生產(chan) 曆史數據，完成整個(ge) 自動化物流係統的運行。上位PC機作為(wei) 監控操作員和工程師工作站，位於(yu) 中央控製室（配送中心控製中心），操作人員通過設置及監視係統運行參數。計算機之間采用工業(ye) 以太網連接，形成一個(ge) 物流係統數據共享的統一解決(jue) 方案。係統運行的軟件米兰体育官网入口采用Windows 係統+WCS軟件，運用圖形化的方式提供強大的控製功能，具有統一的操作、運行中文界麵。目前公司的應用係統運行的軟件米兰体育官网入口采用Windows NT+WCS軟件，運用圖形化的方式提供強大的控製功能，具有統一的操作、運行中文界麵，同時便於(yu) 係統的再開發與(yu) 維護。

車間控製層：中央控製器有（切換和全雙工）100M帶寬聯網功能及PROFIBUS-DP現場總線接口，既能滿足與(yu) 上位機（監控站）聯網通訊，實現監控的功能，又能實現上位機與(yu) 自動化係統（控製單元）間的通訊，適合於(yu) 自動化係統與(yu) 現場信號單元的通訊，滿足現場智能化儀(yi) 器儀(yi) 表及數字控製係統的需求。具有高可靠性、安全性、開放性、高速性和易於(yu) 擴展等優(you) 點，信號遠程采集方式為(wei) 就近信號采集，節省空間布線簡單，便於(yu) 維護，PROFINET / PROFIBUS-DP 還可以直接連接帶有接口的變頻器、啟動器、傳(chuan) 感器和其它現場電器與(yu) 儀(yi) 表，節省了施工調試以及今後係統運行的維護費用，並為(wei) 今後擴展和更新設備預留了足夠的空間。PROFINET / PROFIBUS-DP現場總線是一種開放式的現場總線標準，其中DP是為(wei) 自動化係統與(yu) 分布式的外圍設備或現場設備而設計的。傳(chuan) 輸介質采用專(zhuan) 用屏蔽DP電纜線，係統采用總線式的拓撲結構，各設備采用總線接插件連入總線，數據傳(chuan) 輸速率為(wei) 最高12MBbps。

設備執行層：各子站係統、分揀車間的托盤四向穿梭車、自動備貨與(yu) 自動分揀的生產(chan) 工藝設備的運行、停機、故障報警等各種過程控製。通過現場操作員終端可以對每台設備實現手動/自動切換，單機/聯機運行及狀態指示與(yu) 反饋等功能。通過上位監控係統可以監控整個(ge) 自動化物流係統所有設備的運行狀況、貨物的所在位置及相關(guan) 運行數據等。行程開關(guan) 、接近開關(guan) 、電磁閥等開關(guan) 量進入遠程I/O控製箱，通過現場總線電纜傳(chuan) 遞至主控機。這樣可以降低電纜成本，使係統具有靈活的可擴展性。

4)係統規劃與(yu) 流程設計：係統整體(ti) 技術架構圖、係統概要、軟件設計、數據庫架構、B/S架構體(ti) 係及係統測試報告完整；WCS係統上層通過以太網與(yu) 物流管理係統聯接，接收WMS係統的指令，能與(yu) 上位WMS/ERP係統進行無縫連接，接收WMS/ERP係統的生產(chan) 任務指令，分解下達給執行設備，接受執行設備的運行數據，並反饋作業(ye) 狀態及作業(ye) 任務執行結果。可通過監控計算機遠程設置、控製執行設備（托盤四向穿梭車、托盤貨物提升機、輸送機等）的信息和啟/停動作，執行設備能夠根據指令執行相應動作。米兰体育官方网站首页入口器采用雙機冗餘(yu) 熱備設計，下層通過工業(ye) 總線、串行通信或其他通信裝置等與(yu) 托盤四向穿梭車、托盤單元提升機與(yu) 輸送設備控製係統通訊，下達設備運行指令並采集/接收設備運轉狀態及作業(ye) 任務執行狀態；係統具有良好的擴展性，支持係統物流設備的改造、增加等。設備控製係統采用三層或多層架構設計，負責接收作業(ye) 指令，必須保證可靠性和響應速度，當上位機係統異常時，保證單個(ge) 設備能夠獨立運行，能夠實時監控設備參數、運行情況，能夠及時、準備反饋異常原因並產(chan) 生異常記錄；WMS和WCS係統是兩(liang) 個(ge) 相對獨立的係統，通過接口實現數據通信。WMS和WCS係統之間實現托盤信息的交換，托盤信息主要包含托盤編號、商品品種和數量等；發生設備異常時，WCS係統及時將設備異常信息告知WMS係統，便於(yu) WMS對即將下發的作業(ye) 任務進行調度，自行負責托盤進出路徑優(you) 化和存儲(chu) 位置調整，係統數據自動備份存檔。

圖5   係統整體(ti) 框架圖

托盤四向穿梭式立體庫貨架鋼結構的設計與規劃

托盤四向穿梭式立體(ti) 庫鋼貨架結構的設計與(yu) 規劃的難點主要集中在倉(cang) 庫內(nei) 托盤四向穿梭式鋼貨架結構與(yu) 建築結構的匹配設計和優(you) 化，托盤四向穿梭式立體(ti) 庫多在已有建築的基礎上進行改造、設計與(yu) 規劃，在考慮倉(cang) 儲(chu) 功能區域規劃、滿足功能性配置的前提下，完成托盤四向穿梭式立體(ti) 庫的配置、規劃、設計與(yu) 校核；

托盤四向穿梭式立體(ti) 庫的規劃設計會(hui) 局限於(yu) 存儲(chu) 物品的品種類別和單元化尺寸係列、托盤四向穿梭式台車的規格尺寸、庫區建築樓層高度、建築地麵的承重與(yu) 地麵不均勻沉降要求、建設與(yu) 運營成本、存儲(chu) 搬運設備運行效率及其可靠性配置等因素，並以此構建托盤四向穿梭式高位鋼貨架結構的結構模型和力係分析因子，托盤四向穿梭式鋼貨架結構采用以概率理論為(wei) 基礎的極限狀態設計方法，用分項係數設計表達式進行設計與(yu) 計算，其中承重構件按承載能力極限狀態和正常使用極限狀態分別設計；

並根據結構的重要性、荷載特性、結構形式、應力狀態、連接方法、鋼材材性與(yu) 厚度、工作環境等因素綜合考慮，非承重構件主要按鋼貨架結構構造要求設置；

其中：托盤四向穿梭式立體(ti) 庫貨架立柱按照雙向壓彎構件進行校核，需要考慮立柱正麵或側(ce) 麵開孔的孔洞影響因素，也要驗證立柱截麵孔型的冷彎效應的強度設計值的計算方法等，驗算內(nei) 容包括貨架立柱片及其構件的強度、剛度與(yu) 穩定性計算與(yu) 校核，穩定性驗算包括局部屈曲、畸變屈曲與(yu) 整體(ti) 彎扭屈曲等多要素要求，這點也是很多工程技術人員容易忽視或不作驗證的地方，也容易誤認為(wei) 穩定性校核就是整體(ti) 穩定性校核，會(hui) 給具體(ti) 的工程項目帶來一定的安全隱患；

橫梁在靜力荷載工況組合下按照受彎構件校核，在地震荷載工況組合下梁構件校核，均需驗算變形與(yu) 強度兩(liang) 方麵的內(nei) 容，並需要校核梁端節點的強度與(yu) 扭轉剛度，一般可以依照簡支梁做構件校核，節點校核則需要一定的試驗數據做支撐，尤其是當閉口截麵長寬比超95，開口截麵形式的梁寬厚比超40、長寬比超40時，需要校核梁的局部穩定性與(yu) 整體(ti) 穩定性要求，或試驗校核與(yu) 驗證承載能力的削弱局部穩定係數；橫斜補受壓時按照兩(liang) 端鉸接的受壓構件進行校核，受拉時除按照受拉構件校核外尚需校核橫斜補節點的抗拉強度；柱間支撐用拉杆包括背拉杆與(yu) 水平拉杆，均按照受拉構件校核，同時需校核連接節點的抗拉強度，通過加強柱間支撐體(ti) 係可提高托盤四向穿梭式立體(ti) 庫結構的抗側(ce) 移剛度；考慮貨架在各種荷載組合下的最不利效應進行結構驗算或部件校核；確保托盤四向穿梭式立體(ti) 庫鋼貨架結構能滿足強度、穩定性及變形要求。

托盤四向穿梭式鋼貨架結構的設計與(yu) 規劃也要綜合考慮托盤四向穿梭在貨架子（巷）道、母（坡）道中的運動荷載的影響及其運行效率，有效評價(jia) 整體(ti) 係統的運營成本與(yu) 投資性價(jia) 比，有效評價(jia) 結構變形限值對穿梭車運行效率、可靠度的影響等；也要考慮托盤四向穿梭車與(yu) 貨物垂直提升機的對接與(yu) 精準定位，托盤四向穿梭車與(yu) 其它配置設備或係統之間的對接精度與(yu) 匹配控製、構件幾何製造安裝精度或初始缺陷等構造影響；根據《鋼貨架結構設計規範》和《建築抗震設計規範》等相關(guan) 規定，貨架設計時可僅(jin) 考慮水平地震作用的影響，不計豎向地震作用，作用於(yu) 貨架結構的地震作用宜采用振型分解反應譜計算，以便考慮結構的扭轉耦聯效應。

托盤四向穿梭式鋼貨架結構的設計與(yu) 規劃需要詳細分析客戶物流工藝要求、倉(cang) 庫建築結構及其形式、基礎承載能力等基礎資料，研究客戶的物流運作模式和基本成本構成、物流單元化標準製定和驗證、物流效率分析與(yu) 比較、消防、照明等附屬設施的配置、人員構成等，形成合理的物流解決(jue) 方案，確定基本合理的平麵布局規劃或空間模擬，根據具體(ti) 項目規劃信息，確定結構特征單元與(yu) 結構模型，手工計算獲取托盤四向穿梭式鋼貨架結構的基本結構選材、節點設計與(yu) 優(you) 化、構件內(nei) 力及變形控製限值等設計計算信息，再通過有限元參數化建模及其分析，進一步分析特定構件的受力與(yu) 變形，獲取整體(ti) 結構模型的模態分析結果，查詢各工況下構件的應力、變形等分析結果，針對模型中各構件長度及長細比進行設計校核，獲得有效壓彎應力比、剪切應力比等構件信息，對比基本構件的內(nei) 力與(yu) 變形模擬計算，再與(yu) 手工計算條件進行對比、優(you) 化、校核或試驗驗證，在確保各構件滿足要求的前提下，再綜合分析與(yu) 評價(jia) 托盤四向穿梭式立體(ti) 庫的整體(ti) 穩定性與(yu) 承載能效比，確保托盤四向穿梭式立體(ti) 庫鋼貨架結構滿足設計要求。