穿梭式立體庫的軟硬件配置係統

作者：張衛國

客觀地分析客戶的需求，合理配置托盤四向穿梭式立體(ti) 庫物流管控係統，托盤四向穿梭式立體(ti) 庫物流管控係統一般由多層托盤四向穿梭式貨架、存儲(chu) 單元、物流搬運設備（含托盤四向穿梭車、托盤提升機等）、出入庫輸送係統、通訊係統、WCS控製係統、計算機監控係統、WMS計算機管理信息係統以及其他輔助設備組成；WCS通過網絡通訊、PLC來操控和管理托盤四向穿梭車、其它物流搬運設備、托盤提升機和輸送鏈；托盤四向穿梭車采用光電開關(guan) 加編碼器的雙重認址方式，通過計算目標的相對位置方式來實現方向控製和位置控製，實現所有的托盤四向穿梭車、存儲(chu) 物品沿托盤四向穿梭式立體(ti) 庫內(nei) 鋼貨架結構中配置的運行軌道在各個(ge) 層麵合理移動與(yu) 調度，大大提高了貨物周轉的速度；出入庫輸送係統包括單元化輸送係統、紙箱(物流箱)揀選輸送係統、連續提升機、分配車、AGV等，出入庫輸送係統的規劃設計以及輸送設備的配置，需要根據倉(cang) 庫的整體(ti) 布局、倉(cang) 庫的功能以及存儲(chu) 單元或貨物的類型等情況決(jue) 定，出入庫係統的輸送速度以及分岔、合流點的數量等，都要以滿足倉(cang) 庫的出入庫效率為(wei) 原則來確定，並處理好電氣控製技術問題。

圖6 托盤四向穿梭式自動化密集倉(cang) 儲(chu) 係統的拓撲圖

整個(ge) 計算機係統由中控室計算機係統和倉(cang) 庫計算機係統所組成，倉(cang) 庫計算機係統均通過網絡連接到中控室計算機係統，並通過應用米兰体育官方网站首页入口器訪問數據庫和各個(ge) 設備係統。

托盤四向穿梭式自動化密集倉(cang) 儲(chu) 係統的功能架構分為(wei) ：信息管理層、調度監控層和設備執行層三個(ge) 層次；信息管理層實現物流係統的管理功能，同時還是銜接自動化物流係統與(yu) 企業(ye) 信息管理係統的接口層，這一層由物流計算機係統實現，軟件的可用性、技術的先進性與(yu) 接口的開放性尤為(wei) 關(guan) 鍵，該層對圍繞生產(chan) 組織的物流活動提供最大化的信息管理，並具備與(yu) 相關(guan) 的信息管理係統接口的能力，以確保信息的自動化和實現資料共享；調度監控層是連接信息管理層和設備控製層的紐帶；設備執行層是集成了各種執行設備的工業(ye) 控製網或專(zhuan) 用控製係統；在托盤四向穿梭式自動化密集倉(cang) 儲(chu) 係統中包括：輸送控製係統、托盤四向穿梭車、托盤貨物提升機、地麵搬運AGV、揀選設備控製係統等。托盤四向穿梭式自動化密集倉(cang) 儲(chu) 係統的倉(cang) 庫管理係統功能架構圖如下：

圖7  WMS與(yu) WCS功能圖

電氣控製技術主要指對相關(guan) 機械機構運動的控製，包括對機械部分的定位、軌跡、速度、壓力、角度等進行控製；另一個(ge) 是邏輯控製：

（a）運動控製：運動控製就是以電機與(yu) 傳(chuan) 動機構為(wei) 控製對象，通過控製器和驅動裝置，對機電係統的速度、加速度(轉矩)、位置等運動量進行控製，以滿足托盤四向穿梭車的功能和性能的要求。

（b）邏輯控製：邏輯控製是以邏輯代數為(wei) 理論基礎的一種控製思想，它遵循一定的規律，托盤四向穿梭車必須根據客戶的工藝路線設置合理的行程順序邏輯控製；

托盤四向穿梭式自動化密集倉(cang) 儲(chu) 係統中常用的電氣控製技術主要有常用傳(chuan) 感器、低壓控製電器、電動機驅動、可編程控製器、嵌入式係統和機電係統接口技術，

（1）傳(chuan) 感器：主要被用於(yu) 檢測托盤四向穿梭式自動化密集倉(cang) 儲(chu) 係統中的自身與(yu) 作業(ye) 對象、作業(ye) 環境的狀態，向控製器提供信息以決(jue) 定係統的動作。傳(chuan) 感器的精度、靈敏度和可靠性很大程度上決(jue) 定了係統性能的好壞；

（2）直流伺服電動機：就是微型的他勵直流電動機，其結構與(yu) 原理都與(yu) 他勵直流電動機相同。按磁極的種類劃分為(wei) 兩(liang) 種：一種是永磁式直流伺服電動機，它的磁極是永久磁鐵；另一種是電磁式直流伺服電動機，它的磁極是電磁鐵，磁極外麵套著他勵勵磁繞組；

（3）嵌入式係統：嵌入式係統是計算機軟件與(yu) 計算機硬件集成在一起，嵌入到應用對象內(nei) 部的計算機係統。這種係統往往與(yu) 應用對象技術，如通信技術、傳(chuan) 感技術、信號處理技術、控製技術等結合在一起，成為(wei) 嵌入式係統應用對象的控製中樞。嵌入式係統具有芯片集成度高、硬件軟件最小化、高度自動化、響應速度快以及性能可靠等基本特點，特別適合於(yu) 要求實時和多任務的場合。從(cong) 應用角度考察，目前相當一部分嵌入式產(chan) 品都具有3c融合特征，即計算機（computcr）、通信(Communication)和消費電子(Consume Electronic)一體(ti) 化；

（4）機電一體(ti) 化接口技術：托盤四向穿梭式自動化密集倉(cang) 儲(chu) 係統的性能在很大程度上取決(jue) 於(yu) 接口性能。各子係統之間的接口性能成為(wei) 判斷係統整體(ti) 性能好壞的決(jue) 定性因素。接口技術的研究對象正是機電自動化係統中的各種接口。機電接口包括硬件接口和軟件接口兩(liang) 大類。硬件接口主要在於(yu) 係統之間或人與(yu) 係統之間建立物理連接，為(wei) 信息和能量的輸入／輸出、傳(chuan) 遞和轉換提供物理通道。軟件主要是提供係統信息交互、轉換、調整的方法和過程，協調和綜合機電組成技術，使各子係統集成並融合為(wei) 一個(ge) 整體(ti) ，實現新的功能。機電係統的接口根據輸入／輸出的關(guan) 係，可以分為(wei) 人機接口、機電接口、機械接口、電氣接口和軟件接口(信息接口)；

（a）人機接口是主要解決(jue) 人與(yu) 機電係統之間的接口。通過人機接口，可以向係統輸入操作指令，計算機的處理信息、報警信號、係統的運行狀態等都需要通過顯示器的輸出傳(chuan) 遞給操作者，便於(yu) 操作者監視係統的運行狀態，控製其運行過程。人機接口是雙向互動的。接口硬件包括輸入／輸出設備，人機輸入接口主要有；鍵盤鼠標、掃描儀(yi) 、照相機、撥碼盤、觸摸屏、開關(guan) 和旋鈕、虹膜識別、手寫(xie) 輸入、指紋識別、麵部識別和聲音識別等；人機輸出接口主要有；觸模屏、LED、LCD顯示屏、打印機、數碼管、指示燈和音響等；

（b）機電接口主要解決(jue) 動力源與(yu) 驅動裝置之間的能量轉換接口。機電係統中的驅動裝置有各種交、直流電動機，液壓執行裝置，氣動執行裝置（機械手）和其他新型執行裝置。驅動這些裝置需要用到機電接口。托盤四向穿梭式自動化密集倉(cang) 儲(chu) 係統中存在一定的輸送線、提升機、疊碼盤機、機械手等多種物流配置設備，內(nei) 部的運動機構及其係統的工作方式和原理也是多種多樣，要實現各類設備的合理配置與(yu) 兼容，機電接口的設計也稱為(wei) 了項目案例成功與(yu) 否的關(guan) 鍵要素；

（c）電氣接口主要解決(jue) 控製係統與(yu) 驅動係統、驅動係統與(yu) 傳(chuan) 感器、傳(chuan) 感器與(yu) 控製係統之間的接口，或解決(jue) 外部裝置與(yu) 計算機之間的硬件接口。也就是說，電氣接口將傳(chuan) 感器輸出的信號進行轉換，輸入到控製係統中，將控製係統輸出的數字量信號轉換為(wei) 驅動係統所需要的信號；這些信號的轉換都是通過軟件進行的；這個(ge) 也是托盤四向穿梭車電氣模塊化設計的關(guan) 鍵之一。電氣接口劃分為(wei) 輸入接口和輸出接口兩(liang) 種類型。輸入接口包括開關(guan) 量、數字量和模擬量這三種輸入接口。輸入接口的功能就是將傳(chuan) 感器輸出的信號經過信號放大、調製與(yu) 解調、濾波、限幅和A／D轉換等一係列操作，將輸入信號轉換成數字信號輸入到計算機中，在這個(ge) 轉換過程中，要解決(jue) 電平和量程匹配；輸出接口輸出數字量，經過電氣隔離、D／A轉換和功率放大，送到執行機構；

（d）軟件接口主要解決(jue) 不同總線、不同程序之間的信息格式轉換。例如，ISA總線與(yu) USB總線的轉換、windows下的設備驅動程序、不同語言之間的混合編程等；

（e）機械接口技術是主要解決(jue) 執行機構和驅動係統之間的接口。機械接口有零接口和被動接口兩(liang) 種。零接口直接將執行機構和驅動係統連接，不進行能量和運動的變換，本係統中存在輸送線與(yu) 提升機、輸送線與(yu) 地麵AGV、提升機內(nei) 置運行軌道與(yu) 貨架結構軌道的對接等零接口。被動接口要進行能量的轉換和運動的變換，例如托盤四向穿梭車內(nei) 置電機驅動液壓係統形成液壓換向裝載、托盤舉(ju) 升裝置動作等，驅動電機減速器進行減速增矩構建行駛運動及運動加速度。