堆垛机操作实验

4.2 堆垛机操作实验

一、实验目的

1、了解全自动仓储系统的组成及其仓储工作原理；

2、了解仓储管理的基本概念；

3、掌握全自动仓储系统的操作，包括自动立体仓库的入库、出库和移库的操作流程。

二、实验说明

全自动仓储系统（Automated Storage and Retrieval System，简称AS/RS），是指不需要人工直接参与处理，能自动存储和取出物料的系统，是集高架仓库及规划、管理、机械、电气和计算机等技术于一身的综合性技术。1963年建立了世界上第一座计算机控制的高架仓库，目前已广泛应用于汽车、化工、电子、机械、烟草、军队后勤等各个行业和部门。

目前自动仓储系统的功能，既可以作为单纯的存储仓库，即货物以单元化形式（如托盘）在货架上储存一定的时间，需要时出库使用，也可以作为配送中心，即根据订单要求对不同类别的货物进行选配，组成新的出库货物单元，这需要较大的选配作业面积，并配置各类输送机、分拣系统等配套设备。大型的自动仓储系统可以有5000托盘以上，中型的也有2000~5000托盘，而小型库则在2000托盘以下，目前最大库容量已达十多万个托盘。

自动仓储系统的突出优点表现在：能大幅度地减少占地面积，提高库容量；提高仓库出入库频率；提高仓库管理水平，便于清点盘库，

减少库存，节约流动资金，并防止货物老化、变质生锈；采用自动化技术，能存储特殊的货物，比如胶片等。

1、自动仓储系统的组成：

根据所存储的货物的特点，以及物流的特点，自动化仓储系统的实现形式多种多样，但基本上都包括以下几个部分：高层立体货架、堆垛机、出入库传送带、光电条码扫描仪、RFID视频标签识别装置，以及计算机控制软硬件。

（1）高层立体货架采用由钢结构组成的单元格式货架，其货格的长度为520mm，深度为450mm，高度为350mm，整个货架系统共有前后2排，分别标示为A区、B区，每排12列5层，总共有120个货位。

（2）堆垛机可进行三维空间定位，通过在货架系统内部的巷道内来回穿梭，其货台上下垂直升降，而货台上的货叉则前后伸缩，堆

垛机将货物单元自动上架和下架。堆垛机在三维空间中的x-y-z方向上的运动、定位、寻址和调速，是通过以西门子S7-200系列PLC为控制核心的计算机控制系统来完成的，该系统还包括5个红外光电认址器，实现货位的相对认址和定位，西门子MM400系列高性能交流变频调速器对传动交流电机进行调速控制，并通过现场总线与上位计算机保持通讯。

上下左右认址示意图前后认址示意图

堆垛机在水平方向每一列货架都设置2个间距为一个认址片宽度的光电认址器，总共有12个固定的认址片，堆垛机在巷道内作来回水平运动时，2个认址器跟随堆垛机一起进行高速移动，在根据计算机的定位数据找到所要定位的库位时，首先在读出第一个认址器之后，堆垛机的交流变频电机就立即由高速运动转变为低速运动，然后等两个认址器同时读到认址片后，立即停机。由于在读到第二个认址片之前，堆垛机已经处于低速运动状态，从而提高了此开环控制系统的定位精确度，减少了定位的时间。

堆垛机垂直方向上每层货位均设置有约10cm宽的认址片，并在

上下方向上设置有3个光电认址器，这3个认址器之间的间隔距离同样为一个认址片的宽度，并能跟随货台上下升降移动。取货时，当最上面的一个认址器读到认址片后，货台立即由高速转变为低速运行，并在上中两个认址器同时读到所要找的该层认址片后，立即停止运动。存货时，则是最下面的一个认址器读到认址片后，货台立即由高速转变为低速运动，并在中下两个认址器同时读到所要找的该层认址片后，立即停止运动。

堆垛机的货叉的运动则要复杂一些，由于有两排货架，所以货叉需要能够向前后两个货位叉伸，而货叉在取货时，需要先运动到货物托盘之下，这样才不至于出现货叉碰撞货物托盘的危险；而存货时，需要稍抬高货物托盘的位置，这样才能将货物托盘轻轻放置于货位上，而不至于出现货物托盘碰撞货位的危险。这就需要垂直升降电机和货叉电机配合起来控制。

货叉取货时先运动到货物托盘下方

堆垛机根据控制计算机发送过来的寻址指令进行工作，可以进行直接寻址，也就是说根据控制计算机发送过来的绝对货位地址，直接移动到目标位置，也可以采用相对寻址，也就是说根据堆垛机当前位置，以及和目标位置之间的差，控制PLC从当前位置出发，运动到目

标位置。

为了提高堆垛机的运行效率，堆垛机在巷道内作水平运动至目标货架列的同时，已经进行垂直运动，以加快垂直货架行的寻址速度。从实际的运行系统中可以看到，堆垛机并不是在完成水平运动后，再做垂直运动，而是同时进行水平和垂直方向上的复合运动，所以堆垛机的货台是做斜线运动的。

（3）入库传输带在立体仓库的左边，而出库传输带则在立体仓库的右边，货物托盘只能从入库传输带送入立体仓库，也只能从出库传输带取出立体仓库。出入库传输带都采用二级存储缓存控制，也即在前一个货物托盘等待执行操作的同时，另一个货物托盘仍然可以进行准备操作，这样设计的优点在于，货物托盘的并行执行，减少货物托盘的等待时间，提高周转率。

出入库传输带都通过反射式光电传感器对货物托盘的到来进行检测，当货物托盘经过反射式光电传感器，就会反射红外光，而被光电传感器接收到，从而触发相应的电气控制动作。

在入库传输带之前和出库传输带之后都有理货台，可以用来实现入库之前和出库之后的理货操作。

（4）为了配合计算机管理，在入库传输带之后，加装有光电条码扫描仪，以及RFID射频标签识别装置。而在货物托盘的两侧都贴有条码标签，在货物托盘内壁还贴有RFID射频标签。这些设备都是对即将入库的货物托盘进行验证，判断是否和控制计算机存储的电子入库单中的货物相同，如果不同，说明在入库传输带上误送入了其他

物品。如果其他物品送入立体仓库，则立体仓库的库存信息将和控制计算机内存储的电子信息无法吻合，由于立体仓库内部是无人操作的，库存的信息都是存储在计算机中的，所以将引起存取货物的混乱。

光电条码扫描仪和RFID射频标签识别装置都是非接触式识别装置，但是光电条码扫描仪需要条码标签运动至扫描仪正前方一定距离之内，才能够正常工作，而RFID射频标签识别装置则在其周围的一个较大的范围之内都能够正确地读取标签的数据。

（5）自动仓储系统的所有组成部分，都由一台主控计算机控制。在主控计算机上运行有仓储数据库系统程序，PLC接口程序，以及组态王工控程序。自动仓储计算机既可以作为一个单独的系统完成对自动仓储系统的控制和数据维护工作，也可以作为整个物流配送系统的仓储子系统的部分存在，而在后者系统中，主控计算机需要能够接受来自物流配送系统的配送订单的处理，并将其订单自动转化为自动仓储系统的出库单，或者进而借助捡货系统，完成配货单；另一方面，也可以通过物流配送系统网络，将仓储缺货和补货信息发送至采购环节，从而实现整个仓储及物流配送逻辑。

2、自动仓储系统的软件

主控计算机实现的软件包括数据库程序，组态王工控界面程序、PLC接口驱动程序，订单管理程序，以及物流配送系统接口程序。

（1）数据库程序存储货物的基本信息，包括货物名称、货物的条形码代码、立体仓库的货位存货信息、订单数据等。增加新的货物类型，需要在数据库中新分配货物的条形码，否则软件将不接受新的