自动化立体仓库控制系统设计与实现
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图 !—! 堆垛机控制系统结构图
状态和供设备调度、 货位分 配、 堆 垛机运行参数给定、 故障记录统计 等程序使用。 （!） 监视立体库系统状态 对所发回的信息经 过处理在屏幕上显示堆垛机状况和位置。
! 立体库监控系统
监控系统主要完成以下任务：
・ !3 ・ （!） 处理异常情况
工业仪表与自动化装置
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56207 89:;3<=;% ， >207 -93?@!
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收稿日期： !""" # "$ # !$ 基金项目： 陕西金叶印务股份有限公司委托科研项目。 作者简介： 张建军 （%&$’ # ） ， 男， 陕西省洛南县人， 博士， 副教授； 主要从事电力电子与电力传动的教学和科研工作。
!%%" 年第 $ 期
工业仪表与自动化装置
・ $# ・
图 !—"
立体仓库电气系统总图
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［参考文献］ ［’］ 张建军 B 自动化仓库系统 （ 8. # C.） 智能控制研究 ［ *］ B 中国矿业大学博士论文 B’666B’+B ［+］ )DB -@;>:?EF .:?G:; D.<FD) -@=H@I ［-］ B’663B
中的不正常信息， 根据不同情况进行相应处理。对 重要操作、 误操作分别给出提示和告警。 （"） 堆垛机调度 用哪台堆垛机。 （$） 仓库作业管理 仓库的作业管理， 是负责合 理安排出 # 入库作业， 完成立体仓库版辊的出 # 入库 任务。 （%） 确定货位 确定货位包含 ! 层意义， 一是为 首次入库的版辊分配最佳货位 （因为可能同时存在 多个空闲的货位） ， 即首次入库货位分配； 二是要确 定待出库版辊的货位； 三是要寻找再次入库版辊的 货位， 即将再次入库的版辊放在原来的货位上。 （&） 人机交互 供操作人员查询当前系统状态 数据 （库存数据、 生产计划、 设备状态、 运行状况等） ， 人工直接干预系统的运行以处理异常情况。 按上述原则设计了控制系统控制界面， 在控制 界面中可以观察堆垛机状态、 进行联机操作和手工 （自动） 操作。联机操作只需人工填写出入库单就行 了。手工 （自动） 操作需要按照程序给出的询问与提 示用鼠标点击相应按钮来完成。对重要操作、 误操 作分别给出提示和告警。 根据存 # 取货任务、 货位给定、 堆垛机状态、 堆垛机工作方式、 通讯线路状态决定使
: 概述
陕西金叶印务股份有限公司立体仓库是存放印 刷生产线版辊的仓储系统， 主要由货架、 堆垛机、 堆 垛机控制系统、 仓库监控及管理系统等部分组成。 其中： 货架共设三巷道， 每巷分左、 右两排架， 每架 共 **" 货位， 每巷道配双立柱双货叉堆 %" 层、 %% 列， 垛机 % 台。 堆垛机的控制任务由 ,-. 来完成。仓库监控 及管理的任务由一台 ,D;H9=K ! 工业控制计算机及 相应软件来完成。监控系统主要完成信息采集、 图 表显示、 状态监视、 设备调度、 异常情况处理、 人机交 互、 货位分配、 远程控制、 故障诊断、 通信管理等功 能。数据库管理系统主要完成入库处理、 出库处理、 库存管理、 文档管理、 货位管理、 在线查询、 报表生成
! 系统特点和运行结果
该系统的设计和实现的主要特点在于： 采用了工业控制计算机与 ()* 构成的二级 ’） 网络， 充发发挥了计算机集散系统分散控制， 集中管 理的优越性。 由于设计时， 充分考虑了工业现场严重干扰 +） 的各种可能性及其相应对策， 例如变压器隔离、 开关 电源、 光电隔离器、 继电器隔离、 接地、 ,-. 滤波器、 强弱电布线远离、 屏蔽等技术的合理运用， 使得系统 具有较强的抗干扰能力和较高的可靠性。 全部采用国内外优质元器件， 使系统的可靠 !）
・ +* ・
工业仪表与自动化装置
!""% 年第 + 期
自动化立体仓库控制系统设计与实现
张建军% ， 王立波!
（%( 西安科技学院自动化系， 西安 ’%""$)； 西安 ’%""%*） !( 陕西金叶印务股份有限公司， 要］ 本文介绍的自动化立体仓库控制系统采用由一台工业控制计算机和 + 台 ,-. 组成 的集散型控制网络， 实现了集监控、 调度、 诊断、 货位分配、 堆垛机运行参数给定等功能于一体的自 动化立体仓库控制系统和堆垛机控制系统以及立体仓库数据库管理系统。工业现场运行证明了这 种设计、 控制思路的先进性。 ［关键词］ 立体仓库； 集散型控制系统； 堆垛机 ［中图分类号］ （!""%） /0!’+ 1 ($ ［文献标识码］ 2 ［文章编号］ %"""3"*4! "+3""+*3"+ ［摘
+AA’ 年第 ! 期
检查判别立体库系统状态
性得到充分保证。 所设计的堆垛机的三种操作方式— — —全自动 "） （联机） 、 半自动 （单机） 和手动 （维修） 。满足了正常、 故障、 维修、 应急等各种情况的需要。 操作回路采用低压 （+"/） 供电， 保障了人身安 $） 全。为保证机械设备安全， 在 0、 、 三个方向的两 1 2 端分别设置了光电、 行程开关及机械挡块等三重保 护。 满足了现场所要求 %） ! 台堆垛机软硬件一致， 的互换性需求。 设计了集监控、 调度、 诊断、 货位分配、 堆垛机 &） 运行参数给定等于一体的控制系统， 满足了立体库 信息采集与处理、 系统状态监视、 异常情况处理、 堆 垛机调度、 货位管理与分配、 人机交互等方面的要 求， 收到良好效果。 设计了基于 45221 理论的堆垛机闭环控制 3） 器， 缩短了定位时间， 提高了定位精度和系统的稳定 性与可靠性。 数据库管理系统的设计使 .7) 与 899:;; 取 6） 长补短。减少了设计时间， 便于修改、 移植、 推广， 便 于与 <=>:?=:>、 网络进行通信。在线操作与离 <=>?@=:>， 线操作相结合， 使数据库的安全性、 完整性、 一致性、 可维护性、 方便性得到充分保证。 友好的人机操作界面保持了与堆垛机控制 ’A） 面板的一致性， 减少了误操作的可能。各种提示、 告 警、 帮助系统保证了立体库系统的安全性。操作简 单、 快捷、 便利， 即学即会， 体现了 “傻瓜” 型的设计初 衷。 该系统自 ’666 年 3 月使用以来， 运行一直非常 稳定， 可靠性方面已经达到了较高水平， 使这座立体 仓库在陕西金叶印务公司的生产中发挥了重要的作 用， 取得了良好的社会和经济效益。
（"） 采集立体库系统状态数据 立体库系统状 态 的 信 息 主 要 有 两个来源， 一是堆垛机控制器在执 行每一次操作时 都 要 向 上 位 机 返 回系 统 状 态 信 息， 即发回状态报 告。所 发 回 的 状 态 报 告 包 括 操 作 命令的当前执行情况、 堆垛机设备 当前状态、 堆垛机当前位置、 操作 命令的完成、 取消或修正、 操作故 障情况等。 立体 库 系 统 状 态 信 息 的 另 一 来源， 是通过堆垛机位置传 感 器、 检测元件得到的。 这些 信 息 放 在 动 态 数 据 库 中 供监控系统随时 掌 握 系 统 运 行 的
;
系统构成
笔者研制的陕西金叶印务股份有限公司立体仓 库电气系统总框图如图 !—% 所示。其中堆垛机控 制系统如图 !—! 所示。设计了 + 种操作方式— — — 全自动 （联机） 、 半自动和手动。正常情况下使用全 自动方式， 这时， + 台堆垛机都由上位计算机控制， 只需人工在上位计算机上输入入库单 N 出库单， 其余 的工作都由控制系统自动完成。当通讯线路故障或 上位机故障时， 为了不影响生产， 可采用半自动单机 工作方式。半自动单机工作方式需要人工选择堆垛 机并在堆垛机操作面板上键入 W （架号） 、 （ 位号） 、 5 （层号） 参数， 按动相应 （存 N 取货、 确认、 运行等） 命 X 令键， 堆垛机在 ,-. 控制下自动完成相应任务； 半 自动单机工作方式时， 堆垛机出 N 入车库也需要人工 在堆垛机操作面板上键入相应 （出库、 入库、 确认、 运 行） 命令键。手动操作主要是考虑到维修的需要， 比 如堆垛机上的 ,-.、 变频器故障， 这时， 堆垛机的运 行完全靠人工操作堆垛机操作面板上的开关、 按钮 来完成。
状态和供设备调度、 货位分 配、 堆 垛机运行参数给定、 故障记录统计 等程序使用。 （!） 监视立体库系统状态 对所发回的信息经 过处理在屏幕上显示堆垛机状况和位置。
! 立体库监控系统
监控系统主要完成以下任务：
・ !3 ・ （!） 处理异常情况
工业仪表与自动化装置
!"# $#%&’( )($ *#)+&,)-&.( ./ )( 01 2 31 4.(-*.+ %5%-#6
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收稿日期： !""" # "$ # !$ 基金项目： 陕西金叶印务股份有限公司委托科研项目。 作者简介： 张建军 （%&$’ # ） ， 男， 陕西省洛南县人， 博士， 副教授； 主要从事电力电子与电力传动的教学和科研工作。
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: 概述
陕西金叶印务股份有限公司立体仓库是存放印 刷生产线版辊的仓储系统， 主要由货架、 堆垛机、 堆 垛机控制系统、 仓库监控及管理系统等部分组成。 其中： 货架共设三巷道， 每巷分左、 右两排架， 每架 共 **" 货位， 每巷道配双立柱双货叉堆 %" 层、 %% 列， 垛机 % 台。 堆垛机的控制任务由 ,-. 来完成。仓库监控 及管理的任务由一台 ,D;H9=K ! 工业控制计算机及 相应软件来完成。监控系统主要完成信息采集、 图 表显示、 状态监视、 设备调度、 异常情况处理、 人机交 互、 货位分配、 远程控制、 故障诊断、 通信管理等功 能。数据库管理系统主要完成入库处理、 出库处理、 库存管理、 文档管理、 货位管理、 在线查询、 报表生成
! 系统特点和运行结果
该系统的设计和实现的主要特点在于： 采用了工业控制计算机与 ()* 构成的二级 ’） 网络， 充发发挥了计算机集散系统分散控制， 集中管 理的优越性。 由于设计时， 充分考虑了工业现场严重干扰 +） 的各种可能性及其相应对策， 例如变压器隔离、 开关 电源、 光电隔离器、 继电器隔离、 接地、 ,-. 滤波器、 强弱电布线远离、 屏蔽等技术的合理运用， 使得系统 具有较强的抗干扰能力和较高的可靠性。 全部采用国内外优质元器件， 使系统的可靠 !）
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工业仪表与自动化装置
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自动化立体仓库控制系统设计与实现
张建军% ， 王立波!
（%( 西安科技学院自动化系， 西安 ’%""$)； 西安 ’%""%*） !( 陕西金叶印务股份有限公司， 要］ 本文介绍的自动化立体仓库控制系统采用由一台工业控制计算机和 + 台 ,-. 组成 的集散型控制网络， 实现了集监控、 调度、 诊断、 货位分配、 堆垛机运行参数给定等功能于一体的自 动化立体仓库控制系统和堆垛机控制系统以及立体仓库数据库管理系统。工业现场运行证明了这 种设计、 控制思路的先进性。 ［关键词］ 立体仓库； 集散型控制系统； 堆垛机 ［中图分类号］ （!""%） /0!’+ 1 ($ ［文献标识码］ 2 ［文章编号］ %"""3"*4! "+3""+*3"+ ［摘
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检查判别立体库系统状态
性得到充分保证。 所设计的堆垛机的三种操作方式— — —全自动 "） （联机） 、 半自动 （单机） 和手动 （维修） 。满足了正常、 故障、 维修、 应急等各种情况的需要。 操作回路采用低压 （+"/） 供电， 保障了人身安 $） 全。为保证机械设备安全， 在 0、 、 三个方向的两 1 2 端分别设置了光电、 行程开关及机械挡块等三重保 护。 满足了现场所要求 %） ! 台堆垛机软硬件一致， 的互换性需求。 设计了集监控、 调度、 诊断、 货位分配、 堆垛机 &） 运行参数给定等于一体的控制系统， 满足了立体库 信息采集与处理、 系统状态监视、 异常情况处理、 堆 垛机调度、 货位管理与分配、 人机交互等方面的要 求， 收到良好效果。 设计了基于 45221 理论的堆垛机闭环控制 3） 器， 缩短了定位时间， 提高了定位精度和系统的稳定 性与可靠性。 数据库管理系统的设计使 .7) 与 899:;; 取 6） 长补短。减少了设计时间， 便于修改、 移植、 推广， 便 于与 <=>:?=:>、 网络进行通信。在线操作与离 <=>?@=:>， 线操作相结合， 使数据库的安全性、 完整性、 一致性、 可维护性、 方便性得到充分保证。 友好的人机操作界面保持了与堆垛机控制 ’A） 面板的一致性， 减少了误操作的可能。各种提示、 告 警、 帮助系统保证了立体库系统的安全性。操作简 单、 快捷、 便利， 即学即会， 体现了 “傻瓜” 型的设计初 衷。 该系统自 ’666 年 3 月使用以来， 运行一直非常 稳定， 可靠性方面已经达到了较高水平， 使这座立体 仓库在陕西金叶印务公司的生产中发挥了重要的作 用， 取得了良好的社会和经济效益。
（"） 采集立体库系统状态数据 立体库系统状 态 的 信 息 主 要 有 两个来源， 一是堆垛机控制器在执 行每一次操作时 都 要 向 上 位 机 返 回系 统 状 态 信 息， 即发回状态报 告。所 发 回 的 状 态 报 告 包 括 操 作 命令的当前执行情况、 堆垛机设备 当前状态、 堆垛机当前位置、 操作 命令的完成、 取消或修正、 操作故 障情况等。 立体 库 系 统 状 态 信 息 的 另 一 来源， 是通过堆垛机位置传 感 器、 检测元件得到的。 这些 信 息 放 在 动 态 数 据 库 中 供监控系统随时 掌 握 系 统 运 行 的
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系统构成
笔者研制的陕西金叶印务股份有限公司立体仓 库电气系统总框图如图 !—% 所示。其中堆垛机控 制系统如图 !—! 所示。设计了 + 种操作方式— — — 全自动 （联机） 、 半自动和手动。正常情况下使用全 自动方式， 这时， + 台堆垛机都由上位计算机控制， 只需人工在上位计算机上输入入库单 N 出库单， 其余 的工作都由控制系统自动完成。当通讯线路故障或 上位机故障时， 为了不影响生产， 可采用半自动单机 工作方式。半自动单机工作方式需要人工选择堆垛 机并在堆垛机操作面板上键入 W （架号） 、 （ 位号） 、 5 （层号） 参数， 按动相应 （存 N 取货、 确认、 运行等） 命 X 令键， 堆垛机在 ,-. 控制下自动完成相应任务； 半 自动单机工作方式时， 堆垛机出 N 入车库也需要人工 在堆垛机操作面板上键入相应 （出库、 入库、 确认、 运 行） 命令键。手动操作主要是考虑到维修的需要， 比 如堆垛机上的 ,-.、 变频器故障， 这时， 堆垛机的运 行完全靠人工操作堆垛机操作面板上的开关、 按钮 来完成。