基于PLC的具有分拣功能的自动化立体仓库设计.pdf

4 2 工业仪表与 自动化装置 2 0 1 0年第 5期 基 于 P LC 的具有分 拣 功 能 的 自动化 立体仓 库设计 岳长进 ， 何露雅， 韩丹， 刘俊武 哈 尔滨工业大学， 哈尔滨 1 5 0 0 0 1 摘要 随着我国经济的高速发展 ， 铁路、 公路货物集散 中心陆续出现， 货物流通趋 于小批量、 多 品种和准时制 ， 各类配送存储 中心的货物分拣任务十分艰 巨。我 国 目前 多数 配送存储 中心都是人 工分拣 ， 这种方式无法满足大规模存取配货的要求。而以往的 自动化仓库 中仅仅针对于一种货物 的储存和管理 ， 为此该文提 出了一种具有 自动分拣能力的 自动化立体仓库的设计。系统中使用条 码扫描装置来识别货物 ， 整个操作过程可以通过触摸屏 来控制， 大大提 高了系统的 自动化水平。 关键词 自动分拣 ； 自动化立体仓库 ； 条码扫描 ； 触摸屏 中图分类号 T P 2 7 1 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 0 0 6 8 2 2 0 1 0 0 5 0 0 4 2 0 3 De s i g n o f s o r t i ng AS ／RS b a s e d o n PLC Y U E C h a n g j i n ， H E L u y a ， H A N D a n ，L I U J u n w u Ha r b i n I n s t i t u t e o fT e c h n o l o g y ， H a r b i n 1 5 0 0 01 ， C h i n a Abs t r a c t W i t h Ch i n a S r a p i d e c o n o mi c d e v e l o p me n t ，r a i l wa y s a n d r o a d c a r g o d i s t r i b u t i o n c e n t e r s a r e a p p e a ri n g i n s u c c e s s i o n ．G o o d s c i r c u l a t i o n t e n d s t o b e i n s m a l l b a t c h ， w i t h m u l t i v a r i e t i e s a n d j u s t - i n-t i me ．I t i s a t o u g h t a s k f o r s t o r a g e a n d d i s t r i b ut i o n c e nt e r t o s o r i v a r i o us k i n d s o f g o o d s ． Ma n u a l s o r t i n g i s a d o pt e d a t p r e s e n t i n mo s t o f t h e s t o r a g e a n d d i s t r i b ut i o n- c e nt e r s o f Ch i n a，wh i c h c a n t me e t t he r e q u i r e m e n t s o f l a r g e - s c a l e s t o r a g e a n d d i s t r i b u t i o n ．S o o b j e c t i v e l y i t i s n e c e s s a r y t o d e v e l o p a n A u t o m a t e d S t o r a g e a n d Re t ri e v a l S y s t e m AS ／ R Sw i t h t h e a b i l i t y t o s o r t ．B a r c o d e s c a n n i n g d e v i c e i s u s e d t o i - d e n t i f y t he g o o ds i n t h i s s y s t e m a n d t h e e n t i r e o p e r a t i o n c a n b e c o n t r o l l e d t h r o u g h t h e t o u c h s c r e e n，i t g r e a t l y i mp r o v e s t h e a ut o ma t i o n l e v e 1 ． Ke y wo r ds s o rti n g；AS ／RS；b a r c o de s c a n n i n g；t o u c h s c r e e n 0 引言 自动化立体仓库不仅具有节省用地 、 减轻劳动 强度 、 提高物流效率 、 降低储运损耗 、 减少流动资金 积压等功能 ， 而且在沟通物流信息 、 衔接产需 、 保证 生产均衡 、 合理利用资源 、 进行科学储备与生产经营 决策等方而发挥着独特的作用。在以往 的自动化仓 库中仅仅针对于一种货物 的储存和管理 ， 而随着我 国经济的高速发展 ， 铁路 、 公路货物集散 中心陆续出 现 ， 销售领域内批发零售仓库已率先 向配送 中心发 展 ， 而且不少配送中心 的商品 日处理量已超过 5万 收稿 日期 2 0 1 0 0 5 1 2 作者简介 岳长进 1 9 8 5 男 ， 哈尔滨工业大学硕士 生 ， 研 究方 向 为信号检测与工业过程控制 。 箱 ， 客观上具备了导入带有 自动分拣能力的 自动化 立体仓库迫切需求 。为此笔者对具有 自动分拣能力 的 自动化立体仓库进行 了设计 。 l 系统概述 图 1为自动化立体仓库系统结构图。 整 个 系统 主 要 由全 向激 光 扫描 器 、 分 拣 机、 货架 、 堆 垛 机 、 传 送带 和 控制 系 统 组成 。分 为 自 图1 自 动化立体仓库 动和手动 2种操作 方式。 系统结构图 采用的是单元货架 仓库 ， 其特点是货架沿仓库的宽度方 向分成若干排 ， 每 2 排成一组 ， 其 间有一条巷道 ， 用堆跺机或其他仓储 2 0 1 0年第 5期 工业仪表与 自动化装置 4 3 机械作业 ， 每排货架沿长度方 向分成若 干列 ， 沿垂 直方向分成若 干层 ， 从 而形 成 大量 的货格 。系统 设置了 A， B， C， D四个堆垛 区 ， 每个垛 区又由 8排 4组组成 ， 记 为 1 ， 2 ， 3， 4， 物品 由输 入 E l 进入 ， 在 自 动模式下 ， 经过条 码扫描 产生 的地址 不断地 随货 物进行传递 ， 所 以仅需进 行一 次扫描从 而节 省 了 成本。货物通过传 送带 先后到 达 A， B， C， D四个 堆垛区， 在到达 每个堆垛 机前都 会有货 物传 感器 发 出信号 ， 此 时相 应垛 区人 口处 的顶 升轮 动作把 货物送入相 应的垛 区入 口的传送 带上 ， 完成 第一 次分拣 。然后进 入此垛 区 内部 ， 采用 同样 的方式 进行组分拣 ， 这时货物被放在堆垛机上 ， 堆垛机按 照地址要求把物 品放在相应 的货格 内。当 出库时 堆垛机把货物取 出放人输 出传送 带 即可 。在整个 流程 中库存情 况 、 报 警功 能 以及 手动操 作部 分都 在触摸屏上实现 。 2 整个 系统的构成 与功能 2 ． 1 条码扫描设备与扫描过程 采用 O p t i c o n O P M 1 7 3 6全向激光扫描器作为扫 描装置。当货物进入仓库 时， 在入 口处进行条码扫 描， 完成对货物的识别和地址的产生 。而货物在仓 库 内运动的过程中， 同样需要对货物进行监控和定 位 。不过 ， 如果处处都设 置这样 的条码扫描器必然 增加分拣和码放部分 的输入 ， 使对系统的硬件要求 加大， 增加了系统成本。由于货物在系统 中是按照 一 定规律运动的 ， 只要在各关键位置 增加货物传感 器 ， 并编人适当的算法 ， 就可以对货物的运动进行跟 踪 ， 分别记 录它们 的地址 ， 以达 到准确 的监控 和定 位 。 2 ． 2 货物的分拣装置及分拣过程 采用顶升轮式分拣机进行分拣作业 ， 在每个堆 垛区口和分组入 口， 都有一个顶升轮分拣机 ， 当货物 到达分拣机前方时 ， 由货物传感器感应并发出信号 ， 如果货物需要被分拣 ， 顶升轮分拣机的分拣轮转动 并升起 ， 把货物分拣到支路传送带上 。如果货物不 需要被分拣 ， 顶升轮分拣机的分拣轮将不动作， 货物 就仍然在原传送带上行进 。如果经过 3个垛区都没 有被分拣则是第 4垛 区的。进入垛区后再进行相应 组的分拣 ， 其原理相同。图 2为进入垛 区分拣示意 图 I _ f 扫 5 器 土 豳囱圃 图 2 进入垛 区分拣示意 图 2 ． 3 货 物 的码放 在系统设计 中的单元货架仓库为 8排 8列 4层 结构 ， 每组都有 自己的堆垛机。图 3为全 自动三维 堆垛机的示意图。其中 1 为升降电动机， 2为货叉 ， 3 、 6为传动丝杠 ， 4为货 品， 5为货格 ， 7为行走 电动 机 。 图 3三维 堆垛 机不 蒽 图 货物托架可 由电机控 制在 、 l ， 、 z三个方 向上 进行运动。当把货 物运送 到指定 的 、 y 、 z坐标后 再迅速返 回。堆垛机托架在运动的过程 中， 需要对 自身进行定位 ， 以准确辨认 目标货格 ， 及时迅速准确 地开始或停止运动。这里 ， 采用限位 开关作为托架 运动时的定位信号。当走过一个货格时 ， 限位开关 动作一次 ， 这样的动作或变化将被记录下来 ， 用来对 堆垛机托架进行定位。 2 ． 4货物的出库 货物的出库运送相对简单 ， 不需要分拣部分 ， 只 需根据人工要求把某一类货物从货格上取下 ， 并 由 出库传送带运送至出口即可。取下货物依 旧由三维 堆垛机来完成 ， 动作过程与放人货物是完全一样的。 其中人工要求 的输入部分依靠人工监控和手动操作 的人机界面来完成 。 2 ． 5操作界面 操作界面 触摸屏 主要起到监控 、 手动操作和 报警的功能 。监控画面具有查看货物总量 ， 手动 自 动方式选择 ， 查看相应地址是否有货 ， 报警 ， 报警消 除 以及各堆 垛机运动状 态显示等功 能。如图 4所 刁 。 3系统软件设计 在整个控制过程 中， 系统首先需要确定是存货 还是取货操作 ， 如果 是存 货又分为 自动和手动产生 地址 2种 ， 得到地址后货物进入相应 的垛区和组 ， 然 后相应组的堆垛机进行存货操作 ； 如果是提货 ， 那么 在程序开始就要确定提货地址 ， 然后相应库 区的堆 4 4 工业仪表与 自动化装置 2 0 1 0年第 5期 垛机进行提货操作即可。整个过程堆垛机的动作在 触摸屏上显示出来 ， 出错后会及 时报警。如果顺利 完成操作 ， 堆垛机复位等待新的命令。系统总体软 件流程如图 5所示 。 结合起来的系统应用非常广泛， 不仅在配送中 I L , ， 而 且还在机场 、 邮政 、 大型仓库等众多场合都有着广泛 作用。该文就是把分拣和堆垛二者结合起来 ， 设计 了一整套运送和存储方案 ， 同时加人 了条码扫描装 图 4 操作界而 置和操作界 面， 使 整个 系统更加 合理和人性化。该系统对于提高 生产效率和空间利用率以及减轻 劳动强度方 面起 到很好 的作用 ， 有着很好 的应用前景 。 参考文献 [ I ] 王晓晖． 自动化立体仓库堆垛机 控制系统 的设计 [ J ] ． 制 造业 自 动化 ， 2 0 0 2 9 7 0 7 2 ． [ 2 ] 朱蕴． 分拣输送机和分拣系统 [ J ] ． 机电信息， 2 0 0 0 1 0 6 6 67． [ 3 ] 李伊松． 我国仓库现状 与 自动化 仓库技 术 物 流现 代 化 [ M] ． 北 京 机械工 业 出版 社 ， 2 0 0 0 4 3 4 J4 匝圃 t 垂 鼙 Y 、 z辅步进电机 l l Y 、Z 轴步进电机 同 时 运行到 相 应货 格I I 同 时 运 行到 相应 货 格 X 轴A 流电 机I 转 l l x轴 直流电 机正 转 深入 仓位内 部 I l 深入 仓 位内 部 丽卜 降 放 下货 物， I 1 z 轴电 机七 升 抬 起货 物． X轴} u 机反 转 l l x 轴电 机反 转带出 货 物 Y、Z轴 电机 运行到 出口 放 下货物 图 5 系统总体流程图 图6 堆垛机码放的子程序流程图 堆垛机提货存货 的子程序流程如图 6所示。 4结论 该文所设计内容已在三菱 F X 2 N主机上调试成 功。鉴于以往 自动化立体仓库的研究 中， 分拣 和堆 垛二者往往不能很好地结合起来 ， 而实际中， 将二者