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郵包自動(dòng)化立體倉庫的控制與管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

作者：胡赤兵 蘆俊 梅麗文 鄔再新

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摘要：把自動(dòng)化立體倉庫技術(shù)應(yīng)用到郵包流通領(lǐng)域，以工作站、檔案服務(wù)器構(gòu)成基于客戶／服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)(C／S體系)的倉庫管理信息系統(tǒng)，以監(jiān)控機(jī)為中位機(jī)控制下位各搬運(yùn)設(shè)備實(shí)現(xiàn)郵包出入庫的全自動(dòng)化作業(yè)。詳細(xì)介紹了郵包自動(dòng)化立體倉庫的概況及其控制與管理系統(tǒng)，并就系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、功能設(shè)計(jì)及軟件開發(fā)提出可實(shí)現(xiàn)的方法。
關(guān)鍵詞：郵包自動(dòng)化立庫；客戶／服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)；分布式控制；數(shù)據(jù)庫

1引 言

自動(dòng)化立體倉庫是物料搬運(yùn)、倉儲(chǔ)科學(xué)的一門綜合科學(xué)技術(shù)工程，它以高層立體貨架為主要標(biāo)志，以成套先進(jìn)搬運(yùn)設(shè)備為基礎(chǔ)、以先進(jìn)的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)為主要手段，高效率的利用空間、時(shí)間和人力進(jìn)行出入庫處理。把自動(dòng)化立體倉庫技術(shù)應(yīng)用到郵包流通領(lǐng)域中，能極大地提高郵包流通效率，減輕工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

2郵包自動(dòng)化立體倉庫

郵包自動(dòng)化立體倉庫由高層立體存放架、出入庫搬運(yùn)機(jī)和信息處理裝置部分組成。倉庫的平面布置，如圖1所示。

前后工作站A和B負(fù)責(zé)郵包和貨格信息管理及郵包出入庫管理。工作站A處理柜臺(tái)上的顧客寄取郵包業(yè)務(wù)，工作特點(diǎn)是隨機(jī)作業(yè)。工作站 B 處理運(yùn)入或運(yùn)出立體倉庫的批量郵包，工作特點(diǎn)是郵包間歇地、批量地入庫或出庫。工作站A、B和檔案服務(wù)器構(gòu)成客戶／服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)郵包和貨格信息共享。入庫時(shí)，工作站記錄下郵包編號(hào)、寄件人地址與姓名等郵包主要信息，并從服務(wù)器貨格數(shù)據(jù)庫中分配空的貨格給郵包；出庫時(shí)工作站根據(jù)郵包特征從檔案服務(wù)器查到郵包所在貨位地址。監(jiān)控機(jī)溝通工作站與分配車、堆垛機(jī)的聯(lián)系，接受工作站指令，監(jiān)控分配車和堆垛機(jī)完成郵包出入庫作業(yè)。入庫時(shí)分配車將郵包轉(zhuǎn)送到指定的堆垛機(jī)，堆垛機(jī)到達(dá)指定的貨格后，由機(jī)械手將郵包送入貨格。出庫過程與上述過程相反。

由于郵包大小、形狀和包裝材料各不相同，用一般的機(jī)械手存取方式難以實(shí)現(xiàn)，所以采用郵包托盤化的方法,根據(jù)郵局對(duì)郵包的多年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，把郵包按尺寸分成大、中、小三類，一類郵包配置同一規(guī)格的托盤。通過對(duì)托盤的存取來實(shí)現(xiàn)對(duì)郵包的存取。該自動(dòng)化立體倉庫具有自動(dòng)分揀的功能。入庫時(shí)郵包在立體倉庫內(nèi)體倉隨機(jī)布置，出庫時(shí)由工作站查詢出發(fā)往同一地區(qū)的所有郵包貨位地址，依據(jù)貨位地址將這一批郵包出庫，而不需在入庫前專門進(jìn)行分揀處理。
圖3監(jiān)控機(jī)與PLC的信息交換

監(jiān)控機(jī)與PLC采用主從式通信方式，PLC只對(duì)監(jiān)控機(jī)的命令進(jìn)行響應(yīng)，而不主動(dòng)發(fā)送數(shù)據(jù)。在分配車與堆垛機(jī)處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，監(jiān)控機(jī)要實(shí)時(shí)地對(duì)它們的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行查詢，以決定下一步的工作。由于監(jiān)控機(jī)是多任務(wù)實(shí)時(shí)操作，在控制下位機(jī)的同時(shí)還要接收管理級(jí)發(fā)來的數(shù)據(jù)，所以采取定時(shí)中斷方式每隔一定時(shí)間對(duì)分配車和堆垛機(jī)的工作狀態(tài)進(jìn)行一次查詢。監(jiān)控機(jī)發(fā)送命令字程序，如圖4所示。

圖4監(jiān)控機(jī)命令發(fā)送程序

在沒有信息通信時(shí)，下位機(jī)PLC完全投入對(duì)堆垛機(jī)和分配車的控制。為滿足實(shí)時(shí)性要求下位機(jī)以中斷方式與控制臺(tái)通信，監(jiān)控機(jī)呼叫時(shí)進(jìn)入中斷系統(tǒng)，通信完成后返回主程序。下位機(jī)中斷接收程序，如圖5所示。監(jiān)控機(jī)與上、下位機(jī)通信接口方式有RS232C和RS422兩種，通信方式依通信距離而定。

圖5下位機(jī)接收中斷程序

3.2堆垛機(jī)控制

堆垛機(jī)控制設(shè)計(jì)為手動(dòng)、半自動(dòng)和全自動(dòng)控制3種。全自動(dòng)控制是由監(jiān)控機(jī)發(fā)送作業(yè)命令和地址給堆垛機(jī)，而后堆垛機(jī)響應(yīng)執(zhí)行。運(yùn)行中，監(jiān)控機(jī)對(duì)堆垛機(jī)運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控。手動(dòng)、半自動(dòng)控制是由操作員直接在堆垛機(jī)操作面板上設(shè)定作業(yè)命令和地址。在實(shí)際運(yùn)行中以全自動(dòng)控制為主，手動(dòng)、半自動(dòng)控制作為維修和調(diào)試的輔助手段。

在堆垛機(jī)控制系統(tǒng)中，PLC對(duì)堆垛機(jī)的控制有：

(1)作業(yè)命令設(shè)置。確定作業(yè)狀態(tài)，全自動(dòng)還是手動(dòng)、半自動(dòng)；確定作業(yè)指令，取郵包還是存郵包；確定作業(yè)地址，行地址、列地址和層地址；
(2)位置計(jì)數(shù)控制。沿著堆垛機(jī)的行進(jìn)方向和載貨臺(tái)的升降方向設(shè)置認(rèn)址片，PLC通過檢測認(rèn)址片來判斷堆垛機(jī)位置和載貨臺(tái)位置。每經(jīng)過一個(gè)認(rèn)址片，認(rèn)址系統(tǒng)計(jì)一次數(shù)。到達(dá)預(yù)定認(rèn)址片時(shí)，堆垛機(jī)自動(dòng)停車。
(3)定位減速控制。在減速定位階段為滿足定位的快速性和準(zhǔn)確性，作者引入了模糊控制方法，根據(jù)位置估算和點(diǎn)位反饋，實(shí)現(xiàn)減速控制和定位。這種方法不需要建立堆垛機(jī)的精確數(shù)學(xué)模型，對(duì)堆垛機(jī)參數(shù)變化不敏感，并能提供一種適應(yīng)性強(qiáng)的減速控制規(guī)律。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明定位偏差可控制在允許誤差范圍內(nèi)。
(4)位置校驗(yàn)與定位檢測控制。堆垛機(jī)到位后，認(rèn)址系統(tǒng)進(jìn)行認(rèn)址片編碼校驗(yàn)和定位精度檢測，定位偏差超出允許誤差范圍時(shí)，由PLC控制回位，三次校正仍不能停準(zhǔn)則報(bào)警。
(5)安全保護(hù)控制。水平行走、載貨臺(tái)升降及貨叉伸縮等都有限位保護(hù)。
(6)此外還有位置顯示控制、工作故障報(bào)警控制等。

堆垛機(jī)控制程序按其實(shí)現(xiàn)功能可分為幾個(gè)主要的子程序，主程序與主要子程序段之間的調(diào)用關(guān)系，如圖6示。

圖6主、子程序間的調(diào)用關(guān)系

3.3倉庫管理信息系統(tǒng)

工作站的管理信息功能主要有郵包信息管理和貨位管理，郵包信息管理是將郵包的主要信息，如郵包編號(hào)、收件人地址與姓名、貨位地址、入出庫日期等必要數(shù)據(jù)存儲(chǔ)起來，以在數(shù)據(jù)處理時(shí)提供使用。貨位管理是對(duì)倉庫中的貨位狀態(tài)進(jìn)行管理，制定空貨位表，為需要入庫的郵包提供最佳貨格地址。貨位管理的原則主要遵循郵包均勻分布、“就近入庫”及對(duì)貨架受載有利的原則。管理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則是按照郵局對(duì)郵包信息的原有管理模式，采用模塊化設(shè)計(jì)，，按系統(tǒng)功能要求分為入庫模塊、出庫模塊、盤庫模塊、維護(hù)模塊、查詢模塊、統(tǒng)計(jì)匯總模塊、通用打印模塊和貨位管理模塊。系統(tǒng)要求操作方便，界面友好，有保證數(shù)據(jù)安全的措施等。

4結(jié)束語

該郵包自動(dòng)化立體倉庫系統(tǒng)，在對(duì)郵包和倉庫信息進(jìn)行科學(xué)管理的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)郵包出入庫的自動(dòng)化作業(yè)，目前國內(nèi)尚未有將自動(dòng)化立體倉庫技術(shù)成功地應(yīng)用于郵包流通領(lǐng)域的例子。此項(xiàng)技術(shù)值得在郵包領(lǐng)域的推廣應(yīng)用。

作者簡介：
胡赤兵，男，1952年生，甘肅工業(yè)大學(xué)（蘭州市 730050）機(jī)電工程系副教授，從事機(jī)械制造和機(jī)電一體化的教學(xué)和科研工作。完成國家和部省級(jí)科技攻關(guān)項(xiàng)目9項(xiàng)，獲部省級(jí)科技進(jìn)步成果二等獎(jiǎng)2項(xiàng)，三等獎(jiǎng)1項(xiàng)，發(fā)表論文26篇。

作者單位：甘肅工業(yè)大學(xué)(蘭州 730050)

參考文獻(xiàn)
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  本文關(guān)鍵詞：自動(dòng)化立體倉庫的控制與管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：102171