摘  要：结合东风汽车公司配套处立体仓库的运行状况，在调查研究的基本上，设计了立体仓库的3级计算机实时控制系统及堆垛机控制系统。

关键词：立体仓库；堆垛机；自动控制系统

企业现代化生产规模的不断扩大和深化，使得仓库成为生产物流系统中的一个重要且不可缺少的环节。立体仓库正以它最小的占地面积和最佳的空间利用率，逐步替代着面积利用率极低且陈旧落后的平面仓库， 这种替代促使仓储物流业的水平提高。为满足现代化生产与流通的需要，就必须采用以计算机控制技术为主要手段组成的自动化立体仓库。

某汽车公司配套处的立体仓库始建于80年代初，采用半自动化控制方式，系统在运行过程中经常出现空货位取货、满货位存货、入库台等待、运行计数出错、起升计数出错、载货台上货物未放准、微升降超限等故障。为此，必须对该立体仓库进行自动化改造，以达到减少系统故障发生，提高系统可靠性和可维修性，提高生产率和?济效益的目的。

一、系统结构

图1 立体仓库平面布置简图

如图1，该仓库共有4个巷道2880个存贮货位，配有4台有轨巷道堆垛机²，完成货物的存取任务。配有全套输送系统，包括4台入库、4台出库链条输送机³，8台升降机⁴和一台滚道输送机⁸共同完成4个入库口，4个出库口，一个总入库口，出入库作业货箱的转接及分流任务。

仓库操作及作业方式：操作方式手动（即司机操作）半自动化作业；作业方式包括入库作业、出库作业、复合作业和盘库作业。

堆垛机技术性能：载重量为1000kg或500kg，运行速度63、30、4m/min，加速度0.5m/s²，提升速度12-16m/min或4m/min，货叉伸缩速度8.4m/min，定位精度小于10mm。

该库原来采用半自动化控制方式，系统在运行过程中经常出现空货位取货、满货位存货、入库台等待、运行计数出错、起升计数出错、载货台上货物未放准、微升降超限等故障。主要原因是自动化程度较低、控制方式落后以及由于继电器老化导致认址检测系统可靠性较差。所以，对该立体仓库进行自动化改造是势在必行。

二、设计原理及方案

在该库的大门附近新建一中央控制室⁹（如图1），配置有一台输送系统手动操作台⁷， 供立体仓库调试阶段使用。一台监控计算机⁵、 一台管理计算机⁶及其它辅助设备，完成出入库作业的指令发送、指令监控、库存管理及报表输出等任务。控制方式包括接受上级计算机控制调度，单机自动控制，司机操作和自动定位控制。还包括对检测元件和逻?控制装置的改造等。

自动化立体库的自动控制系统有集中控制、分离式控制和分布式控制三种方式。分布式控制是目前国际上发展的主要方向，本设计采用此方式，系统框图见图2。系统除货架外，还包括堆垛机、出入库输送机及联合输送机等。自动控制系统为3级计算机分布式控制系统。3级中的管理机对仓库进行在线及离线管理，中控机对通讯、流程进行控制，并进
行实时图象显示，直接控制级由PLC组成的控制器对操作机进行单机自动操作。

图2 自动控制系统结构图

1、管理机的功能

管理机是整个自动化立体库的管理核心，它包括在线管理及离线管理。功能如下：

（1）实现存取的货格管理。

（2）实现库存账目管理，具有输入、更改、汇总、查询及打印功能。

（3）具有处理实时的中文输入、更改、打印、显示功能。

（4）有关库存账目及数据资料按年、月以软盘及其他方式保存，随时可查询。

管理机的在线管理，要求货物存放必须同一品种货物先进先出，同一品种货物按巷道分布，存放顺序先下后上，下重上轻，经常流通的货物尽可能分布在巷道口。在软件处理上组成独立的功能模块，一般按大类分为出/入库操作和物资文件部分，输入/输出部分、通讯部分以及辅助部分。各大部分的功能模块由主控调度模块调用。

2、中控机的功能

中控机系统是整个立体库实现自动控制的中心，它沟通并协调管理机、堆垛机、出入库台和联合输送机的联系，控制和检测整个自动化立体库的运行。它具有以下功能：

（1）根据管理机或自身键盘的命令组织流程。

（2）监测现场设备运行情况。

（3）现场设备状态、货物流向及收发货显示。

（4）与管理机、堆垛机及现场设备通讯联系。

（5）对设备进行故障检测及查询显示。

3、直接控制器

由PLC操作的单机自动控制器直接运用于堆垛机或联合输送机的控制系统，完成单机自动控制及与上位机的通讯联系。

堆垛机的主要功能是从入库台取货口取货，然后送往指定的货格，或从指定货格取出货物，放置到出库台取货口。堆垛机控制器要实现操作控制，还必须实现拖动控制（即调速控制）、定位控制及检测保护控制。

三、堆垛机控制系统的设计

图3 堆垛机控制系统框图

本系统配用日本OMRON公司的C-120 PLC组成堆垛机控制器，系统框图见图3。该控制器用一台C-120 PLC扩展为112输入输出点接受面板及现场检测信号。按控制要求控制3台电动机并进行层列（排）显示。系统说明如下。

1、操作控制

本系统单机自动控制由操作面板进行开关设定，控制过程由PLC自动执行。

（1）操作方式

手动/自动/联机，由波段开关切换，作PLC输入。手动PLC断电，单机自动为1，联机为0（1、0指输入点逻辑电平，下同）。

（2）作业状态

由拨动开关决定，存货为0，取货为1。

（3）操作地址

由拨盘开关设定。列（排）和层方向各两位，每一位按2进制码输入PLC，共占16个输入口。

（4）货叉伸出方向控制

由拨动开关实现。左伸为0，右伸为1。

2、位置控制

堆垛机的执行位置由列（排）和层的记数以及到位以后的对准控制决定。为能执行以上控制要求，设置以下检测器件：列（排）方向为前计数、后计数永磁开关；层方向为上计数、下计数、上浮位、下浮位永磁开关；货叉运动方向；中位、左2/3位、右到位接近开关。

堆垛机沿列（排）向前运动前计数开关每经过一列（排）货格计一次数。沿列（排）方向，向后运动后计数开关每经过一列货格计一次数。对准控制（前计数或后计数）为1表示对准位置。排层计数与此相同。

3、安全保护装置

堆垛机是一台自重为10T的大型设备，机上有驾驶室，因此安全控制非常重要。本装置设有端站强迫减速、极限强
迫停车、钢丝绳过卷、载货台超速、断绳夹轨、货箱超位倒塌等安全保护装置。

4、执行机构的控制

堆垛机的执行机构主要是列（排）驱动电动机、层升降电动机以及货叉工作电动机。另外还有位置显示以及报
警，列（排）电动机高、中、低速控制，层间升降电动机和货叉电动机高、低速控制。 采用7段LED数字显示。

四、结论

自动化立体仓库是一种集信息、储存、管理于一体的高技术密集型机电一体化产品，涉及的领域很广，本文结合东风汽车公司立体仓库自动化改造的实践，着重研究了它的自动控制技术。通过对立体仓库自动控制系统硬件的设计，基本上达到了采用计算机自动控制技术提高立体仓库的管理水平，提高立体仓库的可靠性和可维修性，从而提高企业生产率和经济效益的目的。

总结一下本文所设计的软硬件系统， 有如下特点：

1、采用标准化开放式结构，环境适应性强，可靠性高；

2、采用模块化设计方法，各模块相对独立，系统配置灵活，可根据不同要求灵活地增减模块，不需对系统作较大改动；

3、下位机为PLC，集成度高，可靠性好，并与IBM-PC机在硬件及软件上均兼容。