邮包自动化立体仓库的控制与管理系统设计 - 文章

邮包自动化立体仓库的控制与管理系统设计

作者：胡赤兵芦俊梅丽文邬再新

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摘要：把自动化立体仓库技术应用到邮包流通领域，以工作站、档案服务器构成基于客户／服务器网络(C／S体系)的仓库管理信息系统，以监控机为中位机控制下位各搬运设备实现邮包出入库的全自动化作业。详细介绍了邮包自动化立体仓库的概况及其控制与管理系统，并就系统的结构设计、功能设计及软件开发提出可实现的方法。
关键词：邮包自动化立库；客户／服务器网络；分布式控制；数据库

1引言

自动化立体仓库是物料搬运、仓储科学的一门综合科学技术工程，它以高层立体货架为主要标志，以成套先进搬运设备为基础、以先进的计算机控制技术为主要手段，高效率的利用空间、时间和人力进行出入库处理。把自动化立体仓库技术应用到邮包流通领域中，能极大地提高邮包流通效率，减轻工作人员的劳动强度。

2邮包自动化立体仓库

邮包自动化立体仓库由高层立体存放架、出入库搬运机和信息处理装置部分组成。仓库的平面布置，如图1所示。

前后工作站A和B负责邮包和货格信息管理及邮包出入库管理。工作站A处理柜台上的顾客寄取邮包业务，工作特点是随机作业。工作站 B 处理运入或运出立体仓库的批量邮包，工作特点是邮包间歇地、批量地入库或出库。工作站A、B和档案服务器构成客户／服务器网络，实现邮包和货格信息共享。入库时，工作站记录下邮包编号、寄件人地址与姓名等邮包主要信息，并从服务器货格数据库中分配空的货格给邮包；出库时工作站根据邮包特征从档案服务器查到邮包所在货位地址。监控机沟通工作站与分配车、堆垛机的联系，接受工作站指令，监控分配车和堆垛机完成邮包出入库作业。入库时分配车将邮包转送到指定的堆垛机，堆垛机到达指定的货格后，由机械手将邮包送入货格。出库过程与上述过程相反。

由于邮包大小、形状和包装材料各不相同，用一般的机械手存取方式难以实现，所以采用邮包托盘化的方法,根据邮局对邮包的多年统计数据，把邮包按尺寸分成大、中、小三类，一类邮包配置同一规格的托盘。通过对托盘的存取来实现对邮包的存取。该自动化立体仓库具有自动分拣的功能。入库时邮包在立体仓库内体仓随机布置，出库时由工作站查询出发往同一地区的所有邮包货位地址，依据货位地址将这一批邮包出库，而不需在入库前专门进行分拣处理。

1#，9#—邮包分配车；2#～8#—堆垛机；
图1仓库平面布置图

3仓库控制与管理系统

邮包自动化立体仓库的管理系统和自动化控制可分成三级，如图2所示，即上位管理级、中位监控级和下位控制级。控制系统采用分布式控制，中位监控机由工业PC机构成，工业PC机的数据处理能力和抗干扰能力强，适合于控制下位机。以可编程控制器PLC作为分配车和堆垛机的主控制器，进行前端控制。PLC配置通讯模块，具有联机通信功能。全自动方式运行时，监控机对分配车和堆垛机的控制是通过与下位机PLC的通信来完成。

1#～9#：下位机PLC
图2管理与控制结构图

3.1控制系统

本自动化立体仓库控制系统分为两部分：

(1)监控机、工作站A、B和档案服务器构成局域网。工作站对档案服务器中邮包和货格数据库进行登录、查询、删除、修改和添加等数据库操作，并将作业指令和作业地址传送给监控机。监控机按工作站A、B通信要求到来的先后顺序服务于工作站，当两工作站同时要求通讯时，监控机按事先约定的优先级选择工作站。

(2)监控机与下位机PLC通信采用总线型拓扑结构。与PLC通信的交换信息有：任务信息、应答信息、查询信息等。任务信息包括作业指令（入库、出库和盘库）和作业地址（源地址、目标地址）；应答信息是下位机接收到监控机发出的命令字后回送给监控机的信息；查询信息是监控机每隔一定时间（很短）对所有下位机标志位区进行一轮查询，查询的主要内容主要有堆垛机与分配车的位置信息、任务完成信息、故障信息等，每一轮新的查询后，堆垛机和分配车的状态就在监控级的CRT上予以动态显示。控制台与PLC信息交换，如图3所示。

图3监控机与PLC的信息交换

监控机与PLC采用主从式通信方式，PLC只对监控机的命令进行响应，而不主动发送数据。在分配车与堆垛机处于运行状态时，监控机要实时地对它们的运行状态进行查询，以决定下一步的工作。由于监控机是多任务实时操作，在控制下位机的同时还要接收管理级发来的数据，所以采取定时中断方式每隔一定时间对分配车和堆垛机的工作状态进行一次查询。监控机发送命令字程序，如图4所示。

图4监控机命令发送程序

在没有信息通信时，下位机PLC完全投入对堆垛机和分配车的控制。为满足实时性要求下位机以中断方式与控制台通信，监控机呼叫时进入中断系统，通信完成后返回主程序。下位机中断接收程序，如图5所示。监控机与上、下位机通信接口方式有RS232C和RS422两种，通信方式依通信距离而定。

图5下位机接收中断程序

3.2堆垛机控制

堆垛机控制设计为手动、半自动和全自动控制3种。全自动控制是由监控机发送作业命令和地址给堆垛机，而后堆垛机响应执行。运行中，监控机对堆垛机运行状态实时监控。手动、半自动控制是由操作员直接在堆垛机操作面板上设定作业命令和地址。在实际运行中以全自动控制为主，手动、半自动控制作为维修和调试的辅助手段。

在堆垛机控制系统中，PLC对堆垛机的控制有：

(1)作业命令设置。确定作业状态，全自动还是手动、半自动；确定作业指令，取邮包还是存邮包；确定作业地址，行地址、列地址和层地址；
(2)位置计数控制。沿着堆垛机的行进方向和载货台的升降方向设置认址片，PLC通过检测认址片来判断堆垛机位置和载货台位置。每经过一个认址片，认址系统计一次数。到达预定认址片时，堆垛机自动停车。
(3)定位减速控制。在减速定位阶段为满足定位的快速性和准确性，作者引入了模糊控制方法，根据位置估算和点位反馈，实现减速控制和定位。这种方法不需要建立堆垛机的精确数学模型，对堆垛机参数变化不敏感，并能提供一种适应性强的减速控制规律。实验结果表明定位偏差可控制在允许误差范围内。
(4)位置校验与定位检测控制。堆垛机到位后，认址系统进行认址片编码校验和定位精度检测，定位偏差超出允许误差范围时，由PLC控制回位，三次校正仍不能停准则报警。
(5)安全保护控制。水平行走、载货台升降及货叉伸缩等都有限位保护。
(6)此外还有位置显示控制、工作故障报警控制等。

堆垛机控制程序按其实现功能可分为几个主要的子程序，主程序与主要子程序段之间的调用关系，如图6示。

图6主、子程序间的调用关系

3.3仓库管理信息系统

工作站的管理信息功能主要有邮包信息管理和货位管理，邮包信息管理是将邮包的主要信息，如邮包编号、收件人地址与姓名、货位地址、入出库日期等必要数据存储起来，以在数据处理时提供使用。货位管理是对仓库中的货位状态进行管理，制定空货位表，为需要入库的邮包提供最佳货格地址。货位管理的原则主要遵循邮包均匀分布、“就近入库”及对货架受载有利的原则。管理信息系统设计原则是按照邮局对邮包信息的原有管理模式，采用模块化设计，按系统功能要求分为入库模块、出库模块、盘库模块、维护模块、查询模块、统计汇总模块、通用打印模块和货位管理模块。系统要求操作方便，界面友好，有保证数据安全的措施等。

4结束语

该邮包自动化立体仓库系统，在对邮包和仓库信息进行科学管理的同时，实现邮包出入库的自动化作业，目前国内尚未有将自动化立体仓库技术成功地应用于邮包流通领域的例子。此项技术值得在邮包领域的推广应用。

作者简介：
胡赤兵，男，1952年生，甘肃工业大学（兰州市 730050）机电工程系副教授，从事机械制造和机电一体化的教学和科研工作。完成国家和部省级科技攻关项目9项，获部省级科技进步成果二等奖2项，三等奖1项，发表论文26篇。

作者单位：甘肃工业大学(兰州 730050)

参考文献
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5丁晓红.自动化仓库的实时监控系统.起重运输机械,1996,(12):11～14.
6李敏远.点位系统的模糊控制.电气传动,1996,(1):7～9.(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (1/7/2007)


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