1　概述

自動(dòng)化立體倉庫產(chǎn)生于20世紀50年代，是用自動(dòng)化物料搬運設備進(jìn)行貨物出庫和入庫作業(yè)操作的倉庫。作為現代化物流系統中的重要組成部分，自動(dòng)化立體倉庫是一種多層存放貨物的高架倉庫系統，主要由高層貨架、巷道堆垛機、出入庫輸送設備、自動(dòng)控制與管理系統所組成。自動(dòng)化立體倉庫的出入庫輔助設備及巷道堆垛機能夠在計算機管理下，按指令自動(dòng)完成貨物的存取作業(yè)，并能對庫存的貨物進(jìn)行自動(dòng)化管理。

本文首先對此次設計的自動(dòng)化立體倉庫系統整體架構作了深入分析，主要包括工廠(chǎng)層系統、現場(chǎng)控制層系統、設備層系統，并重點(diǎn)對設備層系統中的堆垛機控制系統進(jìn)行了深入研究。本系統基于施耐德電氣整套解決方案，使用SoMachine&Unity Pro編程軟件對系統控制程序進(jìn)行了編寫(xiě)。并且使用上位組態(tài)軟件對自動(dòng)化立體倉庫計算機監控系統進(jìn)行了開(kāi)發(fā)，實(shí)現了操作人員對立體倉儲運行過(guò)程中的實(shí)時(shí)監控與維護。

2　系統的硬件選擇與設計

2.1　系統硬件規劃圖

（1）系統架構圖

圖1 系統架構圖

（2）堆垛機架構圖

 圖2 堆垛機架構圖

（3）RGV小車(chē)架構圖

圖3 RGV小車(chē)架構圖

2.2　問(wèn)題及解決方法

（1）由于考慮第三方傳感器的通信問(wèn)題，多次同第三方產(chǎn)品協(xié)調最終選擇了Ethernet IP作為設備層通信協(xié)議，ModbusTCP協(xié)議部分傳感器不支持；

（2）同客戶(hù)上位軟件工程師多次溝通，由于C-Shape中集成了Modbus TCP通信函數，網(wǎng)絡(luò )層協(xié)議最終選擇ModbusTCP協(xié)議；

（3）由于客戶(hù)在堆垛機地軌、天軌均安裝了電機來(lái)驅動(dòng)，故涉及天、地軌電機不同步問(wèn)題，需要通過(guò)高速計數器來(lái)對天軌電機的轉速進(jìn)行實(shí)時(shí)監控，M251在開(kāi)發(fā)初期并沒(méi)有開(kāi)發(fā)HSC模塊，故只能添加一個(gè)小型PLC作為EthernetIP從站來(lái)實(shí)時(shí)檢測天軌電機轉速；

（4）客戶(hù)前期批量使用ATVLift，在制定方案初期使用ATVLift變頻器作為堆垛機水平、提升，但在測試過(guò)程中發(fā)現ATVLift同VW3A3316 EthernetIP卡不兼容，卡安裝好之后變頻器識別不到該卡，同L3溝通之后ATVLift同Ethernet IP卡存在版本兼容問(wèn)題，由于通信卡版本過(guò)高導致變頻器無(wú)法識別，所以在測試之后將方案修改為ATV 71383變頻器。

3　系統的軟件設計

3.1　自動(dòng)化立體倉儲現場(chǎng)總線(xiàn)詳解

現場(chǎng)總線(xiàn)選型初期計劃采用ModbusTCP來(lái)實(shí)現E網(wǎng)到底，無(wú)論設備層還是網(wǎng)絡(luò )層全部使用一條以太網(wǎng)總線(xiàn)ModbusTCP，但考慮該方案存在兩個(gè)弊端：（1）整個(gè)大網(wǎng)用一種協(xié)議的話(huà)會(huì )出現IP地址不能重復問(wèn)題，項目中堆垛機、穿梭車(chē)比較接近于OEM機型，考慮到標準化問(wèn)題不適合將所有設備用一個(gè)交換機來(lái)做；（2）第三方的傳感器配置ModbusTCP接口的情況還是相對較少，考慮到傳感器選型問(wèn)題最終確定了采用Modbus TCP & EthernetIP的方案。

3.2　自動(dòng)化立體倉儲數據交換詳解

（1）該方案由35臺輸送系統、3臺堆垛機、2臺穿梭車(chē)組成。35臺輸送系統使用M340通過(guò)遠程IO集中控制；3臺堆垛機分別用3個(gè)TM251MESE來(lái)控制；2臺穿梭車(chē)分別用2個(gè)TM251MESE；

（2）上述設備中堆垛機、穿梭車(chē)會(huì )同輸送機PLC通信，堆垛機、穿梭車(chē)之間不會(huì )發(fā)生數據交換；

（3）堆垛機同輸送機主要傳送的信號

·輸送機→堆垛機：請求堆垛機取貨、允許堆垛機取貨、允許堆垛機動(dòng)作、允許堆垛機放貨、堆垛機放貨完成；

·堆垛機→輸送機：堆垛機準備取貨、堆垛機正在取貨、堆垛機取貨完成、堆垛機空閑；

（4）穿梭車(chē)同輸送機主要傳送的信號

·輸送機→穿梭車(chē)：允許穿梭車(chē)取貨、允許穿梭車(chē)動(dòng)作、允許穿梭車(chē)放貨、接收到穿梭車(chē)放貨完成、對穿梭車(chē)急停；

·穿梭車(chē)→輸送機：穿梭車(chē)請求取貨、穿梭車(chē)取貨完成、穿梭車(chē)請求放貨、穿梭車(chē)放貨完成、穿梭車(chē)手動(dòng)正轉、穿梭車(chē)手動(dòng)反轉；

（5）堆垛機同上位調度系統主要傳輸信號

·上位調度系統→堆垛機：起始層、起始列、起始排、目的層、目的列、目的排、管理下發(fā)的托盤(pán)號；

·堆垛機→上位調度系統：收到的起始層、收到的起始列、收到的起始排、收到的目的層、收到的目的列、收到的目的排、收到的托盤(pán)號、堆垛機空閑；

（6）穿梭車(chē)同上位調度系統主要傳輸信號

·上位調度系統→穿梭車(chē)：起始層、起始列、起始排、起始層、目的列、目的排、管理下發(fā)的托盤(pán)號；

·穿梭車(chē)→上位調度系統：收到的起始層、收到的起始列、收到的起始排、收到的目的層、收到的目的列、收到的目的排、收到的托盤(pán)號、穿梭車(chē)空閑。

該項目共需要編寫(xiě)3套PLC程序堆垛機程序、穿梭車(chē)程序、輸送機程序，3套程序成型后需要對應到各自的巷道中進(jìn)行修改，不同的堆垛機、穿梭車(chē)程序均不同。

4　效益分析

施耐德整套解決方案運行穩定，功能上完整地替換了原有競爭對手的產(chǎn)品，使用ATV 32 + ATV 71383高性能變頻器大大提高了立體倉儲的工作效率，各項指標均已超出預期。

（1）使用M251 & M340大大縮減了電氣成本，并且超指標完了項目標書(shū)的各項指標；

（2）使用Modbus TCP & Ethernet IP總線(xiàn)打破了物流行業(yè)Profinet一家獨大的局面，為設備的標準化打下了基礎；

（3）ATV 71 383變頻器在基頻87Hz狀態(tài)下運行大大提高了各電機運行速度，提高了設備工作效率；

（4）施耐德電氣經(jīng)濟型觸摸屏HMIGXU5512使用Vigeo Designer Basic，該平臺的易用性遠遠超出了Win CCFlexible軟件，給客戶(hù)開(kāi)發(fā)上位系統帶來(lái)了方便。

摘自《自動(dòng)化博覽》2019年7月刊