自动化立体库系统.docx

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自动化立体库系统

第一章前言

自动化立体库系统最早在美国诞生。

20世纪50年代初美国开发了世界上第一个自动化立体仓库，井在60年代即采用计算机进行自动比立体仓库的控制与管理。

日本制造出第一座自动化立体仓库，并在此后的20年间使这一“技术得到广泛应用。

进入20世纪80年代，自动化立体仓库在世界各国发展迅速，使用围涉及几乎所有行业。

我国自动化立体仓库的发展与欧美、日本等发达国家相比起步比较晚，国第一座自动化立体仓库是纺织机械厂冷作二车间的模具库，建成于1974年2月，与此同时，国一些科研机构也开始了自动化立体仓库的研究工作。

至1980年，我国已经建成和正在施工中的自动化立体仓库达到21座。

目前我国的自动化立体仓库大部分是简易的中低层小型分离式仓库。

货架只有单元货架和重力货架两种。

当今社会仓储、物流等概念已经逐渐为广大公众所了解，其相应的管理技术也在许多大、中型企业中付诸实施。

立体仓库一般是指采用几层、十几层、乃至几十层高的货架储存单元货物，用相应的物料搬运设备进行货物入库和出库作业的仓库。

由于这类仓库能充分利用空间储存货物，故常形象地将其称为“立体仓库”。

自动化立体仓库就是自控技术在物流管理上的一个很好的应用。

自动化仓库是生产物流的重要组成部分。

生产物流是从原材料采购开始，并最终将产品送达用户。

物料经过采购运输、入库、存放、生产出库／再人库，加工制造，最后进入成品库以及成品外运等一系列过程。

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面发挥着独特的作用，使人们真正享受到现代计算机技术应用于企业物流管理的益处。

自动化立体仓库是融计算机网络数据库管理技术、自动控制技术、通讯技术、机电技术为一体的综合系统，科技含量高，并具有一定的复杂性。

本文的研究对象机械手，或称巷道车是自动化立体仓库的主要存取设备，直接执行出、入库等任务的操作，因此其控制系统的灵活性、稳定性直接彰响着整个系统的运行状况。

1.1国外自动化立体仓库的发展现状及优缺点

自动化立体仓库仓库技术仍处于不断发展之中，今后将向两个方向发展：

一是开发储藏大型物体，如整台汽车，大型模具之类的自动化仓库;另一个是开发对录音带、录像带或半导体器件之类的轻量或超轻量物体的小型自动化立体仓库。

随着科学技术的发展，自动化立体仓库将逐步向完整、人工智能化控制系统发展。

发展至今，自动化仓库在设计、制造、自动化控制和计算机管理方面的技术也日趋成熟。

近些年我国自动化仓库技术发展很快，己实现了与其它信息决策系统的集成，并正在做智能控制和模糊控制的研究工作。

尽管如此，至今在我国已建成的集成化仓储系统还不多，我国的自动化立体仓库与国外发达国家相比，无论是从数量上还是从建设水平上都有着比较大的差距.由于自动化立体仓库在当今物流和制造业中的广泛应用、计算机技术和网络技术的推波助澜，使得立体仓库的发展十分迅速，其发展趋势主要有：

1．仓储作业管理自动化水平逐步提高。

随着生产的进一步发展，对物流的要求将更加严格。

具体来说，就是在要求的时间、在准确的地点、按准确的顺序与方法、提供准确的品种和数量的货物。

2.智能技术将会获得应用。

人工智能技术的发展，推动了自动化技术向其高级阶段一智能化方向发展，已经在仓库的设计、搬运系统的控制和储运设备的选用等方面应用了专家系统。

3.仓库作业向柔性化发展。

随着柔性化的普及，自动化仓库的储运作业也将向柔性化发展。

国外已经开始出现一批可拆卸的或移动式的仓库结构。

现在国外各发达国家在自动化仓库技术中投入大量资金，在仓库自动化过程各个环节即输入、储运、输出上采用新技术。

这些新技术集中有以下几种:

●自动导向小车系统（AutomatedGuidedVehicle）

●磁性导轨装置

●激光扫描仪（LaserScanner）

●条形码识别（Bar-codeLabels）

●命令拣选系统（Order-PickingSystem）

●储运机器人

●机械手

●智能卡车

（1）立体仓库之所以受到青睐，是由于它具有以下优点：

a.提高空间利用率

早期立体仓库的构想，其基本出发点就是提高空间利用率，充分节约有限且宝贵的土地。

在西方有些发达国家，提高空间利用率的观点已有更广泛深刻的含义，节约土地，已与节约能源、环境保护等更多的方面联系起来。

有些甚至把空间的利用率作为系统合理性和先进性考核的重要指标来对待。

立体库的空间利用率与其规划紧密相连。

一般来说，自动化高架仓库其空间利用率为普通平库的2-5倍。

这是相当可观的。

b.便于形成先进的物流系统，提高企业生产管理水平

传统仓库只是货物储存的场所，保存货物是其唯一的功能，是一种“静态储存”。

自动化立体仓库采用先进的自动化物料搬运设备，不仅能使货物在仓库按需要自动存取，而且可以与仓库以外的生产环节进行有机的连接，并通过计算机管理系统和自动化物料搬运设备使仓库成为企业生产物流中的一个重要环节。

企业外购件和自制生产件进入自动化仓库储存是整个生产的一个环节，短时储存是为了在指定的时间自动输出到下一道工序进行生产，从而形成一个自动化的物流系统，这是一种“动态储存”，也是当今自动化仓库发展的一个明显的技术趋势。

c.加快货物的存取节奏，减轻劳动强度，提高生产效率

建立以自动化立体仓库为中心的物流系统，其优越性还表现在自动化高架库具有的快速的入出库能力，能快速妥善地将货物存入高架库中（入库），也能快速及时并自动地将生产所需零部件和原材料送达生产线。

这一特点是普通平库所不能达到的。

d.减少库存资金积压

经过对一些大型企业的调查了解，由于历史原因造成管理手段落后，物资管理零散，使生产管理和生产环节的紧密联系难以到位，为了到达预期的生产能力和满足生产要求，就必须准备充足的原材料和零部件。

这样库存积压就成为一个较大的问题。

如何降低库存资金积压和充分满足生产需要，已成为大型企业不得不面对的一个大问题。

高架库系统是解决这一问题的最有效的手段之一。

e.现代化企业的标志

现代化企业采用的是集约化大规模生产模式。

这就要求生产过程中各环节紧密相连，成为一个有机整体；要求生产管理科学实用，做到决策科学化。

为此，建立自动化高架仓库系统是其有力的措施之一。

（2）当然，立体仓库也存在一些缺点：

a.仓库结构复杂，配套设备多，需要大量的基建和设备投资。

b.货架安装要求精度高，施工比较困难，施工周期长。

c.计算机控制系统是仓库的“神经中枢”。

一旦出现故障，将会使整个仓库处于瘫痪状态，收发作业就要中断。

d.由于高层货架是利用标准货格进行单元储存的，所以对储存货物的种类有一定的局限性。

e.由于仓库实行自动控制与管理，技术性比较强，对工作人员的技术业务素质要求比较高，必须具有一定的文化水平和专业知识，而且经过专门培训的人员才能胜任。

1.2自动化立体仓库定义、特点与分类

在现代物流系统中，自动化立体仓库是一个重要的组成部分，它是一种新型的仓储技术，是物流仓储中出现的新概念，利用立体仓库设备可实现仓库高层合理化，存取自动化，操作简便化，是当前技术水平较高的形式。

自动化立体仓库又称为自动存储/检索系统（AutomatedStorage/RetrievalSystem，即AS/RS），它是物料搬运和仓储科学中的一门综合科学技术工程。

它以高层货架为主要标志，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，由此组成高效率的物流、大容量的科学的存储，以适应现代化生产的需求。

自动化立体仓库有以下特点：

●立体仓库一般都较高。

其高度一般在5米以上，最高达到40米，常见的立体仓库在7～25米之间。

●立体仓库必然是机械化仓库。

由于货架在5米以上，人工已难以对货架进行进出货操作，因而必须依靠机械进行作业。

而立体仓库中的自动化立体仓库，则是当前技术水平较高的形式。

●立体仓库中配置有多层货架。

由于货架较高，所以又称为高层货架仓库。

自动化立体仓库可分为六大类：

（1）按按货架高度分类，可分为：

●高层立体仓库（15米以上）

●中层立体仓库（5～15米）

●低层立体仓库（5米以下）

（2）按货架构造分类，可分为：

●单元货格式立体仓库

●贯通式立体仓库

●自动化柜式立体仓库

●条型货架立体仓库

（3）按建筑物构造分类，可分为：

●一体型立体仓库

●分离型立体仓库

（4）按立体仓库装取货物机械种类分类，可分为：

●货架叉车立体库

●巷道机械手立体库

（5）按操作方式分类，可分为：

●人工寻址、人工装取方式

●自动寻址，人工装取方式

●自动寻址、自动装取方式

（6）按功能分类，可分为：

●储存式立体仓库

●拣选式立体仓库

1.3采用PLC控制立体仓库的优点

1、低成本利用电力线上网，最大的优点就是成本低。

由于利用电力线上网，直接使用现有电力网就可以实现通信，而不需要另外铺设线、光缆线等，大减少了在基础网络上的投资。

2、围广无所不在的电力网络也是这种技术的优势。

电力线是最基础的网络，它的规模之大，是其它任何网络无法比拟的。

因为家家都有电力线，由此，运营商就可以轻松地把这种网络接入服务渗透到每一个家庭。

因此，这一技术一旦进入商业化阶段，将会促进电信市场的变革，并给互联网普及带来极大的发展空间。

3、高速利用电力线上网能够提供高速传输。

德国最大的电力设备生产商RWE承诺，运用他们的电力线上网技术，其速度要比ISDN拨号上网快30多倍，比ADSL更快！

足以支持现在网络上各种应用。

更高速率的PLC产品正在研制之中。

4、便捷不管在家里的哪个角落，只要连接到房间的任何电源插座上，就可立即拥有PLC带来的高速网络享受！

5、永远在线PLC属于“即插即用”不用繁琐的拨号过程，接入电源就等于接入网络。

6、结构灵活通过PLC技术实现Internet接入，可以灵活扩展接入端口数量，使资源保持较高的利用率。

目前还未有效解决电力线信号通过变压器的技术，因此，电力线通信设备都是集中在220V线路变压器的用户端。

7、家庭数字化PLC技术能够通过电力线将整个家庭的电器与网络联为一体，在室的设备之间构筑起可自由交换信息的局域网，使人们能够通过网络来控制自己家里的电器设备。

1.4自动化立体仓库模型研究的意义

自动化立体仓库是指在不直接进行人工处理的情况下，自动地完成物品的存放和取出的系统，根据这个原理结构，设计了自动化立体仓库模型控制系统。

本设计的自动化立体仓库模型主要应用于自动化等相关专业教学仪器的演示部分，目的是帮助自动化等相关专业的学生了解自动化立体仓库的基本结构、设计原理以及整个控制系统的工作过程、熟悉电气控制的基本原理，了解电气控制在现代科技应用中的重要性，以及PLC应用在现代控制系统中的作用和一些不可替代性的优点。

熟悉PLC的外围电路设计、软件设计方法和设计流程等。

 同时本系统在设计方案上结合了正在开发的自动化立体仓库模型，并对其技术方案进行了描述，为日后自动化立体仓库的具体实施作一个技术上的参考。

使未来自动化立体仓库的设计更趋于完美化。

1.5本课题研究的意义和目的

立体仓库库是现代社会存储系统中迅速发展的一个重要组成部分，它具有节约用地、减轻劳动强度、消除差错、提高仓储自动化水平及管理水平、提高物流效率等诸多优点。

本课题研究的任务：

根据自动化立体仓库运行的基本原理，通过大学阶段所学的知识设计一套基于PLC的自动化立体仓库运动的控制系统，具有根据用户的输入，三个坐标方向电机能够准确移动、定位以实现物品的正确存放功能。

具体完成的任务如下：

（1）任务要求

将当前物料口上的货物放入最小号仓位,例如：

若0号仓位已有货，则送至1号仓位，若0、1号仓位均有货，则送至2号仓位，依次类推，每