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仓库文献综述

机械电气工程学院本科毕业论文

文献综述

题目：

自动化立体仓库输送控制系统设计

院（系）：

机械电气工程学院

专业：

电气工程及其自动化

学号：

2

姓名：

指导教师：

完成日期：

2012年6月

文献综述

【摘要】自动化是现代物流技术发展的主要趋势，因此作为现代物流系统主要组成部分的自动化立体仓库在整个物流系统中占有非常重要的地位。

入库输送机系统是自动化立体仓库的重要组成。

本文通过对入库输送机系统中分流部分的设计，比较了多种控制方式和输送系统设备.对电动机，PLC,变频器等硬件进行比较选择。

绘制了控制各硬件的电器原理图。

最后通过对PLC的编程完成了整个分流部分的任务

【关键词】自动化立体仓库;可编程逻辑控制器；变频器；输送机；物流

【Abstract】Automatictechnologyisthemaintendenceof  the  logistic.Asthemainelementofthemodernlogisticsystem,automatedstoragehasaveryimportantstatueinthewholelogisticsystem.Transportationsystemwhichcarrytheobjectstothestorageisamainpartoftheautomatedstorage.Thisarticlecompareddifferentcontrolmethodsandtransportationmachinesintheprocessofthedesign.Itcomparedandchoosethedifferentmotors,PLCandtransducer,protractedelectricaldrawing.Andatlastitmadea  programmetocontrolthewholeprocessbythePLC.

【Keywords】  Automatedstorage/Retrievalsystem（AS/RS）;  PLC;Transducer;Transportationsystem;Logistic

一、前言

自动化立体仓库是在不直接进行人工参与的情况下自动地存储和取出物料的系统。

它以高层立体货架为主体，以成套搬运设备为基础，以计算机控制技术为主要手段组成高效率物流、大容量科学储存系统。

立体仓库技术融计算机网络数据库管理技术、自动控制技术、通讯技术、机电技术等为一体，在现代化工厂、企业中发挥着巨大作用。

在自动化立体仓库中，输送系统是仓库自动化不可或缺的重要组成部分。

它承担着整个仓库系统的输送任务，是连接小件货架区、旋转货架区、出入库台和分拣系统的桥梁。

它一般由导轨和输送小车组成，小车在导轨上运行可到达任一巷道的出（入）库台和分拣台。

货物出库时，它可以将出库台上的货箱运送到分拣系统分拣出库，或将要入库的货物运送到指定的入库台。

除了特大（重）型货箱由叉车直接进出（入）库操作外，其余中小型货物都要通过输送系统运送至分拣台分拣出库。

1立体仓库及其技术的发展历程

　　早期的仓库只被看作是市场营销过程中所必需的一种静止的贮存设施，随着生产技术的提高，人们逐渐意识到该如何储存种类繁多的产品，如何提高仓库的储存和使用效率，如何降低产品的运输成本等问题。

在这种情况下，立体仓库应运而生，它最早出现于上世纪50年代，于60至70年代在新储存和搬运技术上得到了长足的发展，80年代后，在工业技术和计算机技术的推动下，各种全自动的新型物资储存仓库开始在全球被建立与使用。

由此，立体仓库的发展大致经历了以下几个阶段[1]：

（1）初期的立体仓库。

采用高层货架，出入库由人在机器上直接文明人作堆垛机运行。

（2）立体自动化仓库。

采用高层货架，由人在远程遥控巷道起重堆垛机运行。

　　（3）立体自动化信息仓库。

在立体自动化仓库的基础上，进一步采用电子计算机自动控制仓库管理、出入库作业和数据信息处理等，实现立体仓库作业的完全自动化。

　　立体仓库的产生和发展是生产和技术发展的结果，是工业企业生产机械化、自动化的产物，同时也完全是在仓储技术的逐渐改进下日趋完善的，而自动化技术在仓储领域中的发展又可分为五个阶段：

人工仓储技术阶段、机械化仓储技术阶段、自动化仓储技术阶段、集成自动化仓储技术阶段和智能自动化仓储技术阶段。

　　第一阶段，物资的输送、存储、管理和控制主要靠人工实现。

其优点是直观且成本较低。

人工仓储技术在初期设备投资的经济指标方面也具有优越性。

　　第二阶段，人工文明人作机械存取设备，物料可以通过各种输送机、机械手、吊车、堆垛机和升降机等来移动和搬运，用货架、托盘或可移动货架等来存储。

其优点是速度快，精确度高，便于重复存取和搬运，提高了所能达到的高度和提取的重量等。

　　第三阶段，立体仓库研制重点转向物资的控制和管理，计算机、数据采集点、机械设备的控制器的通信可以及时汇总信息，仓库计算机及时记录订货和到货时间，显示库存量。

此时，信息技术的应用已成为仓储技术的重要支柱。

化仓库技术作为计算机集成制造系统中物资存储的中心受到人们的重视。

我国目前的自动化仓库技术已实现了与其它信息决策系统的集成，正在做智能控制和模糊控制的研究工作。

　　第四阶段，仓储技术向更高级的阶段，即智能自动化方向发展。

现在，智能自动化仓储技术还处于初级发展阶段，在本世纪仓储技术的智能化将具有广阔的应用前景。

2自动化立体仓库的组成结构

　　1、货架:

用于存储货物的钢结构。

目前主要有焊接式货架和组合式货架两种基本形式。

　　2、托盘（货箱）：

用于承载货物的器具，亦称工位器具。

　　3、巷道堆垛机:

用于自动存取货物的设备。

按结构形式分为单立柱和双立柱两种基本形式；按服务方式分为直道、弯道和转移车三种基本形式。

　　4、输送机系统:

立体库的主要外围设备，负责将货物运送到堆垛机或从堆垛机将货物移走。

输送机种类非常多，常见的有辊道输送机，链条输送机，升降台，分配车，提升机机，皮带机等。

　　5、GV系统:

即自动导向小车。

根据其导向方式分为感应式导向小车和激光导向小车。

　　6、自动控制系统:

驱动自动化立体库系统各设备的自动控制系统。

目前以采用现场总线方式为控制模式为主。

　　7、储存信息管理系统亦称中央计算机管理系统。

是全自动化立体库系统的核心。

目前典型的自动化立体库系统均采用大型的数据库系统（如ORACLE，SYBASE等）构筑典型的客户机/服务器体系，可以与其他系统（如ERP系统等）联网或集成。

货架

货架的设计是立体仓库设计的一项重要内容，它直接影响到立体仓库面积和空间的利用率。

　　①货架形式：

货架的形式有很多，而用在自动化立体仓库的货架一般有：

横梁式货架、牛腿式货架、流动式货架等。

设计时，可根据货物单元的外形尺寸、重量及其它相关因素来合理选取。

　　②货格的尺寸：

货格的尺寸取决于货物单元与货架立柱、横梁（牛腿）之间的间隙大小，同对，在一定程度上也受到货架结构型式及其它因素的影响。

堆垛机

　　堆垛机是整个自动化立体仓库的核心设备，通过手动操作、半自动操作或全自动操作实现把货物从一处搬运到另一处。

它由机架（上横梁、下横梁、立柱）、水平行走机构、提升机构、载货台、货叉及电气控制系统构成。

　　①堆垛机形式的确定：

堆垛机形式多种多样，包括单轨巷道式堆垛机、双轨巷道式堆垛机、转巷道式堆株机、单立柱型堆垛机、双立柱型堆垛机等等。

　　②堆垛机速度的确定：

根据仓库的流量要求，计算出堆垛机的水平速度、提升速度及货叉速度。

　　③其它参数及配置：

据仓库现场情况及用户的要求选定堆垛机的定位方式、通讯方式等。

堆垛机的配置可高可低，视具体情况而定。

输送系统

　　根据物流图，合理选择输送机的类型，包括：

辊道输送机、链条输送机、皮带输送机、升降移载机、提升机等。

同时，还要根据仓库的瞬时流量合理确定输送系统的速度。

自动化立体仓库输送系统是货物出入库的桥梁，直接关系到仓库的性能。

输送系统的主要设备包括链式输送机、辊式输送机、平面移载机、折叠盘机和穿梭车等组成。

链式和辊道式输送机主要是承担托盘货物在经纬方向上的输送。

平面移载机则是完成托盘货物在经纬方向上90。

平移，实现托盘货物的平面输送。

折叠盘机是将单个空托盘收集叠放成一摞（每摞4～6个空托盘）送入立体仓库中保存或将成摞空托盘从立库中取出拆开然后一个一个送到出入库站台供上货使用。

穿梭车能替代链式和辊道式输送机，其作用是可将托盘货物从一个指定位置送到另一指定位置。

按价位论，穿梭车最廉价，但存在行程短、效率低等缺点。

出入库输送系统作为立体仓库存储区与外界交接的关键设备，其设计的好坏直接影响整个立体仓库系统的合理性和货物流通的顺畅性，每个立体仓库的输送系统各异，存储流程也不同，因而输送系统是仓储设备中变化最多、最有特色的子系统。

其它辅助设备

　　根据仓库的工艺流程及用户的一些特殊要求，可适当增加一些辅助设备，包括：

手持终端、叉车、平衡吊等。

　　五、初步设计控制系统及仓库管理系统（WMS）的各功能模块

　　根据仓库的工艺流程及用户的要求，合理设计控制系统及仓库管理系统（WMS）。

控制系统及仓库管理系统一般采用模块化设计，便于升级和维护。

　　六、仿真模拟整套系统

　　在有条件的情况下，对整套系统进行仿真模拟，可以对立体仓库的贮运工作进行较为直观的描述，发现其中的一些问题和不足，并作出相应的更正，以优化整个AS/RS系统。

　　七、进行设备及控制管理系统的详细设计

　　以上所述为自动化立体仓库设计的一般过程，在具体设计中，可结合具体情况灵活运用。

3自动化立体仓库系统的功能

（1）控制系统

　　技术先进，采用现场控制总线直接通讯的方式，真正做到计算机只监不控，所有的决策、作业调度和现场信息等均由堆垛机、出入库输送机等现场设备通过相互间的通讯来协调完成。

　　●每个货位的托盘号分别记录在堆垛机和计算机的数据库里，管理员可利用对比功能来比较计算机的记录和堆垛机里的记录，并进行修改，修改可自动完成和手动完成。

　　●系统软、硬件功能齐全，用户界面清晰，便于操作维护。

　　●堆垛机有自动召回原点的功能，即无论任何情况，只要货叉居中且水平运行正常时，可按照下达的命令自动返回原点。

这意味着操作人员和维护人员可以尽量不进入巷道。

　　●智能的控制系统，可以实现真正的自动盘库功能，避免了以往繁重的人工盘库工作，减轻了仓库管理人员的工作强度，同时保证了出库作业的出错率为零。

（2）监控管理系统

　　监控管理系统包括数据管理、入库管理、出库管理、查询、报表、单据与盘库、报警、监控与动画等模块

　　计算机管理系统是立体仓库系统的中枢，它运行在立体仓库管理终端上，管理终端通过局域网与服务器及控制终端通信，完成相应的任务，包括出入库管理、货位库存管理、基础信息管理、统计查询等。

通过仓库计算机管理软件，工作人员可以很直观地了解每个货位上的货位信息，包括物料的种类、数量等等，若要从仓库中取出某一种物料，工作人员只需在管理系统中填写物料名称及数量，系统就会自动列出存放这种物料的货位号。

　　计算机监控系统是立体仓库系统的重要组成部分，它既接受管理层的指令来控制设备完成规定的任务，又实时将监测到的物流系统状态信息反馈给管理层。

执行系统由物流机械组成，物流设备的控制器接收监控层的指令来控制设备执行各种文明人作[2]。

　　作为物流系统的中心环节，立体仓库最主要的功能就是收货、存货、取货、发货等。

此外，立体仓库还具有调节供需、调节货物运输能力、流通配送加工、信息传递等功能[3]。

从生产和消费的连续性来看，有些产品的生产是均衡的，消费是不均衡的，而有些产品又恰恰相反；从运输：

工具的运输能力来看，各种运输工具之间都存在着或大或小的能力差异，这些都需要通过立体仓库进行调节和衔接。

另外，近些年立体仓库还增加了分拣、配套、捆装、流通加工、信息处理等设置，使得立体仓库由原来的保管型逐步转变

　　成流通型，在这些功能基础上，又产生了对其信息传递的要求，需要依靠网络通过电子数据交换等技术来提高物资信息的传输速度。

4自动化立体仓库的优点及其应用

优越性能

　　自动化立体仓库其优越性是多方面的，对于企业来说,可从以下几个方面得到体现：

　　1、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。

　　2、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内按需要自动存取，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。

　　以上所述的物流系统又是整个企业生产管理大系统（从订货、必要的设计和规划、计划编制和生产安排、制造、装配、试验、发运等）的一个子系统，建立物流系统与企业大系统间的实时连接，是目前自动化高架仓库发展的另一个明显的技术趋势。

　　自动化立体仓库在我国较少的原因：

　　1980年，我国第一座自行研制的自动化立体仓库开始投产以来，在汽汽车、化工、电子、烟草等行业的应用逐年增长。

其中，最具典型意义的是我国家电龙头企业海尔集团国际物流中心的立体仓库，该仓库高22米，拥有18056个标准托盘位，包括原材料和产成品两大自动化物流系统，全部实现了现代物流的自动化和智能化。

　　仓库在过去被看成是一个无附加价值的成本中心，而现在却作为连接生产者和消费者之间的纽带，被看成是企业成功经营中的一个关键因素。

其优势可以归纳为以下几个方面：

（1）充分利用空间，减少占地面积。

由于使用高层货架存储货物，存储区可以大幅度地向高空发展，目前世界上最高的货架已达到50m。

（2）保证装运质量，减轻工人劳动强度。

仓库物资的储存、搬运等均采用机械作业，实现了生产的自动化并提高了货物的完好性。

　　（3）提高工作效率，缩短出入库作业时间。

由于货物分别在货架的独立格内，彼此互不堆压，所以在存取时互不干扰。

另外，利用计算机进行过程监控，文明人作直观安全，运行和处理速度快，并且减少货物处理和信息处理过程中的差错，方便维修。

　　（4）有效地减少流动资金的积压、减少物资损失。

将仓库计算机与企业计算机连接起来，便于企业及时掌握库存信息，加速商品周转，提高仓库整体管理水平，改善库存结构。

　　立体仓库这些独特的优越性正在被更多人所认识，目前国内企业都很重视库房建设，而大多数大型企业和物流企业的仓库都以自动化立体仓库为主。

作为现代物流的关键技术之一，立体仓库的信息管理的完备性和控制高度智能化，将在很大程度上决定企业的发展状况。

应用领域

　　自动化所先后参加了第二汽车制造厂立体库、天水长城开关厂FMS板材立体库、上海宝钢总厂备件立体库、国家836计划中CIMS实验工程立体库、济南第一机床厂中央立体库、株洲南方航空动力机械有限公司物流系统、仪征化纤股份公司涤纶长丝立体库、广东震德塑料机械厂有限公司零部件自动化立体库、浙浙江正泰电器集团立体仓库、伊利液态奶自动化立体仓库、蒙牛乳业自动化立体仓库和中国人民解放军军需、器材立体仓库等百座自动化仓库的建设,这些自动化仓库都达到了当时的国内最高水平,有的达到了国际先进水平。

　　5立体仓库的发展趋势

　　经历了四个发展阶段之后，目前，立体仓库已经开始进入智能储运技术阶段，逐步向更合理化、系统化、综合化和社会化方向发展。

所谓智能储运技术主要包括智能物料储运设计和智能物料储运作业，目前研究人员在这一技术方面正进行着大量的工作。

例如将专家系统运用在自动导向车中，使其能够确定行走路线并做出合理的运行决策；在仓库的建设方程中也可以用专家系统确定最佳参数以及如何缩短时间；专家系统还能够控制机器人进行物料入库和出库文明人作，控制堆垛机的装卸及指定物料储存位置等。

　　随着柔性化的普及，立体仓库的储运作业的另一个研究方向是朝着柔性化发展。

实现系统的柔性化，采用灵活的传输设备和物流路线是实现物流和仓储自动化的趋势，各种模块式、移动式结构机器人、自动装卸车以及货架已经相继出现，作为柔性物流工具在仓储和产品发送中日益发挥重要的作用。

例如带可拆卸抓手的机器人它可根据送来货物的不同更换机器人的抓手，由编好的程序控制它要抓取的货物[4][5]。

　　参考文献

[1]马春熠．巷道式堆垛机自控系统中心有关问题的研究[J]．沈阳航空工业学院学取，2001，2：

39～41．

[2]李瑞琴，邹慧君．可控机构的分类及应用[J]．机械设计与研究，2002（4）：

17一l9．

[3]刘增晓，常发亮，辛征，等．立体仓库分层旋转货架PIE优化控制系统研究[J]．电气传动，2006，36

（2）：

48—51．

[4]孔令中主编.现代物流设备设计与选用，北京：

化学工业出版社，2006年.

[5]刘昌祺，董良主编.自动化立体仓库设计，北京：

机械工业出版社，2004年.

[6]李伊松．我国仓库现状与自动化仓库技术[J]．中国物资流通．1998（7）：

41—42．

[7]乔玉晶，吕宁．立体仓库巷道堆垛机控制系统设计[J]．自动化技术与应用，2004，23（11）：

44—46．

[8]郭环，禹永伟．自动化立体仓库中堆垛机的设计[J]．物流技术，2002（3）：

17一l8．

[9]吴健．基于PIE和组态王的油管热洗监控系统设计[J]．微计算机信息，2008，24（4）：

23—24．

[10]杨永刚．PCL技术在自动传输系统中的应用[J]．机电一体化，2004，10（5）：

72—73．

二、国内外研究状况：

①自动化立体仓库在国外的发展

由于自动化立体仓库具有占地面积少，差错少，节省人力等优点，伴随国际贸易的增加和全球化浪潮的兴起，自动化立体仓库技术逐渐有民用化趋势。

整个60年代，美国建造了1836座自动化立体仓库，其中大部分分布在以五大湖为核心的工业地带上。

因为自动化立体仓库可靠性高，节省劳动力，零件容易维修更换，操作简单方便，导致了工业生产中的生产物流成本下降，建设费用和土地资源都得到有效节约。

在美国各个地区都掀起了自动化立体仓库的热潮。

　　正确的理论一经掌握，便成为了推动社会发展的一大动力。

进入70年代以后，日本通过采用自动化立体仓库的建筑技术，整个70年代，日本劳动人民在自动化技术和机器人技术的帮助下，先后建设了2000多座自动化立体仓库，数量和整个欧洲的自动化立体仓库数量相同。

这一运动有效节约了整个日本国内的劳动力和土地资源，为之后日本国内的物流系统现代化奠定了基础。

②自动化立体仓库在我国的发展

　自动化立体仓库在欧洲高速发展的同时，同样，苏联经过不断努力和探索，总结了一套自动化立体仓库的设计和建造技术的办法。

以斯曼霍夫为代表的研究员们编写了自动化仓库的设计手册，详细讲解了设计中的公式和经验。

为我国自动化立体仓库的建设提供了很大的帮助。

1978年，由北京起重机研究所（一说由北京自动化研究所1972年）研发我国第一座自动化立体仓库，采用桥式堆垛机和继电器控制，并通过进一步改良后使用。

目前，自动化立体仓库设计技术中，高层货架专利多为我国所有，零件完全实现了国产化，现场控制系统以美日德三国最为先进，但基本元器件都可以在我国代工生产，计算机系统则完全可实现国产化，处于经济因素考虑，部分采用其他国家产品。

需要看到的是，我国在全球化浪潮中，很好的把握了时机，一方面习吸收国外先进技术，一方面立足自身发展，获得了相当完整的自动化立体仓库技术体系。

三、自动化立体仓库的研究方向：

由于自动化立体仓库的广泛应用、计算机技术和网络技术的发展，使得立体仓库的发展十分迅速，其发展的趋势主要有3点：

1.立体仓库向柔性化发展。

随着柔性化的普及，自动化立体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和移动式的仓库结构。

2.立体仓库作业管理自动化水平逐步提高。

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

3.立体仓库中智能技术将会取得应用。

人工智能技术的发展，推动了自动化技术向其高级阶段--智能化方向发展。

四、查询文献的内容及主要出处

[1]付莹基于现代物流的自动化立体仓库控制系统的优化设计，2006

[2]李仁电气控制技术机械工业出版社2008

[3]徐红基于PLC的搅拌车液压调平控制系统设计2010

[4]徐常凯，郑金忠自动化仓库系统的关键技术[J]物流科技，2002，（03）

[5]何芳，欧阳云基于圆柱坐标方式的小型机械手的PLC控制系统，机电一体化，2003

[6]刘昌祺，董良自动化立体仓库设计，机械工业出版社，2004，8

（1）

[7]徐菱，劳扬健，王金诺基于PLC的堆垛机控制系统设计[J]，组合机床与自动化加工技术，2005

[8]周晓光，付莹基于PC-BASEPLC的自动化立体仓库堆垛机系统设计起重运输机械2006

（2）37-39

[9]李广宾立体仓库自动控制系统的设计[J]，粮食流通技术，2001，（06）

[10]孙建中白凤仙特种电机及其控制，2006

[11]朱绍祥可编程控制器原理及应用上海交通大学出版社，1988

[12]汤自春PLC原理及应用技术[M]高等教育出版社,2006

[13]贾德胜等PLC应用开发实用程序[M]人民邮电出版社,2006

[14]严盈富PLC入门[M].人民邮电出版社,2005

[15]汪国春自动化立体仓库堆垛机控制系统的设计[J]起重运输机械，2008

[16]常斗南PLC运动控制实例及解析（西门子）机械工业出版社

[17]张万忠刘明芹电器与PLC控制技术化学工业出版社，2007

[18]张运刚宋小春西门子S7-200系列人民邮电出版社，2010

[19]李方园西门子S7-200从入门到实践电子工业出版社，2010

五、外文文献及翻译：

自动化立体仓库应用及其特点

ApplicationofAutomaticWarehouseanditscharacteristics

Abstract:

overheadstorageforshortTopshelfstorageGenerallyreferstotheuseoflayers,adozenorevenseveral-storeylayershelfstorageunitgoods,materialhandlingequipmentwiththecorrespondinggoodsinboundandoutboundwarehouseoperations