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仓储自动化集成系统研究与设计 摘要 仓储自动化集成系统是物流系统的重要组成部分，集成了仓储物资信 息、仓储设备信息、作业任务信息、作业任务传递、现场设备作业自动调 度与可视化智能监控、现场作业设备的自动控制与运行设备的作业执行等 内容，实现仓储系统的自动运转。 仓储自动化集成系统主要由仓储管理信息系统和仓储自动化设备监控 系统两个子系统组成。仓储管理信息系统负责仓储作业的计划和任务的发 送，仓储自动化设备监控系统负责仓储作业任务的执行和自动化设备的控 制。 本文从系统化、集成化的观点出发，将仓储自动化系统作为一个整体， 把仓储设备监控系统和信息管理与作业系统有机地联系起来进行分析、研 究和设计。本文首先研究了仓储自动化集成系统的相关背景和意义，对仓 储自动化集成系统的功能需求进行分析，并从提高作业效率的角度，对仓 储自动化集成系统进行分层管理研究，即仓储信息管理层、作业设备控制 层和作业执行层，同时对系统涉及的储位管理、仓储自动化作业设备控制、 定位技术、自动识别技术、通信技术、通讯接口技术等关键技术做了详细 研究。从软件工程与系统开发的角度，分析了仓储信息管理系统的业务流 程、仓储管理信息系统数据流程，在此基础上设计了数据字典、系统数据 库结构，并确定了仓储管理信息系统的功能结构，为系统开发提供了分析 基础。从系统的控制层次，分析了仓储自动化设备监控系统组成和控制方 式，研究了仓储自动化设备监控系统与信息管理系统的集成过程，同时对 设备监控系统功能结构和系统软件模型进行了设计。根据系统的分析与功 能设计，使用m i c r o s o rs q ls e r v e r2 0 0 0 数据库开发软件设计了系统数据 库，使用m i c r o s o f t s u a lb a s i c6 o 编程软件开发了仓储信息管理系统和可 视化设备监控系统软件，同时集成仓储自动化系统的软硬件资源，成功进 行了联机调试，实现了仓储作业的信息管理与存储设备的自动化集成。 关键词：物流仓储自动化监控堆垛机 r e s e a r c ha n dd e s i g no nw a i 也h o u s ea u t o m _ a t i c i n t e g r a t e ds y s t e m a bs t r a c t w a r e h o u s ea u t o m a t i ci n t e 伊a t e ds y s t e m ( w a i s ) i so n eo fi i n p o 吨u l t c o m p o n e n t si i l 也el o 舀s t i c ss y s t e m ，w m c hi n t e 掣a t e sm u c hi n f o m a t i o ns u ( i h 嬲 c a r g o s ，e q u i p m e n t s ，o p e r a t i o nt a s ks c h e d u l i n g 卸帕m em e l l i g e n tm o n i t o 血go f f i e l de q u i p m e n t st o 叩e r a t ea m o m a t i c a l l y a n df 1 0 rt l l eo p e r a t i o n 血n c t i o n s ，t 1 1 e w a i sc o n s i s t so ft h e 洒f o 眦a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e m ( 【m s ) a n dt l l e 叩e r a t i o n m o n i t o r i n gs y s t e m ( o m s ) 珊1 i c ht h ei m si sr e s p o n s i b l ef o rp l 跚m i n gt h e o p e r a t i o nt a s ka n dm eo m s c o n t r o l sm ew a r e h o u s et a s ke x e c u t i o n2 u l dm o n i t o r s t h ea m o m a t i ce q u i p m e n t t h i sp 印e rd e s c 曲e st h er e l a t e dr e s e a r c hb a c k 铲0 u n da n ds i g m 6 c a n c eo f w a r e h o u s ea u t o m a t i o ni r i t e 伊a t e ds y s t e m h lt m sp 印e r ，a tf i r 瓯m e c t i o n a l a n ds o m a 心c o m p o n e n tw e r es t u d i e da n dt h ek e yt e c l u l o l o g i e ss u c ha ss t o r a g e m a n a g e m e n t ，e q u i p m e mc o n t r o l ，p o s i t i o nt e c h n o l o g 蜘a u t o m a t i ci d e n t i f i c a t i o n t e c h n o l o g ) ra n dc o i i i l u l l i c a t i o nt e c h n 0 1 0 影w e r em a d e ad e t a i l e ds t u d y s e c o n d t h es t o r a g ep r o c e s sa n di o m a t i o nm a n a g e m e n tp r o c e s sw e r ea n a l y z e dt o s t o r a g em a n a g e m e n tp r o c e s s a i l d证f o m l a t i o nd a t a p r o c e s s o fw a u r e h o u s e m a i l a g e m e n t 自d m am a n a g e m e n tl e v e lo ft h ei i l t e 伊a t e ds y s t e m i i i b a s e do nt h i s ，m ep a p e ra n a l y s i sa n dd r a 【wad a t af l o wd i 耀野m 1 ，d e s i g na d a t ad i c t i o n a i md a t a b a s e 蛐m c t u r ea n ds t o m g em a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e m 如n c t i o n a ls t m c t u r e t h i sp a p e rs t u d i e st 1 1 em a k e - u pa n dc o n t r o lm o d eo fs t o r a g e a u t o m a t i o ne q u i p m e mm o n i t o r i f l gs y s t e m 丘0 mc o n t ll e v e lo ft 1 1 eh l t e 黟a t e d s y s t e m ，a n a l y z e sm en o wp r o c e s so fs t o r a g ea u t o m a t i o ne q u i p m e n tm o n i t o r m g s y s t e m ，a n dd e s i g n st h e 如n c t i o n a l 鼬r l l c t u r ea n ds y s t e ms o 脚a r em o d e l b a s e d o nt 1 1 ea b o v er e s e a r c ha n dd e s i g n ，u s i l l gt 1 1 es t o r a g ea u t o m a t i o ne q u i p m e ms u c h a ss t e r e os h e l 眦l - t y p es t a c k e 与w a r e h o u s i n gt a b l e ，m o n i t o r i n gc o m p u t e ra s h a r d w a r ed e v e l o p m e n te n v m ) 姗e n t ，d e s i g nt 1 1 es y s t e md 撕b a s ew i t l lm i c r o s o f t s q l 2 0 0 0 ，d e v e l o pt 1 1 es y s t e ms o f 呐a r ew i m m i c r o s o r s u a lb a s i c6 o ，a n d i n t e g r a t e da l lo ft l l eh a r d w a r ea n ds o r w a r e ，aw a r e h o u s ea u t o m a t i o ni n t e 铲砒e d s y s t e mi sa c h i e v e d k e y w o r d s ：l o g i s t i c s ；w a r e h o u s ea u t o m a t i o n ；m o n i t o r m g ；c r a n e 广西大掌硕士学位论文 仓储自动1 七集成系统研究与设计 1 1 研究背景及意义 第一章绪论 1 1 1 研究背景 一、课题项目来源 本课题来源于广西大学青年科学基金项目( x 0 7 1 0 9 1 ) 和广西制造系统与先进制造 技术重点实验室主任课题项目( 桂科能0 8 4 2 0 0 6 0 1 3 z ) 。 二、项目研究硬件平台简介 本文主要针对学院实验室自主开发的由立体货架和堆垛机硬件执行设备组成的自 动化立体仓库进行研究，该平台主要包括： 1 、货架 货架采用钢材组合而成，采用单元货格式形式，每个货格储位通过储位代码进行标 识以便通过计算机进行管理，货架单元货格尺寸采用宽4 5 0 m m ，高3 5 0 衄，深6 0 0 m m 。 适合长度为5 0 0 l l ，宽度为4 0 0 衄，高度为3 0 0 i 锄的货箱集装存放。 2 、集装设备 集装设备采用固定尺寸货箱，仓储系统使用它们盛放货物，提高货物装卸和存取的 效率。通过对储位编码，在货箱贴上标签，使储位和货品对应起来。 3 、巷道堆垛机 巷道堆垛机采用双立柱直线型堆垛机。堆垛机的机架使用长方形框架结构，由两台 2 0 0 w 变频电机分别提供水平行走和垂直升降动力，一台1 0 w 电机提供货叉运行动力， 堆垛机控制器主要使用一台松下f p l c 4 0 型p l c 和其它外围电器构成。 三、仓储自动化集成系统概述 仓储自动化集成系统集成了仓储物资信息、仓储设备信息、作业任务信息、作业任 务传递、现场设备作业自动调度与可视化智能监控、现场作业设备的自动控制与运行设 备的作业执行等内容，实现仓储系统的自动运转。从分层分布控制的角度来看，仓储物 资信息、仓储设备信息、作业任务信息处于信息管理层；仓储作业任务传递、现场作业 设备自动调度与可视化智能监控处于中间监控调度层；现场作业设备的自动控制与运行 设备的作业执行处于设备执行层。各层之间通过传输媒介传递相关信息，彼此分工合作、 仓储自动1 七集成系统研究与设计 协同执行仓储作业。信息管理层通过对物资与设备信息管理，根据相关仓储作业规则分 解作业信息，形成监控层可识别的作业任务传递到设备监控调度层；监控调度层根据作 业效率最高与作业路径优化原则，对作业任务进行排序后，生成相应的作业控制信息去 调度相应的执行设备，同时通过相应的通讯接口和通信任务传递到相应执行设备的控制 器，控制执行设备执行相应的作业任务。通过可视化的监控平台实时监视执行设备的任 务执行状况，并把任务的完成信息反馈给信息的管理层，更新相应的作业数据信息，为 下一步的作业和其他相关物流环节提供必要的数据支持与共享。仓储自动化集成系统及 其周边系统如图1 1 所示。 颡娥璺叠臻 自一v = # 、 | ：一# 馘* 圈圈固 作业计划调度 嬲。u u 旦 麓箩争銎篓曼譬粤莲要熟囊 图圈圈 图1 - l 仓储自动化集成系统及其周边系统 f i g 1 lw 疵h o u 卸t o m a 士i ci m e 鲫l t e ds y s t e m 锄di t ss 哪岫d i i l gs y s t e m 1 1 2 研究意义 仓储是物流系统的一个重要环节，仓储自动化是随着自动化技术、计算机技术、通 信技术、先进制造技术和管理学等学科的发展而形成，涉及机械、电子、自动化、计算 机、管理学、系统工程等技术【l 】。随着现代化工业生产的不断发展，对仓储系统提出要 具有更实时、更准确和更可靠的性能，信息流必须伴随着工厂和仓库中的物流并行。要 实现这些功能，越来越多的取决于仓储系统功能集成的程度。因此，为了合理配置仓库 的资源、优化仓库布局和提高仓储作业水平，提高经济效益，深入研究仓储技术与设备， 2 广西大掌硕士掌位论文它储自动化集成系统研究与设计 仓储自动化作业设备控制与管理信息集成都具有十分重要的意义【2 】。综上所述，以仓储 管理信息系统和仓储设备监控系统为中心的仓储自动化集成系统的研究与开发，对提高 物流系统的运行效益有着重要的现实意义和广阔前景。 1 2 仓储自动化集成系统国内外研究现状 自动化仓储系统是集信息、储存、管理为一体的高技术综合机电控制管理信息系统， 融合了机械、电子、计算机、通信、网络、测控等多种技术，以搬运机械化、控制自动 化、信息网络化为特征，成为现代物流的枢纽。作为现代物流的关键环节，仓储自动化 系统的信息管理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【3 】【4 】。 为了提高物流速度，降低物流成本，国内外研究者对仓储自动化技术进行了大量的研究， 并取得了一定的成果。特别是近年来，随着计算机技术、通信技术和人工智能的发展与 应用，仓储自动化技术研究在理论模型、系统设计、系统优化、关键技术、新技术应用 和工程实践等方向更是突飞猛进的发展。 法国波尔多大学的实验室g r a i i ，a p 提出了g i m g r a j 企业建模方法【5 1 、欧共体计 划e s p r j l 中的计算机集成制造开放体系结构【6 j 、德国s a 砌锄d 大学a w s c h e e r 教授 提出的信息集成系统体系结构和美国普渡大学的企业参考体系结构r 7 】等都对自动化仓 储集成相关系统有比较充分的阐述。在维吉尼亚理工大学的怀特博士【8 】，通过深入研究 了仓储自动化集成系统的计算机控制技术，设计的物流集成化m m s 系统软件，是当前 物流行业中最完整的一体化解决方案。我国玉溪( 红塔) 烟草集团和长江摩托车集团已引 进了这一系统。 金芳等基于i f 提供的s c 和阳组件实现的仓储自动存取系统，通过标准o p c 接口实现与底层设备控制器的通信来完成1 9 】。陈小元等从管理、控制模式和软件设计等 方面介绍了监控计算机与设备控制器之间的联系【1 0 】。为了提高仓储系统的运行效率，仓 储自动存取系统出入库设备的行走时间模型也被广泛的研究。通过研究影响行走时间的 立库货架的几何排列，设计了对基于先进先出存储策略的单循环和多循环行走方式分析 模型【l l 】。m e l l e r 通过研究执行相邻的存储策略，可以使货物吞吐量得到明显的提高。货 物吞吐性能受到堆垛机最大技术性能和货架优化组合排列的限制，并给出了货物吞吐性 能的优化分析模型1 2 】。也有从堆垛机作业优化调度和调速性能等方面控制策略进行探讨 【1 3 1 。但是采用分布式工业控制网络和现场工业总线技术构成通讯网络对系统进行集中监 控的文献相对较少。 3 广西大掌硕士掌位论丈仓储自动化集成系统研究与设计 在仓储自动化理论模型方向，i p o 缸，t l e r h e f ，j k 船m b e r g e r ，m s 舢l 建立了多机 自动化仓库系统模型1 4 1 ，s g l e e ，r d es o u z e k o n g 的有轨堆垛机模型1 5 1 ，c h 砌e sj m a h n b o 赡研究了基于性能和投入的优化模型【1 6 1 ，s a b a l lu r a n d l l a 、a 锄di 存取系统仿 真【1 7 】，s u nh 屿y 0 衄gh a el e e ，s iy e o n gl i m ，m 0 0 nh w 趾l c c 在工业工程上发表了排队 轮候制度的性能评估模型1 8 】，h e u n g s 0 0 nf e l i ) 【l e e 觚ds 锄a 1 1 _ 吐l ak s c h f e r 对存取排队 方法进行了研究【1 9 】，m 0 0 m g p 飚m 研究了仓储存取设备的定位策略【2 0 j ，m a s u dm a 璐u r 研究了仓储空间，运行速度和储位分配之间的关系，给出了提高仓储设备效率的时间周 期算法【2 1 1 ，南京师范大学的李焕贞研究了物流立体仓库的数据模型【2 2 1 。在系统设计和优 化方向，有山东大学冯占营的基于p l c 的自动化立体仓库运行系统【2 3 】，太原理工大学 的自动化立体仓库管理与监控系统研究洲，兰州交通大学张宇的自动化立体仓库监控管 理系统的研究与设计口5 】，j e r o e i lp v 锄d e nb e 玛存储过程中停靠位置的优化分析f 2 6 】，沈 阳航空工业学院的自动化立体仓库货物存取管理和货位分配的优化研究【2 7 】。在关键技术 和新技术应用方向，y a - h o n gh u ，s h e uy i n gh u a i l g ，c h u a l l ”c h e n ，w b n - j i r 玛h s u a h c h e o n gt o h c ，c h e e tl o l l ，t i 锄c h e n gs o n g 等的适用于海产品货物的新型仓储设备【2 8 】，西 安科技大学李玉的自动导航小车的路径规划与控制研究【2 9 1 ，太原理工大学刘超的自动化 立体仓库通信网络和监控系统的研究与设计【3 0 】，沈阳工业大学马涛的基于i 强i d 的自动 化立体仓库作业调度与监控系统研刭3 1 】。在仓储自动化工程实践方向，中国海洋大学的 张忠宾设计和实施了青岛卷烟厂原料配方自动化立体仓库【3 2 】，哈尔滨工程大学的徐鹏设 计了全自动弹库出入库调度及监控系统【3 3 1 。 1 3 本文研究内容 本课题的仓储自动化集成系统主要针对当前机械工程学院已有的立体货架与堆垛 机所组成的硬件执行平台，研究分层分布式的信息管理层和设备监控层以及设备执行层 相互关系与信息传递机制，并开发仓储管理信息系统和设备智能监控系统，实现仓储信 息的有效管理和仓库执行设备的可视化监控。具体研究内容如下： l 、仓储自动化集成系统的组成及其关键技术。分析仓储自动化集成系统的入库作 业、出库作业和库存管理的需求，从系统的功能层次和软件层次上分析仓储自动化集成 系统的功能需求，根据仓储自动化系统功能要求，研究管理层支持技术需求和堆垛机监 控调度系统支持技术需求，研究仓储自动化集成系统涉及的储位管理、仓储自动化作业 设备控制、定位技术、自动识别、信息采集与检测系统、数据通信接口等关键技术。 4 仓储自动化毒成系统研究与设计 2 、仓储管理信息系统研究与设计。研究仓储作业流程和仓储管理信息数据流程， 并绘制和设计数据流程图，建立数据字典。对仓储管理信息系统进行总体结构设计和系 统功能结构设计，在以上分析设计的基础上，设计仓储系统数据库。 3 、仓储设备自动监控系统研究与设计。研究仓储自动化设备的控制方式和仓储自 动化设备监控系统的组成，对堆垛机控制系统所涉及的监控计算机、堆垛机控制器、状 态信息、通信接口进行分析研究，同时对仓储自动化设备监控系统数据流和仓储自动化 设备监控系统功能结构进行设计。采用面向对象方法，对仓储自动化设备监控系统软件 静态和动态模型进行设计，为仓储自动化监控系统软件的开发与实现提供实施基础。 4 、仓储自动化集成系统实现。选择仓储自动化集成系统的开发环境，在前几章研 究设计的基础上，使用编程工具，设计系统程序，实现仓储管理信息系统和仓储自动化 设备监控系统，重点介绍仓储管理系统主界面、基础信息管理功能、订单管理功能、仓 储作业功能、监控计算机通信功能、作业任务管理、可视化监控等的实现，并给出部分 实现主界面和关键代码段，介绍仓储自动化集成系统的运行使用。 5 广西大掣啊页士掣啦论文 仓储自动1 七集成系统研究与设计 第二章仓储自动化集成系统需求分析及其关键技术研究 仓储自动化集成系统集成了仓储物资信息、仓储设备信息、作业任务信息、作业任 务传递、现场设备作业自动调度与可视化智能监控、现场作业设备的自动控制与运行设 备的作业执行等内容，实现仓储系统的自动运转。本文主要针对当前学院已有的立体货 架与堆垛机所组成的硬件执行平台展开仓储自动化集成系统的研究，并对该集成系统相 关功能进行需求分析，为系统的设计与开发提供理论依据。 2 1 仓储自动化集成系统作业需求分析 仓储自动化集成系统通过仓储信息的有效管理，合理配置仓储资源、优化仓储布局， 指导仓储作业的有序进行，实现作业设备、人员等的有效调度，提高效益。仓储自动化 集成系统作业需求分析主要包括入库作业、出库作业和库存管理等作业需求分析。 2 1 1 入库作业需求分析 图2 1 仓储系统入厍作业流程 f 嘻2 - 1i i l p u to p e 嘶o nf l o wd i a g r a mo f w a r e h o u s es y s t e m 当客户提出有货物需要入库时，仓储自动化系统能接收用户的入库信息，并生成入 库订单。仓库管理员需要根据入库订单进行入库调度作业，同时能根据库位分配原则、 货格储位的属性、商品属性等信息，分配相应的入库储位单元，生成入库作业单。并传 递到相关作业现场，指导下一步的码盘、打印托签和堆垛机执行入库作业。即系统能根 据入库作业单分别生成收货通知单、理货通知单和入库通知单，分别将收货通知单传递 到收货区准备收货；理货通知单发送到理货区准备理货；入库通知单发送到储存区准备 入库上架。 6 广西大掌硕士学位论文仓储自动化集成勇0 ，晓研舅 号设计 当货物到达时，仓库作业人员在收货区检验收货后，货物送到理货区，在理货区进 行集装单元的码放，系统能够提供相应的打印功能，打印相应的托签，标识相应的集装 单元，并能够接收信息采集系统扫描的托签信息，生成以集装单元为单位的作业任务传 递到设备调度层，驱动相应的上架作业。储存区收到货物后，系统能够调度相应的堆垛 机进行货物上架作业，上架完成后系统能够更新库存数据。入库作业流程如图2 1 所示。 2 1 2 出库作业需求分析 当客户提出有货物需要出库时，仓储自动化系统能接收用户的出库信息，并生成出 库订单。仓管员在系统里首先要实现订单的审核，并根据出库订单需求进行出库调度， 即根据先进先出原则和商品的属性，确定出库货物的储位，生成以集装单元为单位的相 应的出库作业任务并传递到设备调度系统驱动相应的搬运设备在储存区进行出库下架 作业；同时系统能够根据出库作业单分别生成发货通知单、配货通知单，将发送发货通 知到发货区准备发货，发送配货通知到配货区准备配货。货物下架后，送到配货区配货， 同时系统能更新出库订单状态为已下架，更新库存数据；配货完成后送到发货区准备发 货；发货区收到货物后就安排发货。出库作业流程如图2 2 所示。 图2 - 2 仓储系统出库作业流程 f i g 2 2o u t p u to p e 础o nn o wd i 雄孵吼o fw a r e h o u s es y s t e m 2 1 3 库存管理的需求分析 仓储自动化集成系统为了提高作业水平，需要实现在库物资、作业设备和作业人员 的有效管理与调度。对于在库物资，能够实现分类管理与存放，能够通过明确的储位指 派，反映、记录货物在储位上的变动情况，实现货物的位置、数量和状态的全程跟踪达 到降低库存成本的目的。对于作业设备和作业人员，要能够实现有效的布局与调度，通 7 广西大掌硕士掌位论文仓储自动化集成系统研究与设计 过先进的仓储控制技术，使得仓储自动化集成系统高效的运行，提高作业效率。 2 2 仓储自动化集成系统功能需求分析 仓储自动化集成系统是基于控制技术、计算机技术、通信技术和相关信息管理技术 发展起来的集成综合应用系统，是强电与弱电相结合、仓储信息管理与仓储自动化设备 作业控制相结合的系统【3 4 1 。仓储自动化集成系统主要包括仓储管理信息系统和储自动化 设备监控系统等。 2 2 1 仓储自动化集成系统功能层次需求分析 为了提高仓储作业效率，仓储自动化系统需要将仓储信息管理和仓储设备控制等工 作进行相互协调，分工合作。因此，从功能层次角度，需要分别对仓储自动化集成系统 的管理层、控制层和执行层的功能需求进行研究口5 1 。其分层如图2 - 3 所示。 管理层 控制层 执行层 图2 3 仓储自动化集成系统功能层次 f i g 2 - 3f 岫c t i o nl l i e r a r c h yd i 楚孵i mo f 、w e h o u s ea u t o m a 士i ci 1 1 t e 黜ds y s t e m 1 、管理层功能需求 管理层功能应由仓储管理信息系统承担，管理仓储信息，担负起仓储自动化集成系 统的信息中枢作用，负责自动化仓储系统的信息流管理和协调系统设备的正常运行。实 现对整个仓库进行在线及离线的管理工作，同时应具备出入库作业管理、储位管理、库 存动态管理，查询统计和作业任务分解等功能，并具有实时输入、打印、显示和作业任 务传递以及各种查询功能。 2 、控制层功能需求 控制层在仓储自动化集成系统中应起到桥梁作用。对设备通讯、作业流程进行控制 与协调，并进行实时监控图像显示，承担起自动化集成系统设备自动控制中心的作用， r 广西大掌司n b 掌位论文铆t 自动化集成习0 晓研舅与设计 沟通并协调与管理级计算机系统、各作业系统的联系，控制和监视整个仓储自动化集成 系统的设备运行。当管理层发送作业任务给控制层时，控制层的控制计算机应能控制仓 储自动化设备完成指令所规定任务，同时实时监控仓储系统运行状态并将监控数据信息 传送给管理层，为管理层系统决策提供参考。控制层的主要作用应是根据管理计算机机 的命令组织工作流程，监视现场仓储自动化设备运行情况，与管理级信息管理计算机系 统、堆垛机及其它设备通讯，对仓储自动化设备进行故障检测及状态查询显示。 3 、执行层功能需求 执行层主要由仓储自动化设备组成并由相关控制器来控制。仓储自动化设备控制器 接收来自控制层的仓储作业任务指令，控制相应的执行机构完成各种仓储操作。同时把 仓储自动化设备运行信息传送到控制层，监控层监控计算机根据传送来的仓储设备运行 状态信息来判断设备工作状况，以便向执行层继续发送任务指令，保证系统正确运行。 在仓储自动化集成系统的联机控制方式下，信息管理计算机接收出入库信息，根据 相关仓储作业规则分解作业信息，形成监控层可识别的作业任务传递到设备监控调度系 统；监控调度系统根据作业效率最高与作业路径优化原则，对作业任务进行管理，并生 成相应的作业控制信息去调度相应的执行设备，同时通过相应的通讯接口和通信任务传 递到相应执行设备的控制器，控制执行设备执行相应的作业任务。通过可视化的监控平 台实时监视执行设备的任务执行状况，并把任务的完成信息反馈给信息的管理层，更新 相应的作业数据信息。 仓储自动化集成系统对管理层的智能性有一定要求，对数据处理能力有较强的要 求；对控制层的实时性能要求较高，要求监控计算机系统的处理速度要快，能够及时响 应系统输入，快速发送控制指令给仓储自动化设备，并随时对执行层的仓储自动化设备 运行状态进行监测；对执行层的可靠性要求较高，降低仓储自动化系统的故障发生率。 2 2 2 仓储自动化集成系统软件构成 仓储自动化设备要与各种功能相应的软件相配合，才能使仓储系统能高效有序的运 行。仓储设备和仓储物资在系统软件的协调管理下，成为一个有机的整体，完成仓储工 作。系统软件应由通信控制、设备控制、作业控制、订单管理、作业计划、库存管理、 数据访问等模块组成，这些模块功能相对独立，但可通过通信接口互相通信。通过不同 的组合又可形成相对独立的子系统。如订单管理、作业计划、数据访问、库存管理组成 仓储自动化管理信息系统，设备控制、通信控制、作业控制、数据访问组成仓储自动化 设备监控系统，它们组合又形成仓储自动化集成系统。其中管理信息系统软件主要完成 9 仓储自动化集成系统研究与设计 仓储作业计划，监控调度系统软件完成仓储作业操作，此外还有设备控制软件完成设备 执行机构的动作控制。仓储自动化集成系统软件架构如图2 _ 4 所示。 图2 - 4 仓储自动化集成系统软件架构 f i g 2 - 4s o 觚a 地e w o r ko f w a r e h o u s ea u t o m a t i ci n t e 鲥e ds y s t e m 2 3 仓储自动化集成系统支持技术需求分析 根据现有的硬件平台条件，货物在仓库立体货架中采用的是单元储存模式，课题要 求开发的系统要实现设备远程可视化监控，因此仓储自动化集成系统需要以下相关支持 技术： 2 3 1 管理层支持技术需求 1 、信息采集与作业指令传递支持需求 当仓库要进行出入库作业时，计算机必须能采集物资的单品信息和集装单元信息， 并存入信息管理计算机系统中，信息管理计算机在根据仓库设备资源情况，计划调度生 成相应的作业计划，并形成作业指令，传递给设备监控系统，设备监控系统接收到作业 指令后再控制相应的仓储自动化设备执行作业指令，最终完成仓储系统的出入库作业。 2 、仓储货物与仓储设备信息管理支持需求 仓库储存货物的数量应保持一个合理的水平，储存货物数量过多，就会造成货物积 压、资金占用和提高管理费用；储存货物数量过少，则会影响仓储系统正常运行，库房 闲置。所以，对仓储物资信息做到账物相符，透明管理，提高仓储作业效率，需要对仓 储物资与设备进行信息管理。 1 0 仓储自动化集成系统研究与设计 3 、储位管理技术需求 对于仓储自动化集成系统，储位管理是信息管理计算机的一项重要工作。仓储货物 的储存采用储位存放方式，各种货物并没有固定的储存储位，货物信息与储位信息的关 联通过集装单元的标识信息来完成。入出库货物的存放地址是按照一定的入出库原则确 定的。 4 、信息通信接口技术需求 信息管理计算机通过以太网的t c p 口协议与出入库工作站联网，出入库工作站向 管理计算机传递货物信息和集装单元信息，根据信息管理计算机的储位信息与储位分配 原则，生成出入库作业指令，并向设备监控系统发送作业指令，接收设备监控系统的反 馈信息等。 2 3 2 堆垛机监控调度系统支持技术需求 1 、任务管理与调度技术需求 能够支持堆垛机监控调度系统接收上级管理层的作业任务，并转化相应的作业指 令，即将储位的代码转化为堆垛机能识别的目标地址，同时能根据作业效率最高与作业 路径优化原则，对作业指令进行排序，通过相应的计算机通讯接口将作业指令发送给堆 垛机控制器去执行，并能向上级管理层计算机报告作业执行情况。 2 、自动控制作业需求 能够支持堆垛机监控调度系统自动控制需求，即直接对仓储作业过程进行控制。根 据预先制订并存储在计算机内的仓储作业控制策略，输出控制信息，直接作用于仓储自 动化设备的执行机构，完成仓储作业的自动控制。 3 、仓储自动化设备可视化监视需求 能够支持对仓储自动化设备实时监视需求，在仓储作业过程中，对仓储自动化设备 的运行参数和工作状况进行实时检测，并把采集到的数据进行处理，以可视化的方式呈 现给用户。 4 、通讯接口支持需求 能够支持仓储自动化设备的通讯需求，通过通讯接口，监控计算机把控制指令经过 协议封装为数据帧发送给下位机，下位机把应答数据帧发送给上位监控计算机。 2 4 仓储自动化集成系统关键技术研究 根据仓储自动化集成系统功能构成、软件构成和技术支持需求的研究，仓储集成化 1 1 广西大尊蛹炙士学位论文 仓储自动1 七集成系统研究与设计 集成系统涉及管理机械电子、控制、信息和计算机等技术，其中关键技术有储位管理技 术、仓储自动化作业设备控制技术、定位技术、自动识别技术、信息采集与检测系统、 数据通信及通讯接口技术等。因此，需要研究这些关键技术对后续仓储自动化集成系统 的开发和设计提供技术支持h3 6 ，3 7 1 。 2 4 1 储位管理技术研究 储位管理就是利用储位来使货品处于被管理状态，通过明确的储位指派，反映、记 录货物在储位上的变动情况，实现货物的位置、数量和状态的全程跟踪。合理有效的规 划和管理进入仓库的货物是管理系统一项重要内容。根据预先制订的原则，为需要入库 的货物选择最佳储位地址，为需要出库的货物能够快速找到储存位置。辅助其它作业顺 利进行，特别是拣货作业，提高作业效率。掌握库存状态，为库存控制提供基本数据。 组成储位管理的因素有储位空间、货物、人员、储存、搬运、输送设备、资金等， 其决定因素如图2 5 所示。 分类储存 托盘储存 图2 5 储位管理决定因素 f i g 2 - 5d e c i s i o n 姗o fs t 0 嘲ep l a c em a n a g e m e m 设计和规划储位管理要满足空间使用率高、仓储作业方便快捷、进出货效率高、货 物先进先出、货物好管理、盘点容易、库存掌握无浪费、配送快无缺货。 自动化仓储系统中一般货物都没有固定的存放储位，任意储位都可以存放任一种类 货物。这种储存方法入库时要遵循均匀分布原则、就近入库出库原则和对货架受载有利 原则；出库时可考虑先入先出原则和未满单元先出库原则。选用合适的储存策略可以减 少存取设备出入库移动的距离、缩短仓储作业时间，有效利用仓储系统储存空间。因此， 在储位管理上可采取一些算法提高存取效率，常用的算法有货物分区算法、柔性分区法 和联合货位编号法。 2 4 2 仓储自动化作业设备控制技术研究 1 、自动控制技术 1 2 仓储自动化集成系统研究与设计 自动控制系统是仓储自动化集成系统能否正常运行的核心系统，它关系到整个系统 运行成本和效率问题。为了实现整个集成系统的高效运转，仓储自动化集成系统所有的 存取和输送仓储自动化设备以及其它辅助设备必须包含有各种相应的设备控制单元装 置，用于接收设备控制系统发送来的指令，在控制指令的控制下达到自动运转的目的。 在仓储自动化集成系统中，需要控制的仓储自动化设备种类很多，有堆垛机、输送机、 自动搬运设备等。这些仓储自动化设备的控制装置按照各自的功能要求，完成相应的仓 储设备执行机构的控制任务。如巷道堆垛机的控制就有启动、停止、水平行走、水平速 度、垂直升降、升降速度、货叉伸缩等控制。仓储作业任务都是由控制系统协调控制仓 储自动化设备来完成【3 8 1 。 仓储自动化集成系统的控制系统结构可采用的方式有两种：集中控制系统结构和分 布式控制系统结构。 集中控制系统结构。一般由控制器、外围设备和计算机组成，这种控制所使用的硬 件设备数量较少，但对设备的可靠性要求高。可以同过硬件冗余措施和采用功能强、可 靠性高的硬件来提高系统的可靠性。 分布式控制系统结构。采用这种控制方式系统的全部系统功能不能集中在一台或几 台设备上，这样，即使某台设备故障，整个系统也不会完全瘫痪。此外，对系统中的关 键设备采取备份，更能提升系统的可靠性。 2 、仓储自动化设备监控及调度系统 仓储自动化设备监控系统是仓储自动化集成系统的重要组成部份，它在整个仓储自 动化集成系统中起着信息枢纽作用。在仓储自动化集成系统中配备仓储监控系统保证集 成系统能实时监控仓储系统的运行情况，根据系统运行情况进行仓储作业任务调度。许 多仓储自动化设备的运行都需要有仓储监控系统的协调，用户可以通过监控系统计算机 屏幕直观的看到仓储自动化设备的运行情况，监控仓储自动化设备的运行。如监控计算 机通过通信接口与控制单元交换作业信息、应答信息、查询信息。作业信息包括作业类 型( 入库、出库等) 和作业地址( 源地址、目的地址) ；应答信息是控制单元在接收到监控 机下发的命令帧后给监控机返回的信息；查询信息是监控机每隔一定时间对所有下位机 标志区进行一轮查询，查询的主要内容有堆垛机列、层位置信息、堆垛机货叉位置信息、 作业完成信息、故障信息等，每查询一轮新的信息后，查询到的信息在监控机上动态显 示。 1 3 广西大掌硕士掌位论丈 仓储自动化集成系统研究与设计 2 4 3 定位技术研究 在仓储自动化集成系统中，定位技术主要是指仓储货物具体存放位置的确定。由计 算机控制的仓储自动化集成系统具有自动定位功能。仓储货物的存储位置由货架编号、 储位所在货架层地址和储位所在货架列地址确定。当堆垛机控制器接收到控制计算机发 来的搬运任务指令后，就控制堆垛机向作业目标地址方向运行。行走过程中，认址装置 不断检测行走位置信息，与目标地址比较，判断堆垛机是否已到作业目标地址。本系统 中，认址装置由贴在堆垛机行走方向上的认址片和安装在堆垛机下方靠近导轨的认址器 构成，认址器通过传感器检测认址片，本系统使用的传感器是红外传感器，当红外光发 射与红外光接收在同一侧时，采用反射式认址片，否则采用透射式认址片。通常认址检 测方式有两种，绝对认址方式和相对认址方式，绝对认址是为每一个定位位置制定一个 绝对地址代码，因此每个需要定位的位置要制作一个唯一的认址片。使用绝对认址方式 可靠性高，但要制作复杂的认址片，也要设计十分复杂的控制程序。使用相对认址方式 时，每一个需要定位位置的认址片结构相同，制作相对简单，程序设计也较简单。在堆 垛机运行时每经过一个认址片，只要进行简单累加就可以得到当前位置的相对地址。与 绝对认址相方式比较，相对认址方式可靠性较低，但可以通过增加奇偶校验，提高相对 认址方式的可靠性。 2 4 4 自动识别技术研究 自动识别技术是指在没有人工干预条件下对货物关键特性的确定。这些关键特性包 括货物名称、货物数量、货物品质、货物来源、包装体积、货物重量等。在仓储自动化 集成系统中，这些货物信息被采集系统采集处理后，能用来确定货物的存储位置、库存 控制、仓储单据和仓储物资记账等。货物的关键特性信息可以通过光学、磁、电子等多 种存储介质存放和获取。目前在物流领域应用比较流行的自动识别技术有条形码技术和 射频识别技术。在仓储自动化集成系统中条形码技术是最基础的信息识别技术，其特点 是简单、信息采集速度快、采集信息量大、可靠性高、灵活实用、自由度大和设备结构 简单等。射频识别技术与条形码识别技术相比，其特点在于不局限于视线，识别距离比 光学系统远，射频识别卡且具有读写能力，难以伪造。射频技术免接触，抗干扰能力强， 可以工作在各种恶劣仓储环境。在仓储自动化集成系统中，自动识别技术主要应用在仓 储货品的入库验收阶段、仓储货品的出库发货阶段和仓储货品库存盘点阶段。 2 4 5 信息采集与检测系统技术研究 信息采集系统由信息识别与信息传递装置组成，完成对仓储货物的信息采集、信息 1 4 广西大掌硕士学位论文 仓储自动化集成系统研究与设计 识别和货物跟踪，信息识别主要是对货物名称、托盘标示等的识别。目前，信息识别技 术发展迅速，识别种类也很多，常用的信息识别装置有条形码识别装置、射频识别装置、 智能卡识别装置、光字符识别装置、图像识别装置等。仓储自动化集成系统中使用的信 息采集系统中，主要采用条形码识别技术和使用条形码识别装置来完成对仓储货物信息 的采集和识别，并将收集到的信息传送到集成系统的数据库中。 信息检测系统使用各种检测装置来检测仓储自动化设备状态参数，实现对仓储自动 化集成系统中各种仓储自动化设备的状态监测。在仓储自动化集成系统运行中主要检测 的参数是仓储自动化设备的运行位置、运行方向、运行状态等。系统根据这些检测数据 来判断系统的运行状况，为控制仓储自动化集成系统运行提供最佳决策依据【3 9 1 。 2 4 6 数据通信及接口技术研究 数据通信是通过传输信道把仓储自动化设备与系统计算机联结起来，从而使仓储系 统中不同地点的仓储自动化设备实现信息资源的共享。数据通信的传输媒介有无线和有 线方式，无线方式有红外传输和射频传输等，有线方式有普通电缆和光纤电缆等。仓储 自动化集成系统由两个子系统和仓储自动化设备组成，需要在两个子系统之间、各仓储 自动化设备之间进行信息交换，来协调设备的运行，完成仓储作业任务。如监控计算机 与下位机控制器通信采用总线型的拓扑结构和串行通信方式实现数据交换【删。 自动化仓储集成系统中的通信网络一般分成两部分，一部分是管理层计算机之间以 及与监控计算机的联网，使用t c p i p 协议组成局域网。另一部分是监控层计算机与底 层仓储自动化设备控制器之间的通信，一般各仓储设备控制器所采用的通信协议基本上 各不相同，都是各生产厂家独自定义，没有统一的标准协议。 1 、底层设备信息传输方式 在仓储自动化集成系统中，底层设备堆垛机、输送机等与控制计算机之间需要进行 信息传输，即控制计算机发出的指令信息传给底层设备，底层设备的状态信息和应答信 息传给控制计算机。底层设备信息传输方式有电缆传输、导管式滑触线传输、电磁感应 传输、红外线传输等多种传输方式。 2 、仓储集成系统通信方式 仓储自动化系统通常有两种运行方式，联机方式和脱机方式。前一种方式在上级计 算机的调度下自动运行。后一种通过管理人员控制系统独立运行。在分布式控制结构的 仓储自动化系统中，以联机方式工作时，系统必须完成仓储节点控制计算机与上层计算 机的通信和节点控制计算机与底层设备之间的通信。 15 仓储自动化集成系统研究与设计 ( 1 ) 监控计算机与上层管理计算机通信 现代物流发展趋势通常是仓储系统与生产系统结合在一起，仓储自动化集成系统运 行要同上层管理系统计算机通信。上层管理