堆垛机操作实验

4.2 堆垛机操作实验一、实验目的1、了解全自动仓储系统的组成及其仓储工作原理；2、了解仓储管理的基本概念；3、掌握全自动仓储系统的操作，包括自动立体仓库的入库、出库和移库的操作流程。二、实验说明全自动仓储系统（Automated Storage and Retrieval System，简称AS/RS），是指不需要人工直接参与处理，能自动存储和取出物料的系统，是集高架仓库及规划、管理、机械、电气和计算机等技术于一身的综合性技术。1963年建立了世界上第一座计算机控制的高架仓库，目前已广泛应用于汽车、化工、电子、机械、烟草、军队后勤等各个行业和部门。目前自动仓储系统的功能，既可以作为单纯的存储仓库，即货物以单元化形式（如托盘）在货架上储存一定的时间，需要时出库使用，也可以作为配送中心，即根据订单要求对不同类别的货物进行选配，组成新的出库货物单元，这需要较大的选配作业面积，并配置各类输送机、分拣系统等配套设备。大型的自动仓储系统可以有5000托盘以上，中型的也有20005000托盘，而小型库则在2000托盘以下，目前最大库容量已达十多万个托盘。自动仓储系统的突出优点表现在：能大幅度地减少占地面积，提高库容量；提高仓库出入库频率；提高仓库管理水平，便于清点盘库，减少库存，节约流动资金，并防止货物老化、变质生锈；采用自动化技术，能存储特殊的货物，比如胶片等。1、自动仓储系统的组成：根据所存储的货物的特点，以及物流的特点，自动化仓储系统的实现形式多种多样，但基本上都包括以下几个部分：高层立体货架、堆垛机、出入库传送带、光电条码扫描仪、RFID视频标签识别装置，以及计算机控制软硬件。（1）高层立体货架采用由钢结构组成的单元格式货架，其货格的长度为520mm，深度为450mm，高度为350mm，整个货架系统共有前后2排，分别标示为A区、B区，每排12列5层，总共有120个货位。（2）堆垛机可进行三维空间定位，通过在货架系统内部的巷道内来回穿梭，其货台上下垂直升降，而货台上的货叉则前后伸缩，堆垛机将货物单元自动上架和下架。堆垛机在三维空间中的x-y-z方向上的运动、定位、寻址和调速，是通过以西门子S7-200系列PLC为控制核心的计算机控制系统来完成的，该系统还包括5个红外光电认址器，实现货位的相对认址和定位，西门子MM400系列高性能交流变频调速器对传动交流电机进行调速控制，并通过现场总线与上位计算机保持通讯。 上下左右认址示意图 前后认址示意图堆垛机在水平方向每一列货架都设置2个间距为一个认址片宽度的光电认址器，总共有12个固定的认址片，堆垛机在巷道内作来回水平运动时，2个认址器跟随堆垛机一起进行高速移动，在根据计算机的定位数据找到所要定位的库位时，首先在读出第一个认址器之后，堆垛机的交流变频电机就立即由高速运动转变为低速运动，然后等两个认址器同时读到认址片后，立即停机。由于在读到第二个认址片之前，堆垛机已经处于低速运动状态，从而提高了此开环控制系统的定位精确度，减少了定位的时间。堆垛机垂直方向上每层货位均设置有约10cm宽的认址片，并在上下方向上设置有3个光电认址器，这3个认址器之间的间隔距离同样为一个认址片的宽度，并能跟随货台上下升降移动。取货时，当最上面的一个认址器读到认址片后，货台立即由高速转变为低速运行，并在上中两个认址器同时读到所要找的该层认址片后，立即停止运动。存货时，则是最下面的一个认址器读到认址片后，货台立即由高速转变为低速运动，并在中下两个认址器同时读到所要找的该层认址片后，立即停止运动。堆垛机的货叉的运动则要复杂一些，由于有两排货架，所以货叉需要能够向前后两个货位叉伸，而货叉在取货时，需要先运动到货物托盘之下，这样才不至于出现货叉碰撞货物托盘的危险；而存货时，需要稍抬高货物托盘的位置，这样才能将货物托盘轻轻放置于货位上，而不至于出现货物托盘碰撞货位的危险。这就需要垂直升降电机和货叉电机配合起来控制。货叉取货时先运动到货物托盘下方堆垛机根据控制计算机发送过来的寻址指令进行工作，可以进行直接寻址，也就是说根据控制计算机发送过来的绝对货位地址，直接移动到目标位置，也可以采用相对寻址，也就是说根据堆垛机当前位置，以及和目标位置之间的差，控制PLC从当前位置出发，运动到目标位置。为了提高堆垛机的运行效率，堆垛机在巷道内作水平运动至目标货架列的同时，已经进行垂直运动，以加快垂直货架行的寻址速度。从实际的运行系统中可以看到，堆垛机并不是在完成水平运动后，再做垂直运动，而是同时进行水平和垂直方向上的复合运动，所以堆垛机的货台是做斜线运动的。（3）入库传输带在立体仓库的左边，而出库传输带则在立体仓库的右边，货物托盘只能从入库传输带送入立体仓库，也只能从出库传输带取出立体仓库。出入库传输带都采用二级存储缓存控制，也即在前一个货物托盘等待执行操作的同时，另一个货物托盘仍然可以进行准备操作，这样设计的优点在于，货物托盘的并行执行，减少货物托盘的等待时间，提高周转率。出入库传输带都通过反射式光电传感器对货物托盘的到来进行检测，当货物托盘经过反射式光电传感器，就会反射红外光，而被光电传感器接收到，从而触发相应的电气控制动作。在入库传输带之前和出库传输带之后都有理货台，可以用来实现入库之前和出库之后的理货操作。（4）为了配合计算机管理，在入库传输带之后，加装有光电条码扫描仪，以及RFID射频标签识别装置。而在货物托盘的两侧都贴有条码标签，在货物托盘内壁还贴有RFID射频标签。这些设备都是对即将入库的货物托盘进行验证，判断是否和控制计算机存储的电子入库单中的货物相同，如果不同，说明在入库传输带上误送入了其他物品。如果其他物品送入立体仓库，则立体仓库的库存信息将和控制计算机内存储的电子信息无法吻合，由于立体仓库内部是无人操作的，库存的信息都是存储在计算机中的，所以将引起存取货物的混乱。光电条码扫描仪和RFID射频标签识别装置都是非接触式识别装置，但是光电条码扫描仪需要条码标签运动至扫描仪正前方一定距离之内，才能够正常工作，而RFID射频标签识别装置则在其周围的一个较大的范围之内都能够正确地读取标签的数据。（5）自动仓储系统的所有组成部分，都由一台主控计算机控制。在主控计算机上运行有仓储数据库系统程序，PLC接口程序，以及组态王工控程序。自动仓储计算机既可以作为一个单独的系统完成对自动仓储系统的控制和数据维护工作，也可以作为整个物流配送系统的仓储子系统的部分存在，而在后者系统中，主控计算机需要能够接受来自物流配送系统的配送订单的处理，并将其订单自动转化为自动仓储系统的出库单，或者进而借助捡货系统，完成配货单；另一方面，也可以通过物流配送系统网络，将仓储缺货和补货信息发送至采购环节，从而实现整个仓储及物流配送逻辑。2、自动仓储系统的软件主控计算机实现的软件包括数据库程序，组态王工控界面程序、PLC接口驱动程序，订单管理程序，以及物流配送系统接口程序。（1）数据库程序存储货物的基本信息，包括货物名称、货物的条形码代码、立体仓库的货位存货信息、订单数据等。增加新的货物类型，需要在数据库中新分配货物的条形码，否则软件将不接受新的货物。入库货物在立体仓库中的存放位置是由主控软件根据立体仓库当前的空余存储货位计算得出的，并不是由操作人员指定货位，所以数据库中货位的信息是十分重要的。如果整理立体仓库，使其按照一定区域分类存放货物，就需要执行调库的操作，此时才由操作人员指定货物在仓库中的位置。（2）组态王工控界面程序是操作人员实现仓储管理、出入库、调库、订单管理、库存信息查询等功能的工作界面。程序以组态王6.03版为开发平台，既可以实现本地订单控制，也可以实现远程三方物流配送软件（如罗捷斯特物流软件）控制。（3）PLC接口驱动程序实现上位控制计算机向PLC电气控制模块发送指令，以及底层PLC模块向计算机返回状态信息。（4）订单管理程序存储、执行订单操作，并最终打印订单。（5）物流配送系统接口程序实现自动仓储系统和三方物流配送软件的通讯和数据共享功能。3、自动仓储系统实现的功能自动仓储系统实现的功能包括：入库、出库、以及移库、调库。（1）入库功能将新的货物托盘存入立体仓库，要求货物的类型条形码必须是主控计算机已经保存的，否则无法存入立体仓库。（2）出库功能将指定货位的货物托盘从立体仓库中取出，由出库传输带送往指定流利链出口。（3）移库功能是将指定货位中的货物托盘移动到另一个空货位，这个功能是立体仓库内部货位的调整。（4）调库功能是将两个指定货位的货物托盘进行对调，堆垛机利用出库平台作为中间缓存货位，即堆垛机将第一个需要调库的货物托盘先以出库的方式放到出库平台上，但是不执行真正的出库操作，然后将第二个需要调库的货物托盘“移库”入第一个货位，然后将第一个货物托盘“入库”入第二个货位，从而实现调库操作。移库和调库功能可以实现立体仓库中的货物的调整，对于立体仓库内货物的整理、存储货物的分区分类整理十分有用。三、实验内容及步骤本实验完成三个仓储操作：入库操作、出库操作、以及调库操作。1、实验的软硬件准备工作（1）运行主控计算机上的组态王程序，双击桌面的“组态王6.03”图标，本实验为本地控制，所以打开工程路径为“C:仓储控制系统组态王”下的工程名为“组态王（本地控制）”的工程，然后点击“运行”按钮。然后目测堆垛机叉板所在的当前位置（当前层和当前列），立体仓库货架为5层（从下往上1-5层）、12列（从右往左2-13列），行列号都用数字标牌标示，入货台算作第1列，出货台算做第14列，立体货仓上共有120个货位。确认数据库中当前堆垛机位置数据，虽然堆垛机在停机后，会将位置数据存入数据库，并在下一次启动后，重新从数据库中调出位置数据，但是为了防止堆垛机电气故障，需要在初始化时再次核对堆垛机实际位置。（2）运行主控计算机上条码扫描程序，程序路径为“C:仓储控制系统读入货条码VB”，程序名为“读条码.EXE”。由于在主控计算机上安装有条码扫描仪，用于读入入库货物托盘的条码，当然也可以手工输入，所以需要有条码读入程序，将条码信息传入组态王控制界面程序。WINDOWS操作系统为在两个应用程序之间传递数据提供了DDE动态数据交换技术，组态王和条码扫描程序之间通过DDE通讯实现数据传递，组态王为DDE服务端程序，而条码扫描程序为DDE客户端程序。如果两者没有建立通讯连接，则出现如下对话框：则点击“退出”，重新运行条码扫描程序程序和组态王程序。（3）目测硬件状态，人工取走出货台上的货物托盘，否则影响程序流程顺利运作。出货台是调库动作的暂时存放区，在初始化状态下不应该有任何的物件，否则将和主控计算机中数据库数据发生矛盾。但是在实际实验中，很有可能是上一次实验过程中，未完成整个出库流程就停机，或者人为摆放上去，从而造成出库台上留有货物托盘。（4）在组态王程序启动后，都会自动弹出“组态王信息窗口”，在此窗口中记录操作信息。检查主控计算机和电气控制柜以及数据库连接是否正常。如果出现异常，检查相关的部件。（5）确认堆垛机巷道内没有其他同学逗留，在实验过程中注意同学的人身安全至关重要。（6）检查主控计算机桌子旁的“紧急制动按钮”是否松开，为了防止在堆垛机运行过程中，发生意外，系统提供了紧急制动按钮，按下该按钮，整个堆垛机、传输带电动系统全部停机，所以正常实验时，需将该按钮松开。（7）观察堆垛机、传输带等设备声光正常，确保设备工作正常后再开始实验。2、入库操作入库操作根据以下步骤完成：（1）设置入库单（2）新建入库申请先选择“新建入库单”清空所有入库申请，然后输入需要入库的货物条码，可以手工输入，也可以使用条码光电扫描仪输入，在使用条码光电扫描仪输入时，需要事先将光标置于“请输入条码”文本框内。货物的条码必须是系统数据库中已经存在的，否则系统将无法关联货物属性，也即无法完成入库操作。修改“数量”文本框，该框内的数字代表一个货物托盘内存放该类物件的个数，该个数应该和实际的物件数量一致，这样在仓库缺货的情况下，系统才可以完成补货的请求。一个入库单可以包含多条货物记录。添加的货物数据在中间“入库申请”栏中列出，右边的“入库申请表”栏目列出已经存在的入库单文件。左边的“商品基本信息”栏列出数据库中维护的货物信息，包括条码、名称、重量、单位、客户名等信息。选择“添加入库请求”完成整张入库单制作。如果想删除某条入库申请，则输入货物条码，并选择“删除入库请求”，或者也可以在中间“入库申请”栏中选中要删除的申请条目，然后选择“删除入库请求”按钮。所有入库申请建立后，点击“生成入库单”，保存在指定目录下。（3）导入入库作业点击“导入入库作业”按钮，可以弹出入库单号的文件，入库单的文件名是按照入库单生成日期时间统一编号的，所以从入库单的文件名就可以查出入库的时间和顺序。最新生成的入库单排在入库单列表最下面，最早生成的入库单排在入库单列表最上面。在入库单列表中选择要导入的入库单，并选择“导入数据并运行”按钮。当主界面中间的表格中自动出现入库指令后，系统将显示入库单的执行状态信息，以及堆垛机的运行状态信息。堆垛机等电气设备将自动运行。实验同学须将货物托盘依次放在入库区的滚筒传输带上，有条码的一面朝向入库位置上的光电条码扫描仪。盒子的间距保持在0.3米以上，并打开滚筒传输带的开关。当货物托盘自动送至入货台时，堆垛机会自动启动，将货物入库。由于在入库前须经过入库位置上的光电条码扫描仪的条码验证，而如果光电扫描仪长期不处于工作状态时，有可能会出现无法正确读取条码的故障，所以在货物托盘即将到达光电扫描仪的时候，有时需要手动复位光电条码扫描仪，在条码扫描程序界面上有一个“条码复位”按钮，按下该按钮，光电条码扫描仪将复位，并发出“嘀、嘀、嘀”的蜂鸣声。这样可以保证每次入库条码扫描的正确性。如果光电条码扫描仪无法始终无法读出入库台上的条码，则系统将提示“入库台上的货物不在数据库中，请将其从入库台上移走”的信息，此时该货物暂时无法入库，可先将其他货物入库，等完成后，另行添加入库单，这样操作并不会影响数据库数据和实际立体仓库数据的一致性。3、出库操作出库操作根据以下步骤完成：（1）设置出库单（2）新建出库申请先选择“新建出库单”清空所有出库申请，然后选择“添加出库请求”，弹出“添加出库信息”对话框。该对话框有左右两栏，分别代表两种选择方式，左边栏列出了有货物托盘的货位，前缀分别为“A”和“B”，表明是“A区”，还是“B区”，“AB”之后紧跟的数字“1”是表明第一单元的，由于实验室立体仓库只有一个单元，所以永远是“1”。紧跟着的2位数字为列号，最后2位数字为层号。右边栏列出了立体仓库内存在的货物的条形码，有了条形码，就可以查到货物的其他信息。所以可以通过货位和货物条形码来选择需要出库的货物托盘。出库的目标地点有三个，分别是“1号流利链出口”、“2号流利链出口”、以及“集货台出口”。其中两个流利链出口位于机器人手臂两边，