作者：張衛(wèi)國

客觀地分析客戶的需求，合理配置托盤四向穿梭式立體庫物流管控系統(tǒng)，托盤四向穿梭式立體庫物流管控系統(tǒng)一般由多層托盤四向穿梭式貨架、存儲(chǔ)單元、物流搬運(yùn)設(shè)備（含托盤四向穿梭車、托盤提升機(jī)等）、出入庫輸送系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、WCS控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、WMS計(jì)算機(jī)管理信息系統(tǒng)以及其他輔助設(shè)備組成；WCS通過網(wǎng)絡(luò)通訊、PLC來操控和管理托盤四向穿梭車、其它物流搬運(yùn)設(shè)備、托盤提升機(jī)和輸送鏈；托盤四向穿梭車采用光電開關(guān)加編碼器的雙重認(rèn)址方式，通過計(jì)算目標(biāo)的相對(duì)位置方式來實(shí)現(xiàn)方向控制和位置控制，實(shí)現(xiàn)所有的托盤四向穿梭車、存儲(chǔ)物品沿托盤四向穿梭式立體庫內(nèi)鋼貨架結(jié)構(gòu)中配置的運(yùn)行軌道在各個(gè)層面合理移動(dòng)與調(diào)度，大大提高了貨物周轉(zhuǎn)的速度；出入庫輸送系統(tǒng)包括單元化輸送系統(tǒng)、紙箱(物流箱)揀選輸送系統(tǒng)、連續(xù)提升機(jī)、分配車、AGV等，出入庫輸送系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)以及輸送設(shè)備的配置，需要根據(jù)倉庫的整體布局、倉庫的功能以及存儲(chǔ)單元或貨物的類型等情況決定，出入庫系統(tǒng)的輸送速度以及分岔、合流點(diǎn)的數(shù)量等，都要以滿足倉庫的出入庫效率為原則來確定，并處理好電氣控制技術(shù)問題。

圖6 托盤四向穿梭式自動(dòng)化密集倉儲(chǔ)系統(tǒng)的拓?fù)鋱D

整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由中控室計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和倉庫計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所組成，倉庫計(jì)算機(jī)系統(tǒng)均通過網(wǎng)絡(luò)連接到中控室計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，并通過應(yīng)用服務(wù)器訪問數(shù)據(jù)庫和各個(gè)設(shè)備系統(tǒng)。

托盤四向穿梭式自動(dòng)化密集倉儲(chǔ)系統(tǒng)的功能架構(gòu)分為：信息管理層、調(diào)度監(jiān)控層和設(shè)備執(zhí)行層三個(gè)層次；信息管理層實(shí)現(xiàn)物流系統(tǒng)的管理功能，同時(shí)還是銜接自動(dòng)化物流系統(tǒng)與企業(yè)信息管理系統(tǒng)的接口層，這一層由物流計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，軟件的可用性、技術(shù)的先進(jìn)性與接口的開放性尤為關(guān)鍵，該層對(duì)圍繞生產(chǎn)組織的物流活動(dòng)提供最大化的信息管理，并具備與相關(guān)的信息管理系統(tǒng)接口的能力，以確保信息的自動(dòng)化和實(shí)現(xiàn)資料共享；調(diào)度監(jiān)控層是連接信息管理層和設(shè)備控制層的紐帶；設(shè)備執(zhí)行層是集成了各種執(zhí)行設(shè)備的工業(yè)控制網(wǎng)或?qū)Ｓ每刂葡到y(tǒng)；在托盤四向穿梭式自動(dòng)化密集倉儲(chǔ)系統(tǒng)中包括：輸送控制系統(tǒng)、托盤四向穿梭車、托盤貨物提升機(jī)、地面搬運(yùn)AGV、揀選設(shè)備控制系統(tǒng)等。托盤四向穿梭式自動(dòng)化密集倉儲(chǔ)系統(tǒng)的倉庫管理系統(tǒng)功能架構(gòu)圖如下：

圖7  WMS與WCS功能圖

電氣控制技術(shù)主要指對(duì)相關(guān)機(jī)械機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的控制，包括對(duì)機(jī)械部分的定位、軌跡、速度、壓力、角度等進(jìn)行控制；另一個(gè)是邏輯控制：

（a）運(yùn)動(dòng)控制：運(yùn)動(dòng)控制就是以電機(jī)與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)為控制對(duì)象，通過控制器和驅(qū)動(dòng)裝置，對(duì)機(jī)電系統(tǒng)的速度、加速度(轉(zhuǎn)矩)、位置等運(yùn)動(dòng)量進(jìn)行控制，以滿足托盤四向穿梭車的功能和性能的要求。

（b）邏輯控制：邏輯控制是以邏輯代數(shù)為理論基礎(chǔ)的一種控制思想，它遵循一定的規(guī)律，托盤四向穿梭車必須根據(jù)客戶的工藝路線設(shè)置合理的行程順序邏輯控制；

托盤四向穿梭式自動(dòng)化密集倉儲(chǔ)系統(tǒng)中常用的電氣控制技術(shù)主要有常用傳感器、低壓控制電器、電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)、可編程控制器、嵌入式系統(tǒng)和機(jī)電系統(tǒng)接口技術(shù)，

（1）傳感器：主要被用于檢測托盤四向穿梭式自動(dòng)化密集倉儲(chǔ)系統(tǒng)中的自身與作業(yè)對(duì)象、作業(yè)環(huán)境的狀態(tài)，向控制器提供信息以決定系統(tǒng)的動(dòng)作。傳感器的精度、靈敏度和可靠性很大程度上決定了系統(tǒng)性能的好壞；

（2）直流伺服電動(dòng)機(jī)：就是微型的他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，其結(jié)構(gòu)與原理都與他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)相同。按磁極的種類劃分為兩種：一種是永磁式直流伺服電動(dòng)機(jī)，它的磁極是永久磁鐵；另一種是電磁式直流伺服電動(dòng)機(jī)，它的磁極是電磁鐵，磁極外面套著他勵(lì)勵(lì)磁繞組；

（3）嵌入式系統(tǒng)：嵌入式系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)軟件與計(jì)算機(jī)硬件集成在一起，嵌入到應(yīng)用對(duì)象內(nèi)部的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。這種系統(tǒng)往往與應(yīng)用對(duì)象技術(shù)，如通信技術(shù)、傳感技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、控制技術(shù)等結(jié)合在一起，成為嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用對(duì)象的控制中樞。嵌入式系統(tǒng)具有芯片集成度高、硬件軟件最小化、高度自動(dòng)化、響應(yīng)速度快以及性能可靠等基本特點(diǎn)，特別適合于要求實(shí)時(shí)和多任務(wù)的場合。從應(yīng)用角度考察，目前相當(dāng)一部分嵌入式產(chǎn)品都具有3c融合特征，即計(jì)算機(jī)（computcr）、通信(Communication)和消費(fèi)電子(Consume Electronic)一體化；

（4）機(jī)電一體化接口技術(shù)：托盤四向穿梭式自動(dòng)化密集倉儲(chǔ)系統(tǒng)的性能在很大程度上取決于接口性能。各子系統(tǒng)之間的接口性能成為判斷系統(tǒng)整體性能好壞的決定性因素。接口技術(shù)的研究對(duì)象正是機(jī)電自動(dòng)化系統(tǒng)中的各種接口。機(jī)電接口包括硬件接口和軟件接口兩大類。硬件接口主要在于系統(tǒng)之間或人與系統(tǒng)之間建立物理連接，為信息和能量的輸入／輸出、傳遞和轉(zhuǎn)換提供物理通道。軟件主要是提供系統(tǒng)信息交互、轉(zhuǎn)換、調(diào)整的方法和過程，協(xié)調(diào)和綜合機(jī)電組成技術(shù)，使各子系統(tǒng)集成并融合為一個(gè)整體，實(shí)現(xiàn)新的功能。機(jī)電系統(tǒng)的接口根據(jù)輸入／輸出的關(guān)系，可以分為人機(jī)接口、機(jī)電接口、機(jī)械接口、電氣接口和軟件接口(信息接口)；

（a）人機(jī)接口是主要解決人與機(jī)電系統(tǒng)之間的接口。通過人機(jī)接口，可以向系統(tǒng)輸入操作指令，計(jì)算機(jī)的處理信息、報(bào)警信號(hào)、系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)等都需要通過顯示器的輸出傳遞給操作者，便于操作者監(jiān)視系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，控制其運(yùn)行過程。人機(jī)接口是雙向互動(dòng)的。接口硬件包括輸入／輸出設(shè)備，人機(jī)輸入接口主要有；鍵盤鼠標(biāo)、掃描儀、照相機(jī)、撥碼盤、觸摸屏、開關(guān)和旋鈕、虹膜識(shí)別、手寫輸入、指紋識(shí)別、面部識(shí)別和聲音識(shí)別等；人機(jī)輸出接口主要有；觸模屏、LED、LCD顯示屏、打印機(jī)、數(shù)碼管、指示燈和音響等；

（b）機(jī)電接口主要解決動(dòng)力源與驅(qū)動(dòng)裝置之間的能量轉(zhuǎn)換接口。機(jī)電系統(tǒng)中的驅(qū)動(dòng)裝置有各種交、直流電動(dòng)機(jī)，液壓執(zhí)行裝置，氣動(dòng)執(zhí)行裝置（機(jī)械手）和其他新型執(zhí)行裝置。驅(qū)動(dòng)這些裝置需要用到機(jī)電接口。托盤四向穿梭式自動(dòng)化密集倉儲(chǔ)系統(tǒng)中存在一定的輸送線、提升機(jī)、疊碼盤機(jī)、機(jī)械手等多種物流配置設(shè)備，內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)及其系統(tǒng)的工作方式和原理也是多種多樣，要實(shí)現(xiàn)各類設(shè)備的合理配置與兼容，機(jī)電接口的設(shè)計(jì)也稱為了項(xiàng)目案例成功與否的關(guān)鍵要素；

（c）電氣接口主要解決控制系統(tǒng)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與傳感器、傳感器與控制系統(tǒng)之間的接口，或解決外部裝置與計(jì)算機(jī)之間的硬件接口。也就是說，電氣接口將傳感器輸出的信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，輸入到控制系統(tǒng)中，將控制系統(tǒng)輸出的數(shù)字量信號(hào)轉(zhuǎn)換為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)所需要的信號(hào)；這些信號(hào)的轉(zhuǎn)換都是通過軟件進(jìn)行的；這個(gè)也是托盤四向穿梭車電氣模塊化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵之一。電氣接口劃分為輸入接口和輸出接口兩種類型。輸入接口包括開關(guān)量、數(shù)字量和模擬量這三種輸入接口。輸入接口的功能就是將傳感器輸出的信號(hào)經(jīng)過信號(hào)放大、調(diào)制與解調(diào)、濾波、限幅和A／D轉(zhuǎn)換等一系列操作，將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)輸入到計(jì)算機(jī)中，在這個(gè)轉(zhuǎn)換過程中，要解決電平和量程匹配；輸出接口輸出數(shù)字量，經(jīng)過電氣隔離、D／A轉(zhuǎn)換和功率放大，送到執(zhí)行機(jī)構(gòu)；

（d）軟件接口主要解決不同總線、不同程序之間的信息格式轉(zhuǎn)換。例如，ISA總線與USB總線的轉(zhuǎn)換、windows下的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序、不同語言之間的混合編程等；

（e）機(jī)械接口技術(shù)是主要解決執(zhí)行機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)之間的接口。機(jī)械接口有零接口和被動(dòng)接口兩種。零接口直接將執(zhí)行機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)連接，不進(jìn)行能量和運(yùn)動(dòng)的變換，本系統(tǒng)中存在輸送線與提升機(jī)、輸送線與地面AGV、提升機(jī)內(nèi)置運(yùn)行軌道與貨架結(jié)構(gòu)軌道的對(duì)接等零接口。被動(dòng)接口要進(jìn)行能量的轉(zhuǎn)換和運(yùn)動(dòng)的變換，例如托盤四向穿梭車內(nèi)置電機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)形成液壓換向裝載、托盤舉升裝置動(dòng)作等，驅(qū)動(dòng)電機(jī)減速器進(jìn)行減速增矩構(gòu)建行駛運(yùn)動(dòng)及運(yùn)動(dòng)加速度。