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案例頻道1 概述
自動化立體倉庫產(chǎn)生于20世紀(jì)50年代，是用自動化物料搬運設(shè)備進行貨物出庫和入庫作業(yè)操作的倉庫。作為現(xiàn)代化物流系統(tǒng)中的重要組成部分，自動化立體倉庫是一種多層存放貨物的高架倉庫系統(tǒng)，主要由高層貨架、巷道堆垛機、出入庫輸送設(shè)備、自動控制與管理系統(tǒng)所組成。自動化立體倉庫的出入庫輔助設(shè)備及巷道堆垛機能夠在計算機管理下，按指令自動完成貨物的存取作業(yè)，并能對庫存的貨物進行自動化管理。
本文首先對此次設(shè)計的自動化立體倉庫系統(tǒng)整體架構(gòu)作了深入分析，主要包括工廠層系統(tǒng)、現(xiàn)場控制層系統(tǒng)、設(shè)備層系統(tǒng)，并重點對設(shè)備層系統(tǒng)中的堆垛機控制系統(tǒng)進行了深入研究。本系統(tǒng)基于施耐德電氣整套解決方案，使用SoMachine&Unity Pro編程軟件對系統(tǒng)控制程序進行了編寫。并且使用上位組態(tài)軟件對自動化立體倉庫計算機監(jiān)控系統(tǒng)進行了開發(fā)，實現(xiàn)了操作人員對立體倉儲運行過程中的實時監(jiān)控與維護。
2 系統(tǒng)的硬件選擇與設(shè)計
2.1 系統(tǒng)硬件規(guī)劃圖
（1）系統(tǒng)架構(gòu)圖
圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖
（2）堆垛機架構(gòu)圖
圖2 堆垛機架構(gòu)圖
（3）RGV小車架構(gòu)圖
圖3 RGV小車架構(gòu)圖
2.2 問題及解決方法
（1）由于考慮第三方傳感器的通信問題，多次同第三方產(chǎn)品協(xié)調(diào)最終選擇了Ethernet IP作為設(shè)備層通信協(xié)議，ModbusTCP協(xié)議部分傳感器不支持；
（2）同客戶上位軟件工程師多次溝通，由于C-Shape中集成了Modbus TCP通信函數(shù)，網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議最終選擇ModbusTCP協(xié)議；
（3）由于客戶在堆垛機地軌、天軌均安裝了電機來驅(qū)動，故涉及天、地軌電機不同步問題，需要通過高速計數(shù)器來對天軌電機的轉(zhuǎn)速進行實時監(jiān)控，M251在開發(fā)初期并沒有開發(fā)HSC模塊，故只能添加一個小型PLC作為EthernetIP從站來實時檢測天軌電機轉(zhuǎn)速；
（4）客戶前期批量使用ATVLift，在制定方案初期使用ATVLift變頻器作為堆垛機水平、提升，但在測試過程中發(fā)現(xiàn)ATVLift同VW3A3316 EthernetIP卡不兼容，卡安裝好之后變頻器識別不到該卡，同L3溝通之后ATVLift同Ethernet IP卡存在版本兼容問題，由于通信卡版本過高導(dǎo)致變頻器無法識別，所以在測試之后將方案修改為ATV 71383變頻器。
3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計
3.1 自動化立體倉儲現(xiàn)場總線詳解
現(xiàn)場總線選型初期計劃采用ModbusTCP來實現(xiàn)E網(wǎng)到底，無論設(shè)備層還是網(wǎng)絡(luò)層全部使用一條以太網(wǎng)總線ModbusTCP，但考慮該方案存在兩個弊端：（1）整個大網(wǎng)用一種協(xié)議的話會出現(xiàn)IP地址不能重復(fù)問題，項目中堆垛機、穿梭車比較接近于OEM機型，考慮到標(biāo)準(zhǔn)化問題不適合將所有設(shè)備用一個交換機來做；（2）第三方的傳感器配置ModbusTCP接口的情況還是相對較少，考慮到傳感器選型問題最終確定了采用Modbus TCP & EthernetIP的方案。
3.2 自動化立體倉儲數(shù)據(jù)交換詳解
（1）該方案由35臺輸送系統(tǒng)、3臺堆垛機、2臺穿梭車組成。35臺輸送系統(tǒng)使用M340通過遠程IO集中控制；3臺堆垛機分別用3個TM251MESE來控制；2臺穿梭車分別用2個TM251MESE；
（2）上述設(shè)備中堆垛機、穿梭車會同輸送機PLC通信，堆垛機、穿梭車之間不會發(fā)生數(shù)據(jù)交換；
（3）堆垛機同輸送機主要傳送的信號
·輸送機→堆垛機：請求堆垛機取貨、允許堆垛機取貨、允許堆垛機動作、允許堆垛機放貨、堆垛機放貨完成；
·堆垛機→輸送機：堆垛機準(zhǔn)備取貨、堆垛機正在取貨、堆垛機取貨完成、堆垛機空閑；
（4）穿梭車同輸送機主要傳送的信號
·輸送機→穿梭車：允許穿梭車取貨、允許穿梭車動作、允許穿梭車放貨、接收到穿梭車放貨完成、對穿梭車急停；
·穿梭車→輸送機：穿梭車請求取貨、穿梭車取貨完成、穿梭車請求放貨、穿梭車放貨完成、穿梭車手動正轉(zhuǎn)、穿梭車手動反轉(zhuǎn)；
（5）堆垛機同上位調(diào)度系統(tǒng)主要傳輸信號
·上位調(diào)度系統(tǒng)→堆垛機：起始層、起始列、起始排、目的層、目的列、目的排、管理下發(fā)的托盤號；
·堆垛機→上位調(diào)度系統(tǒng)：收到的起始層、收到的起始列、收到的起始排、收到的目的層、收到的目的列、收到的目的排、收到的托盤號、堆垛機空閑；
（6）穿梭車同上位調(diào)度系統(tǒng)主要傳輸信號
·上位調(diào)度系統(tǒng)→穿梭車：起始層、起始列、起始排、起始層、目的列、目的排、管理下發(fā)的托盤號；
·穿梭車→上位調(diào)度系統(tǒng)：收到的起始層、收到的起始列、收到的起始排、收到的目的層、收到的目的列、收到的目的排、收到的托盤號、穿梭車空閑。
該項目共需要編寫3套PLC程序堆垛機程序、穿梭車程序、輸送機程序，3套程序成型后需要對應(yīng)到各自的巷道中進行修改，不同的堆垛機、穿梭車程序均不同。
4 效益分析
施耐德整套解決方案運行穩(wěn)定，功能上完整地替換了原有競爭對手的產(chǎn)品，使用ATV 32 + ATV 71383高性能變頻器大大提高了立體倉儲的工作效率，各項指標(biāo)均已超出預(yù)期。
（1）使用M251 & M340大大縮減了電氣成本，并且超指標(biāo)完了項目標(biāo)書的各項指標(biāo)；
（2）使用Modbus TCP & Ethernet IP總線打破了物流行業(yè)Profinet一家獨大的局面，為設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化打下了基礎(chǔ)；
（3）ATV 71 383變頻器在基頻87Hz狀態(tài)下運行大大提高了各電機運行速度，提高了設(shè)備工作效率；
（4）施耐德電氣經(jīng)濟型觸摸屏HMIGXU5512使用Vigeo Designer Basic，該平臺的易用性遠遠超出了Win CCFlexible軟件，給客戶開發(fā)上位系統(tǒng)帶來了方便。
摘自《自動化博覽》2019年7月刊
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號