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1　概述

自動化立體倉庫產生于20世紀50年代，是用自動化物料搬運設備進行貨物出庫和入庫作業操作的倉庫。作為現代化物流系統中的重要組成部分，自動化立體倉庫是一種多層存放貨物的高架倉庫系統，主要由高層貨架、巷道堆垛機、出入庫輸送設備、自動控制與管理系統所組成。自動化立體倉庫的出入庫輔助設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，并能對庫存的貨物進行自動化管理。

本文首先對此次設計的自動化立體倉庫系統整體架構作了深入分析，主要包括工廠層系統、現場控制層系統、設備層系統，并重點對設備層系統中的堆垛機控制系統進行了深入研究。本系統基于施耐德電氣整套解決方案，使用SoMachine&Unity Pro編程軟件對系統控制程序進行了編寫。并且使用上位組態軟件對自動化立體倉庫計算機監控系統進行了開發，實現了操作人員對立體倉儲運行過程中的實時監控與維護。

2　系統的硬件選擇與設計

2.1　系統硬件規劃圖

（1）系統架構圖

圖1 系統架構圖

（2）堆垛機架構圖

 圖2 堆垛機架構圖

（3）RGV小車架構圖

圖3 RGV小車架構圖

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，多次同第三方產品協調最終選擇了Ethernet IP作為設備層通信協議，ModbusTCP協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，網絡層協議最終選擇ModbusTCP協議；

（3）由于客戶在堆垛機地軌、天軌均安裝了電機來驅動，故涉及天、地軌電機不同步問題，需要通過高速計數器來對天軌電機的轉速進行實時監控，M251在開發初期并沒有開發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，但在測試過程中發現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　系統的軟件設計

3.1　自動化立體倉儲現場總線詳解

現場總線選型初期計劃采用ModbusTCP來實現E網到底，無論設備層還是網絡層全部使用一條以太網總線ModbusTCP，但考慮該方案存在兩個弊端：（1）整個大網用一種協議的話會出現IP地址不能重復問題，項目中堆垛機、穿梭車比較接近于OEM機型，考慮到標準化問題不適合將所有設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　自動化立體倉儲數據交換詳解

（1）該方案由35臺輸送系統、3臺堆垛機、2臺穿梭車組成。35臺輸送系統使用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、穿梭車之間不會發生數據交換；

（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、穿梭車手動反轉；

（5）堆垛機同上位調度系統主要傳輸信號

·上位調度系統→堆垛機：起始層、起始列、起始排、目的層、目的列、目的排、管理下發的托盤號；

·堆垛機→上位調度系統：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）穿梭車同上位調度系統主要傳輸信號

·上位調度系統→穿梭車：起始層、起始列、起始排、起始層、目的列、目的排、管理下發的托盤號；

·穿梭車→上位調度系統：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定，功能上完整地替換了原有競爭對手的產品，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，各項指標均已超出預期。

（1）使用M251 & M340大大縮減了電氣成本，并且超指標完了項目標書的各項指標；

（2）使用Modbus TCP & Ethernet IP總線打破了物流行業Profinet一家獨大的局面，為設備的標準化打下了基礎；

（3）ATV 71 383變頻器在基頻87Hz狀態下運行大大提高了各電機運行速度，提高了設備工作效率；

（4）施耐德電氣經濟型觸摸屏HMIGXU5512使用Vigeo Designer Basic，該平臺的易用性遠遠超出了Win CCFlexible軟件，給客戶開發上位系統帶來了方便。

摘自《自動化博覽》2019年7月刊