北京印钞厂自动化物流系统

隶属于中国印钞造币总公司的北京印钞厂始建于1908年，总占地面积230386平方米。该厂自创建之始。就引进了国外先进技术，印制新式钞券和邮票，是我国第一家采用雕刻钢板凹印工艺印制钞票的企业。新中国建立以来，北京印钞厂先后参与设计生产了第一至第五套人民币，承印增值税专用发票、各时期的债券、国库券、外汇券、粮油布票、邮票等大量有价证券，同时还为10多个国家和地区设计印制了钞票和有价证券。

2004年，北京机械工业自动化研究所等单位为北京印钞厂建设了综合自动化物流系统。它不仅是具有储存功能的自动化立体仓库，还是联结各生产工序并调节生产节拍的中枢，在印钞生产中起着至关重要的作用。

该立体仓库由高层货架、巷道堆垛机(10台)、出入库输送机系统(40台出入库输送台车)、自动门(40个)、库内台车(16台)、门禁系统、自动控制系统、无线通信系统、射频识别、计算机管理监控系统等设备和系统构成(如图1所示)。整个系统由多个PLC的CPU控制单元进行控制。每个出入库的自动门和库外台车都是由独立的PLC控制，而各个独立的PLC通过SIEMENS公司PROFIBUS-DP现场总线控制方式进行联网，与堆垛机通过以太网进行连接。整套物流系统的中心是计算机管理监控系统和自动控制系统。

管理系统软件功能

自动化立体仓库管理系统的主要功能是对仓库入／出库作业进行最佳分配、登录和控制，并对数据进行统计、分析。以便决策人对生产进行宏观调控。及早发现问题，采取相应措施，满足深圳到都匀物流生产需求，最大限度地降低库存量及资金的占用，加速资金周转。

软件设置不同的操作权限。而且所有的操作均记录在日志中。包括操作者代号、操作的时间和操作的内容等。

1．系统的主要功能

(1)入库处理：由ERP／MRP或入库客户机或其他客户机接收入库数据，按照预先设定的均匀分配、高峰时就近入库、ABC分类法等原则，给托盘分配一个货位，发出入库命令；建立或修改库存数据，并记入入库流水。

(2)出库处理：管理系统根据操作人员输入的物品需求计划单或根据ERP下达的当班生产计划形成成品出库作业。按照先进先出、出库优先等原则，查找出满足出库条件且数量相符的货位，发送出库命令，同时修改相应的账目数据。

(3)货位管理：形成以货位为对象的查询、修改、统计、报表等。

(4)库存管理：形成以物料的属性为对象的查询、修改、统计、报表等。

(5)库存资金占用分析：以每种物料在该仓库总金额中所占比例为依据，分析各种物料的资金占用情况，以降低库存资金。

(6)盘点管理：在日常的存取作业中。难免会出现物料存取差错、损坏或其他失误，因而必须定期进行盘点。盘点是通过对每种物料的实际清点来核实库存数据的准确性，并及时修正库存账目，达到帐、物相符。

(7)空货位管理：设定了最低及最高限额库存量报警、物料存储时间报警、物料存储数量报警等。

(8)信息系统集成：与车间级或厂级MIS系统实现信息集成，便于上层管理部门进行宏观调控和生产决策。同时，自动化立体仓库管理系统本身又是一个独立的系统。能够完全脱离企业级管理系统而独立工作。

(9)监控调度系统：主要依据仓库管理计算机下达的作业命令，经运算与处理后，向堆垛机下达各种仓储作业或调度命令，并在直观、动态的彩色画面上监视命令的执行情况。此外，还可能显示、报告各类故障信息，通过决策与判断，作出相应的处理方案。

2．计算机监控调度系统的调度控制原则

先出库后入库原则，有利于生产需求；

先进先出原则；

均匀分布原则；

简化流程，最佳途径，最短距离的作业原则；

作业之间合理配合，作业顺序优化组合排队原则；

入库出库复合作业原则，用于提高工作效率；

可人工进行调度。

3．计算机监控调度系统的监视控制内容

动态画面显示各类机电设备运行状态及作业流程；

通过监控计算机，操作员可手动控制现场设备、故障复位； 各类机电设备故障及报警信息等。

自动控制系统

自动化立体仓库控制系统的结构如图2所示。

1．堆垛机、输送机控制系统

巷道式堆垛机是实现自动化仓库无人作业的主体，直接关联到整个仓库物料入／出库作业的成败。该项目选用了高可靠性、抗电磁干扰强的SIEMENS公司的可编程序控制器(PLC)及日本安川变频调速器作为控制单元。为了强化系统，仓珠海到天津物流库控制系统还采用如下措施：

模块化结构，分布式控制。其最大优点是简化控制程序，便于操作维护。一旦某控制单元出现故障，也不会导致整个控制系统瘫痪；

所有控制系统包括堆垛机、输送系统等采用现场总线网络联接起来，不需经过任何计算机，堆垛机与堆垛机、堆垛机与输送机之间可以直接互相通信。汕头到承德物流这对于北京印钞厂自动化立体库来说更加实用，因为每巷道用两台堆垛机，两台堆垛机正常运行的条件是它需要实时知道另一台堆垛机的位置和状态；

当某个模块发生故障时，甚至某个检测开关发生故障时，系统将自动报警提示。维护人员可依照提示在几分钟内更换模块，使系统重新投入运行；

堆垛机可实现全自动／半自动／手动操作。在全自动工作状态，堆垛机控制器与监控计算机自动进行数据、信息交换。实现入／出库的自动作业。当网络环境或监控计算机出现故障时，控制系统可采用单机自动或手动方式，独立地进行出／入库作业；

采取一系列连锁保护措施，可对异常情况进行自动报警或处理。并向监控计算机反馈处理结果；

堆垛机控制器具备正、反两个方向点动控制功能，防止惯性冲程造成的过量停机偏移。

2．监控计算机与控制器之间的通信

监控计算机通过工业以太网与现场控制设备(堆垛机、输送设备)通信。堆垛机与地面的通信通过无线以太网实现，每台堆垛机控制器是网络的一个节点。这样的结构使现场控制设备之间不必通过计算机而直接交换信息，因而系统的可靠性大大提高。

3．射频识别

在堆垛机上安装射频卡读写器。读取托盘上的托盘号(射频码)，提高存取的准确率，保证作业准确无误。

4．输送控制系统

采用SIEMENS公司PROFIBUS现场总线控制方式，在立体库南侧1至5层和北侧1至3层的输送车检修平台各布置一台配有远程1／O ET200M系统的控制机柜，分别控制本层南北侧输送小车和自动门，本层输送设备和自动门

检测控制信号均就近连接到本层控制柜内，既方便设备维护，又比常规设计状态下减少了大量的电缆辅设。

5．南北侧出入库控制系统

在南北侧卷帘门上方安装显示屏，入出库时显示屏提示操作工出入库。在自动门上方安装指示灯，指示灯用来指示本通道内输送设备工作状态，长亮表示出库托盘已到位，提示操作工刷卡；小车取货时闪烁表示库外托盘摆放歪斜；电动门关闭时闪烁表示本通道进行出库作业，禁止入库；灯熄灭表示允许入库。

自动门门框两侧安装两个光电开关，用来检测库外托盘占位。入库时，如果库外操作人员刷卡后没有摆好托盘，输送小车自动停止，在库内等待位置，等托盘摆好，重新刷卡，自动门全部打开后再进行取货。

南北侧输送小车货又上安装4个托盘检测开关，当小车到达取货位置时，每个托盘分别正好遮挡两个光电开关，输送系统认为托盘摆放正确；如果有一个开关没有发讯，认为摆放歪斜，指示灯闪烁报警，提示操作人员摆正托盘；如果其中后两个开关没有发讯，表示单托盘入库。小车取货后自动入库，自动门自动关闭。

管理系统下发出库作业指令后。堆垛机将托盘放到输送小车上。小车将托盘送到自动门前时，自动门上方指示灯亮，提示操作工刷卡开门。放好托盘后，小车自动回库，自动门关闭。

检测系统

在自动化立体仓库物流系统中，先进可靠的自动检测与识别系统是仓储作业高效、正确、安全运行的保障。

1．堆垛机自动检测

包括认址、极限位置判识、货位不正、货位虚实、过载、钢丝松绳、变频器故障、超高／超宽检测等。

2．输送系统托盘位置检测

北京印钞厂自动化立体仓库托盘输送系统由南北出入库输送车、东西侧复合输送机和库内输送台车组成。

(1)南北出入库输送车：南北出入库输送车检测点有小车行走位置检测、货又上下位置检测、货又前端的障碍物检测。在入库台装有托盘检测。

(2)库内输送台车：库内输送台车检测点有小车行走前后位置检测、托盘有无检测。

(3)自动门：自动门检测点为门开／关到位位置检测。

系统的作业流程

在自动化立体仓库中，每个托盘均附有射频卡以标识托盘号；每台堆垛机均设置有射频卡读写器，用于阅读托盘号；在工位附近设置出入库操作员呼叫终端及射频卡读写器，用于显示出入库信息，或录入出入库请求，或查询库存内容、读取或写入射频卡信息等；每个出入库口设置门禁读卡系统。用于识别出入库操作人员的身份；每层、每侧出入库口设置显示屏，用于显示出库信息，如托盘号、去向(欲加工的工艺)号、操作者等信息。

1．物料入库

入库时，工位操作员在出入库呼叫终端上录入入库请求。包含工位信息、物料信息等，同时将该信息写入射频卡。管理系统响应入库请求后提示入库门号，此提示作为人工操作的指导性提示信息，工作人员将托盘搬运至相应的入库口。操作人员在相应的出入库口处刷卡；

管理系统核对无误后，在显示屏上进行入库提示。托盘在入库位置放好后，打开相应的入库口自动门；

出入库输送系统将托盘取到库内；

堆垛机叉取托盘后，经堆垛机上射频卡阅读器确认后，管理系统给托盘分配一个库内地址并将托盘存放于指定货位；

堆垛机将该托盘号和货位地址传送至管理计算机，管理计算机根据该信息和入库请求信息更改库存表、入库流水等。记录下托盘号、物料属性、已加工完成的工序号、货位地址、操作者、入库时间等信息。

2．物料出库

作业管理模块根据日机台配送计划，定时生成出库作业；

作业调度模块根据设备运行情况、入／出库作业计划，按调度原则产生堆垛机作业指令；

通信管理模块将作业指令发送到堆垛机控制系统；

堆垛机接收作业命令，把相应货位托盘放到输送小车上；

通信管理模块实时采集堆垛机的作业数据，当堆垛机作业完成时，将此作业数据传送到作业管理模块；

作业管理模块进行出库作业完成处理，作业调度模块根据作业完成信息在显示屏上为操作人员进行出库操作提示。同时库存管理模块进行相应的库存台帐自动维护；

小车将托盘送到自动门前时，自动门上方指示灯亮，提示操作工刷卡开门；

工作人员在相应的出入库口处刷卡；

门禁控制模块接收到刷卡数据后，在数据库中核对操作人员权限。当核对无误后，向控制系统发送开门控制信息；

自动门打开至全开位后，输送小车自动出门，放好托盘，然后小车自动回库，自动门关闭；

LGv调度系统指挥L6v(或人工)搬运货物至相应工位，操作人员在入出库终端上读卡确认，录入收货确认信息；

入出库终端管理模块将此信息写入数据库。库存管理模块进行相应的记录自动维护。

应用效果

北京印钞厂自动化物流系统自建成以来，经历了联调、模拟试运行、试运行、生产运行的检验，达到了各项设计指标，满足了使用需求，在印钞原材料及半成品的储存、调节生产、安全管理、提高效率等方面发挥了巨大的作用。之后进行的与公司级信息系统集成，使企业的信息化更上一层楼，完全改变了以往的生产管理模式，加强了印钞系统的管理，为生产环节的高效运行提供了重要的保障作用。