自动化技术在物流系统中的应用

笔者所在的物流中心成立于2004广州到朝阳物流年5月，由高架仓库系统、自动化输送系统、自动化控制系统和计算机集成化物流管理系统组成，物流设备主要有堆垛机、输送机、分配小车等。工程所采用的技术包括自动控制技术、自动检测寻址技术、现场总线技术、变频调速技术、条码自动识别技术等。以下是笔者对项目中较核心的几套自动化系统进行的分析总结。

一、堆垛机系统

1调速系统

为了实现较高精度的控制速度和控制定位，并达到在目的地时可以制动停准和运行速度可以平稳换速的目的，在堆垛机上采用了闭环无级控制系统，其基本控制原理如图1。

(1)变频器通过编码器的反馈对运行电机实现速度的控制，PLC的CPU通过总线，将速度值输入变频器，变频器将其同编码器的反馈转数作比较，调整输出的大小来控制车的实际速度，从而保证变频电机能以要求的速度平稳运行。

(2)根据初始运动加速度与加速控制时间、平稳运行速度与距离、减速运动加速度与控制时间等，进行变频的适时调整，确保堆垛机运行及控制反馈运行过程的平稳，消除不稳定形成的超差故障。

(3)根据旋转编码器的脉冲测量数，反馈当前堆垛机各电机的位移信号，以及预先设定的控制方案，实时调整变频器的输出驱动频率值，使变频电机先以较高的速度运行到接近目标地的位置后，将速度平稳地降到较低档后制动停准，必要时可采取机械抱闸来辅助快速定位。

(4)在工作过程中，PLC控制实时采集运行数据，并不断地与存放在软件控制数据块中的标准位置参数进行比较与控制，从而达到快速准确定位、提高出入库作业佛山到苍南物流效率的目的，并与监控交换数据，以实现作业的全面动态管理。

2各项检测信号

堆垛机上设有原始位置检测开关，用于堆垛机升降、货叉的编码器回零、运行激光校准。原位开关采用漫反射式光电开关。在其水平方向上和垂直方向上都设有双方向换速和限位开关，采用行程开关与磁开关。

堆垛机货叉方向上设有两个端部限位开关。采用反射式光电开关，确保货叉在中位。

堆垛机的载货台上装有5个检测光电开关，分别用于测定载货台上是否有货物、托盘在载货台上是否对正、货物人出库时两侧的货格内是否有托盘。

这些检测信号最终输入到PLC中作为控制程序的依据。

3认址方式

堆垛机的运行及升降方向都采用激光测距仪定位。堆垛机运行定位是依据实际运行距离及升降实测数据和数据库中的相对应数据比较而产生的。激光测距仪通过DP接口同CPU进行数据交换。在激光测距仪的面板上可直接读出实际数据。

二、输送系统

1输送系统的控制流程(如图2)

检测信息来自漫反射式光电开关、镜反射式光电开关、接近开关、条码阅读器、称重系统、升降台的高低位等。现场的检测信息通过PLC的输入点传递到PLC，经CPU处理再通过输出点(通过中间继电器)控制接触器线圈的通断，以控制相关的电机。

2系统控制原理

(1)认址控制

在输送机上信息流与物流同步进行，PLC内每个托盘的编号、目的地、起始地、托盘的状态信息等，都作为信息字来表述。当托盘从一个位置移动到下一个位置时，PLC内同时将托盘对应的信息字内容传递到下一个位置的信息字；当托盘到接近某支线分岔口(即进入巷道)时，PLC自动比较托盘与该支线的地址码：不一致时，继续沿主干线传送；一致时，则分岔进人支线。

(2)停位控制

托盘的准确停位是正常移载的必要条件，为了保证托盘的停准，采用了①低速停车及快速制动，在接近停车位前切换低速，同时快速制动。②双光电开关检测：顺序为S1、S2，两个光电开关位置距离略小于货物托盘的尺寸，当托盘高速移位挡住S1开关时，S1动作输入信号启动PLC中定时器，当定时到后，输送机由高速切换成低速，此时托盘前段已接近第二支光电开关S2，随后托盘以低速移位并接近S2，S2发出停车信号，托盘得以快速停住。PLC在托盘停车后仍有判断时间，校验S1、S2状态，若都被托盘遮住，则认为已停准，转入下一步移载程序。若有一个未被挡住，则会反向点车，低速移动调整。

三、现场总线技术的应用

物流中心采用了PROFIBUS总线模式。

1信息网络的组成

从功能结构方面看，仓库管理系统分为自动作业系统和数据管理系统。自动作业系统是由主机、PLC网络、堆垛机、输送机、认址片和认址器等基本元件组成的分散控制系统，完成存储物资的自动化作业。数据管理系统由贴在物资上的条形码或射频识别卡、阅读器和主机中的数据库组成。自动作业系统和数据管理系统在主机的统一协调下工作，在存储作业过程中，阅读器读取条形码或射频卡中的信息，如物资的种类、数量、出入库等基本信息，并把信息传输到主机中完成数据库的更新。自动作业系统按功能可划分为三个层次：现场设备层、设备控制层和管理监控层。

(1)现场设备层：由各种传感器和执行机构组成，这些输入输出设备作为S7-300的I／O点接入现场总线。

(2)设备控制层：由分布在各个丁作现场的S7-300PLC、S7-400PLC和安装在监控机上的CP5613现场总线接口卡以及PROFlBUS总线构成。其中，监控机作为主站，S7－300PLC、S7―400PLC等作为子站，输送系统中的CPU通过子系统内部的DP总线进行信息采集。

(3)管理监控层：监控机作为控制系统的人机交互接口，通过以太网网卡挂在立体库管理系统局域网上，与管理系统服务器显示计算机通讯。通过CP5613卡挂在PROFIBUS总线上，与堆垛机PLC、输送机系统PLC通讯。监控机从立体库管理系统服务器SQL Server数据库上读取作业任务，处理后发送给设备，作业过程中实时接收各控制设备的电报，经过处理后，将任务的完成电报和设备的状态电报发给管理机。

2使用时发现的问题以及改造工程

(1)在2005-2006年的使用中经常会发生整个系统网络不通的情况。最早是在现场总线的最远端，配电柜中故障显示为总线故障。设计布线的工程师最终认为是网线布置过长影响了传输，为了增强信号强度，在堆垛机地载红外及配电柜中分别先后加入了中继器。

(2)夏季出现了频率较多的

全部断网，设计人员将硬件参数作了调整，并降低了波特率，情况仍没有好转。经分析由于工程建造初期，总线曾被水浸泡过几次，对总线线路造成不良影响。并且，由于施工过程中赶进度，电缆沟中强弱电缆没有分开。据此，该物流中心对总线进行了部分整理，强弱电缆分开以避免电磁干扰，同时将总线抬离地面，避免再被浸泡造成干扰。之后，没有再出现整体断网的情况。

另外，堆垛机的红外也是造成整网中断的重要原因。由于地面塌陷、轨道不够平直等因素，造成地载红外与机载红外时断时续。经过多次摸索实践，找到相应解决办法，即从总线中切断各台堆垛机，输送部分即可正常运转。此后，逐台将堆垛机挂上总线，直到找到某台堆垛机故障，重新调整红外。

3总线传输主要影响冈素分析

(1)对传输速度及通讯可靠性的影响。

①通信电缆中的信号反射。在通信过程中，阻抗不连续和阻抗不匹配都会导致信号反射。阻抗不连续，信号在传输线末端突然遇到电缆阻抗很小甚至没有，信号在这个地方就会引起反射。消除这种反射的方法，必须在电缆的末端跨接一个与电缆的特性阻抗同样大小的终端电阻，使电缆的阻抗连续。由于信号在电缆上的传输是双向的，因此，在通讯电缆的另一端可跨接一个同样大小的终端电阻。但在现实中很难做到终端电阻的完全相等，因此，必然会有反射的存在。

②通讯电缆中信号的衰减。由于电缆本身在分布电容、分布电感及电阻，分布电容与分布电感时会形成LC低通滤波器，由此造成了信号的衰减。

③纯阻负载的存在。包括终端电阻、偏置电阻和RS-485收发器。

(2)RS-485总线的负载能力和通讯电缆长度之间的关系。

在通信波特率一定的情况下，带负载数的多少与信号能传输的最大距离是直接相关的。具体关系是：在总线允许的范围内，带负载数越多，信号能传输的距离就越小；带负载数据少，信号能传输的距离就越大。

(3)现场总线的传输速率与汕头到山西物流距离的不匹配。虽然有相应的理论值，但在实际应用中却要考虑现场的环境、设备的稳定性等因素。

(4)分布电容的存在。总线内部双绞线的平行导线可以形成电缆内的分布电容，另外，导线与地之间也存在分布电容，在分析时也要考虑到。

(5)元器件的不稳定性。周围的环境(湿度、温度、灰尘等)不满足要求，都会造成PLC或变频器等元器件的不稳定，由此导致总线系统的不稳定性。

4改进方案

今年该物流中心计划在现有的基础上做部分改造工作，主要改变入出库工作的流程，设备方面改动不会很大，现场总线部分计划继续做调整。①改滑触线运输车为拖链运输车，减少总线中的元器件。②将原工业总线废弃，重新铺设工业总线，与动力线分开，同时保证线缆的完整未受损。

四、条码识别技水的应用

在各工作站口，工作人员采用手持扫码器采集并向系统输入信息。在输送机的固定位置也安装了扫码器用于识别托盘条码，做为信息的采集点。条码识别技术依据将反射黑白色条码的光转变为电信号的原理来进行自动识别，作为唯一的识别载体运用于托盘上，从而完成托盘在设备上的各项转移，直至目的地。