摘要：把自動(dòng)化立體倉庫技術(shù)應(yīng)用到郵包流通領(lǐng)域，以工作站、檔案服務(wù)器構(gòu)成基于客戶／服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)(C／S體系)的倉庫管理信息系統(tǒng)，以監(jiān)控機(jī)為中位機(jī)控制下位各搬運(yùn)設(shè)備實(shí)現(xiàn)郵包出入庫的全自動(dòng)化作業(yè)。詳細(xì)介紹了郵包自動(dòng)化立體倉庫的概況及其控制與管理系統(tǒng)，并就系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、功能設(shè)計(jì)及軟件開發(fā)提出可實(shí)現(xiàn)的方法。
關(guān)鍵詞：郵包自動(dòng)化立庫；客戶／服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)；分布式控制；數(shù)據(jù)庫

1引 言

自動(dòng)化立體倉庫是物料搬運(yùn)、倉儲科學(xué)的一門綜合科學(xué)技術(shù)工程，它以高層立體貨架為主要標(biāo)志，以成套先進(jìn)搬運(yùn)設(shè)備為基礎(chǔ)、以先進(jìn)的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)為主要手段，高效率的利用空間、時(shí)間和人力進(jìn)行出入庫處理。把自動(dòng)化立體倉庫技術(shù)應(yīng)用到郵包流通領(lǐng)域中，能極大地提高郵包流通效率，減輕工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

2郵包自動(dòng)化立體倉庫

郵包自動(dòng)化立體倉庫由高層立體存放架、出入庫搬運(yùn)機(jī)和信息處理裝置部分組成。倉庫的平面布置，如圖1所示。

前后工作站A和B負(fù)責(zé)郵包和貨格信息管理及郵包出入庫管理。工作站A處理柜臺上的顧客寄取郵包業(yè)務(wù)，工作特點(diǎn)是隨機(jī)作業(yè)。工作站 B 處理運(yùn)入或運(yùn)出立體倉庫的批量郵包，工作特點(diǎn)是郵包間歇地、批量地入庫或出庫。工作站A、B和檔案服務(wù)器構(gòu)成客戶／服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)郵包和貨格信息共享。入庫時(shí)，工作站記錄下郵包編號、寄件人地址與姓名等郵包主要信息，并從服務(wù)器貨格數(shù)據(jù)庫中分配空的貨格給郵包；出庫時(shí)工作站根據(jù)郵包特征從檔案服務(wù)器查到郵包所在貨位地址。監(jiān)控機(jī)溝通工作站與分配車、堆垛機(jī)的聯(lián)系，接受工作站指令，監(jiān)控分配車和堆垛機(jī)完成郵包出入庫作業(yè)。入庫時(shí)分配車將郵包轉(zhuǎn)送到指定的堆垛機(jī)，堆垛機(jī)到達(dá)指定的貨格后，由機(jī)械手將郵包送入貨格。出庫過程與上述過程相反。

由于郵包大小、形狀和包裝材料各不相同，用一般的機(jī)械手存取方式難以實(shí)現(xiàn)，所以采用郵包托盤化的方法,根據(jù)郵局對郵包的多年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，把郵包按尺寸分成大、中、小三類，一類郵包配置同一規(guī)格的托盤。通過對托盤的存取來實(shí)現(xiàn)對郵包的存取。該自動(dòng)化立體倉庫具有自動(dòng)分揀的功能。入庫時(shí)郵包在立體倉庫內(nèi)體倉隨機(jī)布置，出庫時(shí)由工作站查詢出發(fā)往同一地區(qū)的所有郵包貨位地址，依據(jù)貨位地址將這一批郵包出庫，而不需在入庫前專門進(jìn)行分揀處理。

1#，9#—郵包分配車；2#～8#—堆垛機(jī)；
圖1倉庫平面布置圖
3倉庫控制與管理系統(tǒng)

郵包自動(dòng)化立體倉庫的管理系統(tǒng)和自動(dòng)化控制可分成三級，如圖2所示，即上位管理級、中位監(jiān)控級和下位控制級?？刂葡到y(tǒng)采用分布式控制，中位監(jiān)控機(jī)由工業(yè)PC機(jī)構(gòu)成，工業(yè)PC機(jī)的數(shù)據(jù)處理能力和抗干擾能力強(qiáng)，適合于控制下位機(jī)。以可編程控制器PLC作為分配車和堆垛機(jī)的主控制器，進(jìn)行前端控制。PLC配置通訊模塊，具有聯(lián)機(jī)通信功能。全自動(dòng)方式運(yùn)行時(shí)，監(jiān)控機(jī)對分配車和堆垛機(jī)的控制是通過與下位機(jī)PLC的通信來完成。

1#～9#：下位機(jī)PLC
圖2管理與控制結(jié)構(gòu)圖
3.1控制系統(tǒng)

本自動(dòng)化立體倉庫控制系統(tǒng)分為兩部分：

(1)監(jiān)控機(jī)、工作站A、B和檔案服務(wù)器構(gòu)成局域網(wǎng)。工作站對檔案服務(wù)器中郵包和貨格數(shù)據(jù)庫進(jìn)行登錄、查詢、刪除、修改和添加等數(shù)據(jù)庫操作，并將作業(yè)指令和作業(yè)地址傳送給監(jiān)控機(jī)。監(jiān)控機(jī)按工作站A、B通信要求到來的先后順序服務(wù)于工作站，當(dāng)兩工作站同時(shí)要求通訊時(shí)，監(jiān)控機(jī)按事先約定的優(yōu)先級選擇工作站。

(2)監(jiān)控機(jī)與下位機(jī)PLC通信采用總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。與PLC通信的交換信息有：任務(wù)信息、應(yīng)答信息、查詢信息等。任務(wù)信息包括作業(yè)指令（入庫、出庫和盤庫）和作業(yè)地址（源地址、目標(biāo)地址）；應(yīng)答信息是下位機(jī)接收到監(jiān)控機(jī)發(fā)出的命令字后回送給監(jiān)控機(jī)的信息；查詢信息是監(jiān)控機(jī)每隔一定時(shí)間（很短）對所有下位機(jī)標(biāo)志位區(qū)進(jìn)行一輪查詢，查詢的主要內(nèi)容主要有堆垛機(jī)與分配車的位置信息、任務(wù)完成信息、故障信息等，每一輪新的查詢后，堆垛機(jī)和分配車的狀態(tài)就在監(jiān)控級的CRT上予以動(dòng)態(tài)顯示。控制臺與PLC信息交換，如圖3所示。

圖3監(jiān)控機(jī)與PLC的信息交換
監(jiān)控機(jī)與PLC采用主從式通信方式，PLC只對監(jiān)控機(jī)的命令進(jìn)行響應(yīng)，而不主動(dòng)發(fā)送數(shù)據(jù)。在分配車與堆垛機(jī)處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，監(jiān)控機(jī)要實(shí)時(shí)地對它們的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行查詢，以決定下一步的工作。由于監(jiān)控機(jī)是多任務(wù)實(shí)時(shí)操作，在控制下位機(jī)的同時(shí)還要接收管理級發(fā)來的數(shù)據(jù)，所以采取定時(shí)中斷方式每隔一定時(shí)間對分配車和堆垛機(jī)的工作狀態(tài)進(jìn)行一次查詢。監(jiān)控機(jī)發(fā)送命令字程序，如圖4所示。

圖4監(jiān)控機(jī)命令發(fā)送程序
在沒有信息通信時(shí)，下位機(jī)PLC完全投入對堆垛機(jī)和分配車的控制。為滿足實(shí)時(shí)性要求下位機(jī)以中斷方式與控制臺通信，監(jiān)控機(jī)呼叫時(shí)進(jìn)入中斷系統(tǒng)，通信完成后返回主程序。下位機(jī)中斷接收程序，如圖5所示。監(jiān)控機(jī)與上、下位機(jī)通信接口方式有RS232C和RS422兩種，通信方式依通信距離而定。

圖5下位機(jī)接收中斷程序
3.2堆垛機(jī)控制

堆垛機(jī)控制設(shè)計(jì)為手動(dòng)、半自動(dòng)和全自動(dòng)控制3種。全自動(dòng)控制是由監(jiān)控機(jī)發(fā)送作業(yè)命令和地址給堆垛機(jī)，而后堆垛機(jī)響應(yīng)執(zhí)行。運(yùn)行中，監(jiān)控機(jī)對堆垛機(jī)運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控。手動(dòng)、半自動(dòng)控制是由操作員直接在堆垛機(jī)操作面板上設(shè)定作業(yè)命令和地址。在實(shí)際運(yùn)行中以全自動(dòng)控制為主，手動(dòng)、半自動(dòng)控制作為維修和調(diào)試的輔助手段。

在堆垛機(jī)控制系統(tǒng)中，PLC對堆垛機(jī)的控制有：

(1)作業(yè)命令設(shè)置。確定作業(yè)狀態(tài)，全自動(dòng)還是手動(dòng)、半自動(dòng)；確定作業(yè)指令，取郵包還是存郵包；確定作業(yè)地址，行地址、列地址和層地址；
(2)位置計(jì)數(shù)控制。沿著堆垛機(jī)的行進(jìn)方向和載貨臺的升降方向設(shè)置認(rèn)址片，PLC通過檢測認(rèn)址片來判斷堆垛機(jī)位置和載貨臺位置。每經(jīng)過一個(gè)認(rèn)址片，認(rèn)址系統(tǒng)計(jì)一次數(shù)。到達(dá)預(yù)定認(rèn)址片時(shí)，堆垛機(jī)自動(dòng)停車。
(3)定位減速控制。在減速定位階段為滿足定位的快速性和準(zhǔn)確性，作者引入了模糊控制方法，根據(jù)位置估算和點(diǎn)位反饋，實(shí)現(xiàn)減速控制和定位。這種方法不需要建立堆垛機(jī)的精確數(shù)學(xué)模型，對堆垛機(jī)參數(shù)變化不敏感，并能提供一種適應(yīng)性強(qiáng)的減速控制規(guī)律。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明定位偏差可控制在允許誤差范圍內(nèi)。