1　概述

自动化立体仓库产生于20世纪50年代，是用自动化物料搬运设备进行货物出库和入库作业操作的仓库。作为现代化物流系统中的重要组成部分，自动化立体仓库是一种多层存放货物的高架仓库系统，主要由高层货架、巷道堆垛机、出入库输送设备、自动控制与管理系统所组成。自动化立体仓库的出入库辅助设备及巷道堆垛机能够在计算机管理下，按指令自动完成货物的存取作业，并能对库存的货物进行自动化管理。

本文首先对此次设计的自动化立体仓库系统整体架构作了深入分析，主要包括工厂层系统、现场控制层系统、设备层系统，并重点对设备层系统中的堆垛机控制系统进行了深入研究。本系统基于施耐德电气整套解决方案，使用SoMachine&Unity Pro编程软件对系统控制程序进行了编写。并且使用上位组态软件对自动化立体仓库计算机监控系统进行了开发，实现了操作人员对立体仓储运行过程中的实时监控与维护。

2　系统的硬件选择与设计

2.1　系统硬件规划图

（1）系统架构图

图1 系统架构图

（2）堆垛机架构图

 图2 堆垛机架构图

（3）RGV小车架构图

图3 RGV小车架构图

2.2　问题及解决方法

（1）由于考虑第三方传感器的通信问题，多次同第三方产品协调最终选择了Ethernet IP作为设备层通信协议，ModbusTCP协议部分传感器不支持；

（2）同客户上位软件工程师多次沟通，由于C-Shape中集成了Modbus TCP通信函数，网络层协议最终选择ModbusTCP协议；

（3）由于客户在堆垛机地轨、天轨均安装了电机来驱动，故涉及天、地轨电机不同步问题，需要通过高速计数器来对天轨电机的转速进行实时监控，M251在开发初期并没有开发HSC模块，故只能添加一个小型PLC作为EthernetIP从站来实时检测天轨电机转速；

（4）客户前期批量使用ATVLift，在制定方案初期使用ATVLift变频器作为堆垛机水平、提升，但在测试过程中发现ATVLift同VW3A3316 EthernetIP卡不兼容，卡安装好之后变频器识别不到该卡，同L3沟通之后ATVLift同Ethernet IP卡存在版本兼容问题，由于通信卡版本过高导致变频器无法识别，所以在测试之后将方案修改为ATV 71383变频器。

3　系统的软件设计

3.1　自动化立体仓储现场总线详解

现场总线选型初期计划采用ModbusTCP来实现E网到底，无论设备层还是网络层全部使用一条以太网总线ModbusTCP，但考虑该方案存在两个弊端：（1）整个大网用一种协议的话会出现IP地址不能重复问题，项目中堆垛机、穿梭车比较接近于OEM机型，考虑到标准化问题不适合将所有设备用一个交换机来做；（2）第三方的传感器配置ModbusTCP接口的情况还是相对较少，考虑到传感器选型问题最终确定了采用Modbus TCP & EthernetIP的方案。

3.2　自动化立体仓储数据交换详解

（1）该方案由35台输送系统、3台堆垛机、2台穿梭车组成。35台输送系统使用M340通过远程IO集中控制；3台堆垛机分别用3个TM251MESE来控制；2台穿梭车分别用2个TM251MESE；

（2）上述设备中堆垛机、穿梭车会同输送机PLC通信，堆垛机、穿梭车之间不会发生数据交换；

（3）堆垛机同输送机主要传送的信号

·输送机→堆垛机：请求堆垛机取货、允许堆垛机取货、允许堆垛机动作、允许堆垛机放货、堆垛机放货完成；

·堆垛机→输送机：堆垛机准备取货、堆垛机正在取货、堆垛机取货完成、堆垛机空闲；

（4）穿梭车同输送机主要传送的信号

·输送机→穿梭车：允许穿梭车取货、允许穿梭车动作、允许穿梭车放货、接收到穿梭车放货完成、对穿梭车急停；

·穿梭车→输送机：穿梭车请求取货、穿梭车取货完成、穿梭车请求放货、穿梭车放货完成、穿梭车手动正转、穿梭车手动反转；

（5）堆垛机同上位调度系统主要传输信号

·上位调度系统→堆垛机：起始层、起始列、起始排、目的层、目的列、目的排、管理下发的托盘号；

·堆垛机→上位调度系统：收到的起始层、收到的起始列、收到的起始排、收到的目的层、收到的目的列、收到的目的排、收到的托盘号、堆垛机空闲；

（6）穿梭车同上位调度系统主要传输信号

·上位调度系统→穿梭车：起始层、起始列、起始排、起始层、目的列、目的排、管理下发的托盘号；

·穿梭车→上位调度系统：收到的起始层、收到的起始列、收到的起始排、收到的目的层、收到的目的列、收到的目的排、收到的托盘号、穿梭车空闲。

该项目共需要编写3套PLC程序堆垛机程序、穿梭车程序、输送机程序，3套程序成型后需要对应到各自的巷道中进行修改，不同的堆垛机、穿梭车程序均不同。

4　效益分析

施耐德整套解决方案运行稳定，功能上完整地替换了原有竞争对手的产品，使用ATV 32 + ATV 71383高性能变频器大大提高了立体仓储的工作效率，各项指标均已超出预期。

（1）使用M251 & M340大大缩减了电气成本，并且超指标完了项目标书的各项指标；

（2）使用Modbus TCP & Ethernet IP总线打破了物流行业Profinet一家独大的局面，为设备的标准化打下了基础；

（3）ATV 71 383变频器在基频87Hz状态下运行大大提高了各电机运行速度，提高了设备工作效率；

（4）施耐德电气经济型触摸屏HMIGXU5512使用Vigeo Designer Basic，该平台的易用性远远超出了Win CCFlexible软件，给客户开发上位系统带来了方便。

摘自《自动化博览》2019年7月刊