自动化立体仓库设计文献综述

2011届机械设计制造及其自动化专业毕业设计（文献综述）

摘要：自动化立体仓库是近年来国内外发展迅速并得到越来越广泛应用的一种新型仓储方式。巷道堆垛机是自动化立体仓库系统的核心部件，是实现整个仓储系统功能的关键设备。可编程控制器(PLC)对巷道堆垛机实施自动控制,来完成货物的自动入库、出库、盘库等作业。因此,堆垛机PLC控制程序的优劣直接影响着整个系统自动化程度及各项质量性能指标。不同类型的立体仓库,其堆垛机运行方式也各有特点。本文将综述自动化立体仓库的发展及应用，堆垛机PLC的原理、分类及特点。

关键词：自动化立体仓库；堆垛机；PLC；发展

自动化立体仓库是一种先进的仓储模式，是物流技术、仓储技术、机电一体化技术的结晶，集存储、搬运、输送、分发于一体，是物流技术发展的方向。自动化立体仓库中最重要设备就是巷道堆垛机, 堆垛机在巷道中运动，对货物进行存、取与转移，来完成入库、出库及倒库功能。巷道堆垛机是实现整个仓库系统“自动”功能的关键设备。对其控制系统的研究具有广阔的应用前景。 一、自动化立体仓库发展及现状

1.自动化立体仓库概述

自动化立体仓库是指在不直接进行人工处理的情况下，自动地完成物品仓储和取出的系统，它以高层立体货架为主体，以成套搬运设备为基础，是集自动控制技术、通信技术及机电技术于一体的高效率、大容量存储机构[1][2][3]。与平库相比，可节约大量的占地面积和劳动力，具有很高的空间利用率，能加快货物的出入库存储节奏，减轻劳动强度，提高生产效率；具体构成包括堆垛机，货位、转轨机、输送设备等[4][5][6]。主要功能是接收操作指令、检测信号、指挥作业、判断故障、返回信息等。用PLC控制的自动化立体仓库达到仓储技术的全面自动化。由于自动化立体仓库空间利用率高、管理方便及自动化程度高,其应用也越来越广泛[1]。

自动化立体仓库是自动化生产的重要组成部分,用于存储配件、半成品、产

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品、工具、夹具和模具等。在CIMS中,对原材料、设备及半成品的存储及运输占产品整个生产周期的大部分时间,对自动化立体仓库相关技术的研究,将会极大地提高CIMS系统的生产效率和自动化水平[7]。自动化立体仓库是集机械、电子、计算机、通信网络、传感器和自动控制等多种技术为一体,以搬运机械化、控制自动化、管理微机化、信息网络化为特征的现代化物流系统中产品生产与储存的枢纽[8]。

2.自动化立体仓库国内外发展

仓库的产生和发展是第二次世界大战之后生产和技术发展的结果。50

年代初，美国出现了采用桥式堆垛起重机的立体仓库；50年代末60年代初出现了巷道式堆垛起重机立体仓库；1963年美国率先在高架仓库中采用计算机控制技术，建立了第一座计算机控制的立体仓库。后来德国和日本也相继开发了自动化立体仓库。进入20世纪80年代，自动化立体仓库在世界各国发展迅速，使用范围涉及几乎所有行业。据不完全统计，美国拥有各种类型的自动化立体仓库20000多座，日本有38000多座，德国有10000多座，英国有4000多座，前苏联有1500多座[9]。

我国对高架仓库及其物料搬运设备的研制开始并不晚，1963年研制成第一台桥式堆垛起重机（机械部北京起重运输机械研究所负责），1973年开始研制我国第一座由计算机控制的自动化高架仓库（高15米，机械部北京起重运输机械研究所负责），该库1980年投入运行[2]。到目前为止，据不完全统计，我国高架仓库数量已超过500座。高架仓库由于具有很高的空间利用率、很强的入出库能力、采用计算机进行控制管理而利于企业实施现代化管理等特点，已成为企业物流和生产管理不可缺少的技术，越来越受到企业的重视[9][20]。

3.自动化立体仓库的组成

自动化立体仓库是机械和电气、强电控制和弱电控制相结合的产品。它主要由货物储存系统、货物存取和传送系统、控制和管理等三大系统组成，还有与之配套的供电系统、空调系统、消防报警系统、称重计量系统、信息通信系

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统等[16]。

高层货架: 用于存储货物的钢结构。目前主要有焊接式货架和组合式货架两种基本形式[17]。

托盘( 货箱) :用于承载货物的器具，亦称工位器具。

巷道堆垛机: 用于自动存取货物的设备。按结构形式分为单立柱和双立柱两种基本形式; 按服务方式分为直道、弯道和转移车三种基本形式。

输送机系统: 立体库的主要外围设备，负责将货物运送到堆垛机或从堆垛机将货物移走。输送机种类非常多，常见的有辊道输送机、链条输送机、升降台、分配车、提升机机和皮带机等。

AGV系统: 即自动导向小车。根据其导向方式分为感应式导向小车和激光导向小车。

自动控制系统: 驱动自动化立体库系统各设备的自动控制系统。目前以采用现场总线方式为控制模式为主。

库存信息管理系统: 亦称中央计算机管理系统。是全自动化立体库系统的核心。目前典型的自动化立体库系统均采用大型的数据库系统( 如ORACLE，SYBASE 等) 构筑典型的客户机 / 服务器体系，可以与其他系统( 如 ERP 系统等) 联网或集成[10]。

4.自动化立体仓库的特点 (1)科学储备，提高物料调节水平

作为仓库，它首先应具有储存的功能。在自动化系统的管理和控制下，能对物料进行科学的管理，使物料在存储过程中合理利用各种资源，提高处理效率，适应多种存储要求。

(2)有效地衔接生产与库存，加快物资周转，降低成本

作为生产过程的中间环节，它应具有原材料、在制品和成品的缓冲存储功能。在自运化和机械化设备处理下，自运化程度提高，各种物料库存周期缩短，从而降低了总成本。

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(3)适当加工，合理利用资源，提高效益

许多仓库或多或少地承担一些加工任务，如为存储进行组装、出货前的包装等。它可以提高原材料利用率，方使用户，提高加工效率和设备利用率，充分发挥各种输送手段的最高效率。通过存储环节，能把生产与需要有机地结合起来．减少生产的盲目性。充分利用已有的资源，从而提高对市场变化的反应能力，减少损失，易于在激烈的市场竞争中获胜。

(4)为企业的生产指挥和决策提供有效的依据

自动化仓库往往也是企业信息系统的重要环节，企业的领导者根据库存信息制定相应的战略和计划，指挥、监测和调整企业的行动。目前，装卸和储运作业，即物流作业在国民经济中占用了大批劳动力，物流工作机械化和自动化的主要优点，就在于提高劳动生产率和节省劳动资源。我因近几年来在工业发达地区已建立了一定数量的自动化仓库[9]。 二、自动化立体仓库堆垛机

1.堆垛机的结构及特点

堆垛机是自动化立体仓库的主要作业机械。堆垛机是由机架、运行机构，起升机构、载货台、货叉、电器设备及各种安全保护装置组成。

1）机架

堆垛机的机架主要是由两根立柱、上横梁、下横梁组成一个长方形的框架，它是堆垛机的主要承载构件，整机结构高而窄，立柱一般由方管制成。如果堆垛机的高度很高、起重量较大、运行速度较快，立柱最好由圆管制成。上横梁及下横梁一般由槽钢及钢板焊接而成。堆垛机的机架沿天轨运行，为防止框架倾倒，在上横梁上装有导向轮。天轨一般由角钢、糟钢或热轧H型钢制成。

2）运行机构

运行机构主要由电机减速器、行走车轮、导向轮等组成。在堆垛机下横梁的下面装有2个车轮，车轮一般由铸钢制成。在每个车轮的侧面有两个导向轮，以保证堆垛机能够在地轨上正常行驶。轴装式电机减速器装在前面的车轮上，

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