作者：張衛國

客觀地分析客戶的需求，合理配置托盤四向穿梭式立體庫物流管控系統，托盤四向穿梭式立體庫物流管控系統一般由多層托盤四向穿梭式貨架、存儲單元、物流搬運設備（含托盤四向穿梭車、托盤提升機等）、出入庫輸送系統、通訊系統、WCS控制系統、計算機監控系統、WMS計算機管理信息系統以及其他輔助設備組成；WCS通過網絡通訊、PLC來操控和管理托盤四向穿梭車、其它物流搬運設備、托盤提升機和輸送鏈；托盤四向穿梭車采用光電開關加編碼器的雙重認址方式，通過計算目標的相對位置方式來實現方向控制和位置控制，實現所有的托盤四向穿梭車、存儲物品沿托盤四向穿梭式立體庫內鋼貨架結構中配置的運行軌道在各個層面合理移動與調度，大大提高了貨物周轉的速度；出入庫輸送系統包括單元化輸送系統、紙箱(物流箱)揀選輸送系統、連續提升機、分配車、AGV等，出入庫輸送系統的規劃設計以及輸送設備的配置，需要根據倉庫的整體布局、倉庫的功能以及存儲單元或貨物的類型等情況決定，出入庫系統的輸送速度以及分岔、合流點的數量等，都要以滿足倉庫的出入庫效率為原則來確定，并處理好電氣控制技術問題。

圖6 托盤四向穿梭式自動化密集倉儲系統的拓撲圖

整個計算機系統由中控室計算機系統和倉庫計算機系統所組成，倉庫計算機系統均通過網絡連接到中控室計算機系統，并通過應用服務器訪問數據庫和各個設備系統。

托盤四向穿梭式自動化密集倉儲系統的功能架構分為：信息管理層、調度監控層和設備執行層三個層次；信息管理層實現物流系統的管理功能，同時還是銜接自動化物流系統與企業信息管理系統的接口層，這一層由物流計算機系統實現，軟件的可用性、技術的先進性與接口的開放性尤為關鍵，該層對圍繞生產組織的物流活動提供最大化的信息管理，并具備與相關的信息管理系統接口的能力，以確保信息的自動化和實現資料共享；調度監控層是連接信息管理層和設備控制層的紐帶；設備執行層是集成了各種執行設備的工業控制網或專用控制系統；在托盤四向穿梭式自動化密集倉儲系統中包括：輸送控制系統、托盤四向穿梭車、托盤貨物提升機、地面搬運AGV、揀選設備控制系統等。托盤四向穿梭式自動化密集倉儲系統的倉庫管理系統功能架構圖如下：

圖7  WMS與WCS功能圖

電氣控制技術主要指對相關機械機構運動的控制，包括對機械部分的定位、軌跡、速度、壓力、角度等進行控制；另一個是邏輯控制：

（a）運動控制：運動控制就是以電機與傳動機構為控制對象，通過控制器和驅動裝置，對機電系統的速度、加速度(轉矩)、位置等運動量進行控制，以滿足托盤四向穿梭車的功能和性能的要求。

（b）邏輯控制：邏輯控制是以邏輯代數為理論基礎的一種控制思想，它遵循一定的規律，托盤四向穿梭車必須根據客戶的工藝路線設置合理的行程順序邏輯控制；

托盤四向穿梭式自動化密集倉儲系統中常用的電氣控制技術主要有常用傳感器、低壓控制電器、電動機驅動、可編程控制器、嵌入式系統和機電系統接口技術，

（1）傳感器：主要被用于檢測托盤四向穿梭式自動化密集倉儲系統中的自身與作業對象、作業環境的狀態，向控制器提供信息以決定系統的動作。傳感器的精度、靈敏度和可靠性很大程度上決定了系統性能的好壞；

（2）直流伺服電動機：就是微型的他勵直流電動機，其結構與原理都與他勵直流電動機相同。按磁極的種類劃分為兩種：一種是永磁式直流伺服電動機，它的磁極是永久磁鐵；另一種是電磁式直流伺服電動機，它的磁極是電磁鐵，磁極外面套著他勵勵磁繞組；

（3）嵌入式系統：嵌入式系統是計算機軟件與計算機硬件集成在一起，嵌入到應用對象內部的計算機系統。這種系統往往與應用對象技術，如通信技術、傳感技術、信號處理技術、控制技術等結合在一起，成為嵌入式系統應用對象的控制中樞。嵌入式系統具有芯片集成度高、硬件軟件最小化、高度自動化、響應速度快以及性能可靠等基本特點，特別適合于要求實時和多任務的場合。從應用角度考察，目前相當一部分嵌入式產品都具有3c融合特征，即計算機（computcr）、通信(Communication)和消費電子(Consume Electronic)一體化；

（4）機電一體化接口技術：托盤四向穿梭式自動化密集倉儲系統的性能在很大程度上取決于接口性能。各子系統之間的接口性能成為判斷系統整體性能好壞的決定性因素。接口技術的研究對象正是機電自動化系統中的各種接口。機電接口包括硬件接口和軟件接口兩大類。硬件接口主要在于系統之間或人與系統之間建立物理連接，為信息和能量的輸入／輸出、傳遞和轉換提供物理通道。軟件主要是提供系統信息交互、轉換、調整的方法和過程，協調和綜合機電組成技術，使各子系統集成并融合為一個整體，實現新的功能。機電系統的接口根據輸入／輸出的關系，可以分為人機接口、機電接口、機械接口、電氣接口和軟件接口(信息接口)；

（a）人機接口是主要解決人與機電系統之間的接口。通過人機接口，可以向系統輸入操作指令，計算機的處理信息、報警信號、系統的運行狀態等都需要通過顯示器的輸出傳遞給操作者，便于操作者監視系統的運行狀態，控制其運行過程。人機接口是雙向互動的。接口硬件包括輸入／輸出設備，人機輸入接口主要有；鍵盤鼠標、掃描儀、照相機、撥碼盤、觸摸屏、開關和旋鈕、虹膜識別、手寫輸入、指紋識別、面部識別和聲音識別等；人機輸出接口主要有；觸模屏、LED、LCD顯示屏、打印機、數碼管、指示燈和音響等；

（b）機電接口主要解決動力源與驅動裝置之間的能量轉換接口。機電系統中的驅動裝置有各種交、直流電動機，液壓執行裝置，氣動執行裝置（機械手）和其他新型執行裝置。驅動這些裝置需要用到機電接口。托盤四向穿梭式自動化密集倉儲系統中存在一定的輸送線、提升機、疊碼盤機、機械手等多種物流配置設備，內部的運動機構及其系統的工作方式和原理也是多種多樣，要實現各類設備的合理配置與兼容，機電接口的設計也稱為了項目案例成功與否的關鍵要素；

（c）電氣接口主要解決控制系統與驅動系統、驅動系統與傳感器、傳感器與控制系統之間的接口，或解決外部裝置與計算機之間的硬件接口。也就是說，電氣接口將傳感器輸出的信號進行轉換，輸入到控制系統中，將控制系統輸出的數字量信號轉換為驅動系統所需要的信號；這些信號的轉換都是通過軟件進行的；這個也是托盤四向穿梭車電氣模塊化設計的關鍵之一。電氣接口劃分為輸入接口和輸出接口兩種類型。輸入接口包括開關量、數字量和模擬量這三種輸入接口。輸入接口的功能就是將傳感器輸出的信號經過信號放大、調制與解調、濾波、限幅和A／D轉換等一系列操作，將輸入信號轉換成數字信號輸入到計算機中，在這個轉換過程中，要解決電平和量程匹配；輸出接口輸出數字量，經過電氣隔離、D／A轉換和功率放大，送到執行機構；

（d）軟件接口主要解決不同總線、不同程序之間的信息格式轉換。例如，ISA總線與USB總線的轉換、windows下的設備驅動程序、不同語言之間的混合編程等；

（e）機械接口技術是主要解決執行機構和驅動系統之間的接口。機械接口有零接口和被動接口兩種。零接口直接將執行機構和驅動系統連接，不進行能量和運動的變換，本系統中存在輸送線與提升機、輸送線與地面AGV、提升機內置運行軌道與貨架結構軌道的對接等零接口。被動接口要進行能量的轉換和運動的變換，例如托盤四向穿梭車內置電機驅動液壓系統形成液壓換向裝載、托盤舉升裝置動作等，驅動電機減速器進行減速增矩構建行駛運動及運動加速度。