1、、項目背景1.1自動化立體倉庫的定義貨架自動化立體倉庫簡稱立體倉庫。 一般是指采用幾層、十幾層乃至幾十層 高的貨架儲存單元貨物，用相應的物料搬運設備進行貨物入庫和出庫作業的倉 庫。由于這類倉庫能充分利用空間儲存貨物，故常形象地將其稱為“立體倉庫”。自動化立體倉 庫（AS/RS）是由立體貨架、有軌巷道 堆垛機、出入庫托 盤輸送機系統、尺寸檢測條碼閱讀系統、通訊系統、自動控制系統、計算 機監控系統、計算機管理系統以及其他如電線電纜橋架配電柜、托盤、調 節平臺、鋼結構平臺等輔助設備 組成的復雜的自動化系統。運用一流的集 成化物流理念，采用先進的控制、總線、通訊和信息技術，通過以上設備 的協調動作，按

2、照用戶的需要完成指定貨物的自動有序、快速準確、高效 的入庫出庫作業。1.2白動化立體倉庫的優點自動化立體倉庫的主要優點有以下幾個方面：1. 由于能充分利用倉庫的垂直空間，其單位面積存儲量遠遠大于普通的單層倉庫（一般是單層倉庫的4-7倍）。目前，世界上最高的立體倉庫可達 40多米， 容量多達30萬個貨位。2. 倉庫作業全部實現機械化和自動化，一方面能大大節省人力，減少勞動力 費用的支出，另一方面能大大提高作業效率。3. 采用計算機進行倉儲管理，可以方便地做到”先進先出”，并可防止貨物自 然老化、變質、生銹，也能避免貨物的丟失。4. 貨位集中，便于控制與管理，特別是使用電子計算機，不但能夠實現作業

3、 的自動控制，而且能夠進行信息處理。5. 能更好地適應黑暗、低溫、有蠹等特殊環境的要求。例如，膠片廠把膠片 卷軸存放在自動化立體倉庫里，在完全黑暗的條件下，通過計算機控制可以實現 膠片卷軸的自動出入庫。6. 采用托盤或貨箱存儲貨物，貨物的破損率顯著降低。7. 便于形成先進的物流系統，提高企業生產管理水平。1.3白動化立體倉庫的發展高層貨架倉庫的出現和發展是第二次世界大戰以后生產和技術發展的結果。 在生產發展的實際需要和科學技術發展的現實可能情況下，五十年代初開始出現 了自動化立體倉庫，并在實踐中顯示出了其優越性，隨即得到迅速的推廣和發展。 1950年美國首先產生了手動控制的橋式堆垛起重機，這種

4、起重機的大梁上懸:掛 一個門架（立柱）,利用門架的上下和旋轉運動來搬運貨物，與此同時也提出了高層貨架的新概念，被認為是自動化倉庫的雛形。1960年左右在美國開始出現了沒有大梁的由人工操作的巷道式堆垛機。隨著立體倉庫的發展，巷道式堆垛機逐漸代替了橋式堆垛機。1963年美國的一個食品廠在倉庫工作中采用電子計算機， 成為世界上最早的全自動化倉庫。此后，從1963年開始，在歐洲各國，由于用地緊張，開始計劃建造2530米的高層自動化倉庫.從1967年開始，相繼完成了 一些計算機管理和計算機控制的全自動化倉庫。1970年安裝了由貨架支承式改變為地面支承式的高度達 40米的堆垛機。70年代還提出了采用50米

5、高堆垛機 的可能性。進入90年代后，堆垛機在使用范圍和性能上有了很大的發展。在日本，從1967年開始安裝了高度為2025米的高層堆垛機，1969年出現 了聯機全自動化倉庫。此后，日本的自動化倉庫技術和設備的臺數都有了突飛猛 進的發展，在各個部門都安裝了各種各樣的堆垛機。特別是 1973年建成了一座 貯藏生鮮食品的自動化冷藏庫。這是世界上第一座溫度在零下40攝氏度的極低溫倉庫，解決了低溫條件下堆垛機工作的可靠性和技術方面的問題，取得了引人注目的成果。日本的自動化倉庫技術和自動化倉庫的擁有量位居世界前茅。美國學者J.A.Whlte將自動化技術在倉儲領域（包括立體倉庫）中的發展分 為五個階段：人工倉

6、儲階段、機械化倉儲階段、自動化倉儲階段集成化倉儲階段 和智能化階段。其中智能自動化倉儲在九十年代后期以及二十一世紀的若十年 內，將是倉庫自動化技術的主要發展方向。第一階段是人工倉儲技術階段，在這一階段，物資的輸送、存儲、管理和控 制主要依靠人工實現，至今國內外生產和服務行業中的許多環節都是這一技術的 實例，它具有直觀、便于聯系、減少了過程銜接之間問題等優點。第二階段是機械化倉儲技術階段，它包括通過各種各樣的傳送帶、工業輸送 車、機械手、吊車、堆垛機和升降機來移動和搬運物料，用貨架、托盤和可移動 式貨架存儲物料，通過人工操作機械存取設備，用限位開關、螺旋機械制動和機 械監視器等控制設備的運行。這

7、一階段經歷的時間比較長。第三階段是自動化倉儲技術階段，五十年代末和六十年代，相繼研制和采用 了自動導引小車（AGV）、自動貨架、自動識別和自動分揀系統。七十年代和八十 年代，旋轉式貨架、移動式貨架、巷道式堆垛機和其他搬運設備都加入了自動控 制的行列，但這時只是各個設備的局部自動化并各自獨立應用，被稱為”自動化孤島”。隨著計算機技術的發展，工作的重點轉向物資的控制和管理要求實時、 協調和一體化，信息自動化技術逐漸成為倉儲自動化技術的核心。計算機之間， 數據采集點之間，機械設備的控制器之間以及它們與計算機之間的通信可以及時 地匯總信息，倉庫計算機及時地記錄到貨和出貨時間， 顯示庫存量，管理人員隨

8、時掌握貨物信息和庫存信息.信息技術的應用己成為倉儲技術的重要支杜。第四階段是集成自動化階段，在七十年代末和八十年代，自動化技術被越來 越多地應用到生產和分配領域，”自動化孤島”被集成，在集成化系統中，整個 系統的有機協作，使總體效益和生產的應變能力大大超過各部分獨立效益的總 和。第五階段是智能自動化倉儲技術階段，人工智能技術的發展推動了自動化向更高 級的階段一智能自動化方向發展。 現在，智能自動化倉儲技術還處于初級發展階 段，到二十一世紀倉儲技術的智能化將具有更廣闊的前景。1.4國內外白動化立體倉庫的發展現狀我國自動化立體倉庫各主要設備的技術現狀大致如下 :1.高層貨架及托盤、貨箱高層貨架是自

9、動化立體倉庫的主體結構部分。一般是鋼結構采用焊接或組裝而成。每排貨架分若十列、層單元貨格，每貨格中一般存放1- 3個托盤（貨 箱）。目前國內制造的高層貨架一般在 20米以下，以10 15米居多。貨架所 用型鋼，焊接式貨架多采用熱軋型鋼。組裝式貨架多采用薄型冷軋型鋼。焊接式 結構牢固、耐用，但笨重。組裝式外形美觀，拆裝性能好，運輸方便。因冷軋薄 壁鋼截面力學性能好，因此重量輕省鋼材，降低成本，潛力很大。如接插部件設 十分合理亦很牢固.是高層貨架的發展方向。貨架結構型式設計一般是當托盤（貨 箱對泛寸較大時采用牛腿式結構， 每貨格存放一個托盤（貨箱）。托盤尺寸較小時 采用橫梁式結構。每貨格可存放1-

10、3個托盤（貨箱）單元。目前橫梁式貨架結構的 使用用戶多于牛腿式.并有進一步增加趨勢。托盤（貨箱）目前使用較多的是鋼結 構或鋼木結構，但隨著輕型塑料工業和注塑技術的發展.塑料托盤（貨箱）以其美觀、耐腐蝕、重量輕等優點，在較小尺寸及重量的托盤（貨箱）中將占重要地位。2 .堆垛起重機堆垛機是自動化立體倉庫中存、 取貨物作業的主要執行設備。它在貨架的 巷道中可承載貨物水平運行、升降、左右伸義，完成入庫、出庫、倒庫等各種作 業功能。為使堆垛機認址準確。水平、垂直、伸義運動均設置正常運行速度和慢 速兩種以上速度（或用變頻無級調速）.以減少停車時沖擊.并能準確到位，達到水 平運行士 lOmm垂直升降士 lO

11、mm左右伸義士 5mm勺停準精度要求。堆垛機設 置貨位和載貨臺虛實檢測裝置，防止由于控制（或管理）失誤，在貨位已被占用的 情況下重復入庫造成事故。堆垛機設置原位及停準指示.如因慣性或其它原因未 停準，堆垛機將按照PC;程序控制自動“糾偏。此外，堆垛機還設置運行、起 止的終端限速、限位開關，并在最終端設機械車擋.防止堆垛機各機構運行超過 極限位置。為確保帶司機室的堆垛機司機和貨物的安全，載貨臺設斷繩保護裝置 或限速防墜裝置。堆垛機電器系統還設有常規的電器互鎖， 失壓保護、零位保護、 過載保護等功能目前堆垛機各機構運行速度為：水平運行80m/min:升降 10-16m/min:貨義 8-15m/m

12、in。3. 人出庫分配系統在自動控制的立體倉庫中。入、出庫分配系統按照計算機指令將入庫貨物 分配至某一巷道口，再由該巷道堆垛機按照指令送到指定的排、列、層貨位。出 庫時按照相反方向輸出。在貨物的入口處可設置稱重裝置。 超高、超寬尺寸檢測 裝置使進入庫區的貨物不會出現超載超重或超尺寸引發事故。目前輸送貨物大多根據貨物、托盤或貨箱的結構、重量確定用輾式或鏈式 輸送機。輸送貨物的交義路口處往往使用升降機解決高差問題。另外，應設一個輸送通道，使重量、尺寸不合格的貨物(托盤)輸送到指定點整理后再進入庫區。 也可用于揀選入、出庫時(散件入、出庫)，將單元貨物送入該處，揀選后返回。 當入、出庫頻率要求不高時

13、，可考慮幾個巷道共用一臺堆垛機。 此時應配備轉軌 車或其它轉軌設備。以便使堆垛機轉入另一巷道。4. 自控系統庫區全部可運行設備，如堆垛機、輸送機、升降機、分配車、轉軌車等， 以及這些設備的運行保障系統，均應由計算機統一程序控制。控制系統有對機、 電及其它故障的報警及診斷顯示功能。并對某些報警可自行處理。各設備運行實 現自動銜接，動作可靠。一般選用高質量的可編程控制器(PC)o為確保各機構運 行平穩可靠、認址準確，亦應選用高質量的變頻器、光電元件及其它優質控制元 件。5. 計算機管理系統計算機管理系統應能對全部貨位和全部庫存貨物完成以下主要管理功能：(1) 按照要求實現貨物的先進先出、某巷道優先

14、、均勻分布等管理功能，進 行入、出庫貨位管理；(2) 按照貨位和貨物品種盤庫、查詢；(3) 打印各種統計報表；(4) 庫存情況分析；(5) 修改數據文件各項內容。管理機可選用486,586各檔微機，能與下級監控、控制機實現聯機通信。 通信方式可采用電纜或封閉型安全滑線，最好采用紅外線信號傳輸系統。安裝簡 便，傳輸可靠壽命長。根據需要可在庫區顯要位置和機房內設置設備運行和作業目標的數字、文字或圖形模擬顯示裝置以便監控全部作業過程。綜上所述我國立體倉庫行業已形成一定規模和開發能力日前立庫市場的主流是：單機自動控制、變頻調速運行機構（因水平運行和貨乂伸縮不能同時動作。可使用同一變頻器）、封閉滑觸線供

15、電、載重量 600公斤以下，高度10-15 米的堆垛機.配以冷軋薄壁型鋼組合式貨架，入、出庫輸送機或手推車。可配備 一個管理機負責庫房賬目管理的立體倉庫。但與發達國家相比還有很大差距。1.5白動化立體倉庫的發展趨勢立體倉庫的出現與發展，是與工業、科技發展相適應的。現代化大生產，越來越促 使工業生產社會化、專業化、集中化。生產的高度機械化，自動化必然要求物資的 供應分發及時、迅速、準確。這就促使立體倉庫技術得到迅速的發展，并已成為工 廠設計中高科技的一個象征。立體倉庫的分類按高度劃分：低層（貨架高度5M以下）/中層（貨架高度 512M） /高層（貨架高度12M以上）；按規模劃分：小型（庫容量20

16、00個托盤以下）/中型（庫容量 20005000個托盤）/大型（庫容量 5000個托盤以上）；按形式劃分：自動化有軌倉庫/無軌倉庫（窄通道三向堆垛叉車）。自動化有軌倉庫近幾年來，自動化搬運的概念已出現了很久，但自動化搬運實施的時間并不長。自動化搬運開始實施時主要用在紙箱的揀選上，目前自動化搬運已經轉向高層倉庫自動化存取系統（ASRS 。自動化的優勢在于：它將資金投資于自動化設備，而不是將資金用來作為機械化搬運系統的人工費用投資。除了減少直接的人員數量以外，自動化系統還提高了操作的速度和準確性。自動化的缺點是：投資大，開發和應用復雜。根據國際自動化倉庫會議（International Confe

17、rence on Automatic Warehousing） 的定義，所謂自動化倉 庫就是采用高層貨架存放貨物，以巷道堆垛起重機為主、并結合入出庫周邊設備來 進行作業的一種倉庫。其基本系統有四個組成部分：儲存貨架、存取設備、輸入輸出設備、控制系統。自動化倉庫的形式有整體式倉庫(Building tyue:Building in rack supported) 和分離式倉庫(Unit type:Building is freestanding front rack structure) 兩個基本類型。自動化倉庫起始于 12米以上的高層貨架倉庫，這種倉庫的貨架結構不但用于存放貨物，同時又是倉庫基

18、筑的柱子和倉庫側壁的支撐，即倉庫建筑與貨架結構成為一個不可分開的整體，顧稱整體式倉庫。整體式倉庫具有技術水平高、投資大和建設周 期長等問題，適用于大型企業和流通中心。相反，貨架結構自成一個單元與建筑無 關的倉庫，則稱分離式倉庫。分離式倉庫與整體式倉庫比較有下述優點：(1) 因與建筑無關，所以利用車間內部一隅就可建設與生產工藝密切連接的倉庫，也可把現有建筑改造成為倉庫；(2) 當現有建筑地面耐壓為3噸/平方米、不平度為3050毫米時，地面無需處理即可建設分離式倉庫。而整體式倉庫地基和地面的處理較為復雜，費用約占總費用的 5-15%;(3) 建設周期短，整體式倉庫的建設周期一般需1.52年，但分離

19、式倉庫的建設周期則較短；(4) 分離式倉庫的貨架、巷道式堆垛起重機和自動化控制等機械設備易標準化、 系列化，可實現批量化生產，達到價廉的效果。由于上述原因，國外小型分離式倉庫的發展速度要比大型整體式倉庫更為迅速， 約占總量的80%而大型整體式倉庫隨著科學技術和生產力的發展，倉庫技術有進 一步向系統化、自動化、無人化方向發展，倉庫管理向計算機化、網絡化發展的趨 勢，不但追求倉庫的經濟效益，而且希望為進一步提高企業的綜合經濟效益作出重 要貢獻。例如：年銷售量大 200萬臺、多種型號的豐田汽車公司為了在減少庫存、減少積壓資金的同時，及時向世界各用戶供應配件以提高服務質量。加強競爭建造了庫存容量是13

20、570個貨位、庫存品種 3000余種、倉庫高為 22米的自動化倉庫。該倉庫采用FACOM270-30計算機進行倉庫的在線控制和帳目管理，并通過通信網絡直接 與總公司的 舊M360-50大型計算機連接，因此它不但提高了倉庫的經濟效益，而且 由于總公司具備了正確掌握庫存量，及時地部署生產，正確、迅速地調整接受訂貨 的交貨期，及時地對遲誤的交貨進行督促；快速地向生產部門指出急需安排的產品 等條件，從而使庫存、生產、銷售、服務等成為一個有機的整體，大大提高了企業 的經營效果和經濟效益。高層倉庫的設施是鋼制的，可達40米高。典型的高層倉庫設施是由一排排儲存架組成，每排儲存架被30-200米的通道隔開，主

21、要的存取作業都在這些通道里完成。存取機在通道里來回行走，把商品搬運到儲存架上或搬離儲 存架。倉庫中有許多存取機可供使用。為了達到水平移動和垂直升降所需的一定的穩定性，多數存取機自始至終都需要引導，存取機水平移動的速度可達90-120米/分,升降速度可達30米/分或更高。存取機的第一個作用是快速到達指定的儲存位置， 第二個作用是存取商品。多數情況小，存取商品都是由穿梭運輸的放料盤(shuttle tables )完成的。當前，大量的轉運規劃和布局安排已得到發展。轉運 車有專用的和非專用的兩種：專用的轉運車總是配備在通道的一端；非專用的轉運 車在幾個通道中作業，按計劃提取貨物，這種轉運車設備可達到

22、最大利用率。關于 是否要在高層倉庫系統的通道之間轉運，要視生產率和整個系統的通道數量而定。 高層倉庫的輸入、輸出系統與將貨物移入移出貨架區有關。這里要涉及兩種移動：第一種是貨物從收貨區(或商品線)運到儲存區；第二 種是在貨架最接近的外圍區域內，貨物的進出移動安置。這里最大的潛在的搬運問 題出在外圍區。為了充分利用存取設備，一般要使分揀和卸貨站為每個通道提供足 夠的貨物供應。為了實現高績效的輸入、輸出工作，對于同一個通道要設置幾個不 同的站點以完成貨物的輸入和輸出工作。分揀和卸貨站與搬運系統連接在一起，搬 運系統可將商品轉運到儲存區或運出儲存區。高層倉庫的控制系統與自動化揀選系 統是相似的。在高

23、層倉庫系統中，為了充分利用設備以及達到快速系統循環的目的，編程要求和控制方法十分復雜。近期，由于微處理器的速度提高且成本下降，ASRS已經大量使用計算機。高層倉庫系統如圖所示，該中心的大型ASRS包括一個高達30余米的倉庫。商品自動堆 垛形成一個單位荷載，然后單位荷載由電力輸送機將其運送到相應的分選站，最后 由存取設備把貨物放置到計劃儲存位置上。除了對貨物到達和定位以外，控制系統 還搬運用于盤存和周轉的存貨，命令控制系統可以指導貨物的提取。電力和重力輸 送機將單位載荷從輸出站運送到相應的出運區。在提取和輸出貨物工作正在所需的文件工作也正在完成。目前國內的自動化立體倉庫主要應用于煙草、汽車及機械

24、行 業。無軌高架倉庫（窄通道三向堆垛叉車）無軌高架立體倉庫在制藥、家電、機械/汽車零配件倉庫和超市配送中心的應用 最為廣泛，并具有以下優點：1 ）大幅度增加儲存密度，提高倉容利用率，以降低成本。立體高架庫與中低位 存取模式相比，通過以下方法增加庫容：a采用高垛的方法，增加存儲的高度以海爾國際物流中心庫中采用的無軌三向堆垛叉車為例，其提升高度為12890mm在單層貨架高度 1400mm的情況下，貨架層數布置高達10層；若采用平衡重式叉車低位堆垛的傳統存儲模式，由于提升能力的限制，一般而言其堆垛層高僅為3層。由此可見，高架庫模式較之中低位貨架方案，其空間利用率提高 34倍。b縮小庫內通道寬度以增加

25、存儲有限面積。由于無軌堆垛機具有三向堆垛作業特性，無需作 90度直角堆垛，其通道寬度僅為1750mm （貨架間距1950mm）,遠低于傳統的平衡重式叉車 （以1.5噸電瓶車為例，通道寬度2950mm貨架間距3150mn） c 單位托盤平均投影占地面積降低38% （尚未考慮層高因素）。2 ）作業效率極大提高由于高架倉庫的地面及空間的利用率得到極大地提高，因此在滿足客戶一定貨物周轉量的前提下，采用無軌窄通道堆垛機方案使得庫區面積及庫內通道數量均大大減少，其直接結果是使得叉車的單位循環中的行駛距離縮短， 從而使得作業效率明顯高于傳統叉車3 ）作業安全性得到進一步的提高，由于在高架庫中使用的K15采用

26、高位駕駛操作方式，無論任何高度操作者均能極好的地控制貨物的存取作業，與傳統的低位駕駛平衡重式叉車相比較，貨物及操作人員相可減少貨物的存儲損耗。4 ）具有撿選功能并方便貨物檢視和盤點高位駕駛窄通道叉車還具有揀選作業功能，是傳統叉車不具備的，對于零配件管理及貨物的檢視盤點非常重要，并為將來 作業方式的變化具有極大的靈活性。5 ）良好的可靠性、擴展性及經濟性與無軌 ASRS自動控制倉庫相比較，無軌VNA 叉車具有較高的可靠性，工程的總體投資較小，且可根據企業生產規模的發展具有良好的可擴展性，如上海Glaxo制藥成品庫的 VNA立體倉庫的建設就分階段進行。VNA 無軌立體倉庫主要由貨架、無軌高架堆垛機

27、、物料搬運輔助設備和必要的信息處理系統構成。VNA叉車提升能力為1.01.5噸，最大堆垛高度可達 1,根據用戶不同的作業要求，有低位駕駛和高位揀選兩種不同的形式供選。VNA車主要在高層貨架區域內作業，作業通道內安裝有導軌，單臺VNA可負責多個巷道，巷道轉換靈活機動，叉車具有巷道自動確認功能，及定位系統。貨架區至進出貨暫存區的 喂料工作一般由少量普通叉車來實現。為了提高倉庫作業的自動化管理水平，越來越多的現代化立體倉庫普遍運用了信息引導系統，這一系統的倉庫布置和設計，與使用機械化操作的設施是一樣的，不同之處在于所有的叉車移動由計算機指導和監控。在作業時，所有的搬運移動都被輸入計算機，由計算機來分

28、析搬運需求和安排設備，這樣可以確保有效的移動和減少空載移動。叉車移動由安裝在叉車上的終端來安排，計算機與叉車之間的通信則利用射頻（RD波來完成，叉車上的天線和倉庫高處的天線可以接受和發射射頻。信息引導搬運系統具有明顯的優勢，因為該系統在不需大量投資的情況下，可獲得 自動化分選的益處，并提高生產率。1.6研究意義1. 社會意義立體倉庫的特點在于以高層立體貨架為標志，以成套先進搬運設備為基礎， 以先進的計算機控制技術為主要手段， 高效率地利用倉儲空間，節約時間和人力 進行各種作業，具有巨大地社會效益和經濟效益，因此被普遍應用于機器制造業、 電器制造業、航空港、輕工和化工企業、冏儲業、軍需部門等各行

29、各業。其中自動化的立體倉庫更是具有廣闊市場前景。它集機械、電子、控制、計算機技術于一體，具有科技含量高，貨物存取效率高和自動化程度高等優點， 在 物流監控技術、計算機應用技術、通信技術、貨位優化管理等技術領域都有很好 的應用。從制造工廠、商場、機場，到港口、軍需部地下室冷庫到都少不了立體 倉庫的身影，特別是隨著人們生活水平的提高，自我國的機動車數量日益猛增， 傳統的停車場已經不能滿足人們的需求， 于是人們將立體倉庫這一理念和技術應 用于停車庫，很多城市都相繼出現了立體停車庫，使停車難的問題逐漸得以緩解， 所以為了更好的合理利用資源、 保證產需均衡、提高物流效率，我們對于自動化 立體倉庫的研究迫

30、在眉睫。2. 科技意義近些年我國自動化倉庫技術發展很快， 盡管如此，至今在我國已建成的集成 化倉儲系統還不多，我國的自動化立體倉庫與國外發達國家相比， 無論是從數量 上還是從建設水平上都有著比較大的差距， 究其原因，自動化程度不夠是一個很 大的缺陷。對此能較有效的改善這一缺陷的方法就是在控制系統中采用PLC控制器，因為PLC功能強大，可靠性高，抗十擾能力強，維修方便，易于實現機電一體化， 可以完全滿足立體倉庫工作環境和控制系統的要求。通過PLC控制的立體倉庫克 服了繼電接觸控制系統中的機械觸點的接線復雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點，充分利用了微處理器的優點，乂照顧到現場電氣操作維修人員 的技能與習慣，特別是PLC的程序編制，不需要專門的計算機編程語言知識， 而 是采用了一套以繼電器梯形圖為基礎的簡單指令形式，使用戶程序編制形象、直觀、方便易學，調