任务单元301：高层货架

一、教学目标（2学时）：

二、学习要求和考核内容

根据六步法进行学习：

①资讯（通过集中听课、自学、小组讨论等学习方式获取相应知识点）

②教学给出工作任务单，学生分组行动。

③根据任务完成情况评估，并抽查，演讲。

④完成并上交工作任务单

考核内容：包括学生学习态度、团队协作、知识点掌握．动手操作能力、分析决策能力．问题掌控能力等。

三、学习内容

高层货架（部分内容见教材）

高层货架仓库的主要特征是货架高密度，高度和长度较大，排列较多，巷道较窄。典型的高层货架仓库的高度多在10～30m之间，少数超过30m，最高40m。日本一些小型立体仓库的高度也有在10m以下，他们称之为低层(<5m)和中层(5～l0 m)立体仓库，而把15～25m称之为高层立体仓库。高层货架仓库的优势主要在于高度。据某仓库设计资料，当仓库的储存高度从6m增加2.3倍到20m时，仓库单位面积的储存空间从1.45m3提高到12.5m3，增加7.6倍。另据国外分析：当仓库高度小于20m时，单位造价也随着高度的增加而减少。国内现有的高层货架的高度多在10～ 20m之间，一般认为这一高度是比较经济的。

高层货架的规模由储存量的大小来决定。大型立体仓库往往规模极大。如上述日本另件配送中心，储存商品品种在10万种以上，大部分储存在5组高层货架内。其中最大一组的高层货架为12排X40列X24层，(宽28m，长62m，高30m)，共11520货格。我国第二汽车厂的协作配套件仓库的高层货架第一期为14排X52列X11层(宽24m，长67．6m，高14．8m)，共8008货格，二期合计16016货格，其规模足与国外大型立体仓库比美。1990年落成的宝钢总厂机电配件库的高层货架，为 10排X60列X15层，拥有9000货格。浙江经济职业技术学院的高层货架为4列X18排X12层.共856个货位. 浙江经济职业技术学院高层货架技术参数: ⑴ 货架区占地面积：20060 mm×7800 mm⑵ 货架高度：15100 mm⑶ 货架型式：横梁式组合工业货架⑷ 货位数量：856个托盘位⑸ 单元尺寸：1、2、12层：1000×1200×1065（宽×深×高，mm）（含托盘）3～11层：1000×1200×915（宽×深×高，mm）（含托盘）⑹ 单元重量：600kg（含托盘）⑺ 材料表面处理：酸洗、磷化处理⑻ 表面涂装：静电喷塑，涂层厚度60μm.

高层货架是立体仓库的主要构筑物，一般用钢材或钢筋混凝土制作。钢货架的优点是构件尺寸小，仓库空间利用率高，制作方便，安装建设周期短。随着高度的增加，钢货架比钢筋混凝土货架的优越性更明显，因此，目前国内外大多数立体仓库都采用钢货架。钢筋混凝土货架的突出优点是防火性能好，抗腐蚀能力强，维护保养简单。

货架的高度是关系到自动化仓库（AS/RS）全局性的参数。货架钢结构的成本随其高度而迅速增加。尤其是当货架高度超过20m以上的，其成本将急剧升，同时堆垛机等设备结构费用也随之增长。当库容量一定是，仓库基础费用，运行导轨投资则随货架高度的增长而下降。货架可由冷轧型钢、热轧角钢、工字    图5—2  单元负载式高层货架

钢焊接成“货架片”，然后组成立体的货架。为此要从基础设计、货架截面选型以及支乘系统布置等多方面采取措施加以保证。

1、高层货架类型

    （1）按建筑形式可以分为整体式和分离式

整体式是指货架除了储存货物以外，还可以作为建筑的支承结构，就像是建筑物的一个部分，即库房与货架形式成一体化结构。分离式是指储存货物的货架独立存在，它建在建筑物内部。             

它的货架独立存在，建在建筑物内部。它可以将现有的建筑改造为自动化仓库，也可以将货架拆除，使建筑物用于其他目的。

    （2）按负载的能力

    立体自动货架按负载的能力可分为单元负载式及轻负载式。

    （a）单元负载式：高度可达40m，常用荷重为1000kg，以托盘为存取单位，储位量可达10万余个托盘，适用大型的仓库。而最常使用的高度以6～15m为主，储位数在100～1000个托盘左右，每小时可存取50个托盘左右。                        

（b）轻负载式 ：常用高度为5～10m，以塑料容器为存取单位，荷重为50～100kg，以储存重量较小的物品为宜。

2、货架单元尺寸

恰当地确定货格净空尺寸是立体仓库设计中一项极为重要的设计内容。对于给定尺寸的货物单元，货格尺寸取决于单元四周需留出的空隙大小。同时，在一定程度上也受到货架结构造型的影响，这项尺寸之所以重要，是因为它直接影响着仓库面积和空间利用率。同时，因为影响因素很多，

确定这项尺寸比较复杂。

3、货架的刚度和精度

作为一种承重结构，货架必须具有足够的强度和稳定性。在正常工作条件下和在特殊的非工作条件下，都不至于破坏。同时，作为一种设备，高层货架还必须具有一定的精度和在最大工作载荷下有限的弱性变形。

自动和半自动控制的立体仓库对货架的精度要求是相当高的，是仓库成败的决定因素之一。精度包括货架片的垂直度、牛腿的位置精度和水平度等。为了达到设计的要求，有必要对所设计的货架进行软科学计算。目前货架高度常采用刚度假设，即认为地基在货架和货物作用下会产生弹性变形。此种处理使设计计算大为简化。但与实际结构的软科学特性相差甚远。较佳的货架设计是采用弹性基础梁的假设，将钢筋混凝土的影响，较好地反映实际情况。

任务单元302：巷道堆垛机

一、教学目标（4学时）：

二、学习要求和考核内容

根据六步法进行学习：

①资讯（通过集中听课、自学、小组讨论等学习方式获取相应知识点）

②教学给出工作任务单，学生分组行动。

③根据任务完成情况评估，并抽查，演讲。

④完成并上交工作任务单

考核内容：包括学生学习态度、团队协作、知识点掌握．动手操作能力、分析决策能力．问题掌控能力等。

三、学习内容

巷道式堆垛机

   巷道式堆垛机是立体仓库中最重要的运输设备。巷道式堆垛机是随着立体仓库的出现而发展起来的专用起重机（图6—55）。它的主要用途是在高层货架的巷道内来回穿梭运行，将位于巷道口的货物存入货格，或者相反，取出货格内的货物运送到巷道口。这种使用工艺对巷道堆垛机在结构和性能方面提出了一系列严格的要求。                             

堆垛机额定载重量一般为几十kg到几t，其中0.5t的使用最多。它的行走速度一般为4～120m/min，提升速度一般为3～30m/min。

有轨巷道堆垛起重机通常简称为堆垛机。它是由叉、桥式堆垛机演变而来的。桥式堆垛机由于桥架笨重，因而其运行速度受到很大的限制，它仅适用于出、入库频率不高或存放长形原材料和笨重货物的仓库，其优点在于可以方便地为多个巷道服务。目前的AS/RS中应用最广的是巷道式堆垛机。  

图5—3  巷道式堆垛机

巷道式堆垛机由运行机构、起升机构、装有存取货机构的载货台、机架（车身）和电气设备五部分组成。

1、机架

堆垛机的机架由立柱、上横梁和下横梁组成一个框架。整机结构高而窄，机架可以分为单立柱和双立柱两种类型。双立柱结构的机架由两根立柱和上、下横梁组成一个长方形的框架。这种结构强度和刚度都比较好，适用于起重量较大或起升高度比较高的场合。单柱式堆垛机机架只有一根立柱和一根下横梁，整机重量比较轻，制造工时和材料消耗少，结构更加紧凑且外形美观。堆垛机运动时，司机的视野比较宽阔，但刚度稍差。由于载货台与货物对单立柱的偏心作用。以及行走、制运和加速减速的水平惯性力的作用对立柱会产生动、静刚度方面的影响，当载货台处于立柱最高位置时挠度和振幅达到最大值。这在设计时需加以校核计算。堆垛机的结构设计除需满足强度要求外，还需具有足够的刚度，并且满足精度要求。

堆垛机的机架沿天轨运行。为防止框架倾倒，上梁上装有导向轮。

2、运行机构

在堆垛机的下横梁上装有运行驱动机构和在轨道地轨上运行的车轮。按运行机构所在的位置不同可以分为地面驱动式、顶部驱动式和中部驱动式等几种。其中，地面运行式使用最广泛。这种方式一般用两个或四个承重轮，沿敷设在地面上轨道运行。在堆垛机顶部有两组水平轮沿天轨（在堆垛机上方辅助其运行的轨道）导向。如果堆垛机车轮与金属结构通过垂直小轴铰接，堆垛机就可以走弯道，从一个巷道转移到另一个巷道去工作。顶部驱动式堆垛机又可分为支承式和悬挂式两种，前者支承在天轨上运行，堆垛机询问有两组水平导向轮。悬挂式堆垛机则悬挂在位于巷道上方的支承梁上运行。

3、起升机构

堆垛机的起升机构由电动机、制动器、减速机、卷筒或链轮以及柔性件组成，常用的柔性件有钢丝绳和起重链等。卷扬机通过钢丝绳牵引载荷台作升降运动。除了一般的齿轮减速机外，由于需要较大的减速比，因而也经常见到使用蜗轮蜗杆减速机和行星齿轮减速机。在堆垛机上，为了尽量使起升机构尺寸紧凑，常使用带制动器的电动机。

起升机构的工作速度一般在12～30m/min，最高可达48m/min。不管采用多大的工作速度，都备有低速档，主要用于平稳停准和取放货物时的“微升降”作业。

在堆垛机的起重、行走和伸叉（叉取货物）三种驱动中，起重的功率最大。

4、载货台及存取货机构

载货台是货物单元的承载装置。对于需要托运整个货物单元的堆垛机，载货台由货台本体和存取化装置构成。对于只需要从货格拣选一部分货物的拣选式堆垛机，则载货台上不设存取货装置，只有平台供放置盛货容器之用。

存取货装置是堆垛机的特殊工作机构。取货的那部分结构必须根据货物外形特点设计。最常见的是一副伸缩货叉，也可以是一块可伸缩的取货板，或者别的结构形式。

货叉伸缩机构装在载货台上，载货台在辊轮的支承下沿立柱上的导轨作垂直行走方向的运动（起重），垂直于起重一行走平面的方向为伸叉的方向。近代堆垛机的操作设在底座上，工人在此处可进行托运或半自动操作。

5、电气控制设备

主要包括电力拖动、控制、检测和安全保护。在电力拖动方面，目前国内多用的是交流变频调速、交流变极调速和可控硅直流调速、涡流调速已很少应用。对堆垛机的控制一般采用可编程序控制器、单片机、单板机和计算机等。堆垛机必须具有自动认址、货位虚实等检测以及其他检测。电力拖动系统要同时满足快速、平稳和准确三个方面的要求。

浙江经济职业技术学院堆垛机技术参数: ⑴ 数量：2台⑵ 结构形式：单立柱⑶ 货叉形式：3节指形叉⑷ 搬运单元数：1个单元⑸ 额定载荷：600kg⑹ 单元尺寸：1000×1200×1065（宽×深×高，mm）（含托盘）⑺ 电源：380V×50Hz×3Ph⑻ 供电方式：安全滑触线⑼ 电机功率：12KW（三个电机额定功率之和）

⑽ 行走装置a. 驱动类型：电机减速机驱动车轮转动b. 最大速度：80 m/min（变频无级调速）c. 制动方式：掉电动作型⑾ 升降装置a. 驱动类型：电机减速机带动滚筒转动b. 最大速度：30 m/min（变频无级调速）c. 制动方式：掉电动作型⑿ 货叉装置a. 驱动类型：电机减速机通过齿轮驱动齿条b. 最大速度：20 m/min（变频无级调速）c. 制动方式：掉电动作型

6、   堆垛机运行方式

堆垛机控制采用应急、手动、单机自动、联机自动方式。

应急方式：应急方式采用触摸屏控制堆垛机的水平和垂直运动及货叉的伸缩运动。应急方式是用于安装、调试和出现故障时人工操作的一种控制方式。此时堆垛机的运动以最低速进行。所有锁定装置和监测装置都失效，但急停电路除外。

手动方式：手动方式与应急方式的区别在于所有锁定装置、监测装置和急停电路都有效。

单机自动方式：在触摸屏上输入作业命令，堆垛机即自动完成一次作业，并等待新作业。任务作业命令完全由堆垛机控制系统执行，与管理系统不发生联系。

联机自动方式：堆垛机通过红外通讯器与上位机通讯，接收上位机下发的各种指令，并执行相应的操作，且及时上报指令完成的情况及各种信息。

7、堆垛机使用注意事项

①在使用本系统前，请检查巷道内是否有异物，以防止损坏堆垛机。

②使用本系统时，巷道内不可站人，以免造成伤害。

③使用时请不要打开堆垛机控制柜和桥台车控制柜的柜门，以免触电。

④当堆垛机叉车载货升起时，人不要站在下面观望，以免造成伤害。

⑤不要随意变更传感器和行程开关的位置，以防止意外。

⑥当工作结束后，一定要关掉总电源，以防止意外。

任务单元303：AGV

一、教学目标（2学时）：

二、学习要求和考核内容

根据六步法进行学习：

①资讯（通过集中听课、自学、小组讨论等学习方式获取相应知识点）

②教学给出工作任务单，学生分组行动。

③根据任务完成情况评估，并抽查，演讲。

④完成并上交工作任务单

考核内容：包括学生学习态度、团队协作、知识点掌握．动手操作能力、分析决策能力．问题掌控能力等。

三、学习内容

AGV输送系统

(1) AGV外观结构及系统构成

AGV是由机械部分和电子部分组成。机械部分包括AGV本体、货叉、控制箱、驱动轮、从动轮、保险杠、电池箱和充电连接器。电子部分包括AGV控制器，伺服驱动器，输入/输出分配板， POS位控板，电源和传感器。

(2) AGV电气系统构成

图5-4为AGV电气系统的简单系统结构图。下面简单介绍各部分的主要功能：

图5-4AGV电气系统结构图

● 电源：由于AGV供电系统为24伏电池组，而控制器等所需电源为低电压，故AGV的电源采用DC-DC转换器，把24伏电源转换为±5伏和±12伏。

● 伺服系统：用于驱动AGV车轮电机及货叉电机。

● 传感器：激光定位传感器——用于测量AGV运行时的方位；激光防碰传感器——用以探测运行路线上的障碍物；接近传感器——检测举升装置的零点、上限位、下限位。

● I/O转换：用于控制器与伺服、传感器、报警信号、电源间I/O信号的分配。

(3) AGV机械部分构成

此种类型的AGV机械部分主要由:AGV本体、驱动轮、从动轮、货叉、控制箱、保险杠等组成，因其结构与电瓶叉车结构基本相似.,不再作详细的介绍。

                       图5-5AGV机械结构图

(4) ＡＧＶ操作面板上的开关

ＡＧＶ的操作面板如图5-6所示，包括液晶显示器，键盘，手控盒以及多种开关，主要是操作所需的通用开关。其中包括急停开关、电源开关、停止开关、启动开关。

                           图5-6AGV操作面板

C

(5) ＡＧＶ操作功能键

操作面板上的功能键，如图5-7提供了6个键，用户可以通过这些键对AGV下达指令或进行设备检测。

图5-7ＡＧＶ操作功能键键盘

 (6) ＡＧＶ操作面板显示

  显示面板采用320×240 液晶显示器，其显示主要由三部分组成，如下图所示：

                        图5-8ＡＧＶ操作面板显示

主显示区

在该区域内主要显示AGV的运行状态，系统参数，故障提示。

通过人机互动界面提示操作者察看AGV运行情况及如何排出提示的常见故障。

状态栏

用于提示AGV工作的状态，如与控制台的通讯状态，急停开关的状态，电量的情况，碰撞与防碰提示等。通过图标直观的提示给操作者AGV当前的状况.

功能键

与F1到F4对应，选择相应的功能。

(7)AGV主要技术参数

⑴ LGV数量：          1台

⑵ 负载能力：          600kg

⑶ LGV系统控制方式：  控制站集中调度、监视、管理

⑷ LGV控制方式： 全自动、半自动、手动

⑸ 结构形式：          后叉式

⑹ 通讯方式：          无线局域网

⑺ 导航方式：          激光导航

⑻ 充电方式：          离线充电

⑼ 运动方向：          前进、后退、左转、右转、自旋

⑽ 运行速度：          0～50m／min，无极变速

⑾ 导航精度：          ±5mm

⑿ 停车位置精度： ±10mm

(8)AGV安全操作注意事项

①操作人员不要进入LGV的运行区域，不要故意阻拦LGV的运行。

②禁止随意触摸LGV上的开关、按钮和操作手柄。

③不得踩踏LGV上的障碍物探测器及其护栏，禁止乱仍杂物防碍LGV的运行。

④严禁扳动墙上的反光板支架，严禁破坏激光反光片。

任务单元304：WMS系统

一、教学目标（12学时）：

二、学习要求和考核内容

根据六步法进行学习：

①资讯（通过集中听课、自学、小组讨论等学习方式获取相应知识点）

②教学给出工作任务单，学生分组行动。

③根据任务完成情况评估，并抽查，演讲。

④完成并上交工作任务单

考核内容：包括学生学习态度、团队协作、知识点掌握．动手操作能力、分析决策能力．问题掌控能力等。

三、学习内容

WMS系统

（1）计算机监控管理系统构成

图5-9 计算机监控管理系统图

计算机监控管理系统由多种硬件设备和多个应用软件系统组成一个协同工作的综合系统，并构成一个局域网。库存管理层设备调度层设备控制层

系统采用三层结构，即：任务和数据管理(库存管理层)、集中监控和设备控制（设备调度层）、多种任务执行设备（设备控制层）。见图5-9

计算机监控管理系统软件由管理系统、监控系统和出入库系统几部分组成，分别运行在服务器、管理监控计算机和出入库作业计算机上。各系统之间通过网络通信接口和数据库实现信息的传递。操作系统采用Windows 2000 Server，数据库采用SQL Server 2000，控制调度系统采用VC++开发。

（2）计算机监控管理系统软件功能

1、管理系统

    管理系统负责上层数据管理和信息处理，应用于管理终端上。包括库存管理模块、货位管理模块、信息查询、统计报表、库存分析、故障处理等。能根据现场的实际情况合理的分配货位，如均匀存放、先进先出、按批发货等。管理系统根据操作员的指令，完成下列各项任务：

o货物信息管理

o对立体仓库提供各种存储策略：先进先出、近期先出、按批发货、均匀存放、分区存放，紧急优先

o按操作者要求执行各种查询与统计

o分类生成各种报表，并格式化打印输出

o系统初始化、数据备份、基本数据编码维护

o系统用户操作权限管理

o货物库存量上限和下限预警报告。

2、监控系统

监控系统接受管理计算机或出入库作业计算机指令，将任务分解后将作业命令传达给下层设备，并实时监控反馈信息。其中主要设备的运行位置、作业状态、运行故障等信息以动画的方式仿真显示。它主要实现以下功能：

o将接收到的任务指令分解为设备的动作指令，并对指令队列进行优化组合

o向设备控制器下达动作指令，并监测其执行结果

o对设备运行状态进行监测

o将设备的状态信息和动作执行结果反馈给操作者和必要的终端系统

o根据执行结果修改数据库

o以简明清晰的画面、图表形式将系统运行状态和货位占用情况实时显示在计算机屏幕上进行仿真监控物料运行状态、位置和设备运行状态

o处理并报告系统出现的各种故障

3、出入库管理系统

o出入库系统对出入库信息进行管理。功能包括：

o订单输入

o订单查询

o货物入库操作

o货物出库操作

o条码扫描及货物信息录入

o身份确认

o货位状态查询

o设备状态查询

o托盘状态查询、显示

o库存情况查询故障

四、学习资料

1、《立体仓库管理系统操作手册》 沈阳新松机器人有限公司 2003

2、《立体仓库监控系统操作手册》 沈阳新松机器人有限公司 2003