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      鐵路自動化立體倉庫設計

        信息來源:   發布時間:2021-12-08  點擊數:

      1 概述

      隨著我國經濟社會的發展, 特別是電子商務平臺的大規模應用, 對物流業的依賴性越來越高, 而信息化作為物流業的重要組成部分, 已經成為現代物流的核心技術和時代特征[1]。倉庫是物流服務鏈上各環節的重要節點[2], 基于現代信息技術而形成的自動化立體倉庫在現代物流管理中發揮了儲存、保管、配送、加工、調節運輸能力、信息傳遞等功能[3], 同時在降低勞動強度、提高工作效率、提升倉儲利用率、有效加工和利用倉儲信息、降低倉儲損耗和倉儲持有成本、加強倉儲管理人員的規范化、標準化水平等方面也發揮了積極作用, 達到了安全風險預控和可控的目的, 鐵路自動化立體倉庫理念已經得到了相關部門和行業的認可和普及。目前我國很多鐵路貨場結合自身的特點謀求轉型, 將鐵路貨場打造成區域物流配送中心, 對自動化立體倉庫的依賴性更加迫切。因此, 自動化立體倉庫作為物流配送中心的重要組成部分, 是“互聯網+現代倉庫”的具體實踐, 主要表現在節約用地、消除差錯、提升倉儲自動化水平及管理水平、節省人力、提高管理和操作人員素質、降低儲運損耗、有效減少流動資金占用、提高物流效率等方面的優越性[4]。自動化立體倉庫進一步與廠級計算機管理信息系統聯網形成廠級物聯網, 再與生產線相連后, 自動化立體倉庫就成為了助力企業柔性制造系統 (Flexible Manufacturing Systems, FMS) 的重要節點。

      鐵路自動化立體倉庫按照貨架結構形式分為箱式立體倉庫 (也稱為貨格式立體倉庫) 、貫通式立體倉庫、自動化柜式立體倉庫及條形貨架立體倉庫。鐵路機車檢修配件箱式自動化立體倉庫建設主要用于儲存鐵路機車檢修所用小型備件、體積較小的通用材料和電子電氣產品, 貨位承載質量一般為100 kg。箱式自動化立體倉庫的特點是能夠獨立完成倉儲及快速出入庫需求, 適應多品種、小批量物資的出入庫作業, 出入庫頻率較高, 要求操作簡單、便于管理、靈活性強、安全可靠, 作業效率較高、空間利用率較高, 完全滿足機車檢修小型配件的倉儲要求。箱式自動化立體倉庫系統與企業資源計劃系統 (Enterprise Resource Planning, ERP) 無縫銜接后, 可以實現數據的實時交換, 物流與信息流一體化、集成化運行。售后服務是箱式自動化立體倉庫長期良好運行的關鍵, 箱式自動化立體倉庫供應商是否具備立體倉庫技術援助、故障排除能力成為重要考量標準[5]??紤]到機車檢修配件自動化立體倉庫項目距離大城市較遠, 規劃時要求設備整體故障率低, 技術標準和參數設置標準高, 同時售后服務可靠、方便、快捷, 而且能夠提供長期售后服務。

      2 鐵路箱式自動化立體倉庫功能設計

      2.1 室外堆場設計

      室外堆場設計應根據其功能遵循一定的設計原則:室外堆場地形以矩形為好, 這樣既便于車輛行駛, 又便于貨物擺放, 能夠有效提高室外堆場的利用率;室外交通組織應考慮好標準集裝箱、貨車的回轉半徑和消防通道的需求, 寬度一般不小于12 m, 條件允許時可分別設置入口和出口, 以提高車輛的進出效率, 同時最好單獨設計行人出入口, 做到人車分流;在場地四周設置圍擋, 在周邊和辦公區附近設置綠化帶, 以盡量提高土地的利用率。

      2.2 倉庫總體設計

      為了盡可能提高倉庫的利用率, 方便立體貨架的安裝, 庫房在建設時內部不設立柱, 建筑形式采用混凝土鋼梁結構。這種結構自重輕、跨度大并且施工周期短。設計方案是現澆混凝土柱, 鋼梁屋架, 彩鋼板加聚苯乙烯保溫板屋面, 加裝保溫玻璃棉, 屋面坡度1:10。為提高庫內的采光效果, 屋面增加合成樹脂纖維制作的采光帶;屋面采用等截面人字形實腹鋼梁;柱頂與鋼梁的節點采用鉸接形式鏈接[6]。庫區出入門采用電動提升門, 便于操作, 并且滿足頻繁進出的需要。室內地面載荷由立體貨架的供應商提供, 并且將其作為建造依據。為滿足室內機械頻繁碾壓的要求, 采用金屬骨料耐磨地面, 并且在澆筑地面混凝土時, 嚴格把控好混凝土初凝時間, 隨打隨磨, 一次性完成[7]。因室內混凝土地面較厚, 各種水暖管線應設置在管道溝中以方便檢修。

      倉庫內部空間規劃應考慮計算機監控中心區、入庫暫存區、檢驗區、碼垛區、儲存區、出庫暫存區、不合格品暫存區和雜物區的合理劃分, 同時消防水路、各種控制電纜電線、高低壓電纜電線、機械設備充電區應做好合理設計。庫房照明一般按照日常照明、維修和應急照明等3種功能設計, 庫房照明設備在以后的倉庫運行過程中非常重要, 設計時應特別考慮外圍工作區和輔助區的照明。庫房通風和采暖系統應根據存放物品的條件要求進行設計, 一般環境溫度25℃左右, 相對濕度控制在60%~80%。

      2.3 庫房消防系統及視頻監控

      機車檢修配件自動化立體倉庫是物資大量集中的地方, 一旦發生火災, 火焰蔓延速度快、疏散撲救困難, 立體貨架一般在10~15 min會發生倒塌的危險, 容易造成重大財產損失。因此, 安全可靠的消防設計是自動化立體倉庫設計的重要組成部分[8]。機車檢修配件自動化立體倉庫的消防系統主要由防排煙系統、自動報警系統、自動噴水系統和消防栓系統組成。參照《自動噴水滅火系統設計規范》高層貨架內置噴頭按照每層間隔不大于4 m的設計要求, 考慮機車檢修配件自動化立體倉庫為箱式自動化倉庫的特點, 采用每4層貨位設置一層內置噴頭, 每層噴頭的間隔約為2 m, 在每個噴頭的上方設置面積為0.19 m2的圓形集熱擋水板, 機車檢修配件自動化立體倉庫內置噴頭層數為6層, 設置位置為貨架背靠背的一面。噴頭采用比較安全和技術成熟的ESFR-K200早期抑制快速響應噴頭。系統中控室設計磷酸銨鹽干粉滅火器和CO2氣體滅火器?;馂淖詣訄缶到y采用靈敏度高的吸氣式感煙探測器[9], 而線型光纖感溫火災探測器具有堅固耐用、不宜腐蝕、很少需要維護等其他探測方式不可替代的優勢, 已經成為高架倉庫火災探測的一個新的發展方向。

      網絡監控系統接入廠級辦公網絡系統, 實現在線遠程終端監控功能。監控系統配置:網絡硬盤錄像機1臺, 網絡高清紅外智能球型攝像機3臺, 液晶顯示器1臺, 2T監控專用硬盤4塊。球型攝像頭分別安裝在系統中控室、立體庫前斷及后段。采用JMF技術獲取圖像, 采用Canny邊緣檢測算法, 可以實現對運動物體的跟蹤檢測, 并且將現場圖片保存, 推送給安卓手機客戶端, 實現移動監控現場作業情況和突發火情報警。

      2.4 庫房環境溫濕度監控

      在庫房的日常管理中應重點關注相對濕度的要求[10], 溫濕度的監控可以通過無線溫濕度傳感器完成。機車檢修配件自動化立體倉庫環境溫濕度監控采用MSP430F149采集后使用單總線接口將數據傳輸給主控芯片, 通過控制以太網控制芯片模塊將數據傳輸至網絡, 遠程電腦終端可通過網絡實時監控倉庫溫濕度。

      3 鐵路箱式自動化立體倉庫系統設計

      以下對箱式自動化倉庫軟硬件系統的設計進行研究, 并結合具體案例進行分析。

      3.1 箱式自動化立體倉庫項目設計概況

      以SH鐵路公司機車檢修配件箱式自動化倉庫軟硬件系統設計為例, 探討鐵路箱式自動化立體倉庫系統設計。SH鐵路公司機車檢修配件自動化立體倉庫室內建筑尺寸為34.5 m (長) ×11.3 m (寬) ×13 m (高) , 立體倉庫區域尺寸為29 m (長) ×9.5 m (寬) ×12.45 m (高) , 4個巷道、4臺鋁合金堆垛機, 貨架共8排、38列、24層, 共計7 296個貨位。高層貨架采用牛腳式組合工業貨架。塑料周轉箱尺寸600 mm×400 mm×280 mm, 承重100 kg/箱, 包含周轉箱7 296個。貨物出入庫采用由不銹鋼輥道輸送機、頂升移載機組成的輸送系統組成。設有2個揀選口、1個入庫口和1個出庫口。在出入庫口的輸送機設有尺寸和質量檢測裝置, 超限或超重時報警。配備現場操作終端、無線手持終端、LED顯示屏進行操作。在庫房中央控制室內布置網絡及數據庫服務器、管理及監控計算機、UPS、激光打印機、視頻監控、消防設備。自動化立體倉庫平面設計圖如圖1所示, 圖中所有單位為mm。

      3.2 自動化立體倉庫系統軟硬件技術方案探討

      機車檢修配件自動化立體倉庫主要由貨架系統、有軌巷道堆垛機、出入庫輸送系統、倉儲管理系統、計算機管理和監控系統5個主要部分組成。

      3.2.1 貨架系統

      鋼結構貨架要求具備足夠的強度、韌性和整體的穩定性, 一般采用牛腿式組合貨架。立柱全長調節孔累計誤差和相鄰孔誤差宜在合理范圍內, 以確保安裝的方便牢固。表面處理一般采用酸洗、磷化、烘干、靜電噴粉、固化和包裝的工藝。貨架表面靜電噴涂的材料一般采用環氧樹脂粉末, 同時為滿足消防的需要, 鋼結構貨架表面噴涂材料的耐火極限不低于2 h。

      圖1 自動化立體倉庫平面設計圖Fig.1 Graphic design of automated high-rise warehouse

      圖1 自動化立體倉庫平面設計圖Fig.1 Graphic design of automated high-rise warehouse  下載原圖


      3.2.2 有軌巷道堆垛機

      為了提高堆垛機的運行效率, 減輕載荷, 減少故障率, 堆垛機采用雙立柱鋁合金結構。運行、升降、貨叉采用變頻調速, 閉環控制。運行速度包括水平運行速度、升降速度和貨叉速度, 是決定堆垛機性能和價格的主要指標, 應根據具體現場情況合理確定。升降裝置采用鋼絲繩, 并且設置松繩和過載的安全保護裝置。運行、升降的認址方式采用條碼認址。為方便日常對堆垛機的保養檢修和應急故障處理, 采用手動、單機自動、聯機控制等3種控制方式。電機減速機、變頻器和定位控制系統是堆垛機的核心部件, 分別選用技術相對成熟的國際品牌SEW、DEMAG、SIEMENS的產品。安全滑觸線、繼電器、主要控制元件選用了松下的產品。為了降低工作噪音, 提高設備運行的穩定性, 地軌選用鋁合金材質, 行走輪采用聚氨酯材料, 保證工作噪聲不高于60 d B, 以達到系統平穩運行的要求。堆垛機安裝有提升緊急終端限位器、運行終端限速器、運行終端限位器、急停按鈕等裝置, 以及電氣聯鎖保護裝置, 以確保堆垛機的運行安全。

      3.2.3 出入庫輸送系統

      出入庫輸送系統是將入庫周轉箱輸送至堆垛機作業原始位置, 或將出庫周轉箱輸送至出庫端口的水平輸送設備。出入庫輸送系統一共包含3部分設備: (1) 在每條貨架前布置1臺平行于巷道的鏈式輸送機, 每條巷道兩側的2臺輸送機分別設定為入庫輸送機和出庫輸送機; (2) 中間布置2條輸送線; (3) 在庫前區同一側布置出、入分揀輸送機各2臺, 配備條形碼掃描、尺寸檢測及重量檢測等裝置。倉儲系統入庫任務相關流程如圖2所示, 下架的貨箱或需入庫的貨箱分別放入庫前區的分揀輸送機, 通過鏈條驅動軌輪將貨箱傳送到中間輸送線上, 貨箱需要經過條形碼掃描、尺寸檢測及重量檢測后被傳送到巷道的鏈式輸送機, 由堆垛機運送到計算機控制系統指定貨位。倉儲系統出庫任務相關流程如圖3所示, 計算機控制系統出庫指令下達后, 堆垛機到達指定貨位, 通過條形碼掃描后啟動貨叉取下貨箱, 通過導引軌將貨箱運送到巷道前的鏈式輸送機, 再通過中間輸送線經過條形碼掃描、尺寸檢測及重量檢測, 根據計算機控制系統下達的任務指令, 將貨箱分別輸送到各功能出庫端口。

      圖2 倉儲系統入庫任務相關流程Fig.2 Procedures of warehousing system's inbound task

      圖2 倉儲系統入庫任務相關流程Fig.2 Procedures of warehousing system's inbound task  下載原圖


      圖3 倉儲系統出庫任務相關流程Fig.3 Procedures of warehousing system's outbound task

      圖3 倉儲系統出庫任務相關流程Fig.3 Procedures of warehousing system's outbound task  下載原圖


      3.2.4 倉儲管理系統

      堆垛機控制系統是倉儲管理系統的核心系統, 它包括電控系統、動力配電系統、電氣系統、通信尋址系統和硬件系統等。堆垛機控制系統框圖如圖4所示。堆垛機控制系統由計算機控制系統建立與堆垛機控制器的指令交互, 利用趨勢水平驅動變頻器、垂直驅動變頻器、貨叉驅動變頻器完成各項指令, 從而實現水平認址、垂直認址、速度保護監測、貨叉極限與居中確認、人操作界面、聲光報警、電機安全檢測、貨物安全檢測、設備安全檢測、人員安全保護的功能。

      電控系統控制網絡采用PROFIBUS DP架構, 主控器件采用某公司S7-300或S7-400系列可編程邏輯控制器 (Programmable Logic Controller, PLC) , 信號采集的I/O模塊, 電機啟動器采用某公司ET200S系列產品, 放置于現場控制箱內, 通過PROFIBUS DP網關接入PROFIBUS DP網絡?,F場操作員終端通過PROFIBUS DP網關接入PROFIBUS DP網絡。

      動力配電采用配電柜至電控系統主控制柜、主控制柜至現場控制箱、現場控制箱至設備電機的“3級供電”方式, 每一級電力傳輸均采用保護開關對下一級設備進行保護。電氣控制系統的功能主要有控制方式切換、信息查詢、停電保護等功能?,F場分布觸摸屏設置操作密碼保護, 重要的操作需要密碼登錄確認后才能進入操作界面。

      3.2.5 計算機管理和監控系統

      計算機管理和監控系統主要由計算機管理信息系統、計算機監控系統組成。系統具有良好的開放性, 系統功能采用模塊化設計, 便于修改, 保證系統的可擴展性和二次開發能力。界面、文檔均為中文, 報表格式按照要求設計。倉庫管理系統 (Warehouse Management System, WMS) 具備與ERP接口能力, 但在沒有ERP時, WMS可以獨立運行。計算機管理和監控系統的功能如圖5所示。

      計算機管理信息系統應具有友好的可視化人機交互界面, 能夠實現數據查詢、統計報表、故障分析等功能, 所有操作易學易會。為保證整個自動化立體倉庫長時間穩定、可靠、安全地運行, 該管理系統應選用先進穩定的操作系統, 并提供多種數據備份形式和系統故障恢復功能。

      圖4 堆垛機控制系統框圖Fig.4 Block diagram of stacker control system

      圖4 堆垛機控制系統框圖Fig.4 Block diagram of stacker control system  下載原圖


      圖5 計算機管理和監控系統的功能Fig.5 Function of computer management and monitoring system

      圖5 計算機管理和監控系統的功能Fig.5 Function of computer management and monitoring system  下載原圖


      計算機監控系統根據計算機管理信息系統自動分配好的作業地址信息, 按照運行時間最短、作業工位合理分配等原則對作業順序進行優化組合排定, 經數據處理后向堆垛機、輸送機等主要機電設備控制器分發作業命令。計算機監控系統的子系統計算機集成化過程監控系統接收實時控制級的反饋信息, 并對主要設備的運行位置、作業狀態、貨位占位情況、周轉箱載物情況和運行故障等信息狀態進行實時動態仿真顯示。計算機監控系統架構圖如圖6所示。

      圖6 計算機監控系統架構圖Fig.6 Architecture diagram of computer monitoring system

      圖6 計算機監控系統架構圖Fig.6 Architecture diagram of computer monitoring system  下載原圖


      4 結束語

      鐵路自動化立體倉庫的設計建造是一項復雜的系統工程, 建造前期需要進行周密的設計和需求論證。在房建施工期間, 應充分聽取設備安裝方的意見和建議, 合理做好各種預埋件的安裝, 保證各種線纜、管件接頭的預留位置準確, 以及地面的承載力、平整度。項目建造完成后, 還需要相當長一段時間用于設備聯調, 聯調的時間長短取決于系統所采用的電器元器件、電機及控制系統軟件的可靠性。目前, 很多單位都采用了資產管理信息系統進行物資管理工作, 資產管理信息系統與自動化立體倉庫管理系統的銜接逐漸成為亟待解決的現實問題, 否則將造成資產管理信息系統與自動化立體倉庫管理系統的相互孤立, 為物資全生命周期的管理和日常工作帶來較大障礙。

      標簽: 倉庫 倉庫管理



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