CN107161586B - 一种自动化滤棒库堆垛机调度系统 - Google Patents

Abstract

本发明属计算机自动化控制领域，尤其涉及一种自动化滤棒库堆垛机调度系统。该系统包括成型机、成型端烟盘输送机、两台成型端堆垛机、货架库、两台发送端堆垛机、发送机端烟盘输送机、发送机、堆垛机子系统和上位系统；成型机的装盘机的上、下盘台直接与成型端烟盘输送机的上、下盘台相联接，发送机的翻盘机的上、下盘台直接与发送端烟盘输送机的上、下盘台相联接，所述的上位系统控制连接成型端烟盘输送机的上、下盘台与发送端烟盘输送机的上、下盘台的电控系统，并与堆垛机子系统相控制连接，堆垛机子系统控制连接成型端堆垛机和发送端堆垛机；本发明堆垛机调度方法极大提高了一轨双车制堆垛机执行任务的复合率与复合次数，大大提高了堆垛机的运行效率。

Description

一种自动化滤棒库堆垛机调度系统

技术领域

本发明属计算机自动化控制领域，尤其涉及一种自动化滤棒库堆垛机调度系统。

背景技术

自动化滤棒库为自动化高架库的一种形式。滤棒高架库能自动将成型机产出的滤棒装盘存放到高架库中存储固化，并自动将合格的滤棒送至发射系统。它直接将滤棒成型机与滤棒发送机联起来，实现了滤棒生产、储存、发送的全自动化，有效解决了滤棒固化时间长、存储占地面积大的问题。

一轨双车制的堆垛机调度方法通常实现方式是考虑两台堆垛机的安全距离，在此前提下判断分析任务列表中的任务及两台堆垛机的位置与运行方向，按策略下达任务给堆垛机。根据调度总体思想可分为效率优先的“策略+就近算法”与保障生产的“策略+等待时间”两种方法。从效率方面分析“策略+就近算法”要优于“策略+等待时间”，但容易出现长时间不执行某一机组任务而引起机台断料的情况。总体而言这两种方法都存在复合循环的复合率低(同一X位置的任务复合率为100％,X方向偏移量越大复合率越低)，复合次数少(复合率大于95％的次数)，总体的运行效率低的问题。滤棒库堆垛机的运行效率，直接决定着整个滤棒库系统的运行效率。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明的目的是提供一种自动化滤棒库堆垛机调度系统，该系统提升堆垛机执行任务时，复合循环的复合率与复合次数，合理安排堆垛机执行任务的顺序，确保机台不断料。

为了实现上述的目的，本发明采用了以下的技术方案：

一种自动化滤棒库堆垛机调度系统，该系统包括成型机、成型端烟盘输送机、两台成型端堆垛机、货架库、两台发送端堆垛机、发送机端烟盘输送机、发送机、堆垛机子系统和上位系统；成型机的装盘机的上、下盘台直接与成型端烟盘输送机的上、下盘台相联接，发送机的翻盘机的上、下盘台直接与发送端烟盘输送机的上、下盘台相联接，所述的上位系统控制连接成型端烟盘输送机的上、下盘台与发送端烟盘输送机的上、下盘台的电控系统，并与堆垛机子系统相控制连接，堆垛机子系统控制连接成型端堆垛机和发送端堆垛机；该系统执行以下的工艺过程：

一、空盘出库：首先由成型端烟盘输送机上盘台触发要料指令；上位系统生成空盘出库任务并下发给堆垛机子系统调度；然后由堆垛机子系统分配任务给成型端堆垛机，成型端堆垛机从货架库中指定位置取出滤棒空盘组放到指定成型端烟盘输送机的上盘台，实现成型机的空盘补给；

二、实盘入库：成型机生产滤棒后，经过成型机的装盘机装入滤棒盒，然后通过装盘机输送至成型端烟盘输送机，再由成型端烟盘输送机的RFID无线射频识别系统写入滤棒的生产机组号、牌号、生产日期信息，在成型端烟盘输送机的下盘台堆积成一组满盘并触发实盘入库指令；上位系统生成实盘入库任务并下发给堆垛机子系统调度；然后由堆垛机子系统分配任务给成型端堆垛机，最后由成型端堆垛机将滤棒实盘组存入货架库；

三、实盘出库：首先由发送端烟盘输送机上盘台触发要料指令；上位系统生成实盘出库任务并下发给堆垛机子系统调度；然后由堆垛机子系统分配任务给发送端堆垛机，发送端堆垛机从库中指定位置取出滤棒满盘组放到指定发送端烟盘输送机的上盘台，实现滤棒的出库；

四、空盘入库：发送机翻盘后将空盘通过翻盘机输送至发送端烟盘输送机，在发送端烟盘输送机下盘台堆积成一组空盘并触发空盘入库指令；上位系统生成空盘入库任务并下发给堆垛机子系统调度；然后由堆垛机子系统分配任务给发送端堆垛机，最后由发送端堆垛机将滤棒空盘组存入货架库(4)；

调度系统执行以下的方法进行控制：

1)上位系统下发任务信息，信息包含任务类型、任务起始位置、任务结束位置、任务下达时间；堆垛机子系统只能执行上位任务，不能更改任务起始位置与结束位置；上位系统下发的任务，都存放于堆垛机子系统的任务列表中，根据堆垛机运行策略选择任务表中最适合的任务，并指派一台堆垛机执行该任务；

2)堆垛机任务分配策略：四台堆垛机都无任务，选择任务结束位置所在区域的堆垛机来执行该任务；

任务结束位置在左半区间，分配1号堆垛机；

任务结束位置在右半区间，分配2号堆垛机；

任务区间左限小于5列，分配1号堆垛机；

任务区间右限大于78列，分配2号堆垛机；

两台成型端堆垛机(3)和两台发送端堆垛机(5)分别为1号堆垛机、2号堆垛机；

3)任务赶车：当一台堆垛机执行任务时，另一台堆垛机无任务且挡住了任务堆垛机的行走路线，则调度系统会命令此堆垛机行驶到另一位置；

4)任务类型：系统中共有三种任务类型，分别是：生产入库任务、生产出库任务、移库任务，系统能自动区分这三类任务。

作为进一步改进，该系统的控制方法还包括安全策略，安全策略包括同侧安全策略和两侧安全策略；同侧安全策略为堆垛机调度系统始终让两台成型端堆垛机(3)或两台发送端堆垛机(5)保持4～6列的安全距离；两侧安全策略是成型端堆垛机(3)与发送端堆垛机(5)货位上下相邻则不同时执行。

作为进一步改进，该系统的控制方法还包括高效运行策略，高效运行策略如下所述：

1)系统内部将整个库划分为左右两个半区，左半区间，为1号堆垛机执行区域，右半区间，为2号堆垛机执行区域；

2)当系统收到上位下发的第一条任务后，系统分配相应的堆垛机去执行该任务，上位系统保证不会产生跨区的生产任务，但会产生跨区的移库任务，移库任务是优先权最低的任务，只有无生产任务时才执行这类任务；

3)当堆垛机完成前一任务后，优先执行任务起始位置为堆垛机当前位置的生产任务；

4)堆垛机完成前一任务后，如当前位置无任务，则执行离当前堆垛机停靠位置距离最近的任务；

5)原则上两台堆垛机各自执行自己半区的任务，但当某一半区任务较多，而另一半区无任务时，无任务半区的堆垛机遵守安全策略的前提下，执行结束任务位置靠近自己半区的任务；当该任务完成后，如自己半区有任务则返回自己半区执行任务，如自己半区无任务，则可断续执行另一半区的任务；

7)为确保各机组能实现复合任务，复合任务是指：保证同一机组站台能同时产生出库与入库任务,使堆垛机往复一次行走就能完成两个任务；系统优先分配出库任务给堆垛机，当堆垛机执行完成该任务后，优先执行该站台的入库任务，从而实现复合任务，提高系统运行效率；

8)系统会单独记录堆垛机执行出库任务站台的机台号，当完成该机台的出库任务时，直接查找该机台的入库任务，如有则立刻执行，如无则进行标记，确保各种情况下复合任务的正常运行。

作为进一步改进，该系统的控制方法还包括智能选择策略，上位系统能对各机组进行优先权的设置，使优先权高的设备可插队优先完成任务。

本发明由于采用了上述的技术方案，此堆垛机调度方法可称为“策略+复合任务+智能排序”，极大提高了一轨双车制堆垛机执行任务的复合率与复合次数，大大提高了堆垛机的运行效率，此发明用用于实际生产后，滤棒库的运行效率由改进前平均77.42PL/H提升至平均124.84PL/H，效率提升61.25％。效果非常明显。

附图说明

图1为本发明的系统结构图。

图2为图1的侧视图。

图3为本发明的系统运行框图。

图4为向另一台堆垛机运行的同侧安全策略图。

图5为远离另一台堆垛机的同侧安全策略图。

图6为两侧安全策略图。

图7为单台堆垛机半区执行复合任务的示意图。

图8为两台堆垛机跨区协助的复合任务的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做一个详细的说明。

如图1、图2所示的一种自动化滤棒库滤棒存储系统，该系统包括成型机1、成型端烟盘输送机2、两台成型端堆垛机3、货架库4、两台发送端堆垛机5、发送端烟盘输送机6、发送机7、堆垛机子系统和上位系统；成型机1的装盘机的上、下盘台11、12直接与成型端烟盘输送机的上、下盘台21、22相联接，发送机7的翻盘机的上、下盘台71、72直接与发送端烟盘输送机的上、下盘台61、61相联接，所述的上位系统控制连接成型端烟盘输送机的上、下盘台21、22与发送端烟盘输送机6的上、下盘台61、62的电控系统，并与堆垛机子系统相控制连接，堆垛机子系统控制连接成型端堆垛机3和发送端堆垛机5。

如图3所示，该系统执行以下的工艺过程：

一、空盘出库：首先由成型端烟盘输送机2上盘台触发要料指令；上位系统生成空盘出库任务并下发给堆垛机子系统调度；然后由堆垛机子系统分配任务给成型端堆垛机3，成型端堆垛机3从货架库4中指定位置取出滤棒空盘组放到指定成型端烟盘输送机2的上盘台，实现成型机1的空盘补给；

二、实盘入库：成型机1生产滤棒后，经过成型机1的装盘机装入滤棒盒，然后通过装盘机输送至成型端烟盘输送机2，再由成型端烟盘输送机2的RFID无线射频识别系统写入滤棒的生产机组号、牌号、生产日期信息，在成型端烟盘输送机2的下盘台堆积成一组满盘并触发实盘入库指令；上位系统生成实盘入库任务并下发给堆垛机子系统调度；然后由堆垛机子系统分配任务给成型端堆垛机3，最后由成型端堆垛机3将滤棒实盘组存入货架库4；

三、实盘出库：首先由发送端烟盘输送机6上盘台触发要料指令；上位系统生成实盘出库任务并下发给堆垛机子系统调度；然后由堆垛机子系统分配任务给发送端堆垛机5，发送端堆垛机5从库中指定位置取出滤棒满盘组放到指定发送端烟盘输送机6的上盘台，实现滤棒的出库；

四、空盘入库：发送机7翻盘后将空盘通过翻盘机输送至发送端烟盘输送机6，在发送端烟盘输送机6下盘台堆积成一组空盘并触发空盘入库指令；上位系统生成空盘入库任务并下发给堆垛机子系统调度；然后由堆垛机子系统分配任务给发送端堆垛机5，最后由发送端堆垛机5将滤棒空盘组存入货架库。

1.调度方法总体介绍:

·上位系统下发任务信息，信息包含任务类型(空盘出库、实盘入库等)、任务起始位置、任务结束位置、任务下达时间等。堆垛机调度系统只能执行上位任务，不能更改任务起始位置与结束位置。

·上位系统下发的任务，都存放于堆垛机调度系统的任务列表中，根据堆垛机运行策略选择任务表中最适合的任务，并指派一台堆垛机执行该任务。

·堆垛机任务分配策略：如四台堆垛机都无任务，选择任务结束位置所在区域的堆垛机来执行该任务。

a)任务结束位置在左半区间(1-41)，分配1号堆垛机

b)任务结束位置在右半区间(42-82)，分配2号堆垛机

c)任务区间左限小于5列，分配1号堆垛机(2号堆垛机不能达到)

d)任务区间右限大于78列，分配2号堆垛机(1号堆垛机不能达到)

例：实盘入库任务，从64列取到4列放，则系统选取1#堆垛机执行任务。如已有堆垛机正在执行任务，则根据安全策略及运行策略，从任务表中选取可以执行的任务分配给没有任务的堆垛机执行。接上例：1#堆垛机正在执行64列至4列的实盘入库任务，则系统可以从任务表中寻找69列至80列的任务分配给2#堆垛机。

·任务赶车：当一台堆垛机执行任务时，另一台堆垛机无任务且挡住了任务堆垛机的行走路线，则调度系统会命令此堆垛机行驶到另一位置。例：1#堆垛机要到64列执行任务，但2#堆垛机处理60列位置，则堆垛机调度系统会命令2#堆垛机行驶至69列。

·任务类型：系统中共有三种任务类型，分别是：生产入库任务、生产出库任务、移库任务，系统能自动区分这三类任务。

2.安全策略：

1)同侧安全策略：

·静态两车安全距离：为保证同侧轨道上的两台堆垛机不相撞，堆垛机调度系统始终让两台堆垛机保持五列的安全距离(安全距离主要与设备大小有关)。

·动态安全策略：

向另一台堆垛机运行：

如图4所示，当1#堆垛机执行任务向右靠近另一台堆垛机，目标位置是47列，则系统将1至52(47+5)列锁定，作为1#堆垛机的运行区域，2#堆垛机只能从任务表选择非锁定区域(53-82)的任务。同理2#堆垛机一旦执行了任务，也用同样方式锁定任务运行区域。

远离另一台堆垛机：

如图5所示，当1#堆垛机执行任务向左远离另一台堆垛机，目标位置是5列，则系统开始将1至52(47+5)列锁定，但当1#堆垛机开始向目的地行走时将释放10至52列的锁定区域，此时2#堆垛机可选取的任务范围为11-82列。即同侧两台堆垛机执行任务的方向是远离另一台堆垛机，系统会提前解锁一部分锁定区域。

2)两侧安全策略：

如图6所示，实际生产中存在两侧的堆垛机到同一列货架取放货，如取放货的货位上下相邻，则两台堆垛机伸出的货叉极易相互干涉，出现安全问题。如图2所示，1#堆垛机的目标货位为A(第六层)，则系统将锁定此列货架的第五与第七层，即如这两个货位有任务，不能与目前1#堆垛机的任务同时执行，以确保堆垛机存放货的安全性。

3.运行策略:

1)高效运行策略：

·系统内部将整个库划分为左右两个半区，左半区间(1-41)，为1号堆垛机执行区域，右半区间(42-82)，为2号堆垛机执行区域。

·当系统收到上位下发的第一条任务后，系统分配相应的堆垛机去执行该任务(上位系统保证不会产生跨区的生产任务，但会产生跨区的移库任务，移库任务是优先权最低的任务，只有无生产任务时才执行这类任务)。

·当堆垛机完成前一任务后，优先执行任务起始位置为堆垛机当前位置的生产任务。例如：1#堆垛机执行了一个从5列至25列的出库任务，该任务完成后，会优先执行任务起始位置为25列的任务。

·堆垛机完成前一任务后，如当前位置无任务，则执行离当前堆垛机停靠位置距离最近的任务。

·原则上两台堆垛机各自执行自己半区的任务，但当某一半区任务较多，而另一半区无任务时，无任务半区的堆垛机遵守安全策略的前提下，执行结束任务位置靠近自己半区的任务。当该任务完成后，如自己半区有任务则返回自己半区执行任务，如自己半区无任务，则可断续执行另一半区的任务。

·为确保各机组能实现复合任务(复合任务是指：保证同一机组站台能同时产生出库与入库任务,使堆垛机往复一次行走就能完成两个任务。)系统优先分配出库任务给堆垛机，当堆垛机执行完成该任务后，优先执行该站台的入库任务，从而实现复合任务，提高系统运行效率。

·系统会单独记录堆垛机执行出库任务站台的机台号，当完成该机台的出库任务时，直接查找该机台的入库任务，如有则立刻执行，如无则进行标记，确保各种情况下复合任务的正常运行。

单台堆垛机半区执行复合任务：

通过技术手段，上位系统保证成对下发机台的出入库任务

例：上位系统下发任务的时间排序为：K10#→K12#→K11#

根据堆垛机调度系统按高效运行策略，则任务执行顺序如图7所示为：①→②→③→④→⑤→⑥。

两台堆垛机跨区协助的复合任务：

例：上位系统下发任务的时间排序为：K11#→K9#→K12#。

当2#堆垛机执行K11#机组任务时，K9#、K12#机组任务也已经发到堆垛机调度系统。

当2#堆垛机执行K11#机组任务时，1#堆垛机处于无任务状态。

此时根据高效运行策略，1#堆垛机行走至2#堆垛机工作半区，执行K9#机台任务

当1#堆垛机执行完K9#机台出库任务后，自己半区有任务产生，故不再执行K9#机组入库任务，而返回自己半区进行工作。

因配对任务有较高的优先权，故2#堆垛机执行完K11#机组任务后，不执行距离较近的K12#机组任务，而需执行K9#入库任务。

任务执行顺序如图8所示为：[(①→②)/]→③→④→⑤。

2)智能选择策略：

实际生产过程中,因各种原因会导致各成型机与发送机生产速度不一致,且这种速度差异会随着生产组织的变化而变化。为保证生产设备不断料,系统能对各机组进行优先权的设置,使优先权高的设备可插队优先完成任务，以成型端为例优先权设置如下：

优先权的含义以K1机组为例，当堆垛机调度接收到K1机组进出库任务的时间是10：00，则10分钟超限时间(即10：10分)内需要执行完成该机组任务，否则提高该机组的优先权，10-13分钟(即10：13)必须执行该机组任务否则会引起机组断料，超过断料时间13分钟(10：13)后优先权最高，堆垛机完成当前任务后立即执行该机组任务。当优先级一样时，根据断料时间的长短进行排序，先执行断料时间短的机组任务(如K12)。

3)优先级的顺序：

超断料时间任务→复合任务的入库任务(详见高效策略)→超过超限时间任务→高效策略选择。

Claims (4)

1.一种自动化滤棒库堆垛机调度系统，其特征在于该系统包括成型机(1)、成型端烟盘输送机(2)、两台成型端堆垛机(3)、货架库(4)、两台发送端堆垛机(5)、发送端烟盘输送机(6)、发送机(7)、堆垛机子系统和上位系统；成型机(1)的装盘机的上、下盘台(11、12)直接与成型端烟盘输送机的上、下盘台(21、22)相联接，发送机(7)的翻盘机的上、下盘台(71、72)直接与发送端烟盘输送机的上、下盘台(61、61)相联接，所述的上位系统控制连接成型端烟盘输送机的上、下盘台(21、22)与发送端烟盘输送机(6)的上、下盘台(61、62)的电控系统，并与堆垛机子系统相控制连接，堆垛机子系统控制连接成型端堆垛机(3)和发送端堆垛机(5)；该系统执行以下的工艺过程：

一、空盘出库：首先由成型端烟盘输送机(2)上盘台触发要料指令；上位系统生成空盘出库任务并下发给堆垛机子系统调度；然后由堆垛机子系统分配任务给成型端堆垛机(3)，成型端堆垛机(3)从货架库(4)中指定位置取出滤棒空盘组放到指定成型端烟盘输送机(2)的上盘台，实现成型机(1)的空盘补给；

二、实盘入库：成型机(1)生产滤棒后，经过成型机(1)的装盘机装入滤棒盒，然后通过装盘机输送至成型端烟盘输送机(2)，再由成型端烟盘输送机(2)的RFID无线射频识别系统写入滤棒的生产机组号、牌号、生产日期信息，在成型端烟盘输送机(2)的下盘台堆积成一组满盘并触发实盘入库指令；上位系统生成实盘入库任务并下发给堆垛机子系统调度；然后由堆垛机子系统分配任务给成型端堆垛机(3)，最后由成型端堆垛机(3)将滤棒实盘组存入货架库(4)；

三、实盘出库：首先由发送端烟盘输送机(6)上盘台触发要料指令；上位系统生成实盘出库任务并下发给堆垛机子系统调度；然后由堆垛机子系统分配任务给发送端堆垛机(5)，发送端堆垛机(5)从库中指定位置取出滤棒满盘组放到指定发送端烟盘输送机(6)的上盘台，实现滤棒的出库；

四、空盘入库：发送机(7)翻盘后将空盘通过翻盘机输送至发送端烟盘输送机(6)，在发送端烟盘输送机(6)下盘台堆积成一组空盘并触发空盘入库指令；上位系统生成空盘入库任务并下发给堆垛机子系统调度；然后由堆垛机子系统分配任务给发送端堆垛机

(5)，最后由发送端堆垛机(5)将滤棒空盘组存入货架库(4)；

调度系统执行以下的方法进行控制：

1)上位系统下发任务信息，信息包含任务类型、任务起始位置、任务结束位置、任务下达时间；堆垛机子系统只能执行上位任务，不能更改任务起始位置与结束位置；上位系统下发的任务，都存放于堆垛机子系统的任务列表中，根据堆垛机运行策略选择任务表中最适合的任务，并指派一台堆垛机执行该任务；

2)堆垛机任务分配策略：四台堆垛机都无任务，选择任务结束位置所在区域的堆垛机来执行该任务；

a)任务结束位置在左半区间，分配1号堆垛机；

b)任务结束位置在右半区间，分配2号堆垛机；

c)任务区间左限小于5列，分配1号堆垛机；

d)任务区间右限大于78列，分配2号堆垛机；

两台成型端堆垛机(3)和两台发送端堆垛机(5)分别为1号堆垛机、2号堆垛机；

3)任务赶车：当一台堆垛机执行任务时，另一台堆垛机无任务且挡住了任务堆垛机的行走路线，则调度系统会命令此堆垛机行驶到另一位置；

4)任务类型：系统中共有三种任务类型，分别是：生产入库任务、生产出库任务、移库任务，系统能自动区分这三类任务。

2.根据权利要求1所述的一种自动化滤棒库堆垛机调度系统，其特征在于：该系统的控制方法还包括安全策略，安全策略包括同侧安全策略和两侧安全策略；同侧安全策略为堆垛机调度系统始终让两台成型端堆垛机(3)或两台发送端堆垛机(5)保持4～6列的安全距离；两侧安全策略是成型端堆垛机(3)与发送端堆垛机(5)货位上下相邻则不同时执行。

3.根据权利要求1所述的一种自动化滤棒库堆垛机调度系统，其特征在于：该系统的控制方法还包括高效运行策略，高效运行策略如下所述：

1)系统内部将整个库划分为左右两个半区，左半区间，为1号堆垛机执行区域，右半区间，为2号堆垛机执行区域；

2)当系统收到上位下发的第一条任务后，系统分配相应的堆垛机去执行该任务，上位系统保证不会产生跨区的生产任务，但会产生跨区的移库任务，移库任务是优先权最低的任务，只有无生产任务时才执行这类任务；

3)当堆垛机完成前一任务后，优先执行任务起始位置为堆垛机当前位置的生产任务；

4)堆垛机完成前一任务后，如当前位置无任务，则执行离当前堆垛机停靠位置距离最近的任务；

5)原则上两台堆垛机各自执行自己半区的任务，但当某一半区任务较多，而另一半区无任务时，无任务半区的堆垛机遵守安全策略的前提下，执行结束任务位置靠近自己半区的任务；当该任务完成后，如自己半区有任务则返回自己半区执行任务，如自己半区无任务，则可断续执行另一半区的任务；

7)为确保各机组能实现复合任务，复合任务是指：保证同一机组站台能同时产生出库与入库任务,使堆垛机往复一次行走就能完成两个任务；系统优先分配出库任务给堆垛机，当堆垛机执行完成该任务后，优先执行该站台的入库任务，从而实现复合任务，提高系统运行效率；

8)系统会单独记录堆垛机执行出库任务站台的机台号，当完成该机台的出库任务时，直接查找该机台的入库任务，如有则立刻执行，如无则进行标记，确保各种情况下复合任务的正常运行。

4.根据权利要求1所述的一种自动化滤棒库堆垛机调度系统，其特征在于：该系统的控制方法还包括智能选择策略，上位系统能对各机组进行优先权的设置，使优先权高的设备可插队优先完成任务。