CN201359699Y - 用于天车定位和库位管理的控制系统 - Google Patents

Abstract

一种用于天车定位和库位管理的控制系统，它包括中央控制单元、生产现场数据采集单元、天车行走控制单元、硬件控制单元及地面单元，生产现场数据采集单元用于采集生产现场数据，并通过工业无线通信网络单元与中央控制单元通信，天车行走控制单元用于采集天车的X、Y、Z轴地址以及车上信号、控制天车自动走行以及将生产计划显示给天车司机，中央控制单元用于接受和处理从生产现场数据采集单元和天车行走控制单元采集过来的数据，并处理结果反馈给生产现场数据采集单元和天车行走控制单元，硬件控制单元用于位置检测和物重检测，并通过工业无线通信网络单元与中央控制单元通信。本实用新型能够实现网络全覆盖、天车位置自动检测、自动定位等功能。

Description

用于天车定位和库位管理的控制系统

技术领域

本实用新型主要涉及到现代物流生产设备领域，特指一种用于天车定位和库位管理的控制系统。

背景技术

在现代物流生产、仓储过程中，往往采用天车调运大型部件入库、出库和生产转运。传统管理模式是操作工与在地操作工人的配合下直接操作调运设备进行装卸，地面人员事后记录和管理库房中物料。由于采用人工或半人工管理方法，必然导致人为事故的出现，影响来料验收、加工生产、下线和发货等工作。因此，传统仓储业向现代物流转换，应考虑如何提升仓库装卸及收、发、管的自动化和智能化。

天车库管控制系统目前主要采用的技术有天车位置检测技术、计算机技术和网络通信技术。现有技术中，对于天车的定位和库位管理，通常是使用人工手动操作。如果采用人工手动操作则有定位操作难度大，对操作人员的技术水平和素质要求高，定位精度差，因无位置检测，所以也无目标定位操作值，人工操作往往需要几次操作才能达到定位；另外也易出现误操作，造成安全事故；网络通信一般采用有线固定网络，由于是立体仓库，一般天上与地面无法布线，因此不能即时通信，调度人员很难判断天车即时状态，影响调度和指挥。另外，物料库位信息量非常大，人工进行库区数据管理造成工作强度大，也易于造成库区物料数据错误。现有的用于天车库管的控制系统，功能单一，自动化程度不高，安装复杂，还存在以下缺点：

(1)、定位功能是二维定位，不能实现立体定位；

(2)、不能自动检测位置，需要人工输入；

(3)、只能通过有线网络实现地面固定节点的通信，一些不适合或比较困难布线的地方会出现网络盲区。

为实现对移动机车、天车和立体库位等复杂要素构成的仓库进行有效管理，存在如下几个问题需要解决：

(1)需要立体的网络全覆盖，实现动态节点(如移动机车和移动设备)、天车、中控室和地面调度员之间的实时通信；

(2)库区部件位置信息自动记录和跟踪；

(3)高精度的立体位置检测功能，从而确定调运部件的实时位置信息(X坐标、Y坐标和Z坐标)；

(4)实现自动定位和自走功能，根据目标库位位置信息，系统控制天车走行方向、速度、起吊和放吊时机等。

实用新型内容

本实用新型要解决的问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本实用新型提供一种网络全覆盖的、天车位置自动检测、自动定位、库区物料三维位置信息实时监控、记录和跟踪的可靠性应用系统，可广泛应用于现代物流生产、仓库管理控制中的用于天车定位和库位管理的控制系统，尤其适合一轨多车及吊运工作量非常繁忙的仓库的管理与自动控制中。

为解决上述技术问题，本实用新型提出的解决方案为：一种用于天车定位和库位管理的控制系统，其特征在于：它包括中央控制单元、生产现场数据采集单元、天车行走控制单元以及硬件控制单元，所述生产现场数据采集单元用于采集生产现场数据，并通过工业无线通信网络单元与中央控制单元通信，所述天车行走控制单元用于采集天车的X、Y、Z轴地址以及车上信号、控制天车自动走行以及将生产计划显示给天车司机，所述中央控制单元用于接受和处理从生产现场数据采集单元和天车行走控制单元采集过来的数据，并将处理结果反馈给生产现场数据采集单元和天车行走控制单元，所述硬件控制单元用于位置检测和物重检测，并通过工业无线通信网络单元与中央控制单元通信。

所述天车行走控制单元装设于天车上，天车行走控制单元包括装设于车上的无线硬件接口单元、触摸屏单元、车上控制柜单元和编码电缆单元，车上控制柜单元通过无线硬件接口单元与工业无线通信网络单元相连。

与现有技术相比，本实用新型的优点就在于：

(1)采用工业无线局域网技术，通过部署移动节点，实现动态节点(如移动机车和移动设备)、天车、中控室和地面调度员之间的实时通信，确保生产现场的网络全覆盖，极大提高了系统通信能力、简化网络布局和硬件结构，保证了系统的灵活性、可靠性和可操作性。

(2)采用无线感应技术进行物料三维定位，使系统实现对物料实时监控，根据所检测的物料位置信息实现天车自动走行和自动执行吊运计划，从而提高系统的自动化水平，保证了生产的自动化。提高了生产现场的作业水平并杜绝了安全事故的发生。

(3)采用硬件冗余技术，即在物重仪失效时采用电流检测技术判断物重变化，极大程度上保证了系统的可靠性。

(4)采用软件冗余技术，即采用数据缓存和数据同步技术技术，当网络或服务器出现故障时，可保证数据能临时保存在PDA设备上，当网络或服务器恢复时，暂存在PDA上的数据可以同步到服务器上，从而保证了系统的可靠性和安全性。

附图说明

图1是本实用新型的框架结构示意图；

图2是本实用新型具体实施例的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细说明。

如图1和图2所示，本实用新型用于天车定位和库位管理的控制系统，它包括中央控制单元1、生产现场数据采集单元2、天车行走控制单元3以及硬件控制单元4，所述生产现场数据采集单元2用于采集生产现场数据，并通过工业无线通信网络单元5与中央控制单元1通信，天车行走控制单元3用于采集天车的X、Y、Z轴地址以及车上信号、控制天车自动走行以及将生产计划显示给天车司机，中央控制单元1用于接受和处理从生产现场数据采集单元2和天车行走控制单元3采集过来的数据，并将处理结果反馈给生产现场数据采集单元2和天车行走控制单元3，硬件控制单元4用于位置检测和物重检测，并通过工业无线通信网络单元5与中央控制单元1通信。天车行走控制单元3装设于天车上，其包括装设于车上的无线硬件接口单元31、触摸屏单元32、车上控制柜单元33和编码电缆单元34，车上控制柜单元33通过无线硬件接口单元31与工业无线通信网络单元5相连。在具体实施例中，无线硬件接口单元31(包括每个方向的天线箱)采用SCALANCE W744作为无线局域网的客户端，SCALANCE W788作无线连接，PLC通过它们组成的无线局域网与上位机之间通信。触摸屏单元32连接车上控制柜单元33，用于显示库区动画、作业计划及其它数据。车上控制柜单元33采用PLC控制模块7-226+EM221+CP243-1、地址检测器：2个检测X、Y轴地址、信号发生器：1个对Y轴发送信号、旋转编码器：Z轴位置检测以及物重检测装置：检测物重信号。编码电缆单元34包括X轴方向编码电缆(车上检地址)和Y轴方向编码电缆(地上检地址)。天线箱包括X轴方向编码电缆车上检地址天线箱和Y轴方向编码电缆地上检地址天线箱。参见图2，各单元通过AP接入无线局域网，中央控制单元1通过有线网络接入企业内部局域网。中央控制单元1由2台IBM中控服务器、1台DELL个人计算机和一台交换机组成。外部综合自动化系统通过有线局域网与交换设备连接，实现与本系统的网络通信。中控室内客户机与中控服务器相连，客户机负责动画监控和日常事务处理，中控服务器负责物料数据处理，并通过移动AP接入无线局域网，实现于PLC的通信。地面单元主要由若干台PDA终端设备组成，通过移动AP接入无线局域网，负责物料数据的录入、查询和修改。天车行走控制单元3由X天线箱、Y天线箱、X地址检测器、Y地址检测器、Z轴旋转编码器、Y轴通信器、PLC控制模块、备用X地址检测器、物重仪和触摸屏组成。X天线箱、Y天线箱通过Y轴通信器与PLC控制模块相连，X天线箱、Y天线箱向编码电缆发送信号，在天线箱与编码电缆之间形成磁场，X地址检测器、Y地址检测器与PLC控制模块直接相连，控制X地址检测器、Y地址检测器通过编码电缆感应X地址和Y地址；Z轴旋转编码器和物重仪与PLC控制模块直接相连，PLC根据所接受的模拟量计算物重和Z轴位置。触摸屏与PLC直接相连，负责显示库区物料位置和状态信息。车上单元通过移动AP接入无线局域网，实现与中控服务器的通信。本实施例中，X天线箱采用的型号为QM-TXX-DT8.1，Y天线箱采用的型号为QM-TXX-A，X地址检测器采用的型号为QM-CDJQ-C8.1，Y地址检测器采用的型号为QM-CDJQ-C8.1，Y轴通信器采用的型号为QM-TXQ-D7.0，PDA采用的型号为Symbol MC3000，触摸屏采用的型号为富士12寸UG520H，旋转编码器采用的型号为SICK.。中央控制单元1通过综合自动化系统接口(ERP接口)与其他外部设备相连，其主要功能包括：接收来自综合自动化系统提供的入库原料数据、上线原料数据、下线成品数据和成品出库数据；本系统发送给综合自动化系统的物料位置信息和吊具动作信息。

本实用新型的天车库管控制系统采用工业无线局域网通信技术进行数据交换与控制，采用感应无线编码电缆技术，检测库房天车地址，控制天车自动走行，定位库房每个分区及物料的实际位置。在物料入库、上线、下线、出库、倒库作业过程中用无线数据采集器采集数据实时将物料的数据信息传送给服务器，同时系统自动形成计划及目标位置发送给天车，天车上触摸屏与语音器提示天车工进行作业，服务器实时监控天车作业，记录天车作业结果，完成对库房的每个原料信息的跟踪及位置的定位，对库房中的原料能任一时间知道它所在的位置，对库房进行优化管理，能随时库房库存查询及自动生成库房作业的班组、日、月、年报表。

例如，以一钢卷仓库为例，入库：首先汽车进入库房后，用PDA录入钢卷批号，查询对比ERP系统的要料计划与来料信息，信息一致后，通过无线局域网发送给服务器，服务器将信息存储并发送计划给天车，指挥天车去吊卷，天车将卷吊运到库房后，系统记下放吊的钢卷位置，并将信息与该位置上的钢卷对应起来，完成钢卷入库。

上线：从PDA中输入要上线的钢卷号，添加到计划，系统将该钢卷的位置信息发送给天车，天车根据计划将钢卷吊运到上线点。

下线：PDA扫描要下线的钢卷号，系统将该钢卷的计划发送给天车，天车跟据计划将下线的钢卷吊运到库房。

出库：从PDA中输入要出库的钢卷号，系统将该钢卷的计划信息发送给天车，天车跟据该计划将钢卷吊到出库地点。

在实际安装过程中，可以将上述各单元分别分为中控室单元、天车单元和地面单元三大部分，各部分通过AP接入无线局域网，中控室单元通过有线网络接入企业内部局域网，地面单元主要包括手持设备PDA。

本实用新型所采用的工业无线局域网(Industrial Wireless local-area network，IWLAN)是计算机网络与无线通信技术相结合并应用于工业生产领域的产物，利用了无线多址信道的一种有效方法来支持计算机之间的通信，并为通信的移动化提供了可能。工业无线局域网通过将无线射频信号延伸到过去很难或不可能到达的区域，实现了工业生产现场的网络全覆盖，可很好地解决动态节点(移动机车和移动设备等)、高架立体仓库和高架吊车的通信问题。本系统采用工业无线局域网技术，由中控无线路由器+每台客户端的无线路由器+扩充信号的无线AP组成，信号履盖整个库区(两台SCALANCE W788，三台SCALANCE W744)。施工现场可以采用两个W788分别放在库房里两个中控室的上面，采用朝阳电源供二十四伏电；三个W744分别装在三台天车上，与PLC直接通过网线连接；无线输入设备通过无线连接无线AP与服务器连接。

1、中央控制单元，主要用于动画监控库房天车、钢卷的起吊放吊以及库存变化；对PDA录入的钢卷信息处理、保存、管理；库存信息的查询、统计与报表；天车起吊、放吊判断以及位置计算。

(1)起吊判断

系统定时读取PLC内检测到的天车物重信息(250毫秒)，结合物重判断参数以及天车位置及库房布局等多方面因素，得出天车是否起吊的结果。

(2)放吊判断

系统定时读取PLC内检测到的天车物重信息(250毫秒)，结合物重判断参数以及天车位置及库房布局等多方面因素，得出天车是否放吊的结果。

(3)位置判断

系统定时读取PLC内检测到的天车位置信息(250毫秒)，结合库房布局，得出天车当前所处的用户可识别的位置。

(4)天车安全状态判断

系统定时读取PLC内检测到的天车位置信息(250毫秒)，结合库房布局，得出天车当前所处的用户可识别的位置。

(5)天车语音控制

当下达新计划时，提示“新计划已下达，请按新计划工作”。当天车走行过程中，发现与对方车距离小于两车挨在一起时两天线箱的中心距离+5米时，提示“前方有车，请注意安全”当天车走行过程中，发现与对方车距离小于两车挨在一起时两天线箱的中心距离+2米时，自动停止走行并提示“前方有车，自动走行已自动停止”。当吊钩太低并在行走时，提示“吊钩太低，请注意下方安全”。当大车走至边缘时，提示“大车已走到边缘，请注意安全”。当小车走至边缘时，提示“小车已走到边缘，请注意安全”。当吊钩上升至最高点时，提示“吊钩已接近最高点，请注意安全”。当吊钩有重物起吊时，提示“正在起吊重物，请注意下方安全”。

(6)原料入库

请求来料表：PDA向系统发送一个信息报文，请求系统返回来料信息表。系统会顺序将当前还未执行的所有来料信息发送给PDA。输出参数为按字母顺序排列的钢卷号。入库计划修改：处理入库计划的输入、修改、删除，PDA向系统发送一个信息报文，请求系统处理入库计划的输入、修改、删除。起吊确认：由用户审核计划的起吊执行。PDA向系统发送一个信息报文，确认用户指定的某条计划的起吊执行，系统将会将此计划的钢卷信息与吊起此钢卷的天车对应，从而最终确认入库钢卷的正确信息(钢卷信息)。此操作必须及时完成，由于刚入库的钢卷是没有钢卷信息的，为了后续工作的正确开展，必须严格要求在钢卷起吊后尽快的确认钢卷信息。放吊确认：由用户审核计划的放吊执行。PDA向系统发送一个信息报文，确认用户指定的某条计划的放吊执行，系统将会将此计划的放吊位置信息与吊起此钢卷的天车记录的位置信息，从而最终确认入库钢卷的正确放吊位置信息。

(7)上线处理

请求上线计划：PDA向系统发送一个信息报文，请求系统返回当前的上线计划表。系统会顺序将当前还未执行的所有上线计划发送给PDA。上线计划修改：PDA向系统发送一个信息报文，请求系统处理上线计划的输入、修改、删除。起吊确认：PDA向系统发送一个信息报文，确认用户指定的某条上线计划的起吊执行，系统将会将此计划的钢卷信息与吊起此钢卷的天车自动记录的钢卷信息对应，从而最终确认上线钢卷的正确信息(上线钢卷是否正确)。放吊确认：PDA向系统发送一个信息报文，确认用户指定的某条计划的放吊执行，系统将会将此计划的位置信息与吊起此钢卷的天车自动记录的放吊位置核对，从而最终确认上线钢卷的正确放吊位置信息。

(8)下线处理

请求下线计划表：PDA向系统发送一个信息报文，请求系统返回下线计划表。系统会顺序将当前还未执行的所有下线计划发送给PDA。下线计划修改：PDA向系统发送一个信息报文，请求系统处理下线计划的输入、修改、删除。起吊确认：PDA向系统发送一个信息报文，确认用户指定的某条计划的起吊执行，系统将会将此计划的钢卷信息与吊起此钢卷的天车对应，从而最终确认下线钢卷的正确信息(钢卷信息)。放吊确认：PDA向系统发送一个信息报文，确认用户指定的某条计划的放吊执行，系统将会将此计划的放吊位置信息与吊起此钢卷的天车记录的位置信息，从而最终确认下线钢卷的正确放吊位置信息。

(9)出库处理

请求出库计划：PDA向系统发送一个信息报文，请求系统返回当前的出库计划表。系统会顺序将当前还未执行的所有出库计划发送给PDA。出库计划修改：PDA向系统发送一个信息报文，请求系统处理出库计划的输入、修改、删除。出库起吊确认：PDA向系统发送一个信息报文，确认用户指定的某条出库计划的起吊执行，系统将会将此计划的钢卷信息与吊起此钢卷的天车自动记录的钢卷信息对应，从而最终确认出库钢卷的正确信息(出库钢卷是否正确)。出库放吊确认：PDA向系统发送一个信息报文，确认用户指定的某条计划的放吊执行，系统将会将此计划的位置信息与吊起此钢卷的天车自动记录的放吊位置核对，从而最终确认出库钢卷的正确放吊位置信息。

(10)动画功能

主要是采用动画将天车、物料当前状态实时显示起来。

2、生产现场数据采集单元2(PDA数据采集单元)主要完成以下功能：

(1)原料入库

读取完成来料信息表的原料信息，原料入库时选择或录入数据，发送计划给天车，对天车起吊和放吊人工确认。

(2)成品下线

读取下线计划表中计划，下线时选择或录入数据，发送计划指挥天车作业，对天车起吊和放吊人工确认。

(3)计划查询

查询库存里的钢卷信息；上线、出库时选择或输入钢卷信息，发送计划指挥天车作业，对天车起吊和放吊人工确认。

(4)库存核查

跟据服务器生成的需求核查表、定期核查表对库存中的物料进行核查确认。

(5)数据缓存

PDA本身保存或传送给服务器，人工添加、删除、修改库房库位上的物料信息。

(6)数据同步

将PDA中保存的库存数据同步到服务器。

3、天车行走控制单元3：其PLC是整个控制系统的核心模块，主要完成地址信号的采集、自动走行的控制、语音器的控制、触摸屏的控制、人机数据交换、天车工作状态的采集，与上位机进行数据交换；ACS系统在PLC的控制下，进行有序的工作。

1)主控模块

程序流的控制，根据时序要求控制调用各子程序。

2)PLC采集数据处理

准备送给上位机的数据，包括地址，物重信号的采集。

3)检测Y地址及地址计算

检测Y轴模拟值和格雷码并计算处理Y轴地址。

4)X、Y、Z轴自动走行

X、Y、Z轴自动走行的进入、速度方向判断、刹车及控制

5)X1X2并行查询读地址及地址判定

根据车上地址检测器送来的数据分时检测X1X2轴的地址。

6)触摸屏数据交换

处理触摸屏动画，把上位机发送的一些信息处理后在触摸屏上显示出来。触摸屏动作信号处理后送给上位机。

触摸屏模块用于动态显示各天车所在位置动画，目标地址动画，报警信息。采用字符显示天车具体所在区域、计划位置编号和物料信息，并发送申请自动走行控制命令，吊物取消命令，选择吊具等控制命令。

在具体实施例中，中控室单元由两台IBM服务器(一台服务器作为工作服务器，另外一太作为冗余服务器使用)、一台交换机和一台无线路由器组成。工作服务器与每台车上的PLC、其它客户端及无线输入设备进行通讯和数据交换。冗余服务器可对数据进行备份，也可在工作服务器出现故障时，转换为工作服务器，替代原工作服务器进行工作。通过交换机实现与其它系统及无线路由组成的无线局域网相连。无线路实现与其它无线路由及无线AP组成无线局域网。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (3)

1、一种用于天车定位和库位管理的控制系统，其特征在于：它包括中央控制单元(1)、生产现场数据采集单元(2)、天车行走控制单元(3)、硬件控制单元(4)以及地面单元，所述生产现场数据采集单元(2)用于采集生产现场数据，并通过工业无线通信网络单元(5)与中央控制单元(1)通信，所述天车行走控制单元(3)用于采集天车的X、Y、Z轴地址以及车上信号、控制天车自动走行以及将生产计划显示给天车司机，所述中央控制单元(1)用于接受和处理从生产现场数据采集单元(2)和天车行走控制单元(3)采集过来的数据，并将处理结果反馈给生产现场数据采集单元(2)和天车行走控制单元(3)，所述硬件控制单元(4)用于位置检测和物重检测，并通过工业无线通信网络单元(5)与中央控制单元(1)通信。

2、根据权利要求1所述的用于天车定位和库位管理的控制系统，其特征在于：所述天车行走控制单元(3)装设于天车上，天车行走控制单元(3)包括装设于车上的无线硬件接口单元(31)、触摸屏单元(32)、车上控制柜单元(33)和编码电缆单元(34)，车上控制柜单元(33)通过无线硬件接口单元(31)与工业无线通信网络单元(5)相连。

3、根据权利要求1或2所述的用于天车定位和库位管理的控制系统，其特征在于：所述地面单元包括一台以上通过移动AP接入工业无线通信网络的PDA终端设备，负责物料数据的录入、查询和修改。

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