北起所物流系统中自动化技术应用实践

北京起重运输机械研究所作为中国最早开发研究自动化物流技术的单位，历经20多年，累计建成100多个自动化物流系统，广泛采用了自动仿真技术、自动控制技术、自动检测寻址技术、条码自动识别技术等。下面结合实际工程介绍自动化技术的具体使用。 自动化物流系统是集光、机、电技术为一体的复杂的系统工程，能够实现物料传输、识别、分拣、堆码、仓储、检索和发售等各个环节的全程自动化作业。该系统主要包括：自动化高架立体仓库系统、自动化输送系统、自动控制系统和计算机集成化物流管理系统等，涉及人工智能、图像识别、计算机模拟仿真、网络、无线电通讯、红外通讯、激光导航与定位、机器人等技术领域。自动化物流系统广泛应用于机械、电子、汽车、家电、治金、建材、烟草等行业和工业、商业、流通、军事等国民经济各领域，可大大提高企业的核心竞争力。 　 　 现代物流系统的先进水平主要体现在物流系统高度集成化和自动化、物流设备多样化且具有速度快可靠性高等特点，以及物流管理系统与企业信息系统(典型的如ERP系统)集成等方面。 　　 北京起重运输机械研究所作为中国最早开发研究自动化物流技术的单位，历经20多年，累计建成100多个自动化物流系统，广泛采用了自动仿真技术、自动控制技术、自动检测寻址技术、条码自动识别技术等。下面结合实际工程介绍自动化技术的具体使用。 　　 　　 自动仿真技术 　　 　　 计算机仿真是利用计算机运算系统的数学模型来达到对被仿真系统的分析、研究、设计等目的。目前应用于我国正在兴建的自动化物流系统的规划、设计、模拟、演示和分析之中。它可以通过计算机技术进行精确计算和验证分析，提高系统方案的可行性。根据物流系统的工艺设备参数和工艺流程建立起来的计算机自动仿真系统，可以形成直观立体的三维仿真动画，科学计算物流系统的流量，寻找和确定瓶颈位置，校验物流系统设计的合理性。 　　 适于物流仿真的软件有许多，目前厂家普遍采用的是美国物流仿真软件AutoMod平台或日本乐龙公司推出的仿真软件。北起所在大型复杂物流系统的方案确定前均进行仿真，利用仿真的结果对系统进行优化，并在项目实施后进行测试对比，符合度在90％以上。 　　 　　 现场总线技术 　　 　　 现场总线技术自上个世纪70年代诞生至今，由于它在减少系统线缆，简化系统安装、维护和管理，降低系统的投资和运行成本，增强系统性能等方面的优越性，引起人们的广泛注意，得到大范围地推广，引发了自动控制领域的一场革命。 　　 在现场总线技术诞生的初期，它的主要功能是将当时的可编程逻辑控制器(program mable logiccontroller，PLO)以一种较简洁的方式连接起来。随着计算机技术引入PLC，计算机通信技术被引入现场总线；PLC功能的增强对现场总线提出了更高的要求，计算机通信技术的引入大大增强了现场总线的功能，成为现场总线技术发展的主要趋势。 　　 现场总线不仅传输速度快，而且响应快和巡回时间短，即实时性强。现场总线技术传入中国已经有好几年，北起所是国内较早采用现场总线的厂家，一直采用西门子公司的PROFIBUS产品，从联想集团的项目开始，至今已有5年时间，共有20多个项目采用了该项技术，并取得明显效果，除减少了现场安装的工作量，缩短了安装周期外，真正实现了信息处理的现场化，提高了系统故障的自我诊断能力，也降低系统投资成本和减少了运行费用。 　　 　　 变频调速技术 　　 　　 交流变频调速具有调速平滑、过载力矩大和起动力矩大等特性和优点，能使设备启动平滑，消除机械的；中击力，达到保护机械设备和延长机械部件寿命的目的。最近几年，随着自动化立体库规模越来越大，80％以上的新建仓库高度在20米左右，堆垛机自重大大增加，而且由于要求作业频率高，堆垛机运行参数需不断攀升，为保证堆垛机的高速运行和快速停准，只能采用变频调速。近10年来，北起所的堆垛机均采用变频调速技术，最近几年结合编码技术实现了更加先进和可靠的闭环调速技术，使产品质量和性能又上了新台阶。其工作原理如下： 　　 1)根据旋转编码器测量反馈的当前速度信号，适时调整变频器的输出驱动频率值，从而保证变频电机能以要求的速度平稳运行。 　　 2)根据初始运动加速度与加速控制时间、平稳运行速度与距离、减速运动加速度与控制时间等，进行变频器的适时调整，确保堆垛机运行及控制反馈运行过程的平稳，消除不稳定形成的超差故障。 　　 3)根据旋转编码器的脉；中测量数，反馈当前堆垛机各电机的位移信号，以及预先设定的控制方案，实时调整变频器的输出驱动频率值，使变频电机先以较高的速度运行到接近目标地址的位置后，将速度平稳降到较低的速度准确制动停准，必要时可采取机械抱闸来辅助快速定位。 　　 4)在工作过程中，PLC控制实时采集运行数据，并不断地与存放在软件控制数据块中的标准位置参数值进行比较和控制，从而达到快速准确定位、提高出入库作业效率的目的，并与监控交换数据以实现作业的全面动态管理。 　　 　　 自动检测寻址技术 　　 　　 激光测距是通过对被测物体发射激光光束，并接收该激光光束的反射波，记录该时间差，来确定被测物体与测试点的距离。激光测距精度高，我们在高速堆垛机运行和起升时寻址定位时普遍采用，再结合以上旋转编码器和闭环变频调速技术，使堆垛机的停准精度控制在5毫米以内。 　 自动识别技术 　　 　　 自动识别技术近几十年在全球范围内得到了迅猛的发展，条码技术更是获得了巨大的成功。条形码的普及，极大地提高了商品的流通效率，也为零售企业创造了新的利润增长点。在当今社会生活中，条码可以说是无处不在。从1998年开始，我们在自动化物流系统中采用条码技术，在个别项目中还采用了二维条码，取得良好效果。但是，随着社会经济的高速发展，条码技术由于自身存在的缺陷，越来越不能适应当前社会经济发展要求，RFID技术便应运而生。RFID技术与条码技术的功能对比，具有以下优势： 　　 1)标签信息容量大； 　　 2)一次多个读取； 　　 3)读取距离远； 　　 4)标签信息可反复读写 　　 5)可高速移动读取； 　　 6)全方位穿透性读取； 　　 7)适应性强(在恶劣环境下仍可读取，全天候工作)。 　　 RFID技术拥有良好的功能特性，能满足当前社会经济发展对商品处理的高效性需求。射频识别技术作为一种快速、实时、准确采集与处理信息的高新技术和信息标准化的基础，通过对实体对象(包括零售商品、物流单元、集装箱、货运包装、生产零部件等)的惟一有效标识，被广泛应用于生产、零售、物流、交通等行业。RFID技术已逐渐成为企业提高物流供应链管理水平，降低成本，实现企业管理信息化，增强企业核心竞争能力不可缺少的技术工具和手段。 　　 RFID技术自出现以来，由于其生产成本一直居高不下，所以长期以来没有得到广泛应用。RFID技术的成功应用，不仅需要硬件(标签和阅读器等)制造、无线数据通讯与网络、数据加密、自动数据收集与数据挖掘等技术，还必须与企业的企业资源计划(ERP)、仓库管理系统(WMS)和运输管理系统(TMS)结合起来，同时需要统一的标准以保证企业间的数据交换和协同工作，否则就很难充分体现这项技术带来的利益。随着新的制造技术的快速发展，RFID的生产成本不断降低；无线数据通讯、数据处理和网络技术的发展都已经日益成熟，而且在SAP和IBM等IT技术巨头的直接推动下，其支持技术已经达到了实际应用水平。成立于1999年的美国麻省理工学院(MIT)的自动识别技术中心(AUTOIDCENTER)，提出了EPC(电子产品编码)概念，致力于解决各国技术标准不统一的问题。可以说，RFID的软件和硬件技术应用坏境日渐成熟，为大规模的推广应用奠定了基础。 　　 北起所目前在自动化物流配送中心广泛采用条码识别技术和无线射频技术，密切关注RFID技术，并且在管理软件开发中预留了与RFID接口，确保物流系统的拓展性。到目前为止，北起所承建了国药控股上海物流配送中心、神州数码上海物流中心、新疆新特药、双鹤药业、总装装甲器材物流中心等大型自动化配送中心，累计使用无线射频终端(简称RF)超过100个，居行业领先地位。随着RFID技术的日臻成熟和成本的不断降低，该项技术将会大量应用于物流项目中，并进一步提高中国物流系统的自动化水平。