本文分析了目前大型電商的發(fā)展及其在倉儲物流作業(yè)方面的特點和需求，再根據(jù)當(dāng)今自動化物流設(shè)備和系統(tǒng)的發(fā)展情況以及目前工控行業(yè)各領(lǐng)域較為先進(jìn)可靠的技術(shù)特征，結(jié)合昆船物流公司**實施應(yīng)用的寧波智能物流倉庫項目實際需求，提供一套可以滿足項目要求的大流量轉(zhuǎn)軌RGV系統(tǒng)解決方案，并對這個系統(tǒng)的控制系統(tǒng)配置、任務(wù)調(diào)度管理、區(qū)域控制、道岔控制、車載控制等方面分別進(jìn)行介紹，完善各項技術(shù)功能的應(yīng)用水平，從而將大流量轉(zhuǎn)軌RGV系統(tǒng)應(yīng)用到大型電商倉儲物流項目上，使其發(fā)揮**效能，力爭為用戶的投資帶來**化的收益。 

一、引言

在這個信息科技高速發(fā)展的社會，電子商務(wù)不**是網(wǎng)購這么簡單，它從衣、食、住、行等方方面面影響著人們的生活，已然成為我們現(xiàn)在和未來的重要生活方式之一。據(jù)統(tǒng)計，2018年，全社會電子商務(wù)交易規(guī)模達(dá)到30.61萬億元，同比上年增長14.5%（同年全國GDP約90萬億元，比上年增長6.6%），與此同時，整個電子商務(wù)領(lǐng)域中各行各業(yè)也在迅速地提升自身的業(yè)務(wù)能力，這其中尤其以自動化物流領(lǐng)域的發(fā)展*為矚目，多家電商企業(yè)紛紛應(yīng)用和建立了自己的自動化物流平臺：京東亞洲一號、天貓菜鳥網(wǎng)絡(luò)IoT未來園、網(wǎng)易考拉智能物流倉等都是這樣一批高度現(xiàn)代化、智能化的自動化物流項目。這些項目都具有相當(dāng)高的處理能力，例如京東的昆山亞洲一號自動分揀系統(tǒng)分揀能力超過4萬件/小時，整個分揀中心日分揀能力超過100萬件，如此高的分揀能力對整個系統(tǒng)中每一個環(huán)節(jié)的要求也是相當(dāng)高的，同樣必須具備與之匹配的作業(yè)效率，在這樣的系統(tǒng)中，一般都配置有大量的軌道搬運車系統(tǒng)（RGV）。

RGV是物料搬運環(huán)節(jié)的重要設(shè)備，其作業(yè)效率直接決定整個系統(tǒng)的處理能力，以往傳統(tǒng)的RGV系統(tǒng)多為直行軌道的單車或雙車系統(tǒng)，一般可滿足小區(qū)域的中低作業(yè)頻度，對于類似亞洲一號倉庫這樣動輒10萬平方米、超過10km輸送線的倉儲系統(tǒng)則需要環(huán)行軌道的多車系統(tǒng)才能滿足搬運需要，普通的不具備換軌能力的環(huán)軌多車系統(tǒng)因作業(yè)路徑固定、運行效率不高的原因不適合布置在大范圍物料搬運區(qū)域中，而具備大流量搬運能力的轉(zhuǎn)軌RGV系統(tǒng)則可以發(fā)揮路徑可變、作業(yè)靈活的優(yōu)勢，滿足大范圍、多個庫區(qū)間進(jìn)行大流量的物料搬運作業(yè)，是解決大型電商物流系統(tǒng)中物料輸送的重要技術(shù)手段（圖1）。 

本文以昆船物流公司**實施應(yīng)用的寧波智能物流倉庫項目為例，說明大流量轉(zhuǎn)軌RGV系統(tǒng)在其中的應(yīng)用和解決方案。該庫為大型電商華東區(qū)域中心庫，計容面積約25萬平方米，標(biāo)準(zhǔn)托盤貨位90896個，巷道堆垛機28臺，其中四樓的分選作業(yè)出入庫區(qū)域計容面積65024平方米，要求系統(tǒng)輸送能力≥469托盤/H；面對這樣高的系統(tǒng)能力要求，如果采用常用直行往復(fù)RGV和輸送機布局來完成物料輸送的功能，一來很難滿足系統(tǒng)能力指標(biāo)，二來平面布局復(fù)雜，將帶來操作繁瑣、維護(hù)困難等問題，針對這些原因，我們采用了基于大流量轉(zhuǎn)軌RGV系統(tǒng)的解決方案。

二、設(shè)計內(nèi)容簡述

在此解決方案中，我們在該項目四樓的堆垛機出入庫區(qū)和分選作業(yè)出入庫區(qū)域設(shè)置一套轉(zhuǎn)軌RGV系統(tǒng)；將1號庫分選作業(yè)區(qū)（11個站臺）、2號庫分選作業(yè)區(qū)（21個站臺）、3號庫巷道堆垛機出入庫區(qū)（56個站臺）、4號庫分選作業(yè)區(qū)（10個站臺）等四個庫區(qū)用一套大流量轉(zhuǎn)軌RGV系統(tǒng)貫穿起來，環(huán)線軌道全長860米，配置RGV小車54臺，并在作業(yè)功能及庫區(qū)的交界處設(shè)置了8個轉(zhuǎn)軌道岔裝置。為方便設(shè)備檢修，在1號庫和4號庫各設(shè)置有一段維修軌道以及一段備用維修、緩存段軌道，平面布置見圖2。

圖2  1號、4號庫平面布置圖

根據(jù)這個項目總體設(shè)計方案和功能要求，確定大流量轉(zhuǎn)軌RGV系統(tǒng)的控制原則是：整個控制系統(tǒng)分別由車輛調(diào)度管理子系統(tǒng)（WCS）、地面區(qū)域控制子系統(tǒng)、軌道供電及站臺控制子系統(tǒng)、車載控制子系統(tǒng)等各個子系統(tǒng)組成。

車輛調(diào)度管理子系統(tǒng)包括調(diào)度計算機、監(jiān)控計算機、數(shù)據(jù)服務(wù)器等，負(fù)責(zé)與WMS系統(tǒng)交互、搬運任務(wù)分配、車輛路徑規(guī)劃、系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控等功能；

地面區(qū)域控制子系統(tǒng)主要由SC區(qū)域控制器 (SegmentController)、本地監(jiān)控操作界面（LSI）、道岔控制器、波導(dǎo)通訊系統(tǒng)等組成，負(fù)責(zé)整個系統(tǒng)所有車輛、道岔的通訊管理、轉(zhuǎn)發(fā)WCS下發(fā)的車輛調(diào)度任務(wù)、控制車輛交通管理、道岔控制、監(jiān)控本地個設(shè)備狀態(tài)等功能；軌道供電及站臺控制子系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)環(huán)線軌道的分段供電控制、道岔供電控制，以及車輛與各個庫區(qū)站臺的交互控制；

車載控制子系統(tǒng)由控制、驅(qū)動、通訊、檢測等單元組成，負(fù)責(zé)控制單臺RGV小車按照區(qū)域控制器SC的指令進(jìn)行直線和彎道移動、裝卸貨等運行控制。

三、方案具體實施

為更好敘述本控制系統(tǒng)設(shè)計的上述控制目的、特征，下面通過附圖分別對該項目的大流量轉(zhuǎn)軌RGV系統(tǒng)的控制方案設(shè)計做進(jìn)一步的詳細(xì)闡述。

1.系統(tǒng)布局

本項目覆蓋區(qū)域較大，RGV小車的數(shù)量較多，對軌道系統(tǒng)的供電要求較高，為確保所有運行區(qū)域的車輛供電可靠、運行正常，我們將整個860米RGV的運行軌道劃分為A～N的14個供電段，每個供電段按照60A容量配電，可保障約20輛RGV小車運行的供電需求，對于2個維修段也進(jìn)行**供電；整個環(huán)行軌道被6個道岔劃分成5個邏輯環(huán)線，另外2個道岔用于移載進(jìn)出維修段的小車；在每個道岔前段軌道的一定距離采用配合道岔狀態(tài)的聯(lián)鎖供電方式，確保RGV車輛在道岔位置運行安全；在項目平面內(nèi)各個庫區(qū)設(shè)置有4部安全門以及若干個急停按鈕盒，其分別配合安全電路完成一定區(qū)域內(nèi)的操作人員人身安全以及車輛運行安全；本項目RGV車輛均采用基于SWG波導(dǎo)通訊方式與SC區(qū)域控制器通訊，鑒于通訊距離所限，我們在整個環(huán)行軌道設(shè)置了6個AP接入點，劃分了6個SWG波導(dǎo)通訊區(qū)域，RGV小車在各通訊區(qū)域進(jìn)行漫游和切換AP進(jìn)行通訊。系統(tǒng)布局如圖3。

圖3 系統(tǒng)布局

2.系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

圖4 通訊架構(gòu)

大流量轉(zhuǎn)軌RGV系統(tǒng)的各個子系統(tǒng)通過相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)建立通訊連接，通訊架構(gòu)如圖4：RGV任務(wù)調(diào)度管理系統(tǒng)的調(diào)度計算機、監(jiān)控計算機，對整個系統(tǒng)不同區(qū)域的所有RGV小車進(jìn)行調(diào)度管理和狀態(tài)監(jiān)控，在整個系統(tǒng)共配置了2套SC區(qū)域控制器及LSI本地監(jiān)控操作界面，各自負(fù)責(zé)所屬區(qū)域內(nèi)所有車輛、道岔的通訊管理、轉(zhuǎn)發(fā)調(diào)度計算機下發(fā)的車輛調(diào)度任務(wù)、控制車輛交通管理、道岔控制，RGV調(diào)度計算機與SC區(qū)域控制器通過Ethernet/UDP進(jìn)行通訊；系統(tǒng)中配置有1臺地面供電控制柜，通過Ethernet與調(diào)度計算機建立Socket通訊，負(fù)責(zé)環(huán)線軌道的分段供電控制、道岔供電控制，以及車輛與各個庫區(qū)站臺控制器的交互控制；系統(tǒng)中每臺小車均配置集成式車載控制器，根據(jù)調(diào)度指令執(zhí)行行走、裝卸貨操作，車載控制器與SC區(qū)域控制器通過Ethernet/UDP進(jìn)行通訊；系統(tǒng)中的8個道岔分別由各自的道岔控制器控制，道岔控制器與各區(qū)域的SC區(qū)域控制器通過Ethernet/UDP進(jìn)行通訊。

3.RGV任務(wù)調(diào)度管理

分配合理的RGV小車實現(xiàn)不同站臺間的物料輸送，以*近、合理、有效原則進(jìn)行任務(wù)分配，并實時對空車進(jìn)行交通管制；同時對車輛信息、站臺信息、實時任務(wù)、歷史任務(wù)、故障報警進(jìn)行管理， RGV任務(wù)調(diào)度管理軟件功能模塊組成見圖5。

圖5 RGV任務(wù)調(diào)度系統(tǒng)功能模塊

RGV任務(wù)調(diào)度管理采用任務(wù)到車的調(diào)度模式：系統(tǒng)自動適應(yīng)任務(wù)狀態(tài)，根據(jù)任務(wù)量多少靈活變換調(diào)度模式，任務(wù)量少時只對目標(biāo)點路徑上的車輛進(jìn)行調(diào)度；任務(wù)飽和時（任務(wù)數(shù)≥相應(yīng)區(qū)域內(nèi)可運行車輛總數(shù)），每次從任務(wù)列表中取出n條對就近小車進(jìn)行任務(wù)分配，離車太遠(yuǎn)和太近任務(wù)不分配，動態(tài)的將**距離的任務(wù)分配給車，減少小車空跑率。

調(diào)度管理系統(tǒng)直接對各個區(qū)域道岔進(jìn)行控制，根據(jù)車輛當(dāng)前位置和目標(biāo)位置合理配置道岔方向，考慮系統(tǒng)*短路徑，不**考慮單一RGV的*短路徑，在任務(wù)產(chǎn)生時，保證*近、有效的RGV執(zhí)行該任務(wù)。

車輛避讓:判斷RGV-n-1小車裝卸貨站臺占用（或異常）, 造成該小車站臺裝卸異常，此時若后方RGV-n任務(wù)小車接近，則RGV-n-1小車需為RGV-n任務(wù)小車讓道；此時需判斷站臺占用或異常的判定時間，對避讓指令延時進(jìn)行參數(shù)化，兼顧車輛有效載貨率和系統(tǒng)整體效率。

4.區(qū)域控制

本項目在整個地面控制系統(tǒng)采用了SEW公司的Maxolution技術(shù)，該技術(shù)主要由區(qū)域控制器（SC）、本地監(jiān)控操作界面（LSI）、道岔控制器（MoviPro-PHE）、車載控制器（MoviPro-PHC）、MOVIVISION server調(diào)度軟件、波導(dǎo)通訊系統(tǒng)共同搭建一個設(shè)備層面的控制平臺；本項目使用的2個SC區(qū)域控制器為Maxolution系統(tǒng)**單元，配置有MOVIVISION server調(diào)度軟件，對RGV小車進(jìn)行底層的運行管理（含：運動定位、車輛跟隨及避碰），并負(fù)責(zé)車輛狀態(tài)的數(shù)據(jù)匯總、車輛參數(shù)配置、軌道參數(shù)的配置；并且還與RGV任務(wù)調(diào)度管理系統(tǒng)進(jìn)行信息的交換，根據(jù)本區(qū)域的車輛實時狀況，將目標(biāo)位置、起停等調(diào)度任務(wù)指令發(fā)送給指定的車載控制器，實現(xiàn)對不同的RGV小車的控制。

同一區(qū)域內(nèi)進(jìn)行分段管理：具有多車屬性的MVT段（Muti-Vehicle Track），可允許多輛車進(jìn)入，多車段設(shè)置路徑單元TE（Track Element），有多少個TE就能管理多少輛車；而具有單車屬性的SVT段（Single Vehicle Track）則同時只允許一輛車進(jìn)入。

單個SC區(qū)域控制器有控制規(guī)模及通訊距離的限制，故而本項目使用2個SC區(qū)域控制器進(jìn)行分區(qū)域控制，兩個SC區(qū)域控制器各負(fù)責(zé)約一半的RGV作業(yè)區(qū)域,波導(dǎo)通訊接入點也分別按照各個區(qū)域接入各自的SC區(qū)域控制器；每個SC區(qū)域控制器根據(jù)車輛調(diào)度指令，結(jié)合本區(qū)域內(nèi)的車輛狀態(tài)管理車輛任務(wù)調(diào)度；相鄰SC區(qū)域控制器之間進(jìn)行車輛交接管理和任務(wù)傳遞，以及區(qū)域間車輛安全聯(lián)鎖控制（圖6）。

圖6 區(qū)域控制

現(xiàn)場的2臺LSI監(jiān)控操作界面對整個Maxolution系統(tǒng)的狀態(tài)進(jìn)行顯示監(jiān)控，并提供相應(yīng)系統(tǒng)、車輛參數(shù)的設(shè)置和修改接口，可以設(shè)置和修改軌道段、點等地圖屬性，也可以實時調(diào)整RGV小車、道岔控制的運行參數(shù)，并且實時監(jiān)控和顯示軌道段點、車輛、道岔的狀態(tài)，且具備對于本區(qū)域的系統(tǒng)故障、報警的指示和復(fù)位功能，圖7為LSI監(jiān)控操作界面及功能示意圖。

圖7 LSI監(jiān)控操作界面及功能示意圖

5.道岔控制

環(huán)行軌道中的8個道岔分別由各自的道岔控制器（MoviPro-PHE）進(jìn)行控制，道岔分為Drive-In合流道岔和Dirve-Out分流道岔兩種類型，針對不同類型，在道岔控制器里進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，與主軌道當(dāng)中段的屬性相似，道岔也有進(jìn)入車號、段號等屬性需配置；另外道岔的控制模式分為全局（Global）和本地（Local）兩種，Global模式時道岔變更由WCS調(diào)度管理系統(tǒng)直接控制，為Local模式時則由SC區(qū)域控制器控制。道岔管理及控制，如圖8。

圖8 道岔管理及控制圖

道岔鎖定距離（Activation distance）：當(dāng)RGV小車被調(diào)度指令控制需要進(jìn)入一個道岔時，設(shè)置道岔前段的一個安全距離，RGV小車進(jìn)入這個距離之后，道岔被該小車占據(jù)，其他車輛不可再使用；

道岔**距離（Collision distance）：當(dāng)RGV小車占據(jù)一個道岔后，在離開道岔之后，至少需要保證離開這個安全距離后，道岔才能允許另一個小車進(jìn)入道岔。

6.車載控制

系統(tǒng)內(nèi)所有RGV小車均使用MoviPro-PHC車載控制器，其采用高度集成化設(shè)計和安裝，是集成了PLC控制器、通訊處理器、位置采集接口、數(shù)字量IO接口、變頻驅(qū)動等的緊湊型單元，其集成化程度高，接口豐富（SBUS、EtherNet、ProfiBus、ProfiNet、 CAN等），接口全部采用IP67插接件連接方式，防護(hù)等級高，電氣安裝方便、空間占用?。桓鬈囕d控制單元將本車的位置、載貨、空載、故障等各項狀態(tài)反饋給所在區(qū)域的SC區(qū)域控制器，并且根據(jù)所在區(qū)域的SC區(qū)域控制器的指令進(jìn)行行走、加減速、輸送等操作，車載控制器可根據(jù)本車安全檢測器件保證自身運行安全；車載控制單元系統(tǒng)示意圖，如圖9。

圖9 智車載控制單元系統(tǒng)示意圖

7.車輛運行安全聯(lián)鎖

本項目轉(zhuǎn)軌RGV系統(tǒng)區(qū)域分布廣，設(shè)備數(shù)量多，各個設(shè)備（小車、道岔）的運行安全要求較高，基于此要求，控制系統(tǒng)在項目平面內(nèi)各個庫區(qū)設(shè)置有4部安全門以及若干個區(qū)域急停按鈕盒，其分別配合安全電路完成一定區(qū)域內(nèi)的操作人員人身安全以及車輛運行安全；安全門開關(guān)、區(qū)域急停按鈕開關(guān)均配置雙冗余觸點，信號接入安全繼電器，搭建符合ISO 13849-1安全標(biāo)準(zhǔn)的保護(hù)系統(tǒng)，安全繼電器信號由SC區(qū)域控制器采集，與道岔禁行及其他**安全控制信號一同作為地面區(qū)域安全運行信號，經(jīng)過波導(dǎo)通訊系統(tǒng)反饋至RGV小車和道岔控制器，進(jìn)行相應(yīng)的安全聯(lián)鎖操作；

另外，每輛RGV小車的車載電控器件實時檢測穿梭車條碼位置檢測反饋異常、超速、貨姿異常等安全狀態(tài)，并及時中斷RGV小車運行，從而實現(xiàn)車輛自身的安全保護(hù)操作（圖10）。

圖10 車輛自身的安全保護(hù)操作

四、結(jié)語

目前這個項目智能物流倉庫的大流量轉(zhuǎn)軌RGV系統(tǒng)已經(jīng)完成調(diào)試，投入試運行階段，并經(jīng)過多次大流量壓力測試，該系統(tǒng)的各項性能和指標(biāo)均達(dá)到技術(shù)方案的設(shè)計目的，可以滿足客戶在多庫區(qū)之間實現(xiàn)高效率的大流量物料搬運和分選的工藝要求，驗證了在大型電商倉儲物流項目中使用大流量轉(zhuǎn)軌RGV系統(tǒng)這種模式的合理適用性，也使轉(zhuǎn)軌RGV這種設(shè)備的整體應(yīng)用進(jìn)入了更高的階段，豐富了物流設(shè)備的產(chǎn)品線，在設(shè)備的安裝調(diào)試易用性、系統(tǒng)能力、故障診斷和維修便捷等方面都有較大程度的提高。

當(dāng)今電商行業(yè)蓬勃發(fā)展，對各類自動化物流設(shè)備需求日益增加，為這類設(shè)備的發(fā)展和革新帶來了巨大的市場和機遇，而現(xiàn)在工業(yè)自動化發(fā)展的步伐越來越快，各項新技術(shù)、新工藝的開發(fā)應(yīng)用也在不斷推陳出新，我們可以充分利用這些有利條件，不斷吸收和提煉，將這些有助于提高設(shè)備性能的技術(shù)結(jié)合應(yīng)用到自動化物流設(shè)備的開發(fā)設(shè)計中，必然會對產(chǎn)品的良性發(fā)展產(chǎn)生推動，從而也對整個物流自動化行業(yè)的進(jìn)步產(chǎn)生積極的影響。

總體上看，大流量轉(zhuǎn)軌RGV系統(tǒng)不論從應(yīng)用理念還是實用效果上看，都能滿足當(dāng)前電商倉儲物流輸送的實際需求，并且符合多批次、大流量、多種類物流輸送的發(fā)展方向，這樣的研發(fā)和應(yīng)用，必然能為設(shè)備制造方和使用方帶來雙贏的良好局面。

江蘇鶴奇工業(yè)自動化設(shè)備有限公司主要經(jīng)營自動化控制系統(tǒng)及設(shè)備的制造加工、研發(fā)、銷售，電子元器件、機械設(shè)備零部件的制造、銷售，計算機網(wǎng)絡(luò)工程施工，計算機軟件研發(fā)、銷售，機械設(shè)備、電子產(chǎn)品的銷售，從事貨物及技術(shù)的進(jìn)出口設(shè)備等多項業(yè)務(wù)，主營業(yè)務(wù)涵蓋自動化立體倉庫，堆垛機，穿梭車，AGV小車生產(chǎn)廠家。江蘇鶴奇工業(yè)自動化設(shè)備有限公司主營業(yè)務(wù)涵蓋自動化立體倉庫，堆垛機，穿梭車，AGV小車生產(chǎn)廠家，堅持“質(zhì)量保證、良好服務(wù)、顧客滿意”的質(zhì)量方針，贏得廣大客戶的支持和信賴。

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