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智能穿梭系统助力企业实现智慧物流

来源:控制工程网2021.05.27阅读 1212

  由于电子商务需求快速增长以及人力资源的短缺CONTROL ENGINEERING China版权所有,当今的智能仓库和配送中心需要越来越多的数据驱动技术,包括用于自动化运动控制的技术。内部物流专家Swisslog公司,也需要更智能的机器和解决方案来应对这一挑战,例如该公司的CycloneCarrier轻载高速穿梭车系统。

CycloneCarrier穿梭车搬运来的纸箱和周转箱,由动态双层升降机转移到拣选站或码垛机器人。图片来源:Swisslog

  "电子商务是美国经济中增长最快的部分,"Swisslog仓库和配送解决方案美洲区营销负责人Tom Rentschler说。内部物流业务需要更灵活、具有可扩展性、适应性强和用户友好的解决方案。"这些技术可以增强而不是取代人力,帮助工人提高配送中心的吞吐量,同时不再需要他们每天步行15英里去拣选物品。"
  Swisslog可以提供多种物流解决方案,包括仓库管理系统(WMS)软件、基于机器人的物品拣选、装箱码垛、采用移动机器人将货架移动到拣选站等。同时,Swisslog还提供传统的仓储系统,如码垛机、托盘起重机和托盘输送技术。

穿梭车的装卸臂可伸展并可调节,以处理不同规格的纸箱和周转箱。

  基于PC的内部物流运动控制
  用于运送纸箱和周转箱的紧凑型穿梭车,可在长150米、高25米的货架上以4米/秒的速度行驶。穿梭车的装卸臂可向两侧延伸,并可调节两臂之间的距离,以安全地处理不同规格的物品。穿梭车将物品卸到传送带上,然后传送带将其输送到动态单层或双层垂直升降机上。根据货架大小和穿梭机的数量,该系统每小时可分拣传送数万件物品。每辆穿梭车必须经常与仓库管理系统通信,以便在实时变更、不断循环的库存中记录物品的位置。Swisslog美洲区运营高级副总裁Paul Douglas说,"例如,如果订单变化或SKU排序要求发生变化,它必须迅速做出反应。"
  Swisslog认识到需要一个可以处理大量数据的控制平台,并在需要时进行水平和垂直通信,甚至与云通信。这些认知与仓库管理系统的发展以及公司系统之间更大的连通性需求相吻合。因此,Swisslog就开始将其产品组合转变为基于PC的控制技术,从而实现新自动化供应商硬件和软件解决方案的标准化。
  "我们之所以做出这一战略决策,是因为该供应商当时拥有最完整、最具有成本效益的产品组合。 Swisslog计划在不久的将来,将所有产品转换为基于PC的控制,包括更传统的托盘起重机和传送带。到目前为止,我们已经在全球范围内安装了1000多台配备了新控件的机器。" Douglas说。
  机器控制器和编程语言 
  在自动化技术中,穿梭系统依靠嵌入式PC来控制硬件。特定的DIN导轨式机器控制器尺寸仅为124x100x92 毫米。据Douglas称,配置了单核处理器的中档控制器,就可以更快的周期处理所有机器逻辑和数据采集过程。
  控制器提供的处理能力,可以可靠的处理所有机器功能。虽然外型尺寸因素也是一个问题,但紧凑的嵌入式PC可以毫无问题地安装在穿梭机内部。控制器硬件提供了继续开发穿梭系统所需的通用性和可扩展性。
  作为机器编程通用的运行和工程环境,灵活的自动化软件提供了类似的好处,部分原因是代码很容易移植到新项目中。因为自动化软件已集成到Microsoft Visual Studio中,从而可以使用计算机科学语言进行编程,它还是所有IEC 61131-3编程语言(包括面向对象的扩展)的理想选择。
  Swisslog工程师很欣赏此功能,因为在对新的自动化供应商进行标准化之前,他们使用符合IEC 61131-3规范的语言编写了大部分代码,例如结构化文本(ST)和功能块图(FBD)。Douglas说:"由于功能块实现的功能非常基础,我们不希望在转移到其它项目时失去已经开发的工作,而新供应商使代码的复用成为可能,而且实施起来并不复杂。"

Beckhoff的TwinCAT 3自动化软件,使Swisslog可以轻松地为穿梭车和其它系统导入多个IEC 61131-3功能块。

  安全、可靠的工业以太网
  穿梭系统使用EtherCAT工业以太网系统,该系统可提供灵活的拓扑,在单个网络上支持多达65,535个设备。EtherCAT可以实现跨供应商通信,使Swisslog可根据需要连接到第三方Profinet或EtherNet/IP设备。但是,该公司强烈希望选择专门支持EtherCAT的设备,例如条形码扫描仪。对于硬件,穿梭系统使用紧凑但可扩展的I/O模块,这些模块通过共享背板直接连接到控制器,并可通过EtherCAT耦合器和连接端子在应用中广泛分布。
  可编程安全终端与穿梭车中的非安全I/O集成在同一段中。Safety over EtherCAT (FSoE)的 "黑通道 "方法在EtherCAT网络上提供T?V认证的通信。
  "利用集成的安全组件,我们可以根据最新的安全标准,可靠、安全地控制每台CycloneCarrier穿梭车,而无需停止整个系统。正是基于此,我们在每个项目中都实现了可编程的安全性。"Douglas说。"当然,安全是每个应用默认的要求控制工程网版权所有,但将其集成到这种程度,确实满足了我们的总体设计要求。"
  处理周期和运动控制成本
  利用新供应商的自动化技术CONTROL ENGINEERING China版权所有,Swisslog为配送中心创建了灵活、可扩展和适应性强的穿梭系统。例如,最近为美国一家大型零售商实施的一个项目,涉及65辆穿梭车,每天24小时工作,日处理65万个SKU。智能穿梭系统的实施提高了公司的吞吐量www.cechina.cn,同时节省了工人的体力消耗。
  "采用基于可靠自动化技术的'货到人'(Goods to Man)拣选技术,对我们的客户而言确实很重要,因为他们无法再按季节扩大劳动力规模。" Rentschler说。
  通过将机器控制和通信整合到一台嵌入式PC上,并使用紧凑的EtherCAT I/O,Swisslog还实现了显著的节约。与使用其他供应商的组件完成相同任务所需的成本相比,使用新供应商的解决方案后,总体硬件成本大约降低了25%。
  通过高速EtherCAT通信和基于PC控制的处理能力,穿梭系统实现了上述功能。借助嵌入式PC和自动化软件,Swisslog机器的处理周期以微秒为单位,而不是以前的解决方案所需的毫秒级。除了性能数据外,智能机器还可以获取关键数据www.cechina.cn,例如处理易腐烂产品设施中的温度异常,并可通过仓库管理系统内置的仪表板显示这些信息。

每辆CycloneCarrier穿梭车上都安装一台CX5120嵌入式PC,可提供强大的机器控制以及与更高级别系统通信的能力。图片来源:Beckhoff

  模块化控制平台
  尽管传统码垛设备的位置通常保持在同一位置,10年甚至更长时间都不会发生变化,但是新的解决方案需要提供更大的灵活性,以满足电子商务领域不断变化的消费者或公司的需求。Swisslog实施的模块化控制平台可以实现对货架和穿梭机设置的定制化,无论是稍加修改,还是在不同的仓库中以不同的配置拆卸和重建系统。
  利用基于PC控制的标准平台,"我们可以在针对特定应用的小型系统中使用CycloneCarrier穿梭车,然后在更大的设施中使用同一台机器来完成完全不同的工作。"Douglas说。要实现这些功能,必须从一开始就在自动化系统中考虑这些灵活性。(作者:James Figy)
  "将代码移植到新项目中,灵活的自动化软件提供了诸如可扩展性之类的优势。"
  关键概念
  ·基于EtherCAT和PC控制的Swisslog穿梭系统,可将仓库的硬件成本降低25%。
  ·在嵌入式PC上集成机器控制和通信,并使用紧凑的EtherCAT I/O系统,Swisslog节省了大量成本。
  思考一下
  贵公司如何处理物流和运营?有何计划对其进行优化?
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