专利名称：立体物流系统存取货物路径优化控制系统及方法
技术领域：
本发明涉及立体物流系统控制技术领域，尤其是涉及一种立体物流系统存取货物路径优化控制系统及方法。
背景技术：
在立体物流系统中，堆垛机是其中关键的作业机械设备，是整个自动化立体物流系统的核心。堆垛机能否正常的运行直接影响着整个自动化立体物流系统能否正常的工作，它的合理的速度控制、精确的定位设计以及准确的故障诊断系统是整个自动化立体物流系统实现高效率、高准确度、高度安全性运行的关键。而进一步提高自动化立体物流系统效率的主要瓶颈也是堆垛机，所以提高堆垛机的效率是提高整个自动化立体物流系统效率的重中之重。堆垛机拣选作业时，若改变拣选货单中的各货位的访问顺序，则拣选路径也随之而改变，为了提高立体仓库整体的作业效率，提出了寻找具有最小拣选时间的路径规划问题，这是一个典型的组合优化问题，属于NP-hard (Non-polynomial hard)问题之一。目前针对此类问题主要采用的优化算法有粒子群算法、模拟退火算法、神经网络算法、遗传算法，蚁群算法等。但是，单一的算法都或多或少的存在着一些缺陷。比如，蚁群算法由于初期信息匮乏而导致收敛速度较慢，并且由于信息素的正反馈作用，使得其易于陷入局部最优；遗传算法没有利用系统中的反馈信息，导致无为的冗余迭代，从而降低了求解效率，并且因其在进化过程中，需要进行大量的交叉运算，带来额外的计算开销，致使调度时间增加，难以满足实际工程中实时性的需求。而且，常规的立体物流系统的控制方法只能实现堆垛机单一货物的出、入库作业，这样对于需要有大批货物出、入库的情况，其作业效率势必大大降低。而且，现有技术立体物流系统的控制系统中，大多数堆垛机的控制采用PLC和变频器来实现，这种控制方式下堆垛机启停不是很平稳，这就造成堆垛机启停时产生较大的振动，严重影响了堆垛机的使用寿命，并且振动过大会影响到其搬运货物的安全。总体来说，现有技术种立体物流系统的控制系统，还存在着控制精度较低、工作可靠性较低、故障率较高、物流效率低的不足。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种结构简单、设计合理、实现方便、使用操作便捷、控制精度高、工作可靠性和稳定性高的立体物流系统存取货物路径优化控制系统。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是:一种立体物流系统存取货物路径优化控制系统，所述立体物流系统包括货架、堆垛机和货物运输线，所述货架由间隔设置的前排货架和后排货架组成，所述前排货架和后排货架之间设置有供堆垛机运行的堆垛机轨道，所述货物运输线由皮带运输线、滚筒运输线和倍速链运输线构成，所述皮带运输线、滚筒运输线、倍速链运输线和前排货架首尾依次相邻围成矩形形状，所述倍速链运输线与所述前排货架之间设置有入货台，所述前排货架与所述皮带运输线之间设置有出货台，所述皮带运输线与滚筒运输线之间设置有第一转角机，所述滚筒运输线与倍速链运输线之间设置有第二转角机，所述倍速链运输线上设置有工位阻挡器，所述入货台由入货台电机带动运行，所述出货台由出货台电机带动运行，所述皮带运输线由皮带运输线电机带动运行，所述滚筒运输线由滚筒运输线电机带动运行，所述倍速链运输线由倍速链运输线电机带动运行，所述第一转角机的皮带由第一转角机电机带动正向或反向给第一转角机上运送和运出货物，所述第一转角机由第一转角机气泵和与第一转角机气泵相接的第一转角机气缸带动正转或回转，所述第二转角机的皮带由第二转角机电机带动正向或反向给第二转角机上运送和运出货物，所述第二转角机由第二转角机气泵和与第二转角机气泵相接的第二转角机气缸带动正转或回转，所述堆垛机由X轴伺服电机、Y轴伺服电机和Z轴步进电机带动运行；其特征在于:所述存取货物路径优化控制系统包括货物运输线控制柜、堆垛机运动控制柜和监控上位机，所述货物运输线控制柜内设置有用于对货物运输线进行控制的PLC模块和与PLC模块相接的第一 Profibus总线通讯模块，所述堆垛机运动控制柜内设置有用于对堆垛机进行控制的嵌入式运动控制器，所述嵌入式运动控制器内集成有第二 Profibus总线通讯模块，所述PLC模块通过第一 Profibus总线通讯模块与所述监控上位机连接并通信，所述嵌入式运动控制器通过第二 Profibus总线通讯模块与所述监控上位机连接并通信，所述PLC模块的输入端接有设置在入货台上的入货台到货检测传感器、设置在皮带运输线上且用于对货物在皮带运输线上的运行位置进行检测的多个皮带货物位置检测传感器、设置在第一转角机上的第一转角机到货检测传感器、设置在滚筒运输线上且用于对货物在滚筒运输线上的运行位置进行检测的多个滚筒货物位置检测传感器、设置在第二转角机上的第二转角机到货检测传感器、设置在倍速链运输线上且用于对货物在倍速链运输线上的运行位置进行检测的多个倍速链货物位置检测传感器和设置在出货台上的出货台到货检测传感器，所述PLC模块的输出端接有用于对皮带运输线电机进行变频调速的皮带运输线变频器、用于对滚筒运输线电机进行变频调速的滚筒运输线变频器、用于对倍速链运输线电机进行变频调速的倍速链运输线变频器、用于控制入货台电机启停的入货台接触器、用于控制第一转角机电机正转的第一转角机电机正转接触器、用于控制第一转角机电机反转的第一转角机电机反转接触器、用于控制第一转角机气泵充气的第一转角机气泵充气继电器、用于控制第一转角机气泵放气的第一转角机气泵放气继电器、用于控制第二转角机电机正转的第二转角机电机正转接触器、用于控制第二转角机电机反转的第二转角机电机反转接触器、用于控制第二转角机气泵充气的第二转角机气泵充气继电器、用于控制第二转角机气泵放气的第二转角机气泵放气继电器、用于控制出货台电机启停的出货台接触器和用于控制工位阻挡器伸缩的工位阻挡器接触器，所述皮带运输线电机与所述皮带运输线变频器相接，所述滚筒运输线电机与所述滚筒运输线变频器相接，所述倍速链运输线电机与所述倍速链运输线变频器相接，所述入货台接触器串联在入货台电机的供电回路中，所述第一转角机电机正转接触器和第一转角机电机反转接触器相互并联后串联在第一转角机电机的供电回路中，所述第一转角机气泵充气继电器和第一转角机气泵放气继电器相互并联后串联在第一转角机气泵的供电回路中，所述第二转角机电机正转接触器和第二转角机电机反转接触器相互并联后串联在第二转角机电机的供电回路中，所述第二转角机气泵充气继电器和第二转角机气泵放气继电器相互并联后串联在第二转角机气泵的供电回路中，所述出货台接触器串联在出货台电机的供电回路中，所述工位阻挡器接触器串联在工位阻挡器的供电回路中；所述嵌入式运动控制器的输入端接有用于对堆垛机的工作状态进行检测的堆垛机状态检测传感器，所述嵌入式运动控制器的输出端接有X轴伺服电机驱动器、Y轴伺服电机驱动器和Z轴步进电机驱动器，所述X轴伺服电机与所述X轴伺服电机驱动器相接，所述Y轴伺服电机与所述Y轴伺服电机驱动器相接，所述Z轴步进电机与所述Z轴步进电机驱动器相接。上述的立体物流系统存取货物路径优化控制系统，其特征在于:所述监控上位机为工业控制计算机。上述的立体物流系统存取货物路径优化控制系统，其特征在于:所述PLC模块为S700系列PLC模块，所述第一 Profibus总线通讯模块为EM277通讯模块。上述的立体物流系统存取货物路径优化控制系统，其特征在于:所述嵌入式运动控制器为固高GT系列运动控制器。上述的立体物流系统存取货物路径优化控制系统，其特征在于:所述入货台到货检测传感器、皮带货物位置检测传感器和出货台到货检测传感器均为光电传感器，所述滚筒货物位置检测传感器、倍速链货物位置检测传感器、第一转角机到货检测传感器和第二转角机到货检测传感器均为行程传感器，所述工位阻挡器的数量为多个且分别对应设置在多个所述倍速链货物位置检测传感器的后方。上述的立体物流系统存取货物路径优化控制系统，其特征在于:所述堆垛机状态检测传感器包括设置在堆垛机轨道上且用于对堆垛机在堆垛机轨道上的运行位置进行检测的多个堆垛机运行位置检测传感器和设置在位于所述堆垛机的载货台正下方的堆垛机机架上且用于对堆垛机的载货台的位置进行检测的堆垛机载货台位置检测传感器。上述的立体物流系统存取货物路径优化控制系统，其特征在于:所述堆垛机运行位置检测传感器和堆垛机载货台位置检测传感器均为微动开关，所述堆垛机运行位置检测传感器的数量为四个，且其中两个间隔设置在所述堆垛机轨道的首端，另外两个间隔设置在所述堆垛机轨道的尾端；所述堆垛机载货台位置检测传感器的数量为两个。本发明还提供了一种可靠性和稳定性高、能够快速地实现物流路径规划、能够有序快速作业的立体物流系统存取货物路径优化控制方法，其特征在于该方法包括以下步骤:步骤一、物流任务信号输入:通过操作监控上位机，输入拣选货位编号，并输入出库、加工、入库或移库的物流控制信号，所述监控上位机将货位编号和物流控制信号写入预先存储在其中的物流系统数据库中；步骤二、物流任务执行，具体过程如下:步骤201、所述监控上位机调用ACA-PGA路径优化模块且采用ACA算法和PGA算法进行路径优化，得到优化物流顺序；步骤202、所述监控上位机将步骤201中得到的优化物流顺序通过第二 Profibus总线通讯模块传输给嵌入式运动控制器，并根据物流控制信号输出相应的控制信号且通过第一 Profibus总线通讯模块传输给PLC模块，所述嵌入式运动控制器和PLC模块分别控制堆垛机和货物运输线执行相应的物流任务，具体过程为:
当物流控制信号为出库时:2021、所述嵌入式运动控制器根据其接收到的优化物流顺序输出相应的控制信号给X轴伺服电机驱动器、Y轴伺服电机驱动器和Z轴步进电机驱动器，X轴伺服电机驱动器驱动X轴伺服电机动作，Y轴伺服电机驱动器驱动Y轴伺服电机动作，Z轴步进电机驱动器驱动Z轴步进电机动作，X轴伺服电机、Y轴伺服电机和Z轴步进电机带动堆垛机根据优化物流顺序运行，按优化物流顺序依次从货架取出货物并放置在堆垛机的载货台上；2022、X轴伺服电机、Y轴伺服电机和Z轴步进电机带动堆垛机运行到出货台位置处，并将货物放置到出货台上；2023、所述出货台到货检测传感器实时检测出货台到货信息并将所检测到的信号输出给PLC模块，当所述PLC模块接收到所述出货台到货检测传感器输出的出货台到货信号后，所述PLC模块控制出货台接触器接通出货台电机的供电回路，出货台电机带动出货台运行，并通过皮带运输线变频器控制皮带运输线电机带动皮带运输线运行，出货台将货物传递给皮带运输线，多个所述皮带货物位置检测传感器对货物在皮带运输线上的运行位置进行实时检测并将所检测到的信号输出给PLC模块，所述PLC模块接收多个所述皮带货物位置检测传感器输出的信号并进行分析处理，当所述PLC模块判断出皮带运输线有货物到达时，所述PLC模块控制出货台接触器断开出货台电机的供电回路，出货台电机停止带动出货台运行；2024、当所述PLC模块判断出皮带运输线上的货物到达皮带运输线的中间位置处时，所述PLC模块通过皮带运输线变频器控制皮带运输线电机停止带动皮带运输线运行；2025、人工将货物从皮带运输线上取下，货物出库完成；当物流控制信号为入库时:2026、人工将货物放置在倍速链运输线上，所述PLC模块通过倍速链运输线变频器控制滚筒运输线电机带动倍速链运输线运行，多个所述倍速链货物位置检测传感器对货物在倍速链运输线上的运行位置进行实时检测并将所检测到的信号输出给PLC模块，所述PLC模块接收多个所述倍速链货物位置检测传感器输出的信号并进行分析处理；2027、当所述PLC模块判断出倍速链运输线有货物送出时，所述PLC模块控制入货台接触器接通入货台电机的供电回路，入货台电机带动入货台运行，所述入货台到货检测传感器实时检测入货台到货信息并将所检测到的信号输出给PLC模块，当所述PLC模块接收到所述入货台到货检测传感器输出的入货台到货信号后，所述PLC模块控制入货台接触器断开入货台电机的供电回路，入货台电机停止带动入货台运行；2028、所述嵌入式运动控制器输出相应的控制信号给X轴伺服电机驱动器、Y轴伺服电机驱动器和Z轴步进电机驱动器，X轴伺服电机驱动器驱动X轴伺服电机动作，Y轴伺服电机驱动器驱动Y轴伺服电机动作，Z轴步进电机驱动器驱动Z轴步进电机动作，X轴伺服电机、Y轴伺服电机和Z轴步进电机带动堆垛机运行到入货台位置处，并将货物从入货台上放置到堆垛机的载货台上；2029、所述嵌入式运动控制器根据其接收到的优化物流顺序输出相应的控制信号给X轴伺服电机驱动器、Y轴伺服电机驱动器和Z轴步进电机驱动器，X轴伺服电机、Y轴伺服电机和Z轴步进电机带动堆垛机根据优化物流顺序运行，按优化物流顺序依次将载货台上的货物放置在货架上，货物入库完成；
当物流控制信号为移库时:20210、所述嵌入式运动控制器根据其接收到的优化物流顺序输出相应的控制信号给X轴伺服电机驱动器、Y轴伺服电机驱动器和Z轴步进电机驱动器，X轴伺服电机驱动器驱动X轴伺服电机动作，Y轴伺服电机驱动器驱动Y轴伺服电机动作，Z轴步进电机驱动器驱动Z轴步进电机动作，X轴伺服电机、Y轴伺服电机和Z轴步进电机带动堆垛机根据优化物流顺序运行，按优化物流顺序依次将货物从现存的货位上取出并存放到目标货位上，货物移库完成；当物流控制信号为加工时:20211、所述嵌入式运动控制器和PLC模块按照上述物流控制信号为出库时的过程2021 2023控制堆垛机、出货台和皮带运输线执行出库的物流任务；20212、当所述PLC模块判断出皮带运输线上的货物到达皮带运输线的出货位置处时，所述PLC模块通过控制第一转角机电机正转接触器接通第一转角机电机的供电回路，第一转角机电机正转并带动第一转角机的皮带正向给第一转角机上运送货物，第一转角机到货检测传感器实时检测第一转角机到货信息并将所检测到的信号输出给PLC模块，当所述PLC模块接收到所述第一转角机到货检测传感器输出的第一转角机到货信号后，所述PLC模块控制第一转角机电机正转接触器断开第一转角机电机的供电回路，第一转角机电机停止正转；20213、所述PLC模块控制第一转角机气泵充气继电器接通第一转角机气泵的供电回路，第一转角机气泵充气并使第一转角机气缸带动第一转角机正转90度，第一转角机旋转到位后，所述PLC模块通过滚筒运输线变频器控制滚筒运输线电机带动滚筒运输线运行，多个所述滚筒货物位置检测传感器对货物在滚筒运输线上的运行位置进行实时检测并将所检测到的信号输出给PLC模块，所述PLC模块接收多个所述滚筒货物位置检测传感器输出的信号并进行分析处理，当所述PLC模块判断出滚筒运输线上有货物送到时，所述PLC模块控制第一转角机气泵充气继电器断开第一转角机气泵的供电回路，并控制第一转角机气泵放气继电器接通第一转角机气泵的供电回路，第一转角机气泵放气并使第一转角机气缸带动第一转角机回转90度进行回位；20214、当所述PLC模块判断出滚筒运输线上有货物送出时，所述PLC模块通过控制第二转角机电机正转接触器接通第二转角机电机的供电回路，第二转角机电机正转并带动第二转角机的皮带正向给第二转角机上运送货物，第二转角机到货检测传感器实时检测第二转角机到货信息并将所检测到的信号输出给PLC模块，当所述PLC模块接收到所述第二转角机到货检测传感器输出的第二转角机到货信号后，所述PLC模块控制第二转角机电机正转接触器断开第二转角机电机的供电回路，第二转角机电机停止正转；20215、所述PLC模块控制第二转角机气泵充气继电器接通第二转角机气泵的供电回路，第二转角机气泵充气并使第二转角机气缸带动第二转角机正转90度，第二转角机旋转到位后，所述PLC模块通过倍速链运输线变频器控制倍速链运输线电机带动倍速链运输线运行，多个所述倍速链货物位置检测传感器对货物在倍速链运输线上的运行位置进行实时检测并将所检测到的信号输出给PLC模块，所述PLC模块接收多个所述倍速链货物位置检测传感器输出的信号并进行分析处理，当所述PLC模块判断出倍速链运输线上有货物送到时，所述PLC模块控制第二转角机气泵充气继电器断开第二转角机气泵的供电回路，并控制第二转角机气泵充气继电器接通第二转角机气泵的供电回路，第二转角机气泵放气并使第二转角机气缸带动第二转角机回转90度进行回位；20216、所述PLC模块根据多个所述倍速链货物位置检测传感器输出的信号，判断出货物在倍速链运输线上的位置，延时一段时间，到达加工时间后，所述PLC模块控制相应位置处的工位阻挡器接触器接通工位阻挡器的供电回路，工位阻挡器从所述倍速链运输线上缩回，解除阻挡，货物继续在倍速链运输线上传输；20217、当所述PLC模块判断出倍速链运输线上有货物送出时，所述PLC模块和嵌入式运动控制器按照上述物流控制信号为入库时的过程2027 2029控制倍速链运输线、入货台和堆垛机执行入库的物流任务，入库完成后货物加工即完成。上述的方法，其特征在于:步骤201中所述监控上位机调用ACA-PGA路径优化模块且采用ACA算法和PGA算法进行路径优化之前，所述监控上位机先调用故障检测模块对系统出现的空货位出库、满货位入库、载货台状态错误、数据通信错误、指令传输错误的故障进行检测，当检测到有故障出现时，所述监控上位机发出故障报警信号、记录故障信息并显
/Jn ο上述的方法，其特征在于:步骤201中所述监控上位机调用ACA-PGA路径优化模块且采用ACA算法和PGA算法进行路径优化的具体过程如下:步骤2011、参数初始化:令时间t=0,循环次数N。= O,货位点i到货位点j路径上的初始信息素Tu= Ttl，蚂蚁只数m，每只蚂蚁的禁忌表均为空；设置最大迭代次数maxgen、搜索路径循环次数round、基因换位概率ph、移位概率Py和倒位概率Pd ；步骤2012、初始化蚁群:设置编号为O的附加货位点，附件货位点的坐标为，，将m只蚂蚁放置在附加货位点处，并将附加货位点的编号O加入到每只蚂蚁各自的禁忌表中；步骤2013、循环搜索路径:首先，根据公式
权利要求
1.一种立体物流系统存取货物路径优化控制系统，所述立体物流系统包括货架、堆垛机(16)和货物运输线，所述货架由间隔设置的前排货架(13)和后排货架(14)组成，所述前排货架(13)和后排货架(14)之间设置有供堆垛机(16)运行的堆垛机轨道(15)，所述货物运输线由皮带运输线(17)、滚筒运输线(18)和倍速链运输线(19)构成，所述皮带运输线(17)、滚筒运输线(18)、倍速链运输线(19)和前排货架(13)首尾依次相邻围成矩形形状，所述倍速链运输线(19)与所述前排货架(13)之间设置有入货台(20)，所述前排货架(13)与所述皮带运输线(17)之间设置有出货台(21 )，所述皮带运输线(17)与滚筒运输线(18)之间设置有第一转角机(22)，所述滚筒运输线(18)与倍速链运输线(19)之间设置有第二转角机(23)，所述倍速链运输线(19)上设置有工位阻挡器(24)，所述入货台(20)由入货台电机(25)带动运行，所述出货台(21)由出货台电机(26)带动运行，所述皮带运输线(17)由皮带运输线电机(27 )带动运行，所述滚筒运输线(18 )由滚筒运输线电机(28 )带动运行，所述倍速链运输线(19)由倍速链运输线电机(29)带动运行，所述第一转角机(22)的皮带由第一转角机电机(35)带动正向或反向给第一转角机(22)上运送和运出货物，所述第一转角机(22)由第一转角机气泵(30)和与第一转角机气泵(30)相接的第一转角机气缸带动正转或回转，所述第二转角机(23)的皮带由第二转角机电机(36)带动正向或反向给第二转角机(23)上运送和运出货物，所述第二转角机(23)由第二转角机气泵(31)和与第二转角机气泵(31)相接的第二转角机气缸带动正转或回转，所述堆垛机(16)由X轴伺服电机(32)、Y轴伺服电机(33)和Z轴步进电机(34)带动运行；其特征在于:所述存取货物路径优化控制系统包括货物运输线控制柜、堆垛机运动控制柜和监控上位机(3)，所述货物运输线控制柜内设置有用于对货物运输线进行控制的PLC模块(1-1)和与PLC模块(1-1)相接的第一 Profibus总线通讯模块(1-2)，所述堆垛机运动控制柜内设置有用于对堆垛机(16)进行控制的嵌入式运动控制器(2-1 )，所述嵌入式运动控制器(2-1)内集成有第二 Profibus总线通讯模块(2-2)，所述PLC模块(1-1)通过第一 Profibus总线通讯模块(1_2)与所述监控上位机(3)连接并通信，所述嵌入式运动控制器(2-1)通过第二 Profibus总线通讯模块(2-2)与所述监控上位机(3)连接并通信，所述PLC模块(1-1)的输入端接有设置在入货台(20 )上的入货台到货检测传感器(4 )、设置在皮带运输线(17 )上且用于对货物在皮带运输线(17)上的运行位置进行检测的多个皮带货物位置检测传感器(5)、设置在第一转角机(22)上的第一转角机到货检测传感器(6)、设置在滚筒运输线(18)上且用于对货物在滚筒运输线(18)上的运行位置进行检测的多个滚筒货物位置检测传感器(7)、设置在第二转角机(23)上的第二转角机到货检测传感器(8)、设置在倍速链运输线(19)上且用于对货物在倍速链运输线(19)上的运行位置进行检测的多个倍速链货物位置检测传感器(9)和设置在出货台(21)上的出货台到货检测传感器(10)，所述PLC模块(1-1)的输出端接有用于对皮带运输线电机(27)进行变频调速的皮带运输线变频器(1-3)、用于对滚筒运输线电机(28)进行变频调速的滚筒运输线变频器(1-4)、用于对倍速链运输线电机(29)进行变频调速的倍速链运输线变频器(1-5)、用于控制入货台电机(25)启停的入货台接触器(1-6)、用于控制第一转角机电机(35)正转的第一转角机电机正转接触器(1-7)、用于控制第一转角机电机(35 )反转的第一转角机电机反转接触器(1-8 )、用于控制第一转角机气泵(30 )充气的第一转角机气泵充气继电器(1-9)、用于控制第一转角机气泵(30)放气的第一转角机气泵放气继电器(1-10)、 用于控制第二转角机电机(36)正转的第二转角机电机正转接触器(1-11)、用于控制第二转角机电机(36)反转的第二转角机电机反转接触器(1-12)、用于控制第二转角机气泵(31)充气的第二转角机气泵充气继电器(1-13)、用于控制第二转角机气泵(31)放气的第二转角机气泵放气继电器(1-14)、用于控制出货台电机(26)启停的出货台接触器(1-15)和用于控制工位阻挡器(24)伸缩的工位阻挡器接触器(1-16)，所述皮带运输线电机(27)与所述皮带运输线变频器(1-3)相接，所述滚筒运输线电机(28)与所述滚筒运输线变频器(1-4)相接，所述倍速链运输线电机(29)与所述倍速链运输线变频器(1-5)相接，所述入货台接触器(1-6)串联在入货台电机(25)的供电回路中，所述第一转角机电机正转接触器(1-7)和第一转角机电机反转接触器(1-8)相互并联后串联在第一转角机电机(35)的供电回路中,所述第一转角机气泵充气继电器(1-9)和第一转角机气泵放气继电器(1-10)相互并联后串联在第一转角机气泵(30)的供电回路中，所述第二转角机电机正转接触器(1-11)和第二转角机电机反转接触器(1-12)相互并联后串联在第二转角机电机(36)的供电回路中，所述第二转角机气泵充气继电器(1-13)和第二转角机气泵放气继电器(1-14)相互并联后串联在第二转角机气泵(31)的供电回路中，所述出货台接触器(1-15)串联在出货台电机(26)的供电回路中，所述工位阻挡器接触器(1-16)串联在工位阻挡器(24)的供电回路中；所述嵌入式运动控制器(2-1)的输入端接有用于对堆垛机(16)的工作状态进行检测的堆垛机状态检测传感器，所述嵌入式运动控制器(2-1)的输出端接有X轴伺服电机驱动器(2-3 )、Y轴伺服电机驱动器(2-4 )和Z轴步进电机驱动器(2-5 )，所述X轴伺服电机(32)与所述X轴伺服电机驱动器(2-3)相接，所述Y轴伺服电机(33)与所述Y轴伺服电机驱动器(2-4)相接，所述Z轴步进电机(34)与所述Z轴步进电机驱动器(2-5)相接。
2.按照权利要求1所述的立体物流系统存取货物路径优化控制系统，其特征在于:所述监控上位机(3)为工业控制计算机。
3.按照权利要求1所述的立体物流系统存取货物路径优化控制系统，其特征在于:所述PLC模块(1-1)为S7-200系列PLC模块，所述第一 Profibus总线通讯模块(1-2)为EM277通讯模块。
4.按照权利要求1所述的立体物流系统存取货物路径优化控制系统，其特征在于:所述嵌入式运动控制器(2-1)为固高GT系列运动控制器。
5.按照权利要求1所述的立体物流系统存取货物路径优化控制系统，其特征在于:所述入货台到货检测传感器(4)、皮带货物位置检测传感器(5)和出货台到货检测传感器(10)均为光电传感器，所述滚筒货物位置检测传感器(7)、倍速链货物位置检测传感器(9)、第一转角机到货检测传感器(6)和第二转角机到货检测传感器(8)均为行程传感器，所述工位阻挡器(24)的数量为多个且分别对应设置在多个所述倍速链货物位置检测传感器(9)的后方。
6.按照权利要求1所述的立体物流系统存取货物路径优化控制系统，其特征在于:所述堆垛机状态检测传感器包括设置在堆垛机轨道(15)上且用于对堆垛机(16)在堆垛机轨道(15)上的运行位置进行检测的多个堆垛机运行位置检测传感器(11)和设置在位于所述堆垛机(16)的载货台正下方的堆垛机(16)机架上且用于对堆垛机(16)的载货台的位置进行检测的堆垛机载货台位置检测传感器(12 )。
7.按照权利要求1所述的立体物流系统存取货物路径优化控制系统，其特征在于:所述堆垛机运行位置检测传感器(11)和堆垛机载货台位置检测传感器(12)均为微动开关，所述堆垛机运行位置检测传感器(11)的数量为四个，且其中两个间隔设置在所述堆垛机轨道(15)的首端，另外两个间隔设置在所述堆垛机轨道(15)的尾端；所述堆垛机载货台位置检测传感器(12)的数量为两个。
8.一种利用如权利要求1所述控制系统的立体物流系统存取货物路径优化控制方法，其特征在于该方法包括以下步骤: 步骤一、物流任务信号输入:通过操作监控上位机(3)，输入拣选货位编号，并输入出库、加工、入库或移库的物流控制信号，所述监控上位机(3)将货位编号和物流控制信号写入预先存储在其中的物流系统数据库中； 步骤二、物流任务执行，具体过程如下: 步骤201、所述监控上位机(3)调用ACA-PGA路径优化模块且采用ACA算法和PGA算法进行路径优化，得到优化物流顺序； 步骤202、所述监控上位机(3)将步骤201中得到的优化物流顺序通过第二 Profibus总线通讯模块(2-2)传输给嵌入式运动控制器(2-1)，并根据物流控制信号输出相应的控制信号且通过第一 Profibus总线通讯模块(1-2)传输给PLC模块(1_1 )，所述嵌入式运动控制器(2-1)和PLC模块(1-1)分别控制堆垛机(16)和货物运输线执行相应的物流任务，具体过程为: 当物流控制信号为出库时: ·2021、所述嵌入式运动控制器(2-1)根据其接收到的优化物流顺序输出相应的控制信号给X轴伺服电机驱动器(2-3)、Y轴伺服电机驱动器(2-4)和Z轴步进电机驱动器(2-5)，X轴伺服电机驱动器(2-3)驱动X轴伺服电机(32)动作，Y轴伺服电机驱动器(2-4)驱动Y轴伺服电机(33)动作，Z轴步进电机驱动器(2-5)驱动Z轴步进电机(34)动作，X轴伺服电机(32)、Y轴伺服电机(33)和Z轴步进电机(34)带动堆垛机(16)根据优化物流顺序运行，按优化物流顺序依次从货架取出货物并放置在堆垛机(16)的载货台上； ·2022、X轴伺服电机(32)、Y轴伺服电机(33)和Z轴步进电机(34)带动堆垛机(16)运行到出货台(21)位置处，并将货物放置到出货台(21)上； ·2023、所述出货台到货检测传感器(10)实时检测出货台(21)到货信息并将所检测到的信号输出给PLC模块(1-1)，当所述PLC模块(1-1)接收到所述出货台到货检测传感器(10)输出的出货台(21)到货信号后，所述PLC模块(1-1)控制出货台接触器(1-15)接通出货台电机(26 )的供电回路，出货台电机(26 )带动出货台(21)运行，并通过皮带运输线变频器(1-3)控制皮带运输线电机(27)带动皮带运输线(17)运行，出货台(21)将货物传递给皮带运输线(17)，多个所述皮带货物位置检测传感器(5)对货物在皮带运输线(17)上的运行位置进行实时检测并将所检测到的信号输出给PLC模块(1-1)，所述PLC模块(1-1)接收多个所述皮带货物位置检测传感器(5)输出的信号并进行分析处理，当所述PLC模块(1-1)判断出皮带运输线(17)有货物到达时，所述PLC模块(1-1)控制出货台接触器(1-15)断开出货台电机(26)的供电回路，出货台电机(26)停止带动出货台(21)运行； ·2024、当所述PLC模块(1-1)判断出皮带运输线(17)上的货物到达皮带运输线(17)的中间位置处时，所述PLC模块(1-1)通过皮带运输线变频器(1-3 )控制皮带运输线电机(27 )停止带动皮带运输线(17)运行；.2025、人工将货物从皮带运输线(17)上取下，货物出库完成； 当物流控制信号为入库时: .2026、人工将货物放置在倍速链运输线(19)上，所述PLC模块(1_1)通过倍速链运输线变频器(1-5 )控制滚筒运输线电机(28 )带动倍速链运输线(19 )运行，多个所述倍速链货物位置检测传感器(9)对货物在倍速链运输线(19)上的运行位置进行实时检测并将所检测到的信号输出给PLC模块(1-1 )，所述PLC模块(1-1)接收多个所述倍速链货物位置检测传感器(9)输出的信号并进行分析处理； .2027、当所述PLC模块(1-1)判断出倍速链运输线(19)有货物送出时，所述PLC模块(1-1)控制入货台接触器(1-6)接通入货台电机(25)的供电回路,入货台电机(25)带动入货台(20)运行，所述入货台到货检测传感器(4)实时检测入货台(20)到货信息并将所检测至IJ的信号输出给PLC模块(1-1 )，当所述PLC模块(1-1)接收到所述入货台到货检测传感器(4)输出的入货台(20)到货信号后，所述PLC模块(1-1)控制入货台接触器(1-6)断开入货台电机(25)的供电回路，入货台电机(25)停止带动入货台(20)运行； .2028、所述嵌入式运动控制器(2-1)输出相应的控制信号给X轴伺服电机驱动器(2-3),Y轴伺服电机驱动器(2-4)和Z轴步进电机驱动器(2-5)，X轴伺服电机驱动器(2-3)驱动X轴伺服电机(32)动作，Y轴伺服电机驱动器(2-4)驱动Y轴伺服电机(33)动作，Z轴步进电机驱动器(2-5)驱动Z轴步进电机(34)动作，X轴伺服电机(32)、Y轴伺服电机(33)和Z轴步进电机(34)带动堆垛机(16)运行到入货台(20)位置处，并将货物从入货台(20)上放置到堆垛机(16)的载货台上； .2029、所述嵌入式运动控制器(2-1)根据其接收到的优化物流顺序输出相应的控制信号给X轴伺服电机驱动器(2-3)、Y轴伺服电机驱动器(2-4)和Z轴步进电机驱动器(2-5)，X轴伺服电机(32)、Y轴伺服电机(33)和Z轴步进电机(34)带动堆垛机(16)根据优化物流顺序运行，按优化物流顺序依次将载货台上的货物放置在货架上，货物入库完成； 当物流控制信号为移库时: .20210、所述嵌入式运动控制器(2-1)根据其接收到的优化物流顺序输出相应的控制信号给X轴伺服电机驱动器(2-3)、Y轴伺服电机驱动器(2-4)和Z轴步进电机驱动器(2-5)，X轴伺服电机驱动器(2-3)驱动X轴伺服电机(32)动作，Y轴伺服电机驱动器(2-4)驱动Y轴伺服电机(33)动作，Z轴步进电机驱动器(2-5)驱动Z轴步进电机(34)动作，X轴伺服电机(32)、Y轴伺服电机(33)和Z轴步进电机(34)带动堆垛机(16)根据优化物流顺序运行，按优化物流顺序依次将货物从现存的货位上取出并存放到目标货位上，货物移库完成； 当物流控制信号为加工时: .20211、所述嵌入式运动控制器(2-1)和PLC模块(1-1)按照上述物流控制信号为出库时的过程2021 2023控制堆垛机(16)、出货台(21)和皮带运输线(17)执行出库的物流任务； .20212、当所述PLC模块(1-1)判断出皮带运输线(17)上的货物到达皮带运输线(17)的出货位置处时，所述PLC模块(1-1)通过控制第一转角机电机正转接触器(1-7)接通第一转角机电机(35)的供电回路，第一转角机电机(35)正转并带动第一转角机(22)的皮带正向给第一转角机(22)上运送货物，第一转角机到货检测传感器(6)实时检测第一转角机(22)到货信息并将所检测到的信号输出给PLC模块(1-1)，当所述PLC模块(1-1)接收到所述第一转角机到货检测传感器(6)输出的第一转角机(22)到货信号后，所述PLC模块(1-1)控制第一转角机电机正转接触器(1-7)断开第一转角机电机(35)的供电回路，第一转角机电机(35)停止正转； . 20213、所述PLC模块(1-1)控制第一转角机气泵充气继电器(1-9)接通第一转角机气泵(30)的供电回路,第一转角机气泵(30)充气并使第一转角机气缸带动第一转角机(22)正转90度，第一转角机(22)旋转到位后，所述PLC模块(1-1)通过滚筒运输线变频器(1-4)控制滚筒运输线电机(28)带动滚筒运输线(18)运行，多个所述滚筒货物位置检测传感器(7)对货物在滚筒运输线(18)上的运行位置进行实时检测并将所检测到的信号输出给PLC模块(1-1 )，所述PLC模块(1-1)接收多个所述滚筒货物位置检测传感器(7)输出的信号并进行分析处理，当所述PLC模块(1-1)判断出滚筒运输线(18)上有货物送到时，所述PLC模块(1-1)控制第一转角机气泵充气继电器(1-9)断开第一转角机气泵(30)的供电回路，并控制第一转角机气泵放气继电器(1-10)接通第一转角机气泵(30)的供电回路,第一转角机气泵(30)放气并使第一转角机气缸带动第一转角机(22)回转90度进行回位； .20214、当所述PLC模块(1-1)判断出滚筒运输线(18)上有货物送出时，所述PLC模块(1-1)通过控制第二转角机电机正转接触器(1-11)接通第二转角机电机(36)的供电回路，第二转角机电机(36)正转并带动第二转角机(23)的皮带正向给第二转角机(23)上运送货物，第二转角机到货检测 传感器(8)实时检测第二转角机(23)到货信息并将所检测到的信号输出给PLC模块(1-1 )，当所述PLC模块(1-1)接收到所述第二转角机到货检测传感器(8)输出的第二转角机(23)到货信号后，所述PLC模块(1-1)控制第二转角机电机正转接触器(1-11)断开第二转角机电机(36)的供电回路，第二转角机电机(36)停止正转； . 20215、所述PLC模块(1-1)控制第二转角机气泵充气继电器(1-13)接通第二转角机气泵(31)的供电回路，第二转角机气泵(31)充气并使第二转角机气缸带动第二转角机(23)正转90度，第二转角机(23)旋转到位后，所述PLC模块(1-1)通过倍速链运输线变频器(1-5)控制倍速链运输线电机(29)带动倍速链运输线(19)运行，多个所述倍速链货物位置检测传感器(9)对货物在倍速链运输线(19)上的运行位置进行实时检测并将所检测到的信号输出给PLC模块(1-1 )，所述PLC模块(1-1)接收多个所述倍速链货物位置检测传感器(9)输出的信号并进行分析处理，当所述PLC模块(1-1)判断出倍速链运输线(19)上有货物送到时，所述PLC模块(1-1)控制第二转角机气泵充气继电器(1-13)断开第二转角机气泵(31)的供电回路，并控制第二转角机气泵充气继电器(1-13)接通第二转角机气泵(31)的供电回路，第二转角机气泵(31)放气并使第二转角机气缸带动第二转角机(23)回转90度进行回位； .20216、所述PLC模块(1-1)根据多个所述倍速链货物位置检测传感器(9)输出的信号，判断出货物在倍速链运输线(19)上的位置，延时一段时间，到达加工时间后，所述PLC模块(1-1)控制相应位置处的工位阻挡器接触器(1-16)接通工位阻挡器(24)的供电回路，工位阻挡器(24)从所述倍速链运输线(19)上缩回，解除阻挡，货物继续在倍速链运输线(19)上传输； .20217、当所述PLC模块(1-1)判断出倍速链运输线(19)上有货物送出时，所述PLC模块(1-1)和嵌入式运动控制器(2-1)按照上述物流控制信号为入库时的过程2027 2029控制倍速链运输线(19)、入货台(20)和堆垛机(16)执行入库的物流任务，入库完成后货物加工即完成。
9.按照权利要求8所述的方法，其特征在于:步骤201中所述监控上位机(3)调用ACA-PGA路径优化模块且采用ACA算法和PGA算法进行路径优化之前，所述监控上位机(3)先调用故障检测模块对系统出现的空货位出库、满货位入库、载货台状态错误、数据通信错误、指令传输错误的故障进行检测，当检测到有故障出现时，所述监控上位机(3)发出故障报警信号、记录故障信息并显示。
10.按照权利要求8所述的方法，其特征在于:步骤201中所述监控上位机(3)调用ACA-PGA路径优化模块且采用ACA算法和PGA算法进行路径优化的具体过程如下: 步骤2011、参数初始化:令时间t=0,循环次数N。= O,货位点i到货位点j路径上的初始信息素Tu= Ttl，蚂蚁只数m，每只蚂蚁的禁忌表均为空；设置最大迭代次数maxgen、搜索路径循环次数round、基因换位概率ph、移位概率Py和倒位概率Pd ； 步骤2012、初始化蚁群:设置编号为O的附加货位点，附件货位点的坐标为(0，0)，将m只蚂蚁放置在附加货位点处，并将附加货位点的编号O加入到每只蚂蚁各自的禁忌表中；步骤2013、循环搜索路径:首先，根据公式
全文摘要
本发明公开了一种立体物流系统存取货物路径优化控制系统及方法，其系统包括监控上位机、PLC模块和嵌入式运动控制器，PLC模块的输入端接有多个到货检测传感器和多个货物位置检测传感器，PLC模块的输出端接有多个变频器和多个接触器；嵌入式运动控制器的输入端接有堆垛机状态检测传感器，嵌入式运动控制器的输出端接有X轴和Y轴伺服电机驱动器以及Z轴步进电机驱动器；其方法包括步骤物流任务信号输入，监控上位机进行路径优化，嵌入式运动控制器和PLC模块分别控制堆垛机和货物运输线执行相应的物流任务。本发明设计合理，使用操作便捷，控制精度高，工作可靠性和稳定性高，物流效率高，实用性强，推广应用价值高。
文档编号B65G1/137GK103112680SQ201310036898
公开日2013年5月22日 申请日期2013年1月31日 优先权日2013年1月31日
发明者侯媛彬, 李龙 申请人:西安科技大学