智能高速元件库的关键技术及应用

近年来，智能仓储物流装备的研发和应用成为中国物流装备行业新的发展趋势，其中智能高速元件库是一种新型的自动仓储设备，主要用于存放电子元器件、标准件等小型物料。本文以中国电子科技集团公司第二研究所开发的智能高速元件库为例，简要概述了智能高速元件库的结构组成、工作原理、关键技术，以及在特定生产线的未来发展和应用。

近年来，智能制造的理念在制造行业逐步推广应用，在中国经济进入转型升级新常态、工业4.0加速发展以及各行业纷纷推动“智能制造”等众多因素的催化下，智能仓储物流装备的研发和应用成为中国物流装备行业新的发展趋势。

智能仓储物流系统与生产线的融合，可以实现生产过程物料的点对点输送，辅助完成较复杂的生产输送和配方工艺，甚至成为生产工艺的关键环节。中国电子科技集团公司第二研究所研制的智能高速元件库，通过与生产线的深度融合，实现了物料的智能缓存和高效精准配送，开辟了智能缓存技术的新模式，具有一定的应用前景。一、智能高速元件库的用途及发展现状

智能高速元件库是一种新型的自动仓储设备，主要用于存放电子元器件、标准件等小型物料，该设备能实现物料自动出入库，而且能够与生产线进行对接联网，实现智能制造。该智能高速元件库还可以通过增加温湿度控制系统实现内部温湿度的恒定，适用于对存储环境有温湿度特殊要求的物料。

纵观国内外，目前还没有应用在智能制造生产线上针对电子元件等物料存放的设备，中国电子科技集团公司第二研究所设计的智能高速元件库能够与智能生产线进行无缝对接，实现物料在线上自动出入和存放。该设备还能有效控制物料存储环境，满足各种电子元件对存储环境的需求。二、智能高速元件库的工作原理及结构

1.智能高速元件库的工作原理

智能高速元件库以特定的料盒为存储单元，采用伺服控制技术，由上下两个行走伺服电机通过同步驱动带动行走机构做水平运动，由提升伺服电机通过带动货叉机构做垂直升降运动，由货叉机构上的伸缩伺服电机驱动货叉做挂取运动。

通过上述三维运动可将指定货位的货物取出或将货物送入指定货位。入货时，由入货机构的输送伺服电机和定位组件共同将料盘送到入货口指定位置，再由货叉机构取走；取货时，则由货叉机构将指定料盘送到出货口，再由出货机构的伺服电机将料盘输送到下个工序。所有伺服电机采用绝对值编码器定位，采用总线控制方式，控制系统还配备条码识别系统、监控系统，通过工控机与生产线的服务器进行数据交换，实现由整个智能生产线的MES系统和SCADA系统对智能高速元件库的控制管理和状态监控。

2.智能高速元件库的结构

智能高速元件库由骨架、底座、行走机构、货叉机构、入货机构、出货机构、面板、货架、电气控制系统等部分组成。智能高速元件库的外形，如图1。

智能高速元件库的结构，如图2。

①骨架：所有立柱、横梁均采用铝合金型材，受力稳定、均匀，确保满足承载的情况下尽可能使得整个设备的重量轻量化。

②行走机构：行走机构由上下两个水平运动模组和1个垂直运动模组组成，上下两个模组由两个伺服电机采用同步方式驱动，如图3。

③货叉机构：货叉机构是智能高速元件库的关键部件，该机构由取货板、滑轨、旋转电机、伸缩电机等部分组成，如图4。

④入货、出货机构：进出货口由传送部件、物料定位部件和抽屉等部分组成，如图5。

物料入库时，将物料放入特定的料盒中，将料盒放入抽屉中，定位传动机构将关闭抽屉，再由货叉机构将料盒取到货叉上，然后做水平和提升定位运动，放入货架上。物料出库时，由行走机构做水平和提升定位运动从某个货位将物料的料盒取到货叉上，再由货叉送到出货口，通过抽屉传送部件将料盒送出。

⑤货架：货架骨架均采用铝型材，在确保货架强度和承载的同时，既能满足安装精度要求，又能达到减轻设备重量的目的。货架采用模块化设计思想，将整个货架分成三个模块：左框架模块、右框架模块和标准框架模块，如果想扩大存储容量，只需要在左、右模块中间加入标准框架模块即可。物料存放层格为防静电隔板制作，防静电隔板采用激光切割和钣金折弯加工，具有良好的尺寸一致性，能保证安装精度，并满足电子元件防静电要求，如图6。

⑥电气控制系统：智能高速元件库电气控制系统由可编程控制器（PLC）、I/O模块、通讯模块、人机界面（工控机）、传感器、条码识别系统、监控系统、网络交换机等部分组成，如图7。

三、智能高速元件库的主要技术参数

外形尺寸：6000mm（长）×2420mm（宽）×2850mm（高）；

料盒尺寸：600mm（长）×400mm（宽）×120mm（高）；

料盒容量：400个；

提升运行速度：1.0m/s；

水平运行速度：2.0m/s；

定位精度：±0.5mm；

货格层间距：200mm；

存储节拍：25s/次；

电源：380V±10%，50Hz，三相五线；

单料盒载重：80公斤。四、控制系统设计的关键技术

智能高速元件库控制系统以工控机为控制中心，主要由运动控制、条码识别、监控系统和存储管理软件系统等组成。运动系统控制伺服电机实现各运动部件的高速精确定位；条码识别则是采集物料的基本信息；监控系统实时显示和记录全自动缓存库内部动作情况，并具有回放功能；存储管理软件系统与智能生产线的MES系统和SCADA系统对接，使全自动缓存库能够对物料进行自动化存取管理，达到全自动的控制效果。为达到全自动存储、智能存储的功能，运动控制、条码识别和存储管理软件设计为控制系统设计重点。

1.控制系统的硬件及网络组成

（1）运动控制系统部分：安川PLC+通讯模块+I/O模块、伺服驱动器+伺服电机+绝对值编码器+传感器信号反馈校验，运动控制采用总线控制技术，PLC与I/O模块及各伺服驱动采用MECHATROLINK方式进行通讯。为确保全自动缓存库高速高效存储和精确定位，行走机构采用上下两台伺服电机同步差补运行方式，实现了高速运行，水平运行速度达到了2.0米/秒。

（2）条码识别部分：二维条码识别系统通过网络交换机，以Ethernet方式与工控机进行通讯。

（3）工控机存储管理软件部分：工控机由工控机（人机界面）与PLC通过Ethernet方式进行通讯，工控机（人机界面）与条码系统、监控系统以及远程服务器均采用Ethernet方式进行通讯。

2.存储管理软件设计

存储管理软件采用C#语言开发，以数据库SQL SERVER2008作为平台，可方便嵌入企业ERP系统中，实现网络化的管理。该存储管理软件通过读取数据库中间表的方式，与智能生产线的服务器的MES系统和SCADA系统对接，进行数据交换。智能高速元件库自动操作软件界面，如图8。

t智能高速元件库的入库流程，如图9。

智能高速元件库的出库流程，如图10。

五、结语

中国电子科技集团公司第二研究所研制的智能高速元件库，通过与生产线深度融合，实现了无人化全自动出入库操作和信息化管理，在提高生产效率的同时，也节约了人员成本，减少了人为因素而出现的各种状况，提高了生产线运行的稳定性。

就目前情况来看，智能高速元件库系中国电子科技集团公司第二研究所首创，国内还没有相同产品，从目前市场的需求信息分析，智能高速元件库适用于其它智能生产线和物流配送线，比如太阳能行业、电子行业等等。当然，针对不同用户，智能高速元件库仍有需要改进和完善的地方，比如与机器人和AGV智能搬运车相结合，实现不同物品的拣选和存放。

总之，随着工业4.0迅猛发展以及智能制造技术革新，自动仓储行业正向着全自动化、智能化方向发展，而智能高速元件库也将逐渐在各行各业普及应用。