簡易檢索 / 詳目顯示

研究生: 許政清
Hsu, Cheng-Ching
論文名稱: 建構一具有標準通訊協定的自動倉儲整合控制模擬系統
An Integrated Control Simulation System with Standard Communication Protocol for Automated Warehouse
指導教授: 王宗一
Wang, Tzone I
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 工程科學系
Department of Engineering Science
論文出版年: 2008
畢業學年度: 96
語文別: 中文
論文頁數: 61
中文關鍵詞: 自動倉儲圖論通訊協定模擬測試
外文關鍵詞: Graph, AS/RS, Protocol, Simulation
相關次數: 點閱:120下載:6
分享至:
查詢本校圖書館目錄 查詢臺灣博碩士論文知識加值系統 勘誤回報
  • 自動倉儲系統在設備面有各種自動化單元輸送設備及智慧型運搬系統,在資料面有上位電腦記錄儲存貨物帳及進出倉異動記錄,還有整合這些控制系統的物流整合控制程式,負責把使用者的進出倉需求轉成控制設備層的派車命令,並接收動作完成的回報,指揮協調相關設備完成物流搬送的任務。
    傳統的自動倉儲只著重在節省運搬人力及增加儲位空間。近年來強調供應鏈管理,高度客製化已變成自動倉儲的一大特色,經常要因應客戶的生產作業流程及理貨加工等需求而設計自動倉儲相關設備的配置,因此需等到所有設備在現場安裝完成才能有環境可以測試物流整合控制程式,另外設備的選用也會依客戶喜好而決定,不同的設備有時會有不同的控制系統。自動倉儲最主要的控制系統有可程式控制器及高架吊車,可程式控制器負責周邊輸送設備的輸送控制,高架吊車負責存取站到儲位的存取控制,一般都會有專屬的通訊協定,造成經常要配合控制系統的專屬通訊協定而修改物流整合控制程式。
    本論文設計之模擬器主要包含三部份,第一部份為定義可程式控制器及高架吊車的標準通訊協定。可程式控制器主要是讀取暫存區位址及寫入暫存區位址,高架吊車主要是下派車命令及動作完成回報,讓物流整合控制程式依此協定設計,不用因為控制系統專屬通訊協定而修改程式。第二部份依標準通訊協定建構共通的模擬測試平台。平台內有可程式控制器模擬器及高架吊車模擬器,讓設備進廠安裝前物流整合控制程式可以先模擬測試主要作業流程,以降低在客戶端實際測試的時間,讓整套系統可以儘快上線使用。第三部份是一般化的物流整合控制程式。透過導入圖論的觀念到自動倉儲的配置,節點(Vertex)是各個單元設備,線(Edge)是連接的路徑,利用最短路徑演算法(Dijkstra's algorithm),分析物流的搬送路徑及各類單元設備的控制邏輯,彈性依據自動倉儲配置來協調整合相關控制系統,達到物流有效搬送的目的。

    From equipment aspect, an automatic warehouse system has many sorts of control components and smart transfer control systems. From data aspect, there is a main host computer that keeps track of stock inventory and stock change log. An inegrated control program is responsible for executing transfer jobs from users’ equirements and receives responses from control components to achieve the logistics mission.
    Traditional automatic warehouse focuses on lowering human cost and increaseing stock space. Nowsday supply chain management is a very important issue, in which customization becoms a needed feature for integrating customer’s factory operations and processes in designing the automatic warehouse layout. Integrated control program can not be completly tested until all the devices are fully installed at a customer’s factory. Furthermore, automatic warehouse systems usually have two control systems, one is Programmable Logic Controller and the other is crane controller system and customers may have different favorsities of control system brands. With every control system having proprietary communication protocol, the customization will always involves the modification of control programs and that will prolong the verification of a automatic warehouse.
    This simulation program of this thesis has three components. The first is the standardlized control system communication protocol, the second is the setup of an integrated test platform, and the third is the implementation of a gereral integrated control program base on the standard communication protocol. The simulator can verify the operations of a modified control program with all the to-be-installed equipments according to the warehouse system’s layout beforehand the fully installation of devices of the automatic wharehouse. It will greatly reduce the test duration of a customized automatic warehouse.

    第一章 緒論 1 1.1 研究背景 1 1.2 研究動機 1 1.3 研究目的 1 1.4 研究流程 2 第二章 相關設備及研究 3 2.1 自動倉儲主要單元設備 3 2.1.1 入出庫站(EndStation) 3 2.1.2 移載站(TransferStation) 4 2.1.3 移載台車(RTN) 4 2.1.4 高架吊車存取站(PDStation) 4 2.1.5 儲位料架(BinRack) 4 2.2 自動倉儲主要控制系統 4 2.2.1 物流整合控制程式 5 2.2.2 可程式控制器(PLC) 5 2.2.3 高架吊車(Crane) 6 2.3 PLC通訊協定 7 2.3.1 三菱PLC通訊協定 7 2.3.2 AB(AllenBradley) PLC通訊協定 10 2.3.3 Siemens PLC通訊協定 14 2.4 高架吊車通訊協定 15 2.4.1 HK Systems 高架吊車通訊協定 16 2.4.2 台朔重工高架吊車通訊協定 19 2.4.3 盟立高架吊車通訊協定 21 2.5 圖論(Graph Theory) 24 2.5.1 節點(Vertex) 25 2.5.2 線(Edge) 25 2.5.3 最短路徑演算法(Dijkstra's algorithm) 26 第三章 系統需求分析 27 3.1 問題探討 27 3.1.1 物流整合控制程式不夠彈性 27 3.1.2 控制系統多樣且有專屬的通訊協定 27 3.1.3 缺乏模擬測試環境 27 3.2 問題解決 27 3.2.1 導入圖論至自動倉儲配置 27 3.2.2 自動倉儲單元設備分析 27 3.2.3 標準型物流整合控制程式 29 3.2.4 定義各類控制系統的標準通訊協定 29 3.2.5 建構模擬測試環境 39 第四章 系統實作 42 4.1 自動倉儲配置以圖論定義 42 4.1.1 單元設備以節點(Vertex)表示 42 4.1.2 輸送方向以線(Edge)表示 43 4.2 自動倉儲單元設備顯示元件開發 44 4.2.1 入出庫站(EndStation) 44 4.2.2 移載站(TransferStation) 44 4.2.3 移動式台車(RTN) 45 4.2.4 存取站(PDStation) 46 4.2.5 儲位(BinRack) 46 4.2.6 高架吊車(Crane) 46 4.3 標準型物流整合控制程式實作 47 4.3.1 物流整合控制程式控制邏輯分析 47 4.3.2 物流整合控制程式畫面顯示更新 49 4.3.3 物流整合控制程式通訊模組實作 50 4.4 PLC模擬器實作 50 4.4.1 PLC控制邏輯分析 51 4.4.2 PLC畫面顯示更新 51 4.4.3 PLC通訊模組實作 53 4.5 高架吊車模擬器實作 53 4.5.1 高架吊車控制邏輯分析 53 4.5.2 高架吊車畫面顯示更新 54 4.5.3 高架吊車通訊模組實作 54 第五章 功能測試 55 5.1 入庫測試 56 5.2 出庫測試 57 第六章 結論與建議 58 6.1 研究結論 58 6.1.1 圖論在自動倉儲物流控制可以有效運用 58 6.1.2 PLC模擬器可以協助物流整合控制程式測試 58 6.1.3 高架吊車模擬器可以協助物流整合控制程式測試 58 6.1.4 標準化的通訊協定可以簡化程式設計 58 6.1.5 物流整合控制程式標準化容易維護 58 6.2 未來研究建議 59 6.2.1 設備能力參數化 59 6.2.2 路徑的流量管控 59 6.2.3 控制系統通訊協定轉換 59 6.2.4 整合無人搬送車控制系統 59 參考文獻: 60 表目錄: 表2-1:AB PLC資料讀取(Send from HOST)命令格式 11 表2-2:AB PLC資料讀取(Reply from AB PLC)命令格式 12 表2-3:AB PLC資料寫入(Send from HOST)命令格式 13 表2-4:AB PLC資料寫入(Reply from AB PLC)命令格式 14 表2-5:HK System高架吊車下命令資料格式(Send from HOST) 17 表2-6:HK System高架吊車接收訊息後立即回應的訊息格式 18 表2-7:HK System高架吊車回應訊息資料格式(Send from 高架吊車) 19 表2-8:台朔重工高架吊車下命令資料格式(Send from HOST) 20 表2-9:台朔重工高架吊車回應訊息資料格式(Send from 高架吊車) 21 表2-10:盟立高架吊車讀取(Send from HOST)命令格式 22 表2-11:盟立高架吊車讀取(Reply from MCRD)命令格式(正確時回應) 22 表2-12:盟立高架吊車讀取(Reply from MCRD)命令格式(異常時回應) 23 表2-13:盟立高架吊車寫入(Send from HOST)命令格式 23 表2-14:盟立高架吊車寫入(Reply from MCRD)命令格式(正常時回應) 24 表2-15:盟立高架吊車寫入(Reply from MCRD)命令格式(異常時回應) 24 表3-1:設備共通資料的定義 28 表3-2:PLC作業站狀態的詳細定義 28 表3-3:PLC作業站異常的詳細定義 28 表3-4:RTN派車的資料定義 29 表3-5:高架吊車取物及置物命令格式 30 表3-6:ASCII Control Code 30 表3-7:正常時高架吊車回覆給HOST的訊息格式 30 表3-8:異常時高架吊車回覆給HOST的訊息格式 31 表3-9:高架吊車回覆訊息Error Code說明 31 表3-10:高架吊車只取物的命令格式 32 表3-11:高架吊車只置物的命令格式 33 表3-12:高架吊車取物完成時回報訊息格式 34 表3-13:正常時HOST回覆給高架吊車的訊息格式 34 表3-14:異常時HOST回覆給高架吊車的訊息格式 34 表3-15:HOST回覆給Crane訊息Error Code說明 35 表3-16:高架吊車置物完成時回報的訊息格式 35 表3-17:高架吊車發生異常時回報的訊息格式 36 表3-18:讀取PLC暫存區資料命令格式 37 表3-19:讀取PLC暫存區資料正常狀況時PLC回覆訊息格式 37 表3-20:讀取PLC暫存區資料異常狀況時PLC回覆訊息格式 37 表3-21:PLC回覆訊息Error Code 38 表3-22:寫入PLC暫存區資料命令格式 39 表3-23:寫入PLC暫存區資料正常狀況時PLC回覆訊息格式 39 表3-24:寫入PLC暫存區資料異常狀況時PLC回覆訊息格式 39 圖目錄: 圖1-1:研究流程圖 2 圖2-1:自動倉儲主要單元設備示意圖 3 圖2-2:自動倉儲主要控制系統示意圖 5 圖2-3:三菱PLC讀取資料格式(format 1 ASCII) 7 圖2-4:三菱PLC讀取資料格式(正常時PLC回應) 8 圖2-5:三菱PLC讀取資料格式(異常時PLC回應) 8 圖2-6:三菱PLC寫入資料格式(format 1 ASCII) 9 圖2-7:三菱PLC寫入資料格式(正常時PLC回應) 9 圖2-9:Siemens PLC Fetch模式讀取資料 15 圖2-10:Siemens PLC Write模式寫入資料 15 圖2-11:Graph的例子 25 圖3-1:整體模擬測試環境架構圖 40 圖4-1:自動及異常燈號顏色說明 44 圖4-2:入出庫站元件顯示說明(沒有負載時) 44 圖4-3:入出庫站元件顯示說明(有負載時) 44 圖4-4:移載站元件顯示說明(沒有負載時) 45 圖4-5:移載站元件顯示說明(有負載時) 45 圖4-6:移動式台車元件顯示說明(沒有負載時) 45 圖4-7:移動式台車元件顯示說明(有負載時) 45 圖4-8:存取站元件顯示說明(沒有負載時) 46 圖4-9:存取站元件顯示說明(有負載時) 46 圖4-10:儲位元件顯示說明 46 圖4-11:高架吊車元件顯示說明(沒有負載時) 47 圖4-12:物流整合控制程式入倉控制流程(E02到B02) 48 圖4-13:物流整合控制程式出倉控制流程(B02到E01) 49 圖4-14:PLC模擬器程式說明 51 圖4-15:PLC通訊模組通訊程序說明 53 圖5-1:測試的物流配置圖一 55 圖5-2:測試的物流配置圖二 55 圖5-3:入庫測試流程 56 圖5-4:出庫測試流程 57 圖6-1:無人搬運車控制系統 59

    [1] 盟立自動化:A+地上盤與上位電腦通訊手冊
    [2] 台朔重工:FS 高架吊車通訊協定
    [3]《環球物流(GLS)》雜誌 2008 年 7 月 第 40 期
    [4] 物流雜誌網 http://www.gd-logistics.com/
    [5] 關剛石,「自動倉庫介紹」,工研院機械所,1987年6月
    [6] 經濟部發行 ,「物流倉儲設備手冊」中華民國86年3月初版
    [7] 台灣西門子網站 http://www.siemens.com.tw
    [8] 物流技術與戰略,物流技術與戰略雜誌社 (2002)
    [9] 低溫物流中心自動倉儲系統動態儲位指派之研究,運輸學刊,17卷2期 (2005/06)
    [10] 村田機械 http://www.muratec-l-system.com/tw/
    [11] 物流管理,王貳瑞、蔡登茂、侯君溥合著,普林斯頓國際有限公司,93年1月初版
    [12] 台朔重工自動化處 http://www.fhi.com.tw/chinese/d2_11.htm
    [13] 自動倉儲系統市場與應用,《物流技術與應用》2006年07期
    [14] Addison Wesley - The Boost Graph Library The: User Guide and Reference Manual By Jeremy G. Siek, Lie-Quan Lee, Andrew Lumsdaine (2001)
    [15] BOOST C++ Libraries http://www.boost.org/
    [16] C# Cookbook, 2nd Edition By Jay Hilyard, Stephen Teilhet,(2006)
    [17] C# Developer's Guide to ASP.NET, XML, and ADO.NET By Jeffrey P. McManus, Chris Kinsman,(2002)
    [18] C# Network Programming by Richard Blum, Sybex(2003)
    [19] Effective C++ Second Edition By Scott Meyers,Addison Wesley, (1998)
    [20] Exception C++, by Herb Sutter, Addison Wesley, (1999)
    [21] GDI+ Custom Controls with Visual C# 2005 By Iulian Serban,Dragos Brezoi,Tiberiu Radu,Adam Ward, Packet Publishing(2006)
    [22] Q Corresponding MELSEC Communication Protocol Reference Manual
    [23] QuickGraph, Graph Data Structures And Algorithms for .Net
    http://www.codeplex.com/quickgraph
    [24] Seidmann, A.,” Intelligent Control Scheme for Automated Storage and Retrieval System.” International Journal of Production Research, 26(5), 931-52, (1988)
    [25] Van Den Berg, J.P. and Gademann A.J.R.M. “Simulation study of an automated storage/retrieval system.” International Journal of Production Research, 38(6),1339-1356 (2000)
    [26] XML in a Nutshell, Third Edition By Elliotte Rusty Harold, W. Scott Means, (2004)

    下載圖示 校內:立即公開
    校外:2008-09-02公開
    QR CODE