关于自动化立体仓库/智能仓储AS/RS中工业以太网技术应用详细工程实例介绍

——工厂/电商/零售物流自动化智能立体库仓储系统AS/RS(Automated Storage and Retrieval System)“管理中枢、自动作业；立体存取、省地减员”。

——工厂/电商/零售物流自动化立体仓库智能仓储系统AS/RS：智能立体库仓储系统AS/RS+出入库/进出仓自动存取穿梭车+堆垛机+换层提升机+RGV /AGV运输系统/机器人码垛技术+货到人拣货系统+货物信息复检稽核系统+自动分拣系统（交叉带式高速分拣技术+滑块/摆轮高速分流导向技术）。

——工厂/电商/零售物流自动化立体仓库智能仓储系统AS/RS应用：货物出/入库的“货上/下架”存取、“货到人”拣选、“货出仓”分拣等自动化作业。主要用于工厂原/辅材料存放，物料配送，成品储存及配送，物流中心配送等。适用于机械、电子、医药、食品、化工、物流仓储等行业。

——编者按：在自动化技术应用领域【比如各类专机设备（生产/检测设备）、自动化产线（比如家电/3C产品/日化产品/食品/药品等各类轻工产品的自动化集成产线）、物流自动化应用技术（比如立体仓库/智能仓储系统AS/RS、扫码称重体积测量DWS系统、物流拍照视频监控可追溯PMT系统、分拣系统等）】，欧美日国家比我们涉足的时间要早，所以相对来讲，其经验要丰富些。但通过几十年的工业技术发展与积累，中国厂商已完全掌握了自动化应用技术。特别是在互联网、AI、软件应用、电气控制、通用机械技术方面，我们与欧美日国家不相上下，尤其是AI与互联网技术大有超越之势。当然我们也得承认，在基础科研、底层技术【比如材料技术、先进工艺、各类电子/电气元件（比如各类传感器、半导体等元件）】、高精专机设备方面与欧美日相比，还有较大差距，因为这方面的技术确实需要更长时间的投入与积累。

在通用自动化技术应用方面，国内自动化厂商的技术均能较好满足厂商的自动化设备或产线使用技术要求。甚至国内有些自动化厂商已大量承接国内外资企业或欧美国家地区本地企业的自动化项目（比如各行业的产品自动化产线、专机设备、物流自动化集成项目等）。

以上足以说明，在通用自动化技术应用层面，中国厂商完全可以与欧美日厂商一争高下。且在成本与售后方面，我们有一定优势。

摘 要：工业以太网通讯技术具有通讯速率快、通讯质量稳定、高连接密度等优点，可以解决现代自动化立体仓库系统对于通讯的要求，高效稳定地完成系统内信息传递。其中，无线通讯技术由于使用便捷，不受线缆与工业环境限制等优势，在自动化立体仓库中得到了广泛应用, 使自动化立体仓库中的移动设备获得更高的使用效率与更好的用户使用体验。文中通过工程实例，探讨了无线通讯技术在自动化立体仓库中的应用。

随着国家经济不断发展，工厂自动化、智能化程度的不断提高，物流仓储行业得到了飞速发展。作为现代化物流的重要组成部分，自动化立体仓库适应国际“工业4.0”与国家“中国制造2025”的大趋势，其智能化要求得到进一步的提高，因此，面对图像化、智能化、无人化、信息可追溯化等需求，自动化立体仓库系统对其内部通讯质量的要求大大提高，传统的现场工业总线、串口通讯已渐渐不能满足自动化立体仓库系统的新需求。本文介绍工业以太网无线通讯技术在自动化立体仓库中的应用。

1 工业通讯技术

工业通讯是在工业环境下中央控制处理器、可编程逻辑处理器模组与各设备运行信息、传感器开关量信号交互的手段，实现设备控制、生产线检测与生产区域协调等复杂任务的管理。工业底层设备采用的通讯技术有两种：现场总线与工业以太网。

1.1 现场总线

现场总线是将自动化底层的现场控制器和现场智能仪表设备互联的实时控制通信网络，它遵循ISO ／OSI 开放系统互联参考模型的全部或部分通信协议，根据不同的通讯协议，现场总线分为数字式、串行、多点通信等通讯形式。它是一种工业数据总线，是自动化领域中底层数据通信网络。现场总线常用类型包括PROFIBUS、CAN、MODBUS、SERCOS、RS232/RS485 等，根据现场需要可设置不同传输速率（即波特率），用户可以采用不同的总线类型满足不同的工业现场环境。

现场总线为开放式互联网络，既可以与同层网络互联，也可以与不同层网络互联。现场总线通讯具有以下新产品新技术 NEW PRODUCT NEW TECHNOLOGY特点：

1）对OSI 参考模型进行简化，通常指采用OSI 模型的第1 层、第2 层和最高层应用层，以简化通讯模型结构，缩短通信响应时间，提高实时性能，见图1；

2）可以各种总线类型并存，并在各自的应用领域获得良好的应用效果；

3）通信数据的信息量较少，因此，相较于其他通信网络，通信模型相对简单，结构更加紧凑，通信速率更快，通信成本更低；

4）通信有延时，布线要求高，会受到供电线路、电气元件输出端等造成的共模差模干扰，造成通讯数据丢失；

5）布线受现场环境制约，布线成本较高；

6）现场总线采用的通用协议在与其他系统对接时兼容性较差。

图2 为典型自动化立体仓库现场总线架构。

图1 ISO ／ OSI 开放系统互联参考模型

图2 典型自动化立体仓库现场总线架构

1.2 工业以太网

随着互联网（Internet）的快速发展，Internet 的快速、高效、稳定以及多节点连接的通信优势以及现有工业环境中的工业现场总线存在标准复杂、通信速率慢等缺点，加之客户对于自动化立体仓库越来越高的信息查询、控制要求和工业智能化的不断发展，工业以太网技术渐渐成为工业控制中通讯技术的优先选择。

工业以太网是基于IEEE 802.3 (Ethernet) 的强大的区域和单元网络，它为工业设备系统提供了一个无缝集成到多媒体世界的途径。工业以太网的本质就是以太网技术办公自动化走向工业自动化，它具有以太网的优点，并在技术上可以与商业以太网进行兼容。同时在工业以太网中更多地考虑了以太网在工业现场中的环境适应性、实时性、可靠性以及安全性。工业以太网可以满足控制系统各个层次的要求，使企业的信息网络和控制网络可以实现统一，扩大了企业信息网络的适用范围与直接控制能力；工业以太网更容易实现网络集成，其速度快，开发技术广泛，硬件兼容范围广，价格更低，拥有对更多厂商产品的更强的支持能力。

为提高通信的稳定性与可靠性，工业以太网常用协议是基于以太网TCP/IP 协议。目前有影响力的实时工业以太网有西门子的PROFINET、倍福的EtherCAT、贝加莱的Powerlink、AB 的EtherNet/IP、施耐德的Modbus － TCP 等。

常见的自动化立体仓库项目工业以太网结构见图3。

图3 自动化立体仓库工业以太网架构

工业以太网的特点：

1）应用广泛

以太网是当前应用最广的计算机网络技术，应用环境和技术支持强大，可以实现全开放式、全数字化网络，同时按照不同的协议可与其他厂商互联。

2）通信速率高

目前，10 M、100 M 通信速率的工业以太网已经在工业环境中大量应用，1 000 M 带宽的工业以太网也开始普及。

3）兼容性更好，易于实现管控一体化

易于实现工控网络与控制信息网络的无缝集成，建立统一的企业通信网络，实现更精准、更快速的设备控制。

4）信息传输距离远，可靠性高，网线供电

相较于现场总线，工业以太网走线可以距离更远，采用光纤传输技术，适用于更开阔的现场环境，而传输信息的准确性更高，信息响应时间更短。POE 技术可实现网线供电，节省了现场总线的走线数量。

5）成本低

由于应用范围更广泛，工业以太网得到更多生产厂商的支持，可以有更多的产品型号选择，价格也较低。工业以太网近年来发展迅猛，2018 年HMS 公司就工厂自动化新安装节点进行的调查显示，工业以太网已经超越传统现场总线，占到了52% 的市场份额，比2017 年的46% 多了6 个百分点。见图4。

图4 2018 年工业网络通讯技术占比

1.3 无线通讯技术

无线通讯技术是在有线以太网技术的基础上发展而来的，工业无线通讯技术是属于工业以太网的一种无线形式，它将原有数据传输的有线信道用无线代替，数据发射通过单片机无线收发芯片的发射功能实现，传播路径通过无线电磁波从发射端到接收端，数据的接收同样通过单片机无线收发芯片的接收功能实现。无线电波在传播过程中，会根据环境的不同产生不同程度的传播损耗，进而影响无线通讯的质量。

无线通讯技术在人们日常生活中已经占有越来越大的比重，WIFI 已经是大家离不开的无线通讯技术模式。

无线网络架构的基本配置是无线网卡与无线访问接入点AP（Access Point），在已有的网络中添加AP，通过AP 将有线通讯信号转换成无线电磁波信号，构成一个WLAN（无线局域网）。任何装备了无线网卡的设备，在加入AP 设定的无线局域网络后，都可以接收到AP发送的通信信息，也可以将设备的信息传递回AP，通过有线连接，将信息传送到目的地点，从而实现有线网络、无线网络中各节点间的相互通讯。

无线通讯技术特点：

1）综合成本低，无布线需求，布置受环境影响较小；

2）组网灵活，可扩展性好，即插即用；

3）使用灵活，不受线缆距离控制；

4）信号传递过程中因自身信号损耗原因传递受到距离限制，传递过程易受同频段的电磁干扰。

无线通讯技术在工业环境中因不受线缆控制且应用灵活而越来越受到工业移动设备的青睐，对于自动化立体仓库行业，AGV、RGV、机器人、环形车、穿梭板车、HMI 控制屏等移动设备，开始大量使用无线通讯技术，以获得更好、更快、更便捷的项目应用与客户体验。但由于带宽和数据稳定性的原因，无线通讯技术在工业环境中的应用仍处于相对较低的比重。图5 中显示了近两年来无线通讯技术在工业市场中的应用占比，可以看出无线通讯技术未来将拥有更广阔的应用空间。

图5 工业网络技术占比

2 工程实例

在上海奉贤区某国际家居公司的自动化立体仓库项目中，自动化立体库占地近2 000 m2，拥有18 台30 m超高快速堆垛机，2 台高速同轨RGV，351 台不同类型输送设备，25 套PLC 控制系统，1 套MFC 监控调度系统，5 套移动式HMI 操作屏，近500 个网络通讯节点，实现每天入出周转作业达3 000 盘。同时，每台设备需与控制层实时通讯，通报设备运行状态，MFC 控制层与各系统进行多线程实时通讯，保证各系统间信息的实时性与准确性。因此，该自动化立体仓库系统需要更加稳定的工业通讯网络、更大的网络通讯带宽、更远的网络通信距离，传统的工业总线通讯技术不能满足该系统的网络通信需求。故该项目采用工业以太网技术，配合光纤通信电缆、无线通信局域网技术和路由器隔离转播技术构建立体库网络，实现系统内各子系统与设备间稳定的信号传递。见图6。

图6 某公司自动化立体仓库工业以太网构架

该项目工业以太网构架的特点：

1）设备层搭建网络时，采用光纤与工业屏蔽网线相结合的方式布线，保证了远距离信息传递的准确性。

2）在设备层设置两部进行双机热备的路由器，设备层不同网段的网络节点通过路由器转播功能与控制层上位机进行数据通信，避免数据信息的冗余损耗，提高了信息发送的准确性与稳定性。

3）移动设备与设备层各网络节点通信采用无线局域网技术，通过工业无线路由器进行信号转播，路由器采用5G 频段，避免了现场因多种通讯混杂而产生的干扰。无线路由器根据现场工作区域与信号覆盖范围测定AP 位置，设置7 个AP 进行现场信号广播，保证移动设备进行高质量数据通信。同时，移动HMI 操作屏为设备维护人员现场查看设备状态和近距离操作设备提供了便利，使用户体验得到了很大提升。

4）现场设备直接连接到系统网络中，在高速通讯线路中，实时将设备状态反馈给上级网络节点，方便用户实时掌控现场设备的运行状态，及时发现、处理出现的问题，提高了设备故障处理的响应速度，间接提高了系统的使用效率。

该项目为某国际家居集团在全球最大的物流分散中心，系统有效运行时间已近20 000 h，设备故障率低于0.5%，通信故障率低于0.01%，稳定的系统通信为该自动化立体仓库的高效运行提供了保证。

3 结束语

本文介绍了工业以太网技术在自动化立体仓库中的实际应用，为物流仓储行业提供了一个工业以太网技术应用的成功案例。现阶段，随着工业4.0 与中国工业制造2025 的不断推进，设备智能化离我们越来越近，5G通讯技术为物联网的实现提供了可靠的技术依据，智能工厂、智能城市等科技离人们的生活已经不再遥远。工业通讯技术作为这些科技理想主体的神经网络也必将会日新月异，发挥至关重要的作用。

附

自动化立体仓库/智能仓储系统AS/RS相关视频，请点击以下网址链接

家居行业：https://weibo.com/tv/v/HmwQhBNMA?fid=1034:4353694356176972

烟草行业：https://weibo.com/tv/v/HmwOjhiJY?fid=1034:4353692791427055

医药行业：https://weibo.com/tv/v/HmOteumuL?fid=1034:4354371375283953

仿真动画：https://weibo.com/tv/v/H2hVQ4p1V?fid=1034:4305455435215974

案例现场观看

关于自动化立体仓库，我们有案例，在合适的时候，可安排现场观看了解。