本文分析了目前大型電商的發展及其在倉儲物流作業方面的特點和需求，再根據當今自動化物流設備和系統的發展情況以及目前工控行業各領域較為先進可靠的技術特征，結合昆船物流公司最新實施應用的寧波智能物流倉庫項目實際需求，提供一套可以滿足項目要求的大流量轉軌RGV系統解決方案，并對這個系統的控制系統配置、任務調度管理、區域控制、道岔控制、車載控制等方面分別進行介紹，完善各項技術功能的應用水平，從而將大流量轉軌RGV系統應用到大型電商倉儲物流項目上，使其發揮最高效能，力爭為用戶的投資帶來最大化的收益。 

一、引言

在這個信息科技高速發展的社會，電子商務不僅僅是網購這么簡單，它從衣、食、住、行等方方面面影響著人們的生活，已然成為我們現在和未來的重要生活方式之一。據統計，2018年，全社會電子商務交易規模達到30.61萬億元，同比上年增長14.5%（同年全國GDP約90萬億元，比上年增長6.6%），與此同時，整個電子商務領域中各行各業也在迅速地提升自身的業務能力，這其中尤其以自動化物流領域的發展最為矚目，多家電商企業紛紛應用和建立了自己的自動化物流平臺：京東亞洲一號、天貓菜鳥網絡IoT未來園、網易考拉智能物流倉等都是這樣一批高度現代化、智能化的自動化物流項目。這些項目都具有相當高的處理能力，例如京東的昆山亞洲一號自動分揀系統分揀能力超過4萬件/小時，整個分揀中心日分揀能力超過100萬件，如此高的分揀能力對整個系統中每一個環節的要求也是相當高的，同樣必須具備與之匹配的作業效率，在這樣的系統中，一般都配置有大量的軌道搬運車系統（RGV）。

RGV是物料搬運環節的重要設備，其作業效率直接決定整個系統的處理能力，以往傳統的RGV系統多為直行軌道的單車或雙車系統，一般可滿足小區域的中低作業頻度，對于類似亞洲一號倉庫這樣動輒10萬平方米、超過10km輸送線的倉儲系統則需要環行軌道的多車系統才能滿足搬運需要，普通的不具備換軌能力的環軌多車系統因作業路徑固定、運行效率不高的原因不適合布置在大范圍物料搬運區域中，而具備大流量搬運能力的轉軌RGV系統則可以發揮路徑可變、作業靈活的優勢，滿足大范圍、多個庫區間進行大流量的物料搬運作業，是解決大型電商物流系統中物料輸送的重要技術手段（圖1）。 

圖1 大流量轉軌RGV系統

本文以昆船物流公司最新實施應用的寧波智能物流倉庫項目為例，說明大流量轉軌RGV系統在其中的應用和解決方案。該庫為大型電商華東區域中心庫，計容面積約25萬平方米，標準托盤貨位90896個，巷道堆垛機28臺，其中四樓的分選作業出入庫區域計容面積65024平方米，要求系統輸送能力≥469托盤/H；面對這樣高的系統能力要求，如果采用常用直行往復RGV和輸送機布局來完成物料輸送的功能，一來很難滿足系統能力指標，二來平面布局復雜，將帶來操作繁瑣、維護困難等問題，針對這些原因，我們采用了基于大流量轉軌RGV系統的解決方案。

二、設計內容簡述

在此解決方案中，我們在該項目四樓的堆垛機出入庫區和分選作業出入庫區域設置一套轉軌RGV系統；將1號庫分選作業區（11個站臺）、2號庫分選作業區（21個站臺）、3號庫巷道堆垛機出入庫區（56個站臺）、4號庫分選作業區（10個站臺）等四個庫區用一套大流量轉軌RGV系統貫穿起來，環線軌道全長860米，配置RGV小車54臺，并在作業功能及庫區的交界處設置了8個轉軌道岔裝置。為方便設備檢修，在1號庫和4號庫各設置有一段維修軌道以及一段備用維修、緩存段軌道，平面布置見圖2。

圖2  1號、4號庫平面布置圖

根據這個項目總體設計方案和功能要求，確定大流量轉軌RGV系統的控制原則是：整個控制系統分別由車輛調度管理子系統（WCS）、地面區域控制子系統、軌道供電及站臺控制子系統、車載控制子系統等各個子系統組成。

車輛調度管理子系統包括調度計算機、監控計算機、數據服務器等，負責與WMS系統交互、搬運任務分配、車輛路徑規劃、系統狀態監控等功能；

地面區域控制子系統主要由SC區域控制器 (SegmentController)、本地監控操作界面（LSI）、道岔控制器、波導通訊系統等組成，負責整個系統所有車輛、道岔的通訊管理、轉發WCS下發的車輛調度任務、控制車輛交通管理、道岔控制、監控本地個設備狀態等功能；

軌道供電及站臺控制子系統主要負責環線軌道的分段供電控制、道岔供電控制，以及車輛與各個庫區站臺的交互控制；

車載控制子系統由控制、驅動、通訊、檢測等單元組成，負責控制單臺RGV小車按照區域控制器SC的指令進行直線和彎道移動、裝卸貨等運行控制。

三、方案具體實施

為更好敘述本控制系統設計的上述控制目的、特征，下面通過附圖分別對該項目的大流量轉軌RGV系統的控制方案設計做進一步的詳細闡述。

1.系統布局

本項目覆蓋區域較大，RGV小車的數量較多，對軌道系統的供電要求較高，為確保所有運行區域的車輛供電可靠、運行正常，我們將整個860米RGV的運行軌道劃分為A～N的14個供電段，每個供電段按照60A容量配電，可保障約20輛RGV小車運行的供電需求，對于2個維修段也進行獨立供電；整個環行軌道被6個道岔劃分成5個邏輯環線，另外2個道岔用于移載進出維修段的小車；在每個道岔前段軌道的一定距離采用配合道岔狀態的聯鎖供電方式，確保RGV車輛在道岔位置運行安全；在項目平面內各個庫區設置有4部安全門以及若干個急停按鈕盒，其分別配合安全電路完成一定區域內的操作人員人身安全以及車輛運行安全；本項目RGV車輛均采用基于SWG波導通訊方式與SC區域控制器通訊，鑒于通訊距離所限，我們在整個環行軌道設置了6個AP接入點，劃分了6個SWG波導通訊區域，RGV小車在各通訊區域進行漫游和切換AP進行通訊。系統布局如圖3。

圖3 系統布局

2.系統通訊網絡架構

圖4 通訊架構

大流量轉軌RGV系統的各個子系統通過相應的網絡建立通訊連接，通訊架構如圖4：RGV任務調度管理系統的調度計算機、監控計算機，對整個系統不同區域的所有RGV小車進行調度管理和狀態監控，在整個系統共配置了2套SC區域控制器及LSI本地監控操作界面，各自負責所屬區域內所有車輛、道岔的通訊管理、轉發調度計算機下發的車輛調度任務、控制車輛交通管理、道岔控制，RGV調度計算機與SC區域控制器通過Ethernet/UDP進行通訊；系統中配置有1臺地面供電控制柜，通過Ethernet與調度計算機建立Socket通訊，負責環線軌道的分段供電控制、道岔供電控制，以及車輛與各個庫區站臺控制器的交互控制；系統中每臺小車均配置集成式車載控制器，根據調度指令執行行走、裝卸貨操作，車載控制器與SC區域控制器通過Ethernet/UDP進行通訊；系統中的8個道岔分別由各自的道岔控制器控制，道岔控制器與各區域的SC區域控制器通過Ethernet/UDP進行通訊。

3.RGV任務調度管理

分配合理的RGV小車實現不同站臺間的物料輸送，以最近、合理、有效原則進行任務分配，并實時對空車進行交通管制；同時對車輛信息、站臺信息、實時任務、歷史任務、故障報警進行管理， RGV任務調度管理軟件功能模塊組成見圖5。

圖5 RGV任務調度系統功能模塊

RGV任務調度管理采用任務到車的調度模式：系統自動適應任務狀態，根據任務量多少靈活變換調度模式，任務量少時只對目標點路徑上的車輛進行調度；任務飽和時（任務數≥相應區域內可運行車輛總數），每次從任務列表中取出n條對就近小車進行任務分配，離車太遠和太近任務不分配，動態的將最優距離的任務分配給車，減少小車空跑率。

調度管理系統直接對各個區域道岔進行控制，根據車輛當前位置和目標位置合理配置道岔方向，考慮系統最短路徑，不僅僅考慮單一RGV的最短路徑，在任務產生時，保證最近、有效的RGV執行該任務。

車輛避讓:判斷RGV-n-1小車裝卸貨站臺占用（或異常）, 造成該小車站臺裝卸異常，此時若后方RGV-n任務小車接近，則RGV-n-1小車需為RGV-n任務小車讓道；此時需判斷站臺占用或異常的判定時間，對避讓指令延時進行參數化，兼顧車輛有效載貨率和系統整體效率。

4.區域控制

本項目在整個地面控制系統采用了SEW公司的Maxolution技術，該技術主要由區域控制器（SC）、本地監控操作界面（LSI）、道岔控制器（MoviPro-PHE）、車載控制器（MoviPro-PHC）、MOVIVISION server調度軟件、波導通訊系統共同搭建一個設備層面的控制平臺；本項目使用的2個SC區域控制器為Maxolution系統核心單元，配置有MOVIVISION server調度軟件，對RGV小車進行底層的運行管理（含：運動定位、車輛跟隨及避碰），并負責車輛狀態的數據匯總、車輛參數配置、軌道參數的配置；并且還與RGV任務調度管理系統進行信息的交換，根據本區域的車輛實時狀況，將目標位置、起停等調度任務指令發送給指定的車載控制器，實現對不同的RGV小車的控制。

同一區域內進行分段管理：具有多車屬性的MVT段（Muti-Vehicle Track），可允許多輛車進入，多車段設置路徑單元TE（Track Element），有多少個TE就能管理多少輛車；而具有單車屬性的SVT段（Single Vehicle Track）則同時只允許一輛車進入。

單個SC區域控制器有控制規模及通訊距離的限制，故而本項目使用2個SC區域控制器進行分區域控制，兩個SC區域控制器各負責約一半的RGV作業區域,波導通訊接入點也分別按照各個區域接入各自的SC區域控制器；每個SC區域控制器根據車輛調度指令，結合本區域內的車輛狀態管理車輛任務調度；相鄰SC區域控制器之間進行車輛交接管理和任務傳遞，以及區域間車輛安全聯鎖控制（圖6）。

圖6 區域控制

現場的2臺LSI監控操作界面對整個Maxolution系統的狀態進行顯示監控，并提供相應系統、車輛參數的設置和修改接口，可以設置和修改軌道段、點等地圖屬性，也可以實時調整RGV小車、道岔控制的運行參數，并且實時監控和顯示軌道段點、車輛、道岔的狀態，且具備對于本區域的系統故障、報警的指示和復位功能，圖7為LSI監控操作界面及功能示意圖。

圖7 LSI監控操作界面及功能示意圖

5.道岔控制

環行軌道中的8個道岔分別由各自的道岔控制器（MoviPro-PHE）進行控制，道岔分為Drive-In合流道岔和Dirve-Out分流道岔兩種類型，針對不同類型，在道岔控制器里進行參數設置，與主軌道當中段的屬性相似，道岔也有進入車號、段號等屬性需配置；另外道岔的控制模式分為全局（Global）和本地（Local）兩種，Global模式時道岔變更由WCS調度管理系統直接控制，為Local模式時則由SC區域控制器控制。道岔管理及控制，如圖8。

圖8 道岔管理及控制圖

道岔鎖定距離（Activation distance）：當RGV小車被調度指令控制需要進入一個道岔時，設置道岔前段的一個安全距離，RGV小車進入這個距離之后，道岔被該小車占據，其他車輛不可再使用；

道岔沖突距離（Collision distance）：當RGV小車占據一個道岔后，在離開道岔之后，至少需要保證離開這個安全距離后，道岔才能允許另一個小車進入道岔。

6.車載控制

系統內所有RGV小車均使用MoviPro-PHC車載控制器，其采用高度集成化設計和安裝，是集成了PLC控制器、通訊處理器、位置采集接口、數字量IO接口、變頻驅動等的緊湊型單元，其集成化程度高，接口豐富（SBUS、EtherNet、ProfiBus、ProfiNet、 CAN等），接口全部采用IP67插接件連接方式，防護等級高，電氣安裝方便、空間占用小；各車載控制單元將本車的位置、載貨、空載、故障等各項狀態反饋給所在區域的SC區域控制器，并且根據所在區域的SC區域控制器的指令進行行走、加減速、輸送等操作，車載控制器可根據本車安全檢測器件保證自身運行安全；車載控制單元系統示意圖，如圖9。

圖9 智車載控制單元系統示意圖

7.車輛運行安全聯鎖

本項目轉軌RGV系統區域分布廣，設備數量多，各個設備（小車、道岔）的運行安全要求較高，基于此要求，控制系統在項目平面內各個庫區設置有4部安全門以及若干個區域急停按鈕盒，其分別配合安全電路完成一定區域內的操作人員人身安全以及車輛運行安全；安全門開關、區域急停按鈕開關均配置雙冗余觸點，信號接入安全繼電器，搭建符合ISO 13849-1安全標準的保護系統，安全繼電器信號由SC區域控制器采集，與道岔禁行及其他外圍安全控制信號一同作為地面區域安全運行信號，經過波導通訊系統反饋至RGV小車和道岔控制器，進行相應的安全聯鎖操作；

另外，每輛RGV小車的車載電控器件實時檢測穿梭車條碼位置檢測反饋異常、超速、貨姿異常等安全狀態，并及時中斷RGV小車運行，從而實現車輛自身的安全保護操作（圖10）。

圖10 車輛自身的安全保護操作

四、結語

目前這個項目智能物流倉庫的大流量轉軌RGV系統已經完成調試，投入試運行階段，并經過多次大流量壓力測試，該系統的各項性能和指標均達到技術方案的設計目的，可以滿足客戶在多庫區之間實現高效率的大流量物料搬運和分選的工藝要求，驗證了在大型電商倉儲物流項目中使用大流量轉軌RGV系統這種模式的合理適用性，也使轉軌RGV這種設備的整體應用進入了更高的階段，豐富了物流設備的產品線，在設備的安裝調試易用性、系統能力、故障診斷和維修便捷等方面都有較大程度的提高。

當今電商行業蓬勃發展，對各類自動化物流設備需求日益增加，為這類設備的發展和革新帶來了巨大的市場和機遇，而現在工業自動化發展的步伐越來越快，各項新技術、新工藝的開發應用也在不斷推陳出新，我們可以充分利用這些有利條件，不斷吸收和提煉，將這些有助于提高設備性能的技術結合應用到自動化物流設備的開發設計中，必然會對產品的良性發展產生推動，從而也對整個物流自動化行業的進步產生積極的影響。

總體上看，大流量轉軌RGV系統不論從應用理念還是實用效果上看，都能滿足當前電商倉儲物流輸送的實際需求，并且符合多批次、大流量、多種類物流輸送的發展方向，這樣的研發和應用，必然能為設備制造方和使用方帶來雙贏的良好局面。