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    2. 轉軌式堆垛機的控制系統

      作者:六維    發布于:2019年11月22日  

      引言

      堆垛機是隨著立體倉庫的出現而發展起來的專用的搬運設備,它在巷道中貨架間穿梭運行,將貨物從入庫口搬運至高層貨架的指定貨位,反之,將指定貨位的貨物搬運至巷道出庫口。它具有節約用地和人力、作業迅速準確等優點。

      堆垛機發展至今,功能和結構已經非常成熟,按軌道的形式可分為:直軌、彎軌、換軌及轉軌等。轉軌式堆垛機作業效率居中,其最主要的優點在于多個巷道配置少量堆垛機,可大幅度降低項目的投資,并且可以實現當一臺堆垛機出現故障時,其他堆垛機替代之完成作業,而不影響整個系統的運行。本文以六維物流承建的一座自動化立體倉庫為基礎,將其轉軌式堆垛機的控制系統加以說明。

      1 轉軌式堆垛機的基本結構

      轉軌式堆垛機系統一般由多個巷道、一臺或幾臺轉軌式堆垛機、一個或多個轉軌裝置及其它周邊輸送設備等組成。(如圖)轉軌式巷道堆垛機(包括轉軌機構)和普通的有軌巷道堆垛機相比,除了有共同的三維運行機構——水平行走機構、升降機構、貨叉伸縮機構以外,還包括有不同的行走驅動轉向機構、轉軌動作機構、滑觸供電裝置等。

      1.1行走驅動轉向機構

      轉軌式堆垛機的上下橫梁上分別采用兩套萬向輪機構實現轉彎,由于彎道處的轉彎半徑較小,為保證彎道運行平穩、無卡阻現場特設計了行走雙輪驅動。

      1.2轉軌動作機構

      轉軌機構采用電機驅動,主要由固定于地面上的底座、帶對接軌道的活動板、驅動裝置、傳動裝置、控制系統等組成。依靠轉軌裝置,使堆垛機進入不同的巷道完成作業。(如圖)


      1.3滑觸供電裝置

      和一般的有軌巷道堆垛機相比,轉軌式堆垛機采用兩套集電器,分別固定在可以轉向的行走驅動裝置上,另外,轉軌機構采用與固定在貨架上滑觸線的同一電源單獨供電,從而保證堆垛機行走在任何位置都能安全取電。

      2 控制系統

      整個控制系統分為兩個部分,轉軌機構(包括其它輸送及搬運設備)控制系統和堆垛機機控制系統。轉軌機構控制系統通過無線以太網與堆垛機控制系統實時交換數據。

      2.1作業流程

      堆垛機控制系統查詢轉軌機構的狀態信息,按照作業指令的要求,向轉軌機構控制系統發出轉軌申請;轉軌機構控制系統根據轉軌申請,控制轉軌機構動作;堆垛機控制系統根據作業指令的要求行走于不同的巷道間完成作業任務,并將任務及狀態信息反饋給轉軌機構控制系統。作業流程如下:

      2.2控制方式

      轉軌堆垛機采用聯機及本機控制方式,本機控制方式又包含:本機自動、半自動、手動及維修方式。聯機控制方式是在WCS控制下的自動作業方式,接收上位機的作業指令,完成相應的任務,并實時反饋作業及狀態信息;本機控制方式是在堆垛機上通過HMI操作堆垛機的控制方式,可輸入作業指令,亦可通過按鈕完成相應的作業及動作。其中,維修方式用于在安裝、調試及出項故障時一種強制性的控制方式,設備點動低速運行,大部分鎖定及檢測失效。

      2.3硬件配置

      轉軌機構控制系統和堆垛機機控制系統分別由PLCHMI控制,采用以PLC為核心,配以變頻器、低壓電器、各種傳感器及網絡設備等組成一套完整的控制系統。

      轉軌堆垛機機行走的兩臺電機、升降及貨叉分別采用變頻器控制,無極變速。位置及速度控制采用條碼及編碼器。

      2.4位置控制

      轉軌堆垛機的行走、升降、貨叉均需要精確的位置控制。位置控制就是根據作業指令的要求確定下一個定位點,根據設備或機構的當前位置確定運行方向,PLC通過變頻器驅動電機運行,依靠傳感器檢測,完成位置控制。

      行走及升降采用條碼定位。條碼定位是一個集曲線長距離定位、條碼讀取快速精確、運行速度可控等諸多優點于一身的新型測量與定位系統。通過條碼閱讀器讀取條碼,通過內置解碼器輸出當前的位置信息。尤其適合彎道,環形巷道,或一個軌道上有多臺設備的系統,認址精度高。

      貨叉定位采用編碼器定位。通過編碼器反饋的脈沖數進行位置控制。  

      2.5速度控制

      堆垛機的作業效率主要取決于運行速度及加減速度,堆垛機又窄又高,如何達到快速啟動、高速運行、平穩停車是系統的關鍵。我們在建立數學模型、仿真、無數次項目實施與驗證的基礎上,總結出了適合堆垛機運行的V/S特性曲線。(如圖)

      另外,由于轉軌堆垛機行走是雙輪驅動的,我們采用的是主從控制方式,即一臺電機的輸出轉速,經過計算后,作為另一臺給定。保證了前后輪速度的匹配。直線行走時,前后輪以相同的速度運行;轉彎時,按計算的數比進行設定。(如圖)

        

      2.6安全保護

      堆垛機在狹窄的巷道內穿梭運行,為了保護人身、設備及貨物的安全,必須在電氣控制上采用一系列的連鎖及保護措施。

      轉軌式堆垛機除了具備常用堆垛機的安全保護功能,如:限位、聲光報警、急停、松繩、斷電、探測、超載、尺寸檢測、電氣連鎖外,還必需具備轉軌機構的位置確認功能,即無論在任何控制方式下,堆垛機如需經過轉軌機構,必需確認并鎖定轉軌裝置,并在堆垛機的下橫梁前后兩端增加軌道檢測裝置,確保設備安全。  

      結束語

      本轉軌堆垛機的控制系統,融匯了物流工程、信息與通信工程機械電子工程計算機科學與技術等多學科的內容。目前,該系統已成功應用于六維物流的自動化立體倉庫項目中,運行良好,得到了用戶的好評。另外,由于轉軌堆垛機系統可以大幅度節約項目建設投資、減少項目建設風險,將在未來的物流系統中得到廣泛的應用。 




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