条码定位技术在U型巷道堆垛机系统中的应用

摘要：

条形码定位系统(BPS)是一种新型的测量与定位系统。可实现直线及曲线定位。BPS定位系统在自动化立体仓库中的应用表明，该系统使用简单，反应速度快。重复定位精度高，抗震性强。是一种较好的曲线定位解决方案。

关键词：

条形码定位系统、矢量变频器、U型巷道堆垛机、PLG

随着有轨巷道堆垛机的应用日益普及，堆垛机的形式也趋于多样性和针对性。为满足不同的客户需求，堆垛机的运行轨迹已不仅仅局限于直线轨道。U型轨道、S型轨道、环型轨道(多用于巷道穿梭车)将越来越广泛。对于这些曲线运行轨迹的设备，激光测距的认址形式已不能满足定位要求。编码器由于受机械结构和易产生积累误差的限制，也不能完全满足高精度、高准确性的曲线定位要求。 　针对这一现象，引入条形码定位系统(BPS)，很好地解决了上述问题。基于条形码定位系统自身显著的特点，近年来，它在自动化立体仓库中得广泛的应用，并有取代激光测距认址系统之势，是一种性能良好的绝对认址形式。图1为条码定位系统的条码带和读取头。

BPS的技术优势

BPS发出的光束同时扫描3～4个条形码，每个条码之间的绝对间隔距离为4mm。一般来说，BPS的距离计算是以读码器的中心位置为基点。 　在实际应用中，BPS具有如下优势： 　1　相对于旋转编码器具有极高的测量精度，定位精度可达1mm； 　2　可应用于曲线和斜坡的绝对值定位； 　3　可分隔条码带，只在需要测量的位置安装条码带； 　4　安全可靠，每次读取3个或4个条码，计算出实际距离值； 　5　内置速度控制功能，可方便地监测设备的实际运行速度； 　6　最高速度测量速度达7m／s，可以满足目前大部分堆垛机的控制要求； 　7　最大测量距离达10000米； 　8　特殊材料条码带，具有较强的抗腐蚀功能。并且安装方便，不需使用安装工具。

目前在U型有轨巷道堆垛机的电控制系统中，多采用BPS定位系统+物理校准的定位技术。结合PLC控制、矢量变频器、Profibus-DP网络控制的应用，实现堆垛机的绝对认址，线性速度调节，同时实现了平滑调速的控制性能。 下面以具体项目为例，对应用BPS定位系统的堆垛机进行说明。

自动化立体库设备构成

某立体库为电机成品周转库，由4个巷道、2道堆垛机、4个出货台车构成，如图2所示。其控制系统依然采用典型的管理、监控及现场设备控制三层结构，在Server服务器、工控机和终端计算机上进行作业任务操作。

堆垛机电控系统配置

堆垛机的主控制PLC采用CPU 313C-2DP型，带有集成数字量输入／输出和Profibus-DP主站／从站接口。将行走和提升方向用的BPS条码定位系统及变频器，均通过相应的DP模块联到同一Profibus-DP总线上，集中由PLC控制。由于用户对无线以太网的限制，这里采用红外通讯单元，实现堆垛机与地面总控制系统的通讯(为了实现u型轨的通讯，地面必须设置两套红外通讯)。 　堆垛机的行走方向和提升方向的认址形式相同，采用BPS系统定位+物理校准(在每层、列货格的停准位置安装校准标识)。在安装时应注意，BPS阅读器与条码带之间保持一定角度，才能可靠地工作，如图3所示。 　堆垛机控制PLC的硬件组态如图4。 　这里以行走方向的BPS定位为例，硬件组态后，将其BPS系统所测的距离值M1写入PLC的IDl00中，速度值M20写入IDl04。具体的测距单位，可根据需要在DP从站属性中设置，BPS的DP地址要在其接口模块中，通过拨码开关进行设定。 　堆垛机在做初始化设定时，PLC通过BPS定位系统，将其出入台车和每列货格距离的绝对地址数据读出，并保存到PLC内部相对应的数据块，最终形成一张列的地址数据表，作为堆垛机行走方向定位的比较。 　堆垛机的作业过程是：当堆垛机接受到上位监控机或触摸屏下达的作业指令时，PLC接受指令，并把指令数据装入作业地址，从列的地址数据表中调出相应的目标列地址数据L(x)，同时通过BPS读取堆垛机当前实际位置值L(m)一IDl00。采集到这些数据后，经PLC内部自动计算与处理，得到目的列距离L(x)与当前距离L(m)的差值L。如差值为正数，堆垛机应前进运行，为负值时，堆垛机应后退运行。

目的列距离L(x)是固定不变的，随着堆垛机的运行，当前距离L(m)变化，差值L相继发生连续的变化。PLC将L与变频器的给定频率之间建立起数学函数关系式。将计算后的给定频率，通过DP总线实时传送至变频器，无级地调节变频器的输出频率，达到堆垛机无级调速的目的。其频率(即堆垛机的速度)的给定和运行距离的关系如图5所示。 　在堆垛机转弯时，要控制堆垛机进入低速区，防止堆垛机弯道处脱轨。同时，可以根据BPS速度值M20的数据区IDl04，来监控堆垛机是否处于安全速度区，如过速检出时，应减小变频器的给定频率，将堆垛机调整至安全运行速度范围内。

BPS定位系统在自动化立体仓库中的实际应用表明，该系统使用简单，安装方便，而且反应速度快，重复定位精度高，抗震性强，是一种较好的曲线定位解决方案。