自动化立体仓库堆垛机控制系统探究

摘要：堆垛机是自动化立体仓库中重要的起重堆垛设备，本文介绍了自动化立体仓库系统的概念，堆垛机控制原理，在此基础上分析了堆垛机关键控制技术，指出堆垛机结构简洁、美观具有广阔的实际应用前景。

关键词：自动化立体仓库；堆垛机；控制

1.自动化立体仓库系统

自动化立体库采用立体式多层货架、托盘或货箱存储单元化商品,以巷道式起重搬运设备在计算机及通讯设备的监控下进行自动寻址、对位、存取货物,其运动轨迹在三维空间内按计算机指令运作,并配合其他传送机械设备完成出入库和存货作业。立体仓库是相对于“平台库”和“楼板库”而言的立体存货的高层仓库,可分为简易式立体库、半自动化立体库和全自动化立体库等类型。自动化立体库是机械和电气、强电控制和弱电控制相结合的产物。自动化立体仓库的控制对象是自动输送机系统、自动分拣机系统、自动堆垛机、AGV及其他自动化设备等。采用4级计算机分布式控制,分为仓储管理子系统、数据采集子系统、监控调度子系统和下位控制执行子系统。

自动化立体仓库系统主要由货物储存系统、货物存取和传送系统、控制和管理系统组成,与之配套的有供电系统、空调系统、消防报警系统、称重计量系统、信息通信系统。巷道堆垛机是自动化仓库中最主要的设备,它通过对货物进行存、取和转移,完成入库、出库的倒库能。堆垛机具有运行机构、起升机构、货叉伸缩机构。运行机构与起升机构使堆垛机到达指定货位。货叉伸缩机构与起升组合完成存取作业。这3大机构由堆垛机的自动控制系统控制。自动控制系统对于堆垛机至关重要。在设计堆垛机的自动控制系统时,首先必须解决堆垛机的自动停位问题,即它必须具备自动确认地址及快速精确定位的功能。

2.堆垛机的控制原理

从控制原理上来说，堆垛机的工作方式共有三种，分别为自动工作方式（即上位机计算机控制工作方式）手动工作方式以及堆垛机检修方式，可以通过堆垛机控制柜内的旋转开关来选择。

（1）自动工作方式

在自动控制工作方式下，堆垛机与上位机即立体仓库的管理计算机进行通讯，由计算机对其发出控制命令，堆垛机接受命令并按照相应的指令进行工作。并且，在工作过程中，随时将各种信息通过数据总线传送到管理计算机，包括执行过程，执行结果等，如果堆垛机因为故障等原因不能完成相应的动作，则将故障原因传送到计算机，由计算机对故障进行诊断和处理。

（2）手动工作方式

手动工作方式是由人工控制，通过在堆垛机控制柜内点动相应的操作按钮完成的，在堆垛机控制柜内，通过相应的旋钮选择要执行的动作，然后，按下执行按钮，堆垛机即按照存储在PLC中的动作过程执行相应的动作，从而在人的监控作用下完成取货和放货动作，在堆垛机的控制系统中，可以进行的操作包括水平行走动作，升降台的升降动作，以及货叉的伸缩动作，通过这三个动作的组合，结合货位的选择，堆垛机可以完成相应的取货和存货动作。

（3）检修方式

检修方式是用于堆垛机在安装和调试过程中以及堆垛机出现故障时，由人工操作的一种控制方式，这种控制方式与手动工作方式类似，也是在堆垛机控制柜内手动操作完成的，但是从安全性方面考虑，检修方式下所有的动作都是以最低速的形式运行的。并且，在动作过程中检测系统的故障因素，将检测结果显示出来或者通过数据总线传送到管理计算机中进行分析处理。

3.堆垛机关键控制技术

由于堆垛机一般由监控机通过PLC实现无人控制高速运行,因此其认址定位精度、速度控制、安全问题、货单执行顺序优化问题就显得尤为重要。

3.1认址定位技术

堆垛机要准确可靠运行,认址定位技术是关键。目前主要采用的认址技术一般为光电认址和激光测距仪认址。光电认址实现简单,价格适宜,是目前采用最多的认址方式。

通常采用的认址结构有单光电认址和双光电认址。对于拣选式自动化仓库,堆垛机运行到目的货位后,由操作员实行货物的人工拣选,因此认址主要要求计数准确,对认址精度要求不高,通常可采用单光电认址。以列计数为例,堆垛机每前进一个货格,光电开关被挡住一次,列计数加1,同理,每后退一个货格,列计数减1。堆垛机运行到位后,由于惯性和系统柔韧性,堆垛机会发生不同程度的来回抖动,这时应加到位计数屏蔽功能,在堆垛机起动运行时加入短时间的计数屏蔽功能。PLC认址梯形图如图4。对于单元式自动化仓库,由于堆垛机到位后要伸叉取放货箱,所以对认址精度要求较高,此时可采用两个光电组成的认址方式,一个光电用于前进计数,另一个用于后退计数。

光电认址的稳定性与认址片结构、认址算法和堆垛机的运行速度有关。当光电认址不准确时,根据工程设计经验,有可能是干扰信号过强,应对光电信号进行时间滤波。激光测距仪认址精确,尤其适合运行速度很高的堆垛机,但价格相对较高,不适合弯道认址。通常在堆垛机上安装激光发射仪,堆垛机运行时,激光发射仪发出的信号被位于巷道口的反射板反射回发射仪,利用激光返回的时间差计算堆垛机到巷道口的距离。

3.2速度控制技术

速度控制要根据固定货架的宽度、堆垛机具体运行速度和具体认址定位方式确定,根据与目的货位的远近可将列运行设定为高、中、低速,层运行设定为高速和低速。以层运行为例,设目的层与堆垛机当前层差值为s,设高速为vH,低速为vL,正值表示电机正转,堆垛机上升,负值表示电机负转, 堆垛机下降。在工程实际应用中,有以下几点值得注意。

a.由于惯性,堆垛机由高速变为中速或中速变为低速要有一个过程,具体减速时间和减速加速度要由变频器的参数设定。如果参数设置不准确,堆垛机在到位停止时,有可能中速变低速的减速过程仍没有结束,堆垛机以比较高的速度抱闸停车,影响机械寿命。

b.为保护变频器,堆垛机报闸停止后(包括暂停和急停),短时间内不能在相反的方向运行。

c.为防止堆垛机冲出巷道口,在离巷道口一定距离处安装磁开关,使堆垛机在离巷道口一定距离处强制换低速,在运行轨道的端点应装有防撞头。

4、安全保护措施

为了保证系统运行的安全可靠,设置了以下安全保护措施:

(1)断绳保护:堆垛机提升钢丝绳断裂时,切断电机和电机制动器的电源,使电机停止转动,防止载货台下降。

(2)限位保护:堆垛机装有运行终端限位器,当堆垛机接近两端极限位置或载货台接近上下极限位置时,该装置能自动切断行走电机或提升电机的电源。

(3)限速保护:堆垛机装有运行终端限速器,当堆垛机行驶接近运行终端限位器时,能自动切换为低速。

(4)联锁保护:各种运行方式间互锁,保证某一时刻,只允许一种运行方式。另外,堆垛机行走、载货台升降和货叉运行间也采用了互锁。

总之堆垛机控制系统，在自动化立体仓库中得到了成功的应用,整个系统操作简单,能有效减少操作员的误操作,堆垛机运行平稳,作业效率高，前景广阔。■

参考文献

[1]汪国春．自动化立体仓库堆垛机控制系统的设计［J］．起重运输机械，2008（10）

[2]胡赤兵，芦俊，梅丽文，等．邮包自动化立体仓库的设计与管理系统设计［J］．佳工机电网，2007（1）