转轨式堆垛机的控制系统

作者:六维    发布于:2014年12月22日  

引言

堆垛机是随着立体仓库的出现而发展起来的专用的搬运设备,它在巷道中货架间穿梭运行,将货物从入库口搬运至高层货架的指定货位,反之,将指定货位的货物搬运至巷道出库口。它具有节约用地和人力、作业迅速准确等优点。

堆垛机发展至今,功能和结构已经非常成熟,按轨道的形式可分为:直轨、弯轨、换轨及转轨等。转轨式堆垛机作业效率居中,其最主要的优点在于多个巷道配置少量堆垛机,可大幅度降低项目的投资,并且可以实现当一台堆垛机出现故障时,其他堆垛机替代之完成作业,而不影响整个系统的运行。本文以六维物流承建的一座自动化立体仓库为基础,将其转轨式堆垛机的控制系统加以说明。

1 转轨式堆垛机的基本结构

转轨式堆垛机系统一般由多个巷道、一台或几台转轨式堆垛机、一个或多个转轨装置及其它周边输送设备等组成。(如图)转轨式巷道堆垛机(包括转轨机构)和普通的有轨巷道堆垛机相比,除了有共同的三维运行机构——水平行走机构、升降机构、货叉伸缩机构以外,还包括有不同的行走驱动转向机构、转轨动作机构、滑触供电装置等。

1.1行走驱动转向机构

转轨式堆垛机的上下横梁上分别采用两套万向轮机构实现转弯,由于弯道处的转弯半径较小,为保证弯道运行平稳、无卡阻现场特设计了行走双轮驱动。

1.2转轨动作机构

转轨机构采用电机驱动,主要由固定于地面上的底座、带对接轨道的活动板、驱动装置、传动装置、控制系统等组成。依靠转轨装置,使堆垛机进入不同的巷道完成作业。(如图)


1.3滑触供电装置

和一般的有轨巷道堆垛机相比,转轨式堆垛机采用两套集电器,分别固定在可以转向的行走驱动装置上,另外,转轨机构采用与固定在货架上滑触线的同一电源单独供电,从而保证堆垛机行走在任何位置都能安全取电。


2 控制系统

整个控制系统分为两个部分,转轨机构(包括其它输送及搬运设备)控制系统和堆垛机机控制系统。转轨机构控制系统通过无线以太网与堆垛机控制系统实时交换数据。

2.1作业流程

堆垛机控制系统查询转轨机构的状态信息,按照作业指令的要求,向转轨机构控制系统发出转轨申请;转轨机构控制系统根据转轨申请,控制转轨机构动作;堆垛机控制系统根据作业指令的要求行走于不同的巷道间完成作业任务,并将任务及状态信息反馈给转轨机构控制系统。作业流程如下:

2.2控制方式

转轨堆垛机采用联机及本机控制方式,本机控制方式又包含:本机自动、半自动、手动及维修方式。联机控制方式是在WCS控制下的自动作业方式,接收上位机的作业指令,完成相应的任务,并实时反馈作业及状态信息;本机控制方式是在堆垛机上通过HMI操作堆垛机的控制方式,可输入作业指令,亦可通过按钮完成相应的作业及动作。其中,维修方式用于在安装、调试及出项故障时一种强制性的控制方式,设备点动低速运行,大部分锁定及检测失效。

2.3硬件配置

转轨机构控制系统和堆垛机机控制系统分别由PLCHMI控制,采用以PLC为核心,配以变频器、低压电器、各种传感器及网络设备等组成一套完整的控制系统。

转轨堆垛机机行走的两台电机、升降及货叉分别采用变频器控制,无极变速。位置及速度控制采用条码及编码器。

2.4位置控制

转轨堆垛机的行走、升降、货叉均需要精确的位置控制。位置控制就是根据作业指令的要求确定下一个定位点,根据设备或机构的当前位置确定运行方向,PLC通过变频器驱动电机运行,依靠传感器检测,完成位置控制。

行走及升降采用条码定位。条码定位是一个集曲线长距离定位、条码读取快速精确、运行速度可控等诸多优点于一身的新型测量与定位系统。通过条码阅读器读取条码,通过内置解码器输出当前的位置信息。尤其适合弯道,环形巷道,或一个轨道上有多台设备的系统,认址精度高。

货叉定位采用编码器定位。通过编码器反馈的脉冲数进行位置控制。


2.5速度控制

堆垛机的作业效率主要取决于运行速度及加减速度,堆垛机又窄又高,如何达到快速启动、高速运行、平稳停车是系统的关键。我们在建立数学模型、仿真、无数次项目实施与验证的基础上,总结出了适合堆垛机运行的V/S特性曲线。(如图)


另外,由于转轨堆垛机行走是双轮驱动的,我们采用的是主从控制方式,即一台电机的输出转速,经过计算后,作为另一台给定。保证了前后轮速度的匹配。直线行走时,前后轮以相同的速度运行;转弯时,按计算的数比进行设定。(如图)


2.6安全保护

堆垛机在狭窄的巷道内穿梭运行,为了保护人身、设备及货物的安全,必须在电气控制上采用一系列的连锁及保护措施。


转轨式堆垛机除了具备常用堆垛机的安全保护功能,如:限位、声光报警、急停、松绳、断电、探测、超载、尺寸检测、电气连锁外,还必需具备转轨机构的位置确认功能,即无论在任何控制方式下,堆垛机如需经过转轨机构,必需确认并锁定转轨装置,并在堆垛机的下横梁前后两端增加轨道检测装置,确保设备安全。


结束语

本转轨堆垛机的控制系统,融汇了物流工程、信息与通信工程机械电子工程计算机科学与技术等多学科的内容。目前,该系统已成功应用于六维物流的自动化立体仓库项目中,运行良好,得到了用户的好评。另外,由于转轨堆垛机系统可以大幅度节约项目建设投资、减少项目建设风险,将在未来的物流系统中得到广泛的应用。




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