自動化立體倉庫控制系統設計

翟世勇

自動化立體倉庫作為現代化物流系統中的重要組成部分,是一種多層存放貨物的高架倉庫系統,系統能按指令自動完成貨物的存取作業,并能對庫存的貨物進行自動化管理,是企業實現現代化管理的重要手段。

1.自動化立體倉庫的優點:

(1) 提高勞動效率,降低勞動強度。它與平庫相比,可節約70%的勞動力。

(2) 節約庫存占地面積,提高儲存點的空間利用率。它與平庫相比,可節約70%的占地面積。

(3) 增加貨物儲存的周轉速度,加速儲備資金周轉。

(4) 降低貨物破損率,提高企業生產的應變能力。

(5) 改善工作環境,保證安全操作,促進文明生產。

(6) 計算機自動分配貨位,便于庫存物品的及時準確提取。

(7) 可設置最低庫存量和油封期報警。

(8) 可隨時進行庫存盤點、打印報表。

2 .簡述自動化立體倉庫的構成

自動化立體倉庫由庫房、貨架、托盤、堆垛機、自動控制與信息傳輸裝置,計算機和輸送機等外圍設備組成。該自動化立體倉庫由8排貨架、4臺堆垛機、4臺電動出入庫臺車、控制室組成。每行貨架分隔成標準的存貯單元,上放托盤,每兩行貨架間留有巷道,巷道上有堆垛機,堆垛機其作用是實現對托盤進行水平和垂直的搬運。堆垛機在巷道上固定的天軌地軌間運行,兩端都有限位開關和防越位撞頭。巷道端(原點)設有電動出入庫臺車。

庫內設有控制室,室內安裝計算機監控系統,其任務是根據管理軟件自動分配的作業地址信息,按運行時間最短、作業間隙的合理分配等原則對作業順序進行優化排定,數據處理后向堆垛機、出入庫臺車等主要機電設備的控制器分發作業命令;系統實時接收控制級的信息反饋,并對主要設備的運行位置、作業狀態和運行故障等狀態信息進行動態顯示。

3自動化立體倉庫控制系統

自動化立體倉庫控制系統的主要任務是控制堆垛機及電動出入庫臺車,根據立體倉庫的工藝動作要求,能夠實現自動的存取貨物,并保證系統可靠安全平穩的運行。

3.1自動化立體倉庫控制系統的拓撲結構

自動化立體倉庫控制系統主要由兩部分組成:地面部分和堆垛機部分。

本系統最大的特點通過高速PLC和高速通訊網絡對系統進行控制,在整個網絡系統當中各個子系統是獨立運行的,一個系統出現故障不影響其他系統。

3.2地面部分

地面部分由一套西門子S7-300PLC、變頻器、觸摸屏及附屬電氣元件構成,其功能是:

(1)控制出入貨臺車(驅動為變頻器,以減少停止時的沖擊,防止托盤位置移動)。

(2)檢測入貨高度,超高的貨物不能入庫。測高采用鏡反射光電開關。

(3)監視光柵幕信號,堆垛機運行時,防止人員進入,杜絕人身傷害。

(4)通過西門子MPI通訊方式與計算機監控系統通訊,接收計算機監控系統的控制指令,并將控制系統的狀態(包括堆垛機的狀態)發送給監控系統。

(5)通過西門子PROFIBUS-DP通訊方式與堆垛機通訊,將控制指令發送給堆垛機,讀取堆垛機的狀態。

(6)人機界面由觸摸屏和按鈕開關組成,作用是控制臺車并通過堆垛機部分選擇的聯機觸摸屏操作方式在這里控制所有堆垛機;可顯示控制系統整體狀態。

3.3堆垛機部分

堆垛機是自動化立體倉庫的主要作業機械,擔負著出庫、入庫、盤庫等任務,是自動化立體倉庫的核心部件,自動化立體倉庫控制的發展就是以堆垛機的發展為標志的,目前巷道式堆垛機為主要發展方向。本系統選用的就是巷道式堆垛機。

3.3.1堆垛機的工作原理

行走電機通過驅動軸帶動車輪,使堆垛機在導軌上做水平行走;提升電機通過鏈條帶動載貨臺做垂直升降;載貨臺上的貨叉電機驅動貨叉左右伸縮。通過上述三維運動可將指定位置的貨物取出或將貨物送入指定位置。

3.3.2堆垛機控制系統的功能

(1) 動作控制:水平、垂直、左右方向的運行;

(2)位置控制:以適合的速度運行并精確的定位在貨格或入出庫口處;

(3)通訊功能:與地面部分通訊及用通訊的方式控制自身設備(變頻器、激光測距儀);

(4)檢測及保護功能:對貨架和載貨臺有無貨物的檢測,超載檢測,極限位置減速及極限位置斷電等保護;

(5)人機界面:由觸摸屏提供本機各種操作方式的選擇,直截操作本機動作,顯示本機狀態。

3.3.3堆垛機控制系統的原理

(1) 控制系統結構

堆垛機的行列行走和升降臺運動采用了交流電機變頻調速,配有電磁制動器,由觸摸屏進行操作并顯示運行狀態。

(2) 位置確定

正確可靠地存取貨箱,準確地認址定位是關鍵。

本系統水平方向采用激光測距的絕對認址方式,激光測距儀采用SICK公司DME5000系列產品,它具有以下性能。 激光源:可見紅光。 測量范圍:0.1~130m。 分辨率:2mm。 最大運行速度:3m/s。 接口形式:PROFIBUS-DP。

(3) 變頻器的選擇

由于精確定位的要求,變頻器需要在較低的頻率下運行,為了在電機低頻運行時速度精確穩定并提供足夠的轉矩、保證垂直運行的載貨臺不會因轉矩不夠而下墜,垂直電機的變頻器采用速度閉環矢量控制方式;水平及貨叉的變頻器采用開環矢量控制方式。水平電機和貨叉電機不同時運行,可使用同一臺變頻器,由兩個交流接觸器來進行切換。

(4) 檢測及保護

在堆垛機上安裝檢測載貨臺及貨位有無貨物的漫反射光電開關。當貨位有貨時,系統會拒絕再次在此貨位存入貨物;同理,堆垛機上有貨時,系統將不允許伸叉取貨。

由于堆垛機是屬于在軌道上的高速運行物體,因此必須設有雙保險裝置。例如當載貨臺向上運行超出最高層一定距離時,上限位開關動作,載貨臺將停止向上運行;如果繼續向上運行,緊急限位開關動作,系統將切斷其電源。

(5) 電源供電

對于運行物體系統的供電是一個關鍵問題。本系統采用滑觸線的供電方式,選用進口滑觸線通過雙集電器與堆垛機進行電連接,保證供電的可靠性,系統具有節省電纜、美觀、安裝維護方便的特點。

自動化物流倉儲設備的技術進步,主要依賴于信息技術、計算機技術和控制技術的發展。本系統作為典型的機電一體化設備,其技術水平很大一部分體現在控制系統的先進性,本系統設計的基本出發點是實用性和先進性相結合,在保證系統實用能力的前提下體現技術的先進性,并為系統的進一步技術升級完善預留接口。□(編輯/李舶)