堆垛機速度優化控制研究

2010-12-31 00:00:00呂全海

職業·下旬 2010年11期

倉儲物流系統中，堆垛機是主體，而堆垛機的速度控制則是整個系統控制的關鍵。堆垛機的運行速度與倉庫的生產效率密切相關。堆垛機在巷道中主要有以下運動:堆垛機沿巷道的前后運動、載貨臺沿立柱的上下運動和貨叉左右伸縮以存取貨的運動。

在小型倉儲物流系統中一般采用相對認址的方式，相對認址的優點是成本低，但是穩定性不是很好。

堆垛機的速度控制系統是倉儲物流系統中的核心部分，只有達到最好的運行效果，才能達到最好的認址，從而提高整個系統的效率和精度。堆垛機的控制系統選用德國西門子可編程控制器，Siemens 440變頻器以及若干電機等組，電機分別用來驅動堆垛機前后運動、載貨臺升降以及貨叉的伸縮運動。

一、堆垛機的速度控制方式選擇

堆垛機的貨叉運動由可編程控制器直接控制，由于其運行路程較短，故采用恒低速控制，載貨臺用雙速電機進行變速，高速為5～10m/min，接近貨位前一地址時速度降為3m/min。堆垛機沿巷道的前后運動，行程長，為了提高出入庫頻率，采用變頻調速進行控制。

二、堆垛機的運行曲線

堆垛機運行一般由高速、中速到爬行速度，直至最后停車，爬行速度就是我們一般所說的低速。其速度曲線如圖1所示。

圖1所示的理想運動狀態下的運行曲線圖有以下的特點:

在0～T1、T2～T3時，曲線不是直線，而是拋物線，只有是拋物線的狀態下堆垛機才能實現準確的快速啟動和制動，并且不易發生故障。堆垛機的高速、中速通常由運行驅動機構的特性及出入庫頻率決定，而爬行速度一般是以滿足停準精度為目的進行估算。結合確定最佳爬行速度的公式，本文中確定的高速是20m/min，中速是10 m/min，爬行速度即低速是5 m/min。

現階段，小型倉儲物流系統一般采用梯形速度控制曲線，這種情況下，在速度的拐點處，加速度和速度變化率將會是無窮大(正或負)，在其它時刻則為零。為了避免這種情況的出現，我們在硬件和軟件上分別采取一定的措施來盡量的達到圖1中理想的效果。

三、堆垛機的變頻調速控制及其軟硬件的實現

1.軟件的實現

可編程控制器(PLC)根據貨單計算目標地址和堆垛機位置之差n，然后控制變頻器的運行速度。我們可以假設目標地址到堆垛機的距離為n。列出圖2的PLC控制程序流程圖。

圖2 PLC控制程序流程圖

2.硬件的實現

堆垛機的加速度變化規律即為電動機的電流變化率，通過對電動機電流的最優控制可以實現對堆垛機速度的最優控制。采用Siemens 440 變頻器來控制電機的啟動以控制堆垛機的制動，改變電動機的電流以改變堆垛機的加速度來實現堆垛機的速度控制。根據圖1可以知道:應該避免設定值信號出現突然的變化情況，采用具有圓弧時間的斜坡曲線對堆垛機的速度進行控制，減少啟動和制動時對機械設備的沖擊應力和損壞。但采用斜坡曲線的缺點是堆垛機啟動和制動的時間相應地會增加。

在使用Siemens 440的時候，可以進行如下設置:

P1130=5.0，斜坡上升起始段圓弧時間，在圖1中即為0～T1;

P1131=5.0，斜坡上升結束段圓弧時間，在圖1中即為T2～T3;

P1134=0，表示連續平滑(無突變)。

上述設置中圓弧時間的時間單位是秒。

P1002=5m/min;

P1003=10m/min;

P1004=20m/min。

在機械上我們采取以下的措施以防止堆垛機在啟動或者制動時產生的共振和噪聲，以達到堆垛機在最佳運行曲線運行的最好效果;

因為堆垛機、貨架和運行軌道是一個有機的整體，為避免共振，三者應該采取不同方式的特殊隔振措施;

堆垛機整體構件設計均采用型材，以提高剛度，減輕自重;

合理設計軸系結構，避免共振的轉速。