巷道式堆垛機自控系統設計中有關問題的研究

潘琛 楊亞斌 牛力龍

摘 要：本文分析了巷道式堆垛機自控系統設計期間存在的主要問題，在信息顯示、作業地址、定位方法以及作業指令的輸入方法等方面進行了有效解決，提出了自己的設計方案與觀點，以期為此后巷道式堆垛機的設計工作提供更多的借鑒依據。

關鍵詞：巷道式；堆垛機；自控系統；問題；設計

1.巷道式堆垛機信息顯示、作業地址以及作業指令的輸入方法

巷道式堆垛機的信息顯示、作業地址、指令輸入方法存在多種，但信息的顯示一般通過發光二極管完成，比如診斷故障代碼等。輸入作業地址利用撥碼開關完成，此種方法的原理較為簡答，但一旦元件發生損壞問題，則無法準確顯示信息。撥碼開關無法校地址信息，一般在使用2-3年后，便會出現觸點氧化問題，增大電阻，降低工作電壓，以致電流較小，造成撥碼開關的數值與PLC輸入并不一致，堆垛機無法正常運行，增大了此后維修與保養的難度，因此較少使用。除此之外，在作業地址、作業指令數字輸入方面還可以采用鍵盤，利用符號顯示各種信息，此種方法可以立即顯示輸入的數值與指令，校對簡單。隨著電子技術的快速發展，PLC終端設備的種類也不斷增加，為堆垛機完成自動化控制提供了良好的運行條件。立體庫終端為C200H編輯器，可以顯示數字、字母及符號，可以在一個畫面上全部顯示作業地址、故障診斷代碼、列層叉的運行狀態、停止運行的位置等信息，且在輸入指令后可以馬上顯示，實現了人機對話，確保了輸入作業地址與指令的準確性與可靠性[1]。

2.位置檢測定位方法

2.1位置檢測方法

堆垛機以貨架為目標進行作業，需要檢測各個方向的實際貨位情況，在檢測時一般選擇使用以下幾種方法。一是絕對地址式，此種方法主要將固定的編碼地址安裝至升降與行走的各個位置，并在地址增加門牌，確保堆垛機自身目的地址與靠門牌地址相對前進，此種地址的查找方法比較簡單，準確性較高，但電路復雜，需要較高的加工制造與安裝調式成本。二是相對地址式，堆垛起重機每經過一個位置便記錄一個數，直至移動至與預定位置重合。此種方法電路簡單，但運行期間極易受到外界因素的干擾，以致引起計數錯誤問題。隨著電子技術的快速發展，PLC終端發展速度也不斷增快，且可以靈活控制堆垛機，保障堆垛機在貨格時間超時時自動報警，從而避免計數出錯。在立體庫中采用此種設計方法后，長期使用的出錯幾率較低，且出錯時可以立即發出報警信號，堆垛機停止運行。三是絕對-相對地址綜合式，此種方法先計數，到位之后在讀門牌，且門牌號利用光電開關組成奇偶數字校驗。此種方法有效彌補了上述兩種方法的不足之處，具備較高的實用價值，較為適用于大型自動化程度較高且不允許出錯的堆垛機。

2.2位置定位方法

一是利用一對光電開關進行定位，此種方法技術定位簡單，精確度較高，但堆垛機運行期間，光電開關的擋光時間較短，且一般采用PLC運行系統，并根據用戶程序的大小確定輸入點的掃描周期，時間一般為20-30ms之間。在堆垛機運行期間，擋光板時間應大于30ms，以便更好的檢測擋光板的信號。當精確度要求較高時，堆垛機的最高運行速度不得超過40m/min。二是利用兩對光電開關進行定位，此種方法更為復雜，兩對光電開關采用直線安置方法，開關之間的距離應為180mm。在運行過程中，前面的光電開關進行計數，當距離目的地址差2-3個貨位時，由快速減速至中速，并繼續前行。計數到位后，在由中速減速至慢速，之后以慢速繼續前行。此種方法下，最高允許運行速度為400m/min，此種方法在運行到位前，堆垛機保持中速接近目的地址，當第二對開關被擋光后，減速至慢速，主要通過改變中速與加速度的帶大小實現[2]。

3.變頻器使用

變頻器具備三種調速方法，一是模擬電壓輸入，利用電位器將變頻器的標準電源與之連接為公共端，滑動端變壓器模擬電壓輸入端，通過調節電壓器滑動端改變輸入端的電壓，以有效控制變頻器的輸出頻率，或調速時利用分壓組合的方法、組合開關控制產生不同的電壓數值。二是電流輸入，此種方法下需要使用外部電源，變頻器不再提供電源，利用分流元器件及轉換組合開關提供不同數值的電流，從而達到控制變頻器輸出頻率的目的。三是開關量控制，變頻器具備2-3個電源與控制端，利用外部開關觸點的通斷組合與預先設定的組合設定頻率，以有效控制變頻器的輸出頻率。

上述前兩種方法為模擬信號控制，第三種為控制開關量信號。第一種方法可以使用至電動轉速閉環控制過程中，要求具備精確度較高的電動機轉速，但其模擬控制電源與電路極易受到溫度、磁場以及濕度等因素的干擾，當不在采用閉環控制的轉速時，變頻器的輸出頻率并不穩定，甚至影響堆垛機的正常運行。在第三種方法中，變頻器本身具備電源，使用2只開關便可以得到4種速度，3只開關得到8種速度，可以更好的滿足堆垛機的運行模式[3]。

當前的變頻調速具備直流制動功能，可以自由設定制動起始頻率、制動電壓的等級以及制動時間，且立體庫的堆垛機行走制動起始頻率為1.9Hz，制動等級為5級。低速運行到位，變頻器運行信號被撤銷，運行頻率降低，當低于1.9Hz時，開始直流制動，頻率進一步降低，直至電機停止運行。刺死電機電磁制動線圈斷電，完成剎車定位。此種方法可以平穩定位堆垛機的剎車情況，降低了機械沖擊力度，有效延長了堆垛機的實際使用壽命。除了采用直流制動模式外，還具備能量再生制動，以往變頻器受多種因素的限制，無法進行能量再生制動，運行期間經常出現直流電壓過壓報警問題，甚至運行期間還會出現電動機反向充電變頻器的問題。而隨著變頻技術的快速發展，可以將放電阻件安裝至變頻器內，并直接設置適當的電阻，使其具備再生制動功能。

結束語

巷道式堆垛機屬于自動裝運設備，其核心部分為自動控制系統，被廣泛應用至各個行業中。在設計過程中，存在較多的技術難題，本文分析了其中存在的主要問題，提出了自己的設計方案，以供參考。

參考文獻：

[1]李俊利.軍隊基層后裝倉庫的自動化立體改造研究[D]. 中國石油大學（華東） 2014 ：139.

[2]李倩.基于Petri網分解的自動化物流系統控制系統研究[D]. 西安科技大學 2011 ：80.

[3]徐正林.自動化立體倉庫規劃與設計第十一講 本期主題：自動化立體倉庫貨架設備 （三）[J]. 物流技術（裝備版）. 2012（16）：82-84.