關(guān)于軌道式穿梭車安全改造的研究

劉偉 羅康福 張旭

摘 要：新型無人看護(hù)的軌道式穿梭車作為自動化物流系統(tǒng)中的一種固定軌道搬運(yùn)設(shè)備，采用程序控制，具有運(yùn)輸效率高、自動化程度高、人工成本低等特點(diǎn)。現(xiàn)結(jié)合江中藥業(yè)股份有限公司實(shí)際情況，闡述了軌道式穿梭車運(yùn)行過程中存在的安全問題，并根據(jù)不同情況分別采用條形碼讀碼器和激光測距儀的改造措施來實(shí)現(xiàn)自動精準(zhǔn)定位。

關(guān)鍵詞：穿梭車;條形碼讀碼器;激光測距儀;自動精準(zhǔn)定位

1? ? 研究背景

隨著自動化設(shè)備的廣泛應(yīng)用，越來越多的搬運(yùn)工作已經(jīng)交給機(jī)器完成。常見的搬運(yùn)工具，如叉車和拖車，要求操作人員具備相關(guān)的操作證書，并且定期進(jìn)行安全培訓(xùn)，落實(shí)設(shè)備點(diǎn)檢措施，避免事故的發(fā)生，而AGV（Automated Guided Vehicle）采用控制程序控制，但運(yùn)輸效率低，在滿足同等運(yùn)輸量的條件下投資成本高。

新型無人看護(hù)的軌道式穿梭車作為自動化物流系統(tǒng)中的一種固定軌道搬運(yùn)設(shè)備，采用程序控制，如何在運(yùn)行過程中保證人員及設(shè)備的安全，受到了人們廣泛的關(guān)注。本文對往復(fù)式穿梭車特點(diǎn)及安全問題進(jìn)行了研究，并提出了個人見解。

2? ? 軌道式穿梭車的特點(diǎn)

軌道式穿梭車又稱“往復(fù)式穿梭車”，即在一段直線軌道上進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動，通過直線軌道路徑將物品運(yùn)輸?shù)皆O(shè)定位置。該模式的穿梭車具有無人看護(hù)、系統(tǒng)簡單、設(shè)備小、運(yùn)輸系統(tǒng)占地面積小、輸送快捷等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是只能在指定軌道進(jìn)行運(yùn)輸且設(shè)備充電需要固定區(qū)域。同時，因設(shè)備的應(yīng)用場合限制，系統(tǒng)的復(fù)雜性及安全性很大程度上取決于單臺穿梭車的可靠性。

3? ? 軌道式穿梭車存在的安全問題及改造措施

3.1? ? 全自動投料系統(tǒng)工序

我司提取車間的全自動投料工序是自動選擇收取物料后，穿梭車搬運(yùn)物料桶進(jìn)行自動取料及配比稱重，通過提升機(jī)到三樓，不銹鋼空桶經(jīng)隧道式清洗機(jī)進(jìn)行清洗后再次取料。該工序?qū)⑻幚砗玫闹兴幉耐ㄟ^機(jī)械輸送至不銹鋼物料桶裝載，并使用軌道式穿梭車進(jìn)行物料搬運(yùn)（圖1），穿梭車采用遠(yuǎn)程通信控制方式，通過上位機(jī)將參數(shù)指令傳送到安裝在穿梭車上的PLC模塊內(nèi)，再通過PLC模塊控制穿梭車完成對應(yīng)動作。

在正常使用過程中，人員可通過安裝在操作面板上的急停按鈕對穿梭車進(jìn)行緊急剎車。因操作面板安裝在固定位置，而中藥材自動運(yùn)輸環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)存在很多視覺盲區(qū)，且不銹鋼物料桶裝載中藥材后質(zhì)量最大能達(dá)到1.5 t，若出現(xiàn)異常需緊急停止，或者由于遠(yuǎn)程控制人員誤操作等情況，現(xiàn)場人員無法及時觸碰急停按鈕或程序未設(shè)計(jì)補(bǔ)救措施，就可能導(dǎo)致輸送線和不銹鋼物料桶損壞，最壞可能導(dǎo)致操作人員安全事故。

同時穿梭車需停靠多站點(diǎn)進(jìn)行物料桶搬運(yùn)或轉(zhuǎn)運(yùn)，常規(guī)的定位方式采用定位片控制，當(dāng)穿梭車移動至定位片進(jìn)行停車及對應(yīng)動作時，在使用過程中定位片因碰撞、震動等原因容易出現(xiàn)定位錯誤，造成穿梭車誤動作或偏差動作，從而影響生產(chǎn)線效率，提升設(shè)備故障率。

為解決以上問題并保證穿梭車運(yùn)行過程中人員的安全，兼顧操作簡單、可靠防呆的設(shè)計(jì)理念，對穿梭車進(jìn)行技術(shù)改造，具體措施如下：

（1）穿梭車新增在線條形碼讀碼器（圖2）替代站點(diǎn)物理定位片，僅保留兩端極限物理定位片，穿梭車的一條軌道內(nèi)側(cè)面安裝條形碼（圖3），采用程序控制定位，減少人員操作，防范誤操作。

（2）在線條形碼讀碼器具備讓穿梭車低速穩(wěn)定運(yùn)行的功能，同時在穿梭車四周加裝機(jī)械式防撞開關(guān)和物料滾輪輸送軌道的激光定位裝置，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)近距離雙重保護(hù)，在誤動作時能及時切斷穿梭車供電電源。

條形碼讀碼器相對于定位片而言，可實(shí)時測定穿梭車的位置，具有精度高和壽命長的特點(diǎn)，適用于慢速直線運(yùn)動定位控制，所以條形碼的安裝位置一定要非常精準(zhǔn)。原方案采用定位片定位，因?yàn)榫炔睿源┧筌囕斔臀锪贤爸粮髡军c(diǎn)時會出現(xiàn)偏位，需要人員到現(xiàn)場查看，現(xiàn)場人員通知控制室人員對穿梭車進(jìn)行微調(diào)移動，可能會出現(xiàn)操作人員誤操作導(dǎo)致的偶發(fā)安全問題。采用條形碼讀碼器替換定位片后，只保留定位片前后極限位定位，各停車站點(diǎn)采用條形碼讀碼器進(jìn)行定位，改造后無須人員微調(diào)穿梭車，減少了人員微調(diào)造成的隱患。

條形碼讀碼器作為穿梭車定位的依據(jù)，需要軌道上的條形碼位置準(zhǔn)確無誤且能100%讀出，所以條形碼讀碼器適用于環(huán)境相對干凈和干燥的車間，以使條形碼保持清晰的狀態(tài)。

3.2? ? 吊籃提取系統(tǒng)工序

我司提取車間吊籃提取系統(tǒng)工序是將吊籃經(jīng)機(jī)械手提升進(jìn)行組籃，穿梭車和伸縮桿通過定位，將成組的物料抓入提取罐。自動投料生產(chǎn)中的吊籃使用軌道式穿梭車進(jìn)行物料搬運(yùn)，穿梭車采用遠(yuǎn)程通信控制方式，通過上位機(jī)將參數(shù)指令傳送到安裝在穿梭車上的PLC模塊內(nèi)，再通過PLC模塊控制穿梭車完成投料和出藥渣動作。

在正常使用過程中，人員可通過安裝在操作面板上的急停按鈕對穿梭車進(jìn)行緊急剎車。因操作面板安裝在固定位置，若出現(xiàn)異常需緊急停止，或者由于遠(yuǎn)程控制人員誤操作穿梭車啟動，現(xiàn)場人員無法及時觸碰急停按鈕或程序未設(shè)計(jì)補(bǔ)救措施，此時極易發(fā)生安全事故。

同時穿梭車需停靠10個站點(diǎn)（10個提取罐）進(jìn)行吊籃的轉(zhuǎn)運(yùn)，常規(guī)的定位方式采用定位片控制，當(dāng)穿梭車移動至定位片時進(jìn)行停車及對應(yīng)動作，在使用過程中因定位片碰撞、震動等原因容易出現(xiàn)定位錯誤，造成穿梭車誤動作，從而影響提取工序效率，增加設(shè)備故障率。

為解決以上問題并保證穿梭車運(yùn)行過程中人員的安全，兼顧操作簡單、可靠防呆的設(shè)計(jì)理念，對穿梭車進(jìn)行技術(shù)改造，具體措施如下：

（1）穿梭車新增激光測距設(shè)備（圖4、圖5）替代站點(diǎn)物理定位片，僅保留兩端極限物理定位片，采用程序控制定位，減少人員操作，防范誤操作。

（2）激光測距儀具備感應(yīng)穿梭車四周異物的功能，同時在穿梭車四周加裝機(jī)械式防撞開關(guān)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)近距離雙重保護(hù)，在誤動作時能及時切斷穿梭車供電電源。

激光測距儀相對于定位片而言，可實(shí)現(xiàn)被測目標(biāo)與測距儀之間距離的實(shí)時測定（圖6），具有精度高和壽命長的特點(diǎn)，也可作為安全光柵使用，適用于快速直線運(yùn)動定位控制。原方案采用定位片定位，定位精度差，導(dǎo)致穿梭車輸送物料桶至各站點(diǎn)時易出現(xiàn)偏位，需要人員到現(xiàn)場查看，現(xiàn)場人員通知控制室人員對穿梭車進(jìn)行微調(diào)移動，可能會出現(xiàn)操作人員誤操作導(dǎo)致的偶發(fā)安全問題。采用激光測距儀替換定位片后，只保留定位片前后極限位定位，各停車站點(diǎn)采用激光測距儀進(jìn)行定位，改造后無須人員微調(diào)穿梭車，減少了人員微調(diào)造成的隱患。

激光測距儀作為安全光柵使用時，若人員誤闖入正在運(yùn)動的穿梭車區(qū)域，穿梭車會通過設(shè)定程序進(jìn)行停車保護(hù)，避免撞上人員。但激光測距儀作為安全光柵使用時，安全范圍具有局限性，只能掃描反光板與激光頭之間的區(qū)域，其他區(qū)域無法掃描，且無法掃描放置在穿梭車運(yùn)動區(qū)域不規(guī)則的重物。基于激光測距儀安全光柵的局限性，在穿梭車上加裝一圈機(jī)械防撞條，機(jī)械防撞條控制變頻器輸出與電機(jī)之間的交流接觸器，為防止控制程序出現(xiàn)異常，采用機(jī)械防撞條物理觸點(diǎn)控制交流接觸器線圈，在穿梭車電氣元件出現(xiàn)異常無法停車時，切斷電機(jī)電源可避免危險(xiǎn)擴(kuò)大化。

4? ? 改造后的效果

改造后經(jīng)過10個月的效果跟蹤可知：

（1）全自動投料系統(tǒng)工序：條形碼讀碼器定位方案定位精度更高，上電后無須回零，且維護(hù)成本更低，投入使用的10個月內(nèi)從未發(fā)生不銹鋼物料桶倒塌和錯位現(xiàn)象;但因安裝條碼難度大，現(xiàn)場灰塵多，容易造成條碼沾灰，閱讀器讀數(shù)不準(zhǔn)的情況。

（2）吊籃提取系統(tǒng)工序：現(xiàn)場曾出現(xiàn)夜班人員誤將登高梯放置在穿梭車運(yùn)動區(qū)域的意外，白班人員在未發(fā)現(xiàn)的情況下啟動穿梭車，當(dāng)穿梭車碰撞到登高梯后機(jī)械防撞條觸發(fā)保護(hù)，穿梭車及時停車，未造成設(shè)備損壞;投入使用的10個月內(nèi)吊籃與提取罐投料口對應(yīng)位置從未發(fā)生偏差。

5? ? 經(jīng)濟(jì)和社會效益

改造完成后，應(yīng)用程序及操作流程可固化，具備自動化、安全、無人操作等特點(diǎn)，節(jié)約了人工勞動，解決了頻繁維修的問題，具有良好的經(jīng)濟(jì)和社會效益。

6? ? 推廣應(yīng)用或行業(yè)帶動作用

改造完成后，解決了穿梭車精準(zhǔn)定位問題。經(jīng)過10個月的運(yùn)行，自動穿梭車未出現(xiàn)過異常故障。以上技術(shù)改進(jìn)措施可復(fù)制推廣到大宗物料輸送、自動化倉庫、物流中心和醫(yī)藥零售等領(lǐng)域應(yīng)用，例如密集庫或者高架庫采用穿梭車作為運(yùn)輸工具時（圖7、圖8），采用上述技術(shù)成果可有效解決穿梭車自動運(yùn)輸和自動充電等安全問題;物流中心和醫(yī)藥零售采用的穿梭車如具備地軌、激光測距儀和條形碼讀碼器功能（圖9），可實(shí)現(xiàn)貨物自動分揀和輸送。

7? ? 結(jié)語

筆者和團(tuán)隊(duì)通過努力完成了對穿梭車的技術(shù)改造，解決了現(xiàn)場存在的安全隱患，提高了穿梭車輸送系統(tǒng)的定位精度，為設(shè)備的安全高效運(yùn)轉(zhuǎn)提供了有力保障。本次改造簡單，投資少，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定高效，對于軌道式穿梭車設(shè)備安全性改造具有一定的參考價值。

收稿日期：2021-08-09

作者簡介：劉偉（1984—），男，江西南昌人，主管藥師，從事制藥生產(chǎn)和項(xiàng)目規(guī)劃工作。