【文章內容簡介】 堆垛機的高度可達 40m，事實上，如果不受倉庫建筑和費用的約束，堆垛機的高度可以不受限制。 有軌巷道式堆垛機替 代橋式堆垛機主力地位的原因如下： （ 1） 與巷道堆垛機相比，自重很大，必須用比較堅固的建筑結構支持。 （ 2） 為使堆垛機的大梁通過，在倉庫頂部與貨架之間要有很大的空間。 （ 3） 堆垛機的通道寬度大，作業(yè)范圍要受大梁的跨度的限制。 與巷道無軌堆垛機相比，有軌巷道堆垛機在結構上有很大的不同。它采用鋼輪在鋼軌上運行，而巷倒無軌堆垛機則采用輪胎，因此在輪壓不同時會產生不同的變形量；有軌堆垛機采用立柱，無軌堆垛機采用多級門架，當門架伸出時，由于門架間的間隙，貨叉尖的水平和垂直位移會隨門架升降高度的變化而變化。凡此種種因素都對巷道無軌堆垛機的 貨叉在垂直和水平方向上的定位精度產生影響。 堆垛機的特點 有軌巷道堆垛機的主要用途是在高層貨架的巷道內來回運行，將位于巷道口入庫臺上的貨物存入貨位；或者將貨位內的貨物取出送到巷道口的出庫臺上。 （ 1） 整體結構高而窄。由于采用有軌巷道堆垛機的高架倉庫貨架很高，而巷道很窄，堆垛機的寬度一般只與所搬運的單元貨物的寬度相同。 （ 2） 結構的剛度和精度要求高。堆垛機的金屬結構設計除需滿足強度要求外，結構的靜剛度，動剛度是一項非常重要的指標。制動時，機架頂端水平位移一般要求不超過 20mm，結構振動衰減時間要短。載貨臺在 立柱上的升降導軌的不垂直度一般要求不超過 3～ 5mm。 （ 3） 取物裝置復雜。堆垛機配備有特殊的取物裝置，常用的有伸縮貨叉，伸縮平板和可對物料箱或特殊形狀貨物作業(yè)的機器手，工作時，能對兩側貨架作業(yè)，存取貨物。 （ 4） 堆垛機的電力拖動系統(tǒng)要同時滿足快速，平穩(wěn)和準確三個方面的要求。即要求堆垛機的工作速度高，啟，制動快，盡量縮短作業(yè)周期；還要求平穩(wěn)性好，啟，制動要平穩(wěn)，以防貨物單元在載貨臺上發(fā)生滑移或使裝在托盤上的貨物發(fā)生倒塌，并減少結構的動載荷；同時要求具有較高的停車準確性，能保證載貨臺停在指定的貨位，停車的精度在 5～ 10mm。 安全要求高。特別是有升降司機室的堆垛機。 變頻器的了解 變頻器簡介 目前，交流調速傳動已經上升為電氣調速傳動的主流。中、小容量范圍內，采用自關斷器件的全數(shù)字控制 PWM變頻器己經實現(xiàn)了通用化。全數(shù)字控制方式的軟件功能不但考慮到通用變頻器自身的內在性能，而且還融入了大量的實用經驗和技術、技巧，使得通用變頻器的 RAS三性 (Reliability, Availability, Serviceability，可靠性、可使用性、可維修性 )功能得以充實。由于通用變頻器具有調速范圍寬、調速精度高、動態(tài)響應 快、運行效率高、功率因數(shù)高、操作方便且便于同其他設備接口等一系列優(yōu)點，所以應用越來越廣泛，社會經濟效益十分顯著。 (1)按照主電路工作方式分類。當按照主電路工作方式進行分類時，變頻器可以分為電壓型變頻器和電流型變頻器。電壓型變頻器的特點是將直流電壓源轉換為交流電源，而電流型變頻器的特點則是將直流電流源轉換為交流電源。 ①電壓型變頻器。在電壓型變頻器中，整流電路或者斬波電路產生逆變電路所需要的直流電壓，并通過中間電路的電容進行平滑后輸出。整流電路和直流中間電路起直流電壓源的作用，而電 壓源輸出的直流電壓在逆變電路中被轉換為具有所需頻率的交流電壓。在電壓型變頻器中，由于能量回饋給直流中間電路的電容，并使直流電壓上升，還需要有專用的放電電路，以防止換流器件因電壓過高而被破壞。 ②電流型變頻器。在電流型變頻器中，整流電路給出直流電流，并通過中間電路的電抗將電流進行平滑后輸出。整流電路和直流中間電路起電流源的作用，而電流源輸出的交流電流在逆變電路中被轉換為所需要的交流電流，并被分配給各輸出相后作為交流電流提供給電動機。在電流型變頻器中，電動機定子電壓的控制是通過檢測電壓后對電流進行控制的方式實現(xiàn) 的。對于電流型變頻器來說，在電動機進行制動的過程中可以通過將直流中間電路的電壓反向的方式使直流電路變?yōu)槟孀冸娐?，并將負載的能量回饋給電源。由于在采用電流控制方式時可以將能量回饋給電源，而且在出現(xiàn)負載短路等情況時也更容易處理，電流型控制方式更適合子大容量變頻器。 (2)按照開關方式分類。按照逆變電路的開關方式對變頻器進行分類，則變頻器可以分為 PAW 控制方式， PWM控制方式和高載頻 PWM控制方式三手中。 ① PAM 控制 PAM 控制是 Pulse Amplitude Modulation(脈沖振幅調制 )控制的簡稱，是 一種在整流電路部分對輸出電壓 (電流 )的幅值進行控制，而在逆變電路部分對輸出頻率進行控制的控制方式。因為在 PAM 控制的變頻器中逆變電路換流器件的開關頻率即為變頻器的輸出頻率，所以這是一種同步調節(jié)方式。 ② PWM 控制 PWM 控制是 Pulse Width Modulation(脈沖寬度調制 )控制的簡稱，是在逆變電路部分同時對輸出電壓 (電流 )的幅值和頻率進行控制的控制方式。在這種控制方式中，以較高頻率對逆變電路的半導體開關元器件進行開閉，并通過改變輸出脈沖的寬度來達到控制電壓 (電流 )的目的。 ③高載頻 PWM 控制這種控 制方式原理上實際是對 PWM 控制方式的改進，是為了降低電動機運轉噪音而采用的一種控制方式。在這種控制方式中，載頻被提高到入耳可以聽到的頻率 (1020KHz)以上，從而達到降低電動機噪音的目的。這種控制方式主要用于低噪音型的變頻器，也將是今后變頻器的發(fā)展方向。由于這種控制方式對換流器件的開關速度有較高的要求，所用換流器件只能使用具有較高開關速度的 IGBT 和MOSFET 等半導體元器件，目前在大容量變頻器中的利用仍然受到一定限制。但是，隨著電力電子技術的發(fā)展，具有較高開關速度的換流元器件的容量將越來越大，所以預計 采用這種控制方式的變頻器也將越來越多。 PWM 控制和高載頻 PWM 控制都屬于異步調速方式，即變頻器的輸出頻率不等于逆變電路換流器件的開關頻率。 (3)按照工作原理分類。按照工作原理對變頻器進行分類，按變頻器技術 的發(fā)展過程可以分為 U/f 控制方式、轉差頻率控制方式和矢量控制方式三種。 ① U/f 控制變頻器 Ulf 控制是一種比較簡單的控制方式。它的基本特點是對變頻器輸出的電壓和頻率同時進行控制，通過使 U/f(電壓和頻率的比 )的值保持一定而得到所需的轉矩特性。采用 Ulf 控制方式的變頻器控制電路成本較低，多用于對精度要求 不太高的通用變頻器。 ②轉差頻率控制變頻器轉差頻率控制方式是對 Ulf 控制的一種改進。在采用這種控制方式的變頻器中，電動機的實際速度由安裝在電動機上的速度傳感器和變頻器控制電路得到，而變頻器的輸出頻率則由電動機的實際轉速與所需轉差頻率的和被自動設定。從而達到在進行調速控制的同時控制電動機輸出轉矩的目的。轉差頻率控制是利用了速度傳感器的速度閉環(huán)控制，并可以在一定程度上對輸出轉矩進行控制，所以和 Ulf 控制方式相比，在負載發(fā)生較大變化時仍能達到較高的速度和具有較好的轉矩特性。但是，由于采用這種控制方式時需要在電動機 上安裝速度傳感器，并需要根據(jù)電動機的特性調節(jié)轉差，通常多用于廠家指定的專用電動機，通用性較差。 ③矢量控制變頻器矢量控制是 70年代由西德 B 1 aschke 等人首先提出來的對交流電動機的一種新的控制思想和控制技術，也是交流電動機的一種理想的調速方法。矢量控制的基本思想是將異步電動機的定子電流分為產生磁場的電流分量 (勵磁電流 )和與其相垂直的產生轉矩的電流分量 (轉矩電流 )并分別加以控制。由于在這種控制方式中必須同時控制異步電動機定子電流的幅值和相位，即控制定子電流矢量，這種控制方式被稱為矢量控制方式。矢量控制方 式使對異步電動機進行高性能的控制成為可能。采用矢量控制方式的交流調速系統(tǒng)不僅在調速范圍上可以與直流電動機相匹敵，而且可以直接控制異步電動機產生的轉矩。所以已經在許多需要進行精密控制的領域得到了應用。 (4)按照用途分類。 按照用途對變頻器進行分類時變頻器可以分為以下幾種類型。 ①通用變額器顧名思義，通用變頻器的特點是其通用性。這里通用性指的是通用變頻器可以對普通的異步電動機進行調速控制。 ②高性能專用變頻器隨著控制理論，交流調速理論和電力電子技術的發(fā)展，異步電動機的矢量控制方式得到了充分地重視和發(fā)展，采用矢 量控制方式高性能變頻器和變頻器專用電動機所組成的調速系統(tǒng)在性能上己經達到和超過了直流伺服系統(tǒng)。 ③高頻變頻器在超精密加工和高性能機械區(qū)域中常常要用到高速電動機。為了滿足這些高速電動機驅動的需要，出現(xiàn)了采用 PAM控制方式的高速電動機驅動用變頻器。這類變頻器的輸出頻率可以達到 3KHz，所以在驅動兩極異步電動機時電動機的最高轉速可以達到 180000r/min. ④單相交頻器和三相變頻器交流電動機可以分為單相交流電動機和三相交流電動機兩種類型，與此相對應，變頻器也分為單相變頻器和三相變頻器。二者的工作原理相同，但電 路的結構不同。 變頻器的特點： 變頻器與異步電動機相結合，可以實現(xiàn)對生產機械的調速傳動控制，簡稱為變頻器傳動。變頻器傳動具有固有的優(yōu)勢，應用在不同的生產機械或設備上體現(xiàn)不同的功能，總體來說，變頻器傳動具有以下幾個效能。 節(jié)能應用主要體現(xiàn)在提高運行可靠性、臺數(shù)控制和調速控制并用。 提高生產效率 (1)保證加工工藝中的最佳運行 (2)適應負載不同工作情況下的最佳轉速 (3)使原有設備的增速運轉 設備的合理化 改善和適應環(huán)境 交流變頻調速技術是現(xiàn) 代電力傳動技術的重要發(fā)展方向。近十多年來，隨著電力電子技術、微電子技術及現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，變頻器己經廣泛地用于交流電動機的速度控制。同時由于電力半導體器件和微處理器的性能不斷提高，作為交流變頻調速系統(tǒng)核心的變頻器的性能也得到了飛躍性的提高，并幾乎應用擴展到了工業(yè)生產的所有領域。其重要性和發(fā)展?jié)摿Σ豢珊鲆暋? 第一代具有通信功能的變頻器帶有一個獨立的“速度包” (Speed Pod)。第二代變頻器的通信進入點對點模擬信號連接方式。隨著計算機技術的發(fā)展，帶數(shù)字接口的變頻器是當代變頻器的通信方式，它具備網絡通信能力 。當代通信產品能提供比用戶所能使用的更多的數(shù)據(jù)和 1/O 選擇，但傳統(tǒng)的接口技術使用的是 RS485/422，它們的抗干擾能力和傳輸能力都不能滿足工業(yè)現(xiàn)場的需要。當實施控制的時候，通過 RS485 只能接收少量的實時信息，并且通過人機接口界面編程，無法實現(xiàn)變頻器參數(shù)的在線監(jiān)控和優(yōu)化，從而影響整個控制系統(tǒng)性能和生產工藝水平的提高?，F(xiàn)在，由于現(xiàn)場總線和網絡技術的發(fā)展，特別是美國羅克韋爾自動化的 Control Net 和 Device Net 技術，可將帶數(shù)字接口的變頻器集成到網絡化的平臺中，通過 PLC、人機界面 HIM，甚至與工 廠信息管理層共享實時數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)變頻器參數(shù)的在線監(jiān)控和優(yōu)化。對于多電動機的同步控制、協(xié)調控制、負載均衡分配和高速設備等應用場合，其關鍵參數(shù) PID 可以按具體工況條件進行在線優(yōu)化，對于實現(xiàn)系統(tǒng)控制性能和水平的提高有重要意義。因而基于集成化網絡的變頻器控制將會成為當前世界自動化領域研究的熱點。 美國羅克韋爾自動化公司的變頻器均可通過各種類型的 SCAN port 通信模塊與相應的網絡連通，包括 Control Net, Device Net, DH, DH+和 RIO, DH485 網絡，而且它們與法國 IE公司的 Modbus, Modbus Plus、美國 Metasys 公司，日本 OMRON 公司和德國西門子公司的 Profibus 均可連通。 本文 研究 主要的內容 本文立足于 我國中小型企業(yè)自動化立體倉庫的現(xiàn)狀以及智能控制技術的基礎上，對自動化立體倉庫條形碼認址方式進行初步的探討，論述立體倉庫的堆垛機運行速度的模糊控制技術，利用先進的網絡控制集成技術對自動化立體倉庫控制系統(tǒng)的硬件、軟件進行較完善的設計與研究。 本文研究工作的主要內容安排如下： 第 1章為緒論。指出 自動化 立體倉庫研究的科學理論意義和現(xiàn)實意義。 第 2章為自動化立體倉庫 控制系統(tǒng)總體方案設計。簡要介紹了貨物倉儲作業(yè)流程，以及控制系統(tǒng)功能及主要參數(shù)，最后給出了控制系統(tǒng)的總體設計方案。 第 3章 為堆垛機的定位 與 速度模糊控制 技術。探討 條形碼認址方式與編碼 的設計方法，敘述了基于模糊理論的堆垛機速度控制的設計。 第 4章為自動化立體倉庫控制系統(tǒng)的硬件設計。硬件設計包括巷道式堆垛機控制的設計、 輥 道鏈條輸送機控制的設計。 第 5章為自動化立體倉庫控制系統(tǒng)的軟件設計?；谟布O計的基礎上，進行軟件設計，堆垛機、輸送機的觸摸屏控制軟件設計。 第 6章為控制系統(tǒng) 調試與運行 。在總結前一章的基礎上，對控制 系統(tǒng)的硬件、軟件進行調試。包括：上位機系統(tǒng)監(jiān)控軟件的 調試與運行 ，堆垛機水平運行速度調試，輸送機與上位機監(jiān)控機之間的相互 通信調試，觸摸屏監(jiān)控軟件的調試與運行。 結束語對全文的研究 工作進行歸納、總結，給出本文研究的主要結果， 提出本課題需要進一步完善的內容，對今后的研究方向給出建議。 第 2章 自動化立體倉庫控制系統(tǒng)總體方案設計 貨物倉儲作業(yè)流程 針對江西贛州五環(huán)機器有限公司的自動化立體倉庫的設計要求，自動化倉庫系統(tǒng)的組成如圖 21所示，系統(tǒng)由四部分構成：貨架、貨廂 ；巷道式堆垛機；出入庫輥道鏈條輸送機；設備監(jiān)控系統(tǒng)。 圖 21 自動化倉庫系統(tǒng)的組成示意圖 貨架：用于存放貨物。其中貨架是固定的，貨物存放在貨廂內。其中倉庫儲存區(qū)（貨架區(qū)）的倉位數(shù)量為 2排 30列 10層；巷道數(shù) 1個；貨格形式為貨廂。 出入庫輥道鏈條輸送機：入庫時負責把貨物送入庫口，出庫時再負責把貨物運送到人工分揀臺進行物資分發(fā)。 巷道堆垛機：用于固定貨架區(qū)貨物的自動存取，完成入庫作業(yè)和出庫作業(yè)等。堆垛機是自動化立體倉庫的主要設備，倉庫所有貨物的入庫、出庫等作業(yè)都必須通 過堆垛機完成。堆垛機控制系統(tǒng)的工作效率、可靠性及穩(wěn)定性等在自動化立體倉庫系統(tǒng)中，起著至關重要的作用。 監(jiān)控系統(tǒng)是自動化倉庫的信息樞紐，是實現(xiàn)自動化倉庫實時控制的重要組成部分。它包括：信息自動檢測與錄入系統(tǒng)；設備自動控制系統(tǒng)和設備及貨物運行實時監(jiān)視系統(tǒng)等。 1） 貨物入庫流程 將貨物搬運至巷道入庫口輸送臺上，然后在輸送臺觸摸屏選擇入庫功能。在傳輸過程中，裝在鏈式輸送機上的條碼閱讀器對貨廂上的條碼標簽進行掃描，將貨廂內貨物的品名、規(guī)格等條碼信息讀入，經入庫員核實后，將貨廂數(shù)量和貨物類別由控制系自動化立體倉庫 貨架、貨廂 出入庫輥道鏈條輸送機 巷道式 堆垛機 監(jiān)控系統(tǒng) 統(tǒng)根據(jù)輸入的信息自動分配 貨位，并發(fā)出指令給堆垛機，由堆垛機將貨廂運送至入庫輸送臺，然后將貨物裝入貨廂，再由堆垛機將已裝入貨物的貨廂存入指定貨位，完成入庫專業(yè)。