【文章內(nèi)容簡介】 堆垛機(jī)的高度可達(dá) 40m，事實(shí)上，如果不受倉庫建筑和費(fèi)用的約束，堆垛機(jī)的高度可以不受限制。 有軌巷道式堆垛機(jī)替 代橋式堆垛機(jī)主力地位的原因如下： （ 1） 與巷道堆垛機(jī)相比，自重很大，必須用比較堅(jiān)固的建筑結(jié)構(gòu)支持。 （ 2） 為使堆垛機(jī)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(jī)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(jī)相比，有軌巷道堆垛機(jī)在結(jié)構(gòu)上有很大的不同。它采用鋼輪在鋼軌上運(yùn)行，而巷倒無軌堆垛機(jī)則采用輪胎，因此在輪壓不同時(shí)會(huì)產(chǎn)生不同的變形量；有軌堆垛機(jī)采用立柱，無軌堆垛機(jī)采用多級門架，當(dāng)門架伸出時(shí)，由于門架間的間隙，貨叉尖的水平和垂直位移會(huì)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(jī)的 貨叉在垂直和水平方向上的定位精度產(chǎn)生影響。 堆垛機(jī)的特點(diǎn) 有軌巷道堆垛機(jī)的主要用途是在高層貨架的巷道內(nèi)來回運(yùn)行，將位于巷道口入庫臺(tái)上的貨物存入貨位；或者將貨位內(nèi)的貨物取出送到巷道口的出庫臺(tái)上。 （ 1） 整體結(jié)構(gòu)高而窄。由于采用有軌巷道堆垛機(jī)的高架倉庫貨架很高，而巷道很窄，堆垛機(jī)的寬度一般只與所搬運(yùn)的單元貨物的寬度相同。 （ 2） 結(jié)構(gòu)的剛度和精度要求高。堆垛機(jī)的金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)除需滿足強(qiáng)度要求外，結(jié)構(gòu)的靜剛度，動(dòng)剛度是一項(xiàng)非常重要的指標(biāo)。制動(dòng)時(shí)，機(jī)架頂端水平位移一般要求不超過 20mm，結(jié)構(gòu)振動(dòng)衰減時(shí)間要短。載貨臺(tái)在 立柱上的升降導(dǎo)軌的不垂直度一般要求不超過 3～ 5mm。 （ 3） 取物裝置復(fù)雜。堆垛機(jī)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(jī)器手，工作時(shí)，能對兩側(cè)貨架作業(yè)，存取貨物。 （ 4） 堆垛機(jī)的電力拖動(dòng)系統(tǒng)要同時(shí)滿足快速，平穩(wěn)和準(zhǔn)確三個(gè)方面的要求。即要求堆垛機(jī)的工作速度高，啟，制動(dòng)快，盡量縮短作業(yè)周期；還要求平穩(wěn)性好，啟，制動(dòng)要平穩(wěn)，以防貨物單元在載貨臺(tái)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(jié)構(gòu)的動(dòng)載荷；同時(shí)要求具有較高的停車準(zhǔn)確性，能保證載貨臺(tái)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(jī)室的堆垛機(jī)。 變頻器的了解 變頻器簡介 目前，交流調(diào)速傳動(dòng)已經(jīng)上升為電氣調(diào)速傳動(dòng)的主流。中、小容量范圍內(nèi)，采用自關(guān)斷器件的全數(shù)字控制 PWM變頻器己經(jīng)實(shí)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(nèi)在性能，而且還融入了大量的實(shí)用經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)、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(shí)。由于通用變頻器具有調(diào)速范圍寬、調(diào)速精度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng) 快、運(yùn)行效率高、功率因數(shù)高、操作方便且便于同其他設(shè)備接口等一系列優(yōu)點(diǎn)，所以應(yīng)用越來越廣泛，社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。 (1)按照主電路工作方式分類。當(dāng)按照主電路工作方式進(jìn)行分類時(shí)，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(diǎn)是將直流電壓源轉(zhuǎn)換為交流電源，而電流型變頻器的特點(diǎn)則是將直流電流源轉(zhuǎn)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(chǎn)生逆變電路所需要的直流電壓，并通過中間電路的電容進(jìn)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(zhuǎn)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(jìn)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(zhuǎn)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(dòng)機(jī)。在電流型變頻器中，電動(dòng)機(jī)定子電壓的控制是通過檢測電壓后對電流進(jìn)行控制的方式實(shí)現(xiàn) 的。對于電流型變頻器來說，在電動(dòng)機(jī)進(jìn)行制動(dòng)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?fù)載的能量回饋給電源。由于在采用電流控制方式時(shí)可以將能量回饋給電源，而且在出現(xiàn)負(fù)載短路等情況時(shí)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(guān)方式分類。按照逆變電路的開關(guān)方式對變頻器進(jìn)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(diào)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(jìn)行控制，而在逆變電路部分對輸出頻率進(jìn)行控制的控制方式。因?yàn)樵?PAM 控制的變頻器中逆變電路換流器件的開關(guān)頻率即為變頻器的輸出頻率，所以這是一種同步調(diào)節(jié)方式。 ② PWM 控制 PWM 控制是 Pulse Width Modulation(脈沖寬度調(diào)制 )控制的簡稱，是在逆變電路部分同時(shí)對輸出電壓 (電流 )的幅值和頻率進(jìn)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(dǎo)體開關(guān)元器件進(jìn)行開閉，并通過改變輸出脈沖的寬度來達(dá)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(shí)際是對 PWM 控制方式的改進(jìn)，是為了降低電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)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(dá)到降低電動(dòng)機(jī)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(guān)速度有較高的要求，所用換流器件只能使用具有較高開關(guān)速度的 IGBT 和MOSFET 等半導(dǎo)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(shù)的發(fā)展，具有較高開關(guān)速度的換流元器件的容量將越來越大，所以預(yù)計(jì) 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(diào)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(guān)頻率。 (3)按照工作原理分類。按照工作原理對變頻器進(jìn)行分類，按變頻器技術(shù) 的發(fā)展過程可以分為 U/f 控制方式、轉(zhuǎn)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(diǎn)是對變頻器輸出的電壓和頻率同時(shí)進(jìn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)差頻率控制變頻器轉(zhuǎn)差頻率控制方式是對 Ulf 控制的一種改進(jìn)。在采用這種控制方式的變頻器中，電動(dòng)機(jī)的實(shí)際速度由安裝在電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速與所需轉(zhuǎn)差頻率的和被自動(dòng)設(shè)定。從而達(dá)到在進(jìn)行調(diào)速控制的同時(shí)控制電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的目的。轉(zhuǎn)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(zhuǎn)矩進(jìn)行控制，所以和 Ulf 控制方式相比，在負(fù)載發(fā)生較大變化時(shí)仍能達(dá)到較高的速度和具有較好的轉(zhuǎn)矩特性。但是，由于采用這種控制方式時(shí)需要在電動(dòng)機(jī) 上安裝速度傳感器，并需要根據(jù)電動(dòng)機(jī)的特性調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)差，通常多用于廠家指定的專用電動(dòng)機(jī)，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(dòng)機(jī)的一種新的控制思想和控制技術(shù)，也是交流電動(dòng)機(jī)的一種理想的調(diào)速方法。矢量控制的基本思想是將異步電動(dòng)機(jī)的定子電流分為產(chǎn)生磁場的電流分量 (勵(lì)磁電流 )和與其相垂直的產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電流分量 (轉(zhuǎn)矩電流 )并分別加以控制。由于在這種控制方式中必須同時(shí)控制異步電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)進(jìn)行高性能的控制成為可能。采用矢量控制方式的交流調(diào)速系統(tǒng)不僅在調(diào)速范圍上可以與直流電動(dòng)機(jī)相匹敵，而且可以直接控制異步電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。所以已經(jīng)在許多需要進(jìn)行精密控制的領(lǐng)域得到了應(yīng)用。 (4)按照用途分類。 按照用途對變頻器進(jìn)行分類時(shí)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(diǎn)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(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制。 ②高性能專用變頻器隨著控制理論，交流調(diào)速理論和電力電子技術(shù)的發(fā)展，異步電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)所組成的調(diào)速系統(tǒng)在性能上己經(jīng)達(dá)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(jī)械區(qū)域中常常要用到高速電動(dòng)機(jī)。為了滿足這些高速電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的需要，出現(xiàn)了采用 PAM控制方式的高速電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)用變頻器。這類變頻器的輸出頻率可以達(dá)到 3KHz，所以在驅(qū)動(dòng)兩極異步電動(dòng)機(jī)時(shí)電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速可以達(dá)到 180000r/min. ④單相交頻器和三相變頻器交流電動(dòng)機(jī)可以分為單相交流電動(dòng)機(jī)和三相交流電動(dòng)機(jī)兩種類型，與此相對應(yīng)，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(jié)構(gòu)不同。 變頻器的特點(diǎn)： 變頻器與異步電動(dòng)機(jī)相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)機(jī)械的調(diào)速傳動(dòng)控制，簡稱為變頻器傳動(dòng)。變頻器傳動(dòng)具有固有的優(yōu)勢，應(yīng)用在不同的生產(chǎn)機(jī)械或設(shè)備上體現(xiàn)不同的功能，總體來說，變頻器傳動(dòng)具有以下幾個(gè)效能。 節(jié)能應(yīng)用主要體現(xiàn)在提高運(yùn)行可靠性、臺(tái)數(shù)控制和調(diào)速控制并用。 提高生產(chǎn)效率 (1)保證加工工藝中的最佳運(yùn)行 (2)適應(yīng)負(fù)載不同工作情況下的最佳轉(zhuǎn)速 (3)使原有設(shè)備的增速運(yùn)轉(zhuǎn) 設(shè)備的合理化 改善和適應(yīng)環(huán)境 交流變頻調(diào)速技術(shù)是現(xiàn) 代電力傳動(dòng)技術(shù)的重要發(fā)展方向。近十多年來，隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)及現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，變頻器己經(jīng)廣泛地用于交流電動(dòng)機(jī)的速度控制。同時(shí)由于電力半導(dǎo)體器件和微處理器的性能不斷提高，作為交流變頻調(diào)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(yīng)用擴(kuò)展到了工業(yè)生產(chǎn)的所有領(lǐng)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(gè)獨(dú)立的“速度包” (Speed Pod)。第二代變頻器的通信進(jìn)入點(diǎn)對點(diǎn)模擬信號連接方式。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，帶數(shù)字接口的變頻器是當(dāng)代變頻器的通信方式，它具備網(wǎng)絡(luò)通信能力 。當(dāng)代通信產(chǎn)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(shù)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(dāng)實(shí)施控制的時(shí)候，通過 RS485 只能接收少量的實(shí)時(shí)信息，并且通過人機(jī)接口界面編程，無法實(shí)現(xiàn)變頻器參數(shù)的在線監(jiān)控和優(yōu)化，從而影響整個(gè)控制系統(tǒng)性能和生產(chǎn)工藝水平的提高?，F(xiàn)在，由于現(xiàn)場總線和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，特別是美國羅克韋爾自動(dòng)化的 Control Net 和 Device Net 技術(shù)，可將帶數(shù)字接口的變頻器集成到網(wǎng)絡(luò)化的平臺(tái)中，通過 PLC、人機(jī)界面 HIM，甚至與工 廠信息管理層共享實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)變頻器參數(shù)的在線監(jiān)控和優(yōu)化。對于多電動(dòng)機(jī)的同步控制、協(xié)調(diào)控制、負(fù)載均衡分配和高速設(shè)備等應(yīng)用場合，其關(guān)鍵參數(shù) PID 可以按具體工況條件進(jìn)行在線優(yōu)化，對于實(shí)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(wǎng)絡(luò)的變頻器控制將會(huì)成為當(dāng)前世界自動(dòng)化領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。 美國羅克韋爾自動(dòng)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(yīng)的網(wǎng)絡(luò)連通，包括 Control Net, Device Net, DH, DH+和 RIO, DH485 網(wǎng)絡(luò)，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(nèi)容 本文立足于 我國中小型企業(yè)自動(dòng)化立體倉庫的現(xiàn)狀以及智能控制技術(shù)的基礎(chǔ)上，對自動(dòng)化立體倉庫條形碼認(rèn)址方式進(jìn)行初步的探討，論述立體倉庫的堆垛機(jī)運(yùn)行速度的模糊控制技術(shù)，利用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)控制集成技術(shù)對自動(dòng)化立體倉庫控制系統(tǒng)的硬件、軟件進(jìn)行較完善的設(shè)計(jì)與研究。 本文研究工作的主要內(nèi)容安排如下： 第 1章為緒論。指出 自動(dòng)化 立體倉庫研究的科學(xué)理論意義和現(xiàn)實(shí)意義。 第 2章為自動(dòng)化立體倉庫 控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)。簡要介紹了貨物倉儲(chǔ)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(shè)計(jì)方案。 第 3章 為堆垛機(jī)的定位 與 速度模糊控制 技術(shù)。探討 條形碼認(rèn)址方式與編碼 的設(shè)計(jì)方法，敘述了基于模糊理論的堆垛機(jī)速度控制的設(shè)計(jì)。 第 4章為自動(dòng)化立體倉庫控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。硬件設(shè)計(jì)包括巷道式堆垛機(jī)控制的設(shè)計(jì)、 輥 道鏈條輸送機(jī)控制的設(shè)計(jì)。 第 5章為自動(dòng)化立體倉庫控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。基于硬件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，堆垛機(jī)、輸送機(jī)的觸摸屏控制軟件設(shè)計(jì)。 第 6章為控制系統(tǒng) 調(diào)試與運(yùn)行 。在總結(jié)前一章的基礎(chǔ)上，對控制 系統(tǒng)的硬件、軟件進(jìn)行調(diào)試。包括：上位機(jī)系統(tǒng)監(jiān)控軟件的 調(diào)試與運(yùn)行 ，堆垛機(jī)水平運(yùn)行速度調(diào)試，輸送機(jī)與上位機(jī)監(jiān)控機(jī)之間的相互 通信調(diào)試，觸摸屏監(jiān)控軟件的調(diào)試與運(yùn)行。 結(jié)束語對全文的研究 工作進(jìn)行歸納、總結(jié)，給出本文研究的主要結(jié)果， 提出本課題需要進(jìn)一步完善的內(nèi)容，對今后的研究方向給出建議。 第 2章 自動(dòng)化立體倉庫控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 貨物倉儲(chǔ)作業(yè)流程 針對江西贛州五環(huán)機(jī)器有限公司的自動(dòng)化立體倉庫的設(shè)計(jì)要求，自動(dòng)化倉庫系統(tǒng)的組成如圖 21所示，系統(tǒng)由四部分構(gòu)成：貨架、貨廂 ；巷道式堆垛機(jī)；出入庫輥道鏈條輸送機(jī)；設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)。 圖 21 自動(dòng)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(nèi)。其中倉庫儲(chǔ)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(gè)；貨格形式為貨廂。 出入庫輥道鏈條輸送機(jī)：入庫時(shí)負(fù)責(zé)把貨物送入庫口，出庫時(shí)再負(fù)責(zé)把貨物運(yùn)送到人工分揀臺(tái)進(jìn)行物資分發(fā)。 巷道堆垛機(jī)：用于固定貨架區(qū)貨物的自動(dòng)存取，完成入庫作業(yè)和出庫作業(yè)等。堆垛機(jī)是自動(dòng)化立體倉庫的主要設(shè)備，倉庫所有貨物的入庫、出庫等作業(yè)都必須通 過堆垛機(jī)完成。堆垛機(jī)控制系統(tǒng)的工作效率、可靠性及穩(wěn)定性等在自動(dòng)化立體倉庫系統(tǒng)中，起著至關(guān)重要的作用。 監(jiān)控系統(tǒng)是自動(dòng)化倉庫的信息樞紐，是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化倉庫實(shí)時(shí)控制的重要組成部分。它包括：信息自動(dòng)檢測與錄入系統(tǒng)；設(shè)備自動(dòng)控制系統(tǒng)和設(shè)備及貨物運(yùn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視系統(tǒng)等。 1） 貨物入庫流程 將貨物搬運(yùn)至巷道入庫口輸送臺(tái)上，然后在輸送臺(tái)觸摸屏選擇入庫功能。在傳輸過程中，裝在鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)上的條碼閱讀器對貨廂上的條碼標(biāo)簽進(jìn)行掃描，將貨廂內(nèi)貨物的品名、規(guī)格等條碼信息讀入，經(jīng)入庫員核實(shí)后，將貨廂數(shù)量和貨物類別由控制系自動(dòng)化立體倉庫 貨架、貨廂 出入庫輥道鏈條輸送機(jī) 巷道式 堆垛機(jī) 監(jiān)控系統(tǒng) 統(tǒng)根據(jù)輸入的信息自動(dòng)分配 貨位，并發(fā)出指令給堆垛機(jī)，由堆垛機(jī)將貨廂運(yùn)送至入庫輸送臺(tái)，然后將貨物裝入貨廂，再由堆垛機(jī)將已裝入貨物的貨廂存入指定貨位，完成入庫專業(yè)。