【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 類型的堆垛機(jī) ， 一 般都由水平行走機(jī)構(gòu)、起升機(jī)構(gòu)、載貨臺(tái)及貨叉機(jī)構(gòu)、機(jī)架和電氣設(shè)備 等基本部分組成。它是在所謂高層 、 高 速 、 高 密度儲(chǔ)藏的概念 下 的 產(chǎn) 物。 盡 管 各 廠 家 各有 獨(dú) 創(chuàng) ， 結(jié)構(gòu)形式有些差異，但可以說大 同 小 異 ， 所 有 的堆垛機(jī) 都 不 外 乎 由 機(jī) 架 、載 貨 臺(tái) 、 伸縮貨叉、軌道和控制系統(tǒng)等部分組 成 。 堆垛機(jī)的發(fā)展 初期 的 立 體 倉(cāng) 庫(kù) 使用的堆垛機(jī)以橋式 起 重 機(jī)為基礎(chǔ)，這種堆垛機(jī)是從 起 重 機(jī)的大梁上 懸掛一 個(gè) 門架，利用門架的 上 下和旋轉(zhuǎn)來搬運(yùn) 貨 物 。 1960 年左右 在 美 國(guó)出現(xiàn)了巷道式堆垛 機(jī) ， 隨后巷道式堆垛機(jī)逐漸替代了受重 量 和 跨 度限制的橋式堆垛機(jī) 。 1967 年日本安 裝 了 高 度 1015 米的 高 層 堆垛 機(jī) ， 1969 年出現(xiàn)了聯(lián)機(jī)全自 動(dòng) 化 倉(cāng) 庫(kù) ， 我 國(guó) 是 在上世紀(jì) 70 年代初 期開始研究采用巷道式堆垛機(jī)的立體倉(cāng) 庫(kù) 。 目前的堆垛機(jī)技術(shù)取得了重大的發(fā) 展 ， 控制技 術(shù)、定位精 度 、 運(yùn)行速度都得到了 很 大程 度 的 提 高 。巷道式堆垛機(jī)的起升速度已經(jīng)可以達(dá) 到 90m/min， 運(yùn)行速度達(dá)到 240m/min， 在 有 的 立體倉(cāng)庫(kù)中采用 上 、 下 兩層分別用巷道堆垛 機(jī)進(jìn)行 搬 運(yùn) 作 業(yè)的 方 法提高出 入庫(kù)能力。 堆垛機(jī)技術(shù)的研究現(xiàn)狀 按現(xiàn)行機(jī)械行業(yè)標(biāo) 準(zhǔn) ， 有軌巷道 式 堆垛機(jī) 分 類方式很 多 ， 如按支承方式、用途、控制 方式、結(jié)構(gòu)、運(yùn)行軌跡 等 分 類 。 無論何種類型的堆垛 機(jī) 一 般都由水平行走機(jī)構(gòu)、起升機(jī)構(gòu)、 載貨臺(tái) 及貨叉機(jī) 構(gòu) 、 機(jī) 架和 電 氣 設(shè) 備 等 基 本部分組成。 體現(xiàn)堆垛機(jī)動(dòng)態(tài)性能優(yōu)劣的指標(biāo) 主 要 有 :運(yùn)行速度、提升速 度 、 貨叉速度、平穩(wěn)性、 認(rèn)址精 度 等 。 隨 著 科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步 ， 自 動(dòng) 化 立 體倉(cāng)庫(kù)的技術(shù) 水 平和倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)械設(shè)備的動(dòng) 態(tài)性能也在不斷提高。例 如 ，堆垛機(jī)的運(yùn)行驅(qū) 動(dòng) 己由 20 世紀(jì) 70 年 代的子母電動(dòng)機(jī)改為變 頻調(diào) 速 ， 速度 由 550mlmin 提 升 至 中 160m/min， 國(guó) 外小 載 重量的堆垛機(jī)最高可達(dá) 300m/min。 第 4 頁(yè) 畢業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 提升驅(qū)動(dòng)已由 20 世紀(jì) 70 年 代 的雙速電動(dòng)機(jī)改進(jìn)為變頻調(diào)速， 速 度由 416m/min 提 升 至 025m/min。 貨叉運(yùn)行也由單速電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)改進(jìn)為變頻調(diào)速，速度由 8m/min 提升至 435m/mjn。 在堆垛機(jī)自動(dòng) 控 制 方 面還采用閉環(huán)控制變頗調(diào)速系 統(tǒng) 、 Profibus 總線控 制 等先 進(jìn)技 術(shù) 。 盡管如此，目前 國(guó) 產(chǎn)堆 垛機(jī)的運(yùn)行速度 最 高 仍 保 持在 160m/min。 提升速度在 080m/min。 貨叉速 度 一 直 保 持 ，在 030m/min。 認(rèn)址采用光電探 測(cè) ， 精度不 足 ， 認(rèn) 址 差 錯(cuò) 率 高。 本文研 究 的 主要內(nèi)容 課題的研究目標(biāo)是設(shè)計(jì)安全可 靠 ， 具 有 經(jīng)濟(jì)性能和操作性能良好的堆垛機(jī)控制系統(tǒng)。 主 要內(nèi)容如 下 : (1) 介紹自動(dòng) 化 立 體 倉(cāng) 庫(kù) 和堆垛機(jī) 的 一 般概念和基本組，以 及 國(guó) 內(nèi) 外 立 體 倉(cāng) 庫(kù) 和 堆垛 機(jī)的發(fā)展現(xiàn) 狀 ， 簡(jiǎn)單介紹了立體倉(cāng)庫(kù)的發(fā)展方向。 (2) 對(duì)堆垛 機(jī) 在 水 平 方向和 垂 直 方向運(yùn)行進(jìn)行速度控制，根據(jù)運(yùn)行的目的地址 和 當(dāng) 前 地址 之 間的比較，選擇合適的變頻 器 ，對(duì)電機(jī)的 運(yùn) 行 速度進(jìn)行控 制 。 并在應(yīng)用新的 定 位方 式的基礎(chǔ) 上 ， 對(duì)變頻調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行 位 置 速度雙閉環(huán)控 制 ， 并解決新方案中的硬件設(shè) 置 問題 。 由 PLC 輸 出高速脈 沖 和貨叉方向改 變 信號(hào) 控制步 進(jìn)電動(dòng) 機(jī) 左 伸和右伸，以及貨叉的伸縮速 度。 (3) 設(shè)計(jì)了堆垛機(jī)運(yùn)行系統(tǒng)的控制程序，包括堆垛機(jī)各 種 工 作方 式 下 的控制程序。 第 5 頁(yè) |業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 二章 堆垛機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 控 制 技 術(shù) 要 求 和系統(tǒng)總 體 設(shè)計(jì) (1) 本系統(tǒng)中堆垛機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)由水平運(yùn)行的行走機(jī) 構(gòu) ， 垂 直 運(yùn)行的起升機(jī)構(gòu)及取送 貨的伸叉機(jī) 構(gòu) 三 部分組成 。 水 平 部 分運(yùn)動(dòng)電機(jī)和 垂 直 部分運(yùn)動(dòng)電機(jī)分別采用 220W 的 三 相 交流異步電動(dòng) 機(jī) 和 200W 的單相交 流 異 步電動(dòng)機(jī) ，由西門子 S7200PLC 通過變頻器進(jìn)行控 制 。伸叉機(jī)構(gòu)電機(jī)采用兩相混合式步進(jìn)電 機(jī) ， 由 西 門 子 S7200 通過步進(jìn) 電 機(jī) 驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行控 制 。 由 堆 垛 機(jī) 運(yùn)行機(jī)構(gòu)特點(diǎn) 及 工 作要求 可 知 ， 能否保證堆 垛 機(jī) 的穩(wěn) 定 工 作，關(guān)鍵在堆 垛 機(jī) 的 三 維位置移動(dòng)定位的精確 性 。 主要 技 術(shù) 指標(biāo)和和主要設(shè)計(jì)參數(shù) 堆 垛 機(jī) 運(yùn)行的速度范 圍 : 水 平方 向 : 2m/min360m/min。 垂直方向 : 2m/min80/mi n 。 貨 叉 : 2m/min60/ min ( 2 ) 本 文 堆 垛機(jī)的控 制 方 式有自動(dòng)和手動(dòng)控制。 ①手動(dòng)方式通過堆 垛 機(jī) 的 轉(zhuǎn) 換開關(guān)及按鈕 控 制 堆垛機(jī)水平和提升運(yùn)動(dòng)及貨叉伸縮。 同時(shí)運(yùn)動(dòng)速度也可 以 手 動(dòng)選擇 。 手 動(dòng) 操作時(shí) ， 系統(tǒng)應(yīng)給予相應(yīng)的警示 信 號(hào)。 同 時(shí)系統(tǒng)將解 除大部 分 的 保護(hù)控制。手動(dòng) 操 作 主 要用于安 裝 、 調(diào) 試 和 排除故障。 ② 單 機(jī) 自 動(dòng) 用 人 機(jī)界面對(duì)堆 垛 機(jī) 進(jìn)行 全 自 動(dòng) 的控 制 ， 控 制 系統(tǒng)根據(jù)用 戶 輸 入 的參數(shù) 進(jìn)行全自動(dòng)的取送貨動(dòng)作。界面操作 時(shí) 命 ， 應(yīng) 具 備對(duì)貨物的單 送 、 單取操作 。 人 機(jī) 界面應(yīng)具 備實(shí) 時(shí) 顯 示 設(shè)備運(yùn) 行 工 況，故障及歷史故 障 查 詢等功 能 。 (3)在本文設(shè)計(jì)的堆垛機(jī) 控 制 系 統(tǒng) 中 上 位 機(jī) 完 成的 只 是 數(shù)據(jù) 輸 入 和傳 送 ， 主 要 的 控 制 任務(wù)是 由 PLC 來完成。 ① 作 業(yè)命令 處 理 : 確定作 業(yè) 狀 態(tài)時(shí)自動(dòng)還是手 動(dòng) 。 確 定 作 業(yè) 指令是存貨入庫(kù)還是取 貨 出 庫(kù) 。確定 作 業(yè) 地址包括列地址和層地址。 ②位置技術(shù)及判 斷 : 沿 著堆 垛 機(jī) 的 行進(jìn)方向和載貨臺(tái)的升降方向設(shè) 置 認(rèn) 址片 ， PLC 通過檢測(cè)認(rèn)址片來判斷堆 垛 機(jī) 位置和載貨臺(tái)的位 置 ， 每經(jīng) 過 一 個(gè) 認(rèn) 址 片 ， PLC 的 高 速計(jì)數(shù) 器就自動(dòng)計(jì) 數(shù) 一 次，前進(jìn) 加 一 ， 后退減 一 ， 上升 加 一 ， 下降 減 一 。 到達(dá)預(yù)定位置 后 ， 堆垛 第 6 頁(yè) 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 機(jī)停 車 。 ③速度調(diào)整和準(zhǔn)確停 車 : 根據(jù)堆垛機(jī)和目標(biāo)位置的距離 ， PLC 輸出速度調(diào)整的控制 信 號(hào) 給變頗 器 ， 通過 變 頻器 控 制 電 機(jī)的轉(zhuǎn)速 ， 在 停 車 之前先把堆垛機(jī)的運(yùn)行速度降低到低 速 檔 ， 使堆垛機(jī)以低速接近目標(biāo)位 置 ， 保證堆垛機(jī)的穩(wěn)定性。 ④作業(yè)任務(wù)的順序邏輯控 制 : 按照入 庫(kù) 、 出庫(kù)的作業(yè)順 序 ， 確定各輸出點(diǎn)的得電狀 態(tài) ， 完成作業(yè)順 序 的 邏 輯控制。 ⑤安全保 護(hù) : 水 平 行 走 、載貨 臺(tái)升降及貨叉的伸縮等都有限位保護(hù)。 ⑥ PLC 還 有 工 作故障報(bào)警功能。 本系統(tǒng)由上位監(jiān)控級(jí)與直接控制級(jí)組成。監(jiān)控級(jí)對(duì)通訊、流程進(jìn)行控制，并進(jìn)行實(shí)時(shí) 圖像顯示 ， 直 接控制級(jí)是由 PLC(可 編 程序控制 器 )組成 的 控制系統(tǒng)對(duì)各設(shè) 備進(jìn)行 單 機(jī) 自動(dòng) 操 作 。 采用組 態(tài) 王 建 立 監(jiān)控界面，同時(shí)將運(yùn)行系統(tǒng)的狀態(tài)反饋到監(jiān)控計(jì)算 機(jī) 。 堆垛機(jī) 采用西門子公司的 S7 200 型 PLC 控制，與變頻器結(jié)合對(duì)堆垛機(jī)進(jìn)行變頗調(diào)速。系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 拓?fù)鋱D如圖 所示。 堆垛機(jī)水平 認(rèn)址系統(tǒng) 堆垛機(jī)縱向 認(rèn)址系統(tǒng) 87200 PLC 堆垛機(jī)貨物 檢測(cè)系統(tǒng) 堆垛機(jī)限位 保護(hù)系統(tǒng) 圖 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D 第 7 頁(yè) 畢業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 堆垛 機(jī) 位置控制 由堆垛機(jī)的作業(yè)流程分 析 ， 堆垛機(jī)是由水平運(yùn)行機(jī) 構(gòu) 、 縱向起升機(jī) 構(gòu) 和 貨叉伸縮機(jī)構(gòu) 三 部分組 成 的 ， 水 平 運(yùn)行機(jī)構(gòu)和 垂 直 起升機(jī)構(gòu)使堆垛機(jī)到達(dá)目標(biāo) 位 置 ， 貨叉伸縮機(jī)構(gòu) 完成 存取貨任務(wù)。要完成對(duì)堆垛機(jī)自動(dòng)控制系 統(tǒng) 的 設(shè) 計(jì) ， 首 先要保證堆垛機(jī)能夠準(zhǔn)確到達(dá)目標(biāo) 位 置 ， 所以在設(shè)計(jì)堆垛機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)時(shí) ， 關(guān)鍵在于準(zhǔn)確可靠的認(rèn)址和定位保證堆垛機(jī)準(zhǔn) 確無誤的定 位 在 目 標(biāo)貨位。另外為了提高存取效率和保證堆垛機(jī)的穩(wěn)定 性 ， 必須對(duì)堆 垛 機(jī) 三 個(gè) 機(jī) 構(gòu) 的 速度進(jìn)行合理有效的 控 制 ， 其中速度位置檢測(cè)是堆垛機(jī)自動(dòng)控制系 統(tǒng) 的 關(guān)鍵部 分。 堆垛機(jī)速度 位 置 控制的實(shí)現(xiàn)方法如圖 所 示 ， 控制系統(tǒng)由 PLC 控制 器 、 調(diào)速系 統(tǒng) 、 編碼 器 、 認(rèn) 址片 和 認(rèn) 址器組 成 ， 實(shí)現(xiàn)位置和速 度 的 雙閉環(huán)控制。 執(zhí) 千 于 牛 幾 構(gòu) 控制器 輸 入 調(diào)速系統(tǒng) 認(rèn) 址 器 速度檢測(cè) 位 置 檢測(cè) 圖 t佳垛機(jī) 位 置 速度控制框圖 定位控制 定位控制就是確定堆 垛 機(jī) 停止在目標(biāo)貨位的功 能 。 自動(dòng)倉(cāng) 庫(kù) 的 認(rèn)址檢測(cè)系統(tǒng)有兩項(xiàng)任 務(wù) : 一是 實(shí) 現(xiàn)自 動(dòng) 尋 址 ， 使 堆 垛機(jī)自動(dòng)找到被指定到達(dá)的位 置 :二 是 自動(dòng)準(zhǔn)確停 準(zhǔn) ， 即堆 垛 機(jī) 停準(zhǔn)位置不超出規(guī)定的精度。為 此 ， 貨架上的 每 個(gè) 貨 位 必 須具有堆垛機(jī)能 識(shí) 別 的編碼 ， 所以將貨架兩側(cè)編成 Xl 、 X2， 沿 1住 垛 機(jī) 運(yùn)行方向?qū)⒇浖芫帪? Oy 列 ， 垂直方向編為 oz 層。這樣 每 個(gè) 貨位就有了 獨(dú) 立 的 三 維坐標(biāo)地址，堆垛機(jī)自動(dòng)檢測(cè)目前的坐標(biāo)地址，使其能 到達(dá)目標(biāo)位置。 因 為 貨架兩側(cè)分為 X l 、 X2， 只有兩個(gè)方 向 ， 反應(yīng)到堆 垛 機(jī) 上只是貨叉左 伸 、 右 {申運(yùn) 動(dòng) ， 此方 向 不 用檢測(cè)， 所 以 實(shí) 際 上堆 垛機(jī) 位 置 的檢測(cè)只是對(duì) Y、 Z 位 置 的檢 測(cè)。 第 8 頁(yè) 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 認(rèn)址檢測(cè)方式 主要的認(rèn)址檢測(cè)方式 有 以 下 幾種 : (1) 絕對(duì)認(rèn) 址 : 絕對(duì)認(rèn)址是將 每 一 個(gè)貨位賦予 唯 一 的 開 關(guān)狀 態(tài) ， 給每個(gè)貨位制 作 一 個(gè)專用的認(rèn)址片 ， :1:佳垛機(jī)上相應(yīng)安 裝 一 個(gè)識(shí)別器，通常 是 二 進(jìn)制編碼板 和 一 組光電開關(guān)的 組 合 ，通 過 讀取認(rèn)址片的代碼來判斷堆垛機(jī) 的 當(dāng) 前位置。 (2)相對(duì)認(rèn) 址 :相對(duì)認(rèn) 址 : 相對(duì)認(rèn)址時(shí)每個(gè)貨位的認(rèn)址片結(jié)構(gòu)相同。每經(jīng) 過 一 個(gè)貨 位 ， 就對(duì)地址編碼進(jìn)行加 l或減 1. 一 直 移動(dòng)到和預(yù)定 位 置 號(hào) 一 致時(shí)停止運(yùn) 行。 (3) 編碼器定位 法 : 編碼器定位方式主要有兩 種 :從動(dòng)輪與軌道旋轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)測(cè) 定 方 式、 鏈輪與鏈條旋轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)測(cè)定方式。從動(dòng)輪與軌道旋轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)測(cè)定方式。堆垛機(jī)的從動(dòng) 輪 上 配有 |司 軸旋轉(zhuǎn)編碼器，從動(dòng) 輪 與 軌道近似純滾動(dòng)，因此通過對(duì)旋轉(zhuǎn)編碼器的轉(zhuǎn)角的轉(zhuǎn)換，可以 得到堆垛 機(jī) 的相 對(duì) 運(yùn)行位 置 。 (4) 激光測(cè) 距 定 位 : 激光測(cè)距定位是近年來應(yīng) 用 于 堆垛機(jī)準(zhǔn)確定位的新技 術(shù) ， 用激 光測(cè)距儀通過測(cè) 量 堆垛機(jī)到基準(zhǔn) 點(diǎn) 的 距離 和 事 先存儲(chǔ)的 位 置 數(shù)據(jù)比較來確定堆垛機(jī) 的 當(dāng) 前位 置 。 這種方法的精度很 高 ， 但 是 使用時(shí)堆垛機(jī)和激光發(fā)射器和反射板之間不允許 有物 體 ， 否則會(huì)遮擋住激光的傳輸路 徑 ， 使系統(tǒng)無法準(zhǔn)確定位。 以 上 是四種常見的認(rèn)址檢測(cè)方式，四種方式各有優(yōu)劣，下面的表格 21 是 他 們 之間的 比較對(duì) 照 : 表 21 認(rèn)址方式對(duì)比表 認(rèn)址器 光電開關(guān) 旋轉(zhuǎn)編碼器 激 光測(cè) 距 傳感器 認(rèn) 址 方 式 相對(duì)認(rèn)址 絕對(duì)認(rèn)址 絕對(duì)認(rèn)址 絕對(duì)認(rèn)址 可靠性 較低 高 較 高 最 高 認(rèn)址精度 格 格 mm 口 1盯 1 系統(tǒng)成本 低 高 同 較高 數(shù)據(jù)接口 無 無 多種 多種 定位方式 反射式 反射式 接觸式 反射式 使用壽命 短 短 較長(zhǎng) 長(zhǎng) 第 9 頁(yè) 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 認(rèn)址方式確認(rèn) 為完成對(duì)堆垛機(jī)的 位 置 控 制 ，