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