自动化立体仓库控制系统设计

翟世勇

自动化立体仓库作为现代化物流系统中的重要组成部分,是一种多层存放货物的高架仓库系统,系统能按指令自动完成货物的存取作业,并能对库存的货物进行自动化管理,是企业实现现代化管理的重要手段。

1.自动化立体仓库的优点:

(1) 提高劳动效率,降低劳动强度。它与平库相比,可节约70%的劳动力。

(2) 节约库存占地面积,提高储存点的空间利用率。它与平库相比,可节约70%的占地面积。

(3) 增加货物储存的周转速度,加速储备资金周转。

(4) 降低货物破损率,提高企业生产的应变能力。

(5) 改善工作环境,保证安全操作,促进文明生产。

(6) 计算机自动分配货位,便于库存物品的及时准确提取。

(7) 可设置最低库存量和油封期报警。

(8) 可随时进行库存盘点、打印报表。

2 .简述自动化立体仓库的构成

自动化立体仓库由库房、货架、托盘、堆垛机、自动控制与信息传输装置,计算机和输送机等外围设备组成。该自动化立体仓库由8排货架、4台堆垛机、4台电动出入库台车、控制室组成。每行货架分隔成标准的存贮单元,上放托盘,每两行货架间留有巷道,巷道上有堆垛机,堆垛机其作用是实现对托盘进行水平和垂直的搬运。堆垛机在巷道上固定的天轨地轨间运行,两端都有限位开关和防越位撞头。巷道端(原点)设有电动出入库台车。

库内设有控制室,室内安装计算机监控系统,其任务是根据管理软件自动分配的作业地址信息,按运行时间最短、作业间隙的合理分配等原则对作业顺序进行优化排定,数据处理后向堆垛机、出入库台车等主要机电设备的控制器分发作业命令;系统实时接收控制级的信息反馈,并对主要设备的运行位置、作业状态和运行故障等状态信息进行动态显示。

3自动化立体仓库控制系统

自动化立体仓库控制系统的主要任务是控制堆垛机及电动出入库台车,根据立体仓库的工艺动作要求,能够实现自动的存取货物,并保证系统可靠安全平稳的运行。

3.1自动化立体仓库控制系统的拓扑结构

自动化立体仓库控制系统主要由两部分组成:地面部分和堆垛机部分。

本系统最大的特点通过高速PLC和高速通讯网络对系统进行控制,在整个网络系统当中各个子系统是独立运行的,一个系统出现故障不影响其他系统。

3.2地面部分

地面部分由一套西门子S7-300PLC、变频器、触摸屏及附属电气元件构成,其功能是:

(1)控制出入货台车(驱动为变频器,以减少停止时的冲击,防止托盘位置移动)。

(2)检测入货高度,超高的货物不能入库。测高采用镜反射光电开关。

(3)监视光栅幕信号,堆垛机运行时,防止人员进入,杜绝人身伤害。

(4)通过西门子MPI通讯方式与计算机监控系统通讯,接收计算机监控系统的控制指令,并将控制系统的状态(包括堆垛机的状态)发送给监控系统。

(5)通过西门子PROFIBUS-DP通讯方式与堆垛机通讯,将控制指令发送给堆垛机,读取堆垛机的状态。

(6)人机界面由触摸屏和按钮开关组成,作用是控制台车并通过堆垛机部分选择的联机触摸屏操作方式在这里控制所有堆垛机;可显示控制系统整体状态。

3.3堆垛机部分

堆垛机是自动化立体仓库的主要作业机械,担负着出库、入库、盘库等任务,是自动化立体仓库的核心部件,自动化立体仓库控制的发展就是以堆垛机的发展为标志的,目前巷道式堆垛机为主要发展方向。本系统选用的就是巷道式堆垛机。

3.3.1堆垛机的工作原理

行走电机通过驱动轴带动车轮,使堆垛机在导轨上做水平行走;提升电机通过链条带动载货台做垂直升降;载货台上的货叉电机驱动货叉左右伸缩。通过上述三维运动可将指定位置的货物取出或将货物送入指定位置。

3.3.2堆垛机控制系统的功能

(1) 动作控制:水平、垂直、左右方向的运行;

(2)位置控制:以适合的速度运行并精确的定位在货格或入出库口处;

(3)通讯功能:与地面部分通讯及用通讯的方式控制自身设备(变频器、激光测距仪);

(4)检测及保护功能:对货架和载货台有无货物的检测,超载检测,极限位置减速及极限位置断电等保护;

(5)人机界面:由触摸屏提供本机各种操作方式的选择,直截操作本机动作,显示本机状态。

3.3.3堆垛机控制系统的原理

(1) 控制系统结构

堆垛机的行列行走和升降台运动采用了交流电机变频调速,配有电磁制动器,由触摸屏进行操作并显示运行状态。

(2) 位置确定

正确可靠地存取货箱,准确地认址定位是关键。

本系统水平方向采用激光测距的绝对认址方式,激光测距仪采用SICK公司DME5000系列产品,它具有以下性能。 激光源:可见红光。 测量范围:0.1~130m。 分辨率:2mm。 最大运行速度:3m/s。 接口形式:PROFIBUS-DP。

(3) 变频器的选择

由于精确定位的要求,变频器需要在较低的频率下运行,为了在电机低频运行时速度精确稳定并提供足够的转矩、保证垂直运行的载货台不会因转矩不够而下坠,垂直电机的变频器采用速度闭环矢量控制方式;水平及货叉的变频器采用开环矢量控制方式。水平电机和货叉电机不同时运行,可使用同一台变频器,由两个交流接触器来进行切换。

(4) 检测及保护

在堆垛机上安装检测载货台及货位有无货物的漫反射光电开关。当货位有货时,系统会拒绝再次在此货位存入货物;同理,堆垛机上有货时,系统将不允许伸叉取货。

由于堆垛机是属于在轨道上的高速运行物体,因此必须设有双保险装置。例如当载货台向上运行超出最高层一定距离时,上限位开关动作,载货台将停止向上运行;如果继续向上运行,紧急限位开关动作,系统将切断其电源。

(5) 电源供电

对于运行物体系统的供电是一个关键问题。本系统采用滑触线的供电方式,选用进口滑触线通过双集电器与堆垛机进行电连接,保证供电的可靠性,系统具有节省电缆、美观、安装维护方便的特点。

自动化物流仓储设备的技术进步,主要依赖于信息技术、计算机技术和控制技术的发展。本系统作为典型的机电一体化设备,其技术水平很大一部分体现在控制系统的先进性,本系统设计的基本出发点是实用性和先进性相结合,在保证系统实用能力的前提下体现技术的先进性,并为系统的进一步技术升级完善预留接口。□(编辑/李舶)