数控立体存储库开发技术*

刘凤霞, 谭天洪, 杨开宇, 刘俊浩, 刘俊杰

(1.山东山水水泥集团有限公司，山东 济南 250307； 2. 云南机电职业技术学院，云南 昆明 650203； 3.吉林大学，吉林 长春 130022； 4. 国家电网公司运行分公司宜宾管理处，四川 宜宾 644002)

数控立体存储库开发技术*

刘凤霞1, 谭天洪2, 杨开宇3, 刘俊浩1, 刘俊杰4

(1.山东山水水泥集团有限公司，山东 济南 250307； 2. 云南机电职业技术学院，云南 昆明 650203； 3.吉林大学，吉林 长春 130022； 4. 国家电网公司运行分公司宜宾管理处，四川 宜宾 644002)

本着节省空间及时间的实际需求开发了数控立体存储库，该存储库能够实现物料的五层立体叠加放置，同时可以实现物料的自动存取，显然该设备可以最大限度的满足物料有序存放和实现工厂自动化的要求。开发出的数控立体存储库已经运用到某工厂的实际生产中，使用后反应良好，该设备具有较高的后续研究价值和较好的市场前景。

自动化；数控立体存储库；自动存取

Abstract: In order to satisfy with the need of space-saving and time-saving purpose, the numerical control stereo-storage is developed. The numerical control stereo-storage has been developed to achieve five-dimensional overlay placement, and can realize automatic access to the material. It is clear that the device can maximize the satisfaction of material to achieve the orderly storage and the requirement of automation in the factory. The numerical control stereo-storage has been applied to actual production in a factory. It received a very good reaction after using, so the device has a high research value and a bright market prospects.

Key words: automation; numerical control stereo-storage; automatic access

0 引 言

工厂流水线操作的不断发展大大提高了加工效率同时也使存储的原料及后续废料成倍增加。以前堆放式的存储方式不仅占用大量空间而且严重影响厂区环境，显然不符合建设绿色工厂的要求。另一方面，要在一大堆物料中找到一件需要的原材料也不是一件容易的事，这也显然无法满足建设智能工厂的要求[1]。为了更好的建设现代化工厂，笔者介绍了开发数控立体存储库的关键技术。控立体存储库具有操作简易、显示直观、可靠性强等优点。

1 概 述

数控立体存储库是对物料实现立体存储并实现无人工直接参与的自动存取物料的系统。系统主要由机械、电气控制和操作面板三部分构成，如图1所示。

与传统存储库相比，数控立体存储库系统主要有以下两点优势：

(1) 提高空间利用率。立体存储库的最大优点就是可以实现空间的立体使用，就好比城市里建设的高楼，可以提高空间利用率，充分节约有限且宝贵的土地资源。一般来说，数控高架立体存储库的空间利用率是普通平库的2～5倍。这对空间极其有限的工厂来说，是一种非常优化的资源配置。

图1 数控立体存储库实物图

(2) 有利于形成先进的物料存取体系，可以很好的提高企业生产管理水平。传统存储库只是物料储存的一个场所，功能单一，是一种“静态储存”，已经不满足今天自动化工厂的要求。数控立体存储库采用先进的自动化物料存取模式，不仅满足存储物料的要求，还能满足自动存取，这是一种“动态储存”，能够很好的适应工业发展的自动化工厂要求，也是今后物料存储系统发展的必然趋势。

2 机械部分

数控立体存储库的机械部分由多层立体货架和升降台两部分构成。笔者所展示的立体货架共包括5层[2]，立体货架的单层最大载荷为3 t，即整个货架的最大载荷为15 t。立体货架每层均需放置一个如图2所示的载物托盘，物料需先放置在载物托盘中，再存放到货架中。

图2 载物托盘

载物托盘的作用有三个：

(1) 物料存放在载物托盘中，可以使物料存放更加有序。

(2) 载物托盘下边缘有6个着力点，可以使重量更均匀的分配在货架上。

(3) 升降台每次可以通过操作载物托盘的升降来实现物料的存取。

升降台采用剪叉式结构，通过一个减速电机带动来控制液压油泵的排油与吸油，从而操作升降台的上升与下降。为了保证每层准确定位，在升降台的升降轨道中还加装了光电开关，通过光电开关的通断来确定升降台所处的位置。在升降台不仅要完成上升和下降的动作，还需在水平方向实现载物托盘的放入与取出，这就需要升降台可实现水平方向的运动。水平方向选用了1台小功率电机，当然在水平方向也需要精确定位，此处可选用行程开关。为了确保运行安全，保证传动链的寿命，在水平电机的电路中还可以加装变频器，这样可以实现平稳启动，避免传动链因突然受力而崩断。

3 电气部分

图3为电控箱实物图。

图3 电控箱实物图

数控立体存储库的自动存取离不开机械部分的执行，但更离不开电气部分的控制。如果把机械部分比作它的手，那么电气部分毫无疑问就是它的大脑。电气部分主体位于电控箱中，主要包括可编程控制器、变频器及其它电气元件。

3.1 可编程控制器(PLC)

数控立体存储库控制系统的核心控制单元是可编程控制器(Programmable Logical Controller简称PLC)，能够对整个系统起到快速、实时、稳定的控制作用。PLC是一种数字运算操作电子系统，专为在工业环境下应用而设计的[3-6]。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的，模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC是传统继电器控制技术与微机技术结合之后的产物。与传统继电器控制相比，PLC具有接线简单、功耗低、体积小、可靠性高和可移植性强等优点。与微机控制相比，PLC具有抗干扰能力强、性价比高等优点。

PLC还会控制水平电机的动作和层数指示灯的接通与断开。当系统出现错误，或当人的操作出现错误时，PLC将控制外部红灯闪亮同时发出蜂鸣声，作为警报提示。

3.2 变频器(VFD)

载重时水平方向的突然启动将会造成较大的振动，出于保护系统和安全运行的考虑，水平电机加装了变频器(Variable-fre-quency Drive，VFD)。变频器首先会把交流电变换为直流电，然后再把直流电逆变为交流电。变频器可以同时改变输出电压的幅值和频率，以达到使电机运行曲线平行下移的目的。使用变频器的作用：

(1) 对电机的转速实现无极调节。能够使电机以较小的启动电流，获得较大的启动转矩，即变频器可以启动重载负荷。

(2) 节约能源。由于在启动阶段的电流较小，所以不会导致电流、电压突变而造成能源浪费。

(3) 提高设备自动化程度。变频器虽然内部结构复杂，但使用简单，所以不只适用于启动电动机，而是广泛的应用到各个领域，对实现生产自动化作出了突出贡献。

笔者所用到的变频器可以使输出电压在8 s的时间内频率由0 Hz逐渐增大到50 Hz，最终验证，这一方法很好的提高了系统的稳定性。变频器具有调压、调频、稳压、调速等基本功能，很好的适应了现代工业控制的需要。随着技术的发展，不同功率、不同外形、不同体积、不同用途的变频器都在不断发展，在未来变频器一定还会得到更广泛的应用。

3.3 其它电气元件

其它电气元件包括保护电路的空气开关、过流保护器等，另外还包括其控制作用的继电器、交流接触器等，以及判断升降台位置的光电开关、限位开关等[7]。这些元件一起构成了整个电气系统的电路，不仅可以完成PLC对电机的控制，还可以向PLC提供升降台所处的位置，甚至能够判断电路的运行情况，一旦电路出现故障，PLC能够迅速得到信号并响起警报。

4 操作面板

操作面板主要由触摸屏和手动操作区两部构成，如图4所示。

4.1 触摸屏

触摸屏作为自动化设备的操作界面，现已广泛应用到各个领域，图5为触摸屏实物图。采用触摸屏作为操作界面具有操作方便、显示直观、界面友好等诸多优点。用户不仅可在触摸屏上面输入各种操作指令而且可非常方便的对系统参数进行设置、更改。

图4 操作面板实物图 图5 触摸屏实物图

4.2 手动操作区

触摸屏下方分布了4个指示灯和5个按钮，如图6所示。

图6 手动操作区

最左侧是急停按钮，当设备在运行过程中突然出现异常时，迅速按下此按钮便可立即停止设备运行，以免造成安全事故或防止事故扩大。其它4个按钮

起着与下面标牌所示一致的作用，用手按住按钮时，系统将会执行相应的指令，同时上面对应的指示灯会变为绿灯。由于手动按钮是与接触器直接相连，指令没有经过PLC，故光电开光和限位开关都无法对该状态下的运行起到控制作用，此时，是否运行到目标位置只能根据操作人员的目测。当到达目标位置时，松开按钮，系统停止运行。

5 结 语

数控立体存储库采用PLC控制，已经在工厂投入使用，经过现场实践的验证，该数控立体存储库系统运行可靠, 做到了自动存取货物, 节省人力、物力和时间[8-9]。本数控立体存储库是物流机械和计算机技术地完美结合，仓库作业全部实现自动化，满足现代化工厂的实际需要。本存储库的成功研制, 为进一步研究自动化数控立体存储库提供了值得借鉴的经验，同时也为工厂创造了实际的经济价值。总之，随着信息科学、自动化技术、程序语言的不断发展, 自动化数控立体存储库将会有更大的需求和更广阔的前景[10]。当然对数控立体存储库的要求也将随着科技进步而不断提高。今后, 数控立体存储库应该向着更加智能化、信息化、多样化的方向发展。

[1] 张宏兵,田 奇.小型自动化立体库的应用[J]. 长安大学学报，建筑与环境科学版,2004, 21(2): 52-55.

[2] 李 振,刘筱焕,沈 彤.多层立体仓库的构思与实践[J].物流技术,1998(2): 13-15.

[3] 逯久鑫,张燕,廖宇兰,等.基于PLC采摘机控制系统研究[J].农机化研究,2012(8): 181-183.

[4] 郭和伟.交通信号灯的PLC控制系统设计[J].湖北职业技术学院学报,2011,14(2): 100-104.

[5] 张 帆.基于PLC控制系统设计探讨[J].中国新技术新产品，2012(6):129.

[6] Sungur C. Sun-tracking System with PLC Control for Photo-voltaic panels[J]. International Journal of Green Energy, 2007, 4(6): 635-643.

[7] 孙金根,付丽君,刘增林,等.立体库PC控制系统[J].沈阳工业学院学报,1999(3):68-71.

[8] 修 杰,李玉兰,徐世许.送料机的 PLC 控制系统设计[J].工业控制计算机,2012(4):100-101.

[9] 张 彤.温度控制器的PLC制系统分析[J].数字技术与应用, 2012 (4): 21-22.

[10] 张 帆.基于PLC控制系统设计探讨[J].中国新技术新产品，2012(6):129.

Development Technology of Numerical Control Stereo-storage

LIU Feng-xia1，TAN Tian-hong2， YANG Kai-yu3，LIU Jun-hao1，LIU Jun-jie4

(1.SunnsyGroupCo.,Ltd,JinanShandong250307,China; 2.YunnanVocationalCollegeofMechanical&ElectricalTechnology,KunmingYunnan650203,China; 3.JilinUniversity,ChangchunJilin130022,China; 4.YibinAdministrativeDepartmentofStateGridOperationBranchCompany,YibinSichuan644002,China)

2014-06-18

刘凤霞(1976-)，女，山东菏泽人，工程师，研究方向：机械工程。

TH16

A

1007-4414(2014)04-0077-03