巷道式堆垛机自控系统设计中有关问题的研究

潘琛 杨亚斌 牛力龙

摘 要：本文分析了巷道式堆垛机自控系统设计期间存在的主要问题，在信息显示、作业地址、定位方法以及作业指令的输入方法等方面进行了有效解决，提出了自己的设计方案与观点，以期为此后巷道式堆垛机的设计工作提供更多的借鉴依据。

关键词：巷道式；堆垛机；自控系统；问题；设计

1.巷道式堆垛机信息显示、作业地址以及作业指令的输入方法

巷道式堆垛机的信息显示、作业地址、指令输入方法存在多种，但信息的显示一般通过发光二极管完成，比如诊断故障代码等。输入作业地址利用拨码开关完成，此种方法的原理较为简答，但一旦元件发生损坏问题，则无法准确显示信息。拨码开关无法校地址信息，一般在使用2-3年后，便会出现触点氧化问题，增大电阻，降低工作电压，以致电流较小，造成拨码开关的数值与PLC输入并不一致，堆垛机无法正常运行，增大了此后维修与保养的难度，因此较少使用。除此之外，在作业地址、作业指令数字输入方面还可以采用键盘，利用符号显示各种信息，此种方法可以立即显示输入的数值与指令，校对简单。随着电子技术的快速发展，PLC终端设备的种类也不断增加，为堆垛机完成自动化控制提供了良好的运行条件。立体库终端为C200H编辑器，可以显示数字、字母及符号，可以在一个画面上全部显示作业地址、故障诊断代码、列层叉的运行状态、停止运行的位置等信息，且在输入指令后可以马上显示，实现了人机对话，确保了输入作业地址与指令的准确性与可靠性[1]。

2.位置检测定位方法

2.1位置检测方法

堆垛机以货架为目标进行作业，需要检测各个方向的实际货位情况，在检测时一般选择使用以下几种方法。一是绝对地址式，此种方法主要将固定的编码地址安装至升降与行走的各个位置，并在地址增加门牌，确保堆垛机自身目的地址与靠门牌地址相对前进，此种地址的查找方法比较简单，准确性较高，但电路复杂，需要较高的加工制造与安装调式成本。二是相对地址式，堆垛起重机每经过一个位置便记录一个数，直至移动至与预定位置重合。此种方法电路简单，但运行期间极易受到外界因素的干扰，以致引起计数错误问题。随着电子技术的快速发展，PLC终端发展速度也不断增快，且可以灵活控制堆垛机，保障堆垛机在货格时间超时时自动报警，从而避免计数出错。在立体库中采用此种设计方法后，长期使用的出错几率较低，且出错时可以立即发出报警信号，堆垛机停止运行。三是绝对-相对地址综合式，此种方法先计数，到位之后在读门牌，且门牌号利用光电开关组成奇偶数字校验。此种方法有效弥补了上述两种方法的不足之处，具备较高的实用价值，较为适用于大型自动化程度较高且不允许出错的堆垛机。

2.2位置定位方法

一是利用一对光电开关进行定位，此种方法技术定位简单，精确度较高，但堆垛机运行期间，光电开关的挡光时间较短，且一般采用PLC运行系统，并根据用户程序的大小确定输入点的扫描周期，时间一般为20-30ms之间。在堆垛机运行期间，挡光板时间应大于30ms，以便更好的检测挡光板的信号。当精确度要求较高时，堆垛机的最高运行速度不得超过40m/min。二是利用两对光电开关进行定位，此种方法更为复杂，两对光电开关采用直线安置方法，开关之间的距离应为180mm。在运行过程中，前面的光电开关进行计数，当距离目的地址差2-3个货位时，由快速减速至中速，并继续前行。计数到位后，在由中速减速至慢速，之后以慢速继续前行。此种方法下，最高允许运行速度为400m/min，此种方法在运行到位前，堆垛机保持中速接近目的地址，当第二对开关被挡光后，减速至慢速，主要通过改变中速与加速度的带大小实现[2]。

3.变频器使用

变频器具备三种调速方法，一是模拟电压输入，利用电位器将变频器的标准电源与之连接为公共端，滑动端变压器模拟电压输入端，通过调节电压器滑动端改变输入端的电压，以有效控制变频器的输出频率，或调速时利用分压组合的方法、组合开关控制产生不同的电压数值。二是电流输入，此种方法下需要使用外部电源，变频器不再提供电源，利用分流元器件及转换组合开关提供不同数值的电流，从而达到控制变频器输出频率的目的。三是开关量控制，变频器具备2-3个电源与控制端，利用外部开关触点的通断组合与预先设定的组合设定频率，以有效控制变频器的输出频率。

上述前两种方法为模拟信号控制，第三种为控制开关量信号。第一种方法可以使用至电动转速闭环控制过程中，要求具备精确度较高的电动机转速，但其模拟控制电源与电路极易受到温度、磁场以及湿度等因素的干扰，当不在采用闭环控制的转速时，变频器的输出頻率并不稳定，甚至影响堆垛机的正常运行。在第三种方法中，变频器本身具备电源，使用2只开关便可以得到4种速度，3只开关得到8种速度，可以更好的满足堆垛机的运行模式[3]。

当前的变频调速具备直流制动功能，可以自由设定制动起始频率、制动电压的等级以及制动时间，且立体库的堆垛机行走制动起始频率为1.9Hz，制动等级为5级。低速运行到位，变频器运行信号被撤销，运行频率降低，当低于1.9Hz时，开始直流制动，频率进一步降低，直至电机停止运行。刺死电机电磁制动线圈断电，完成刹车定位。此种方法可以平稳定位堆垛机的刹车情况，降低了机械冲击力度，有效延长了堆垛机的实际使用寿命。除了采用直流制动模式外，还具备能量再生制动，以往变频器受多种因素的限制，无法进行能量再生制动，运行期间经常出现直流电压过压报警问题，甚至运行期间还会出现电动机反向充电变频器的问题。而随着变频技术的快速发展，可以将放电阻件安装至变频器内，并直接设置适当的电阻，使其具备再生制动功能。

结束语

巷道式堆垛机属于自动装运设备，其核心部分为自动控制系统，被广泛应用至各个行业中。在设计过程中，存在较多的技术难题，本文分析了其中存在的主要问题，提出了自己的设计方案，以供参考。

参考文献：

[1]李俊利.军队基层后装仓库的自动化立体改造研究[D]. 中国石油大学（华东） 2014 ：139.

[2]李倩.基于Petri网分解的自动化物流系统控制系统研究[D]. 西安科技大学 2011 ：80.

[3]徐正林.自动化立体仓库规划与设计第十一讲 本期主题：自动化立体仓库货架设备 （三）[J]. 物流技术（装备版）. 2012（16）：82-84.