新能源汽车电池模组的自动化缓存输送系统的设计

2020-09-10陈玉玲杨海波王丹红刘智勇

内燃机与配件 2020年4期

陈玉玲　杨海波　王丹红　刘智勇

摘要：随着能源和环保问题越来越被全球关注，新能源汽车开始逐渐替代燃油车。电池模组作为新能源汽车储能的核心部件，生产加工过程中电池的自动仓储系统的设计尤其重要。自动化缓存输送系统包括堆垛机系统、货架系统、输送带系统、运载小车系统、总控系统等，对此设计依据新能源汽车用电池模组缓存输送的特点进行详细的分析与计算。

关键词：自动仓储;堆垛机;运载小车;新能源汽车;电池模组

0 引言

本文是对一新型的新能源汽车电池模组自动缓冲和运输系统开展设计工作，具体方案介绍如下：货架设计为两排、二十列、二十层，累计可以摆放模组料箱1500箱，每个模组料箱之中可以摆放电池模组一块。在两排货架之间摆放一台堆垛机，此设备的用途是实现模组料箱的运输及出入库。设计的自动缓冲和运输系统总空间占有为：二十一米长、四米二宽、高为九米二。缓存系统的主要参数如下：料箱尺寸为八点五米长、四点五米宽、一点七五米高，最大承重量设计要求小于一百五十市斤;货架为牛腿式组合货架，单柱脚的最大载荷为一千公斤;堆垛机结构是单立柱形式，水平运行速度为一百六十米每分钟;升降速度六十米每分鐘（负载）、八十米每分钟（空载）;额定载荷重量（净载荷）不小于一百五十市斤;输送机输送速度为每分钟五米到十五米;运载小车移动速度为每分钟四十米。

1 自动缓存系统硬件的设计

1.1 组合货架的设计介绍

做为高层货架存储区中缓存托盘货物的主体结构，牛腿式组合货架属于钢结构货架，主要由货架模块、货梁和加固的支撑杆。将电池模块放入货箱后，将货箱通过堆垛机移至货架分区，并将一个货箱存储在每个货格中。

1.2 堆垛机的设计情况

有轨巷道堆垛起重机是用于高层货架上存储和拿取货物的重点起重设备，该设备能够实现按水平轨道（单轨）的移动，而货物转运平台（带有伸缩叉）可以沿着堆垛机得立柱垂直移动。伸缩叉可以延伸到道路两侧的货舱，起重机的构成主要有七大部分，分别是立柱支撑结构、载货台、行走机构、举升机构、叉扩展机构、电控系统和安全设施等。

1.3 出/入库输送机系统的设计

出/入库输送机系统也就是水平输送机，该装置的主要功能是将入库料箱输送到堆垛机操作的原始位置，或将出库料箱输送到出口，装置由与道路平行的滚筒输送机构成。出/入库输送机系统可根据缓存输送物料节拍并行扩展，以满足大流量、高节拍的物料运输要求。

1.4 移载小车机构系统的设计

移载小车系统是将出入库料箱货物高频、高效输送至取用料位置的往复移动输送设备。由移载小车本体、传动输送带、车上滚筒及到位安全信号反馈装置组成。（图4）

1.5 电气制控部分的设计

电控部分指的是用于接收调度系统的指令、协调对应设备执行相应的运动控制的部分，其中主要包括堆垛机、输送线等设备的控制柜、线缆、传感器等部件。

控制柜中包括对缓存堆垛机各个轴运动的伺服控制系统，对外部设备逻辑及安全信号进行采集控制的PLC逻辑处理单元、以及针对各个部件机构的执行单元。

2 软件部分的设计

2.1 总控制调度系统的设计

缓存控制调度系统是缓存输送系统的大脑，通过上层MES系统发来的任务订单信息，根据作业调度原则对缓存系统中的电池模组料箱物料进行库位分类、匹配、拣选、特定物料出入库等操作。

分类包括将不同种类型号的电池模组进行分类存储、针对MES系统发来的任务订单信息进行物料匹配并告知堆垛机运动控制系统进行拣选，将MES所需物料进行相关的出入库操作。

2.2 货物入库通讯流程

系统读取料箱上二维码形式传递货物信息，入库的第三方MES系统将货物信息写入到缓存输送总控系统中，立体库系统读取条码信息后调用MES数据，实现货物入库信息的输入。货物入库时，立体库读取货物型号信息，并将型号信息发送MES系统;MES系统将对应货物的详细信息传输给立体库系统，有货物入库都需从来料点操作，总控系统将物料位置信息发送给堆垛机运动控制系统，运动控制系统将物料送入缓存系统特定位置。

2.3 货物出库通讯流程

上层MES系统向缓存系统发布订单，缓存系统接收上层MES系统订单，同时按订单组织货物出库。上层MES系统向缓存系统提供订单时，缓存系统运动控制系统根据订单中详细物料位置信息到相关位置取料，将其运送至输出输送线上，并有移载小车运送至物料输出端。

3 自动缓存系统控制模式设计

3.1 手动修调模式

自动缓存输送系统具备手动修调模式，在系统切换为手动修调模式下可以通过触摸屏控制面板实现堆垛机U轴、V轴、W轴的正负方向运动并可以通过轴运动倍率按钮调节各轴运行速度;可以实现输送线设备联调的正反转功能并具备物料到位停止功能;可以实现X向小车及Y向小车的点对点移动功能。实现了所有设备的手动修调功能。

3.2 自动运行模式

自动缓存输送系统在自动运行模式下，设备实时接收上位机传输上下货订单任务。

物料上货流程：物料由人工上料口经过X向移载小车送至Y小车接货位置与Y小车对接，物料经过Y小车运送至堆垛机上料位置，由堆垛机货叉插入取料至堆垛机取料平台，再由堆垛机根据订单存入信息将物料准确送入缓存库相应货位。

物料下货流程：由上位机发出指令，物料由缓存库相应库位取出，运送至对应需求物料输送线，再由输送线将货物运送至取货位置，等待机器人取料，机器人取料完成，由X向移动小车与对应输送线对接，将空料箱运送至人工上下料口。

3.3 中断运行模式

在自动运行模式下，如若发生导致控制系统急停类报警，导致堆垛机当前任务执未完成，则可进行中断点运行启动操作。

中断模式下，自动缓存输送设备首先会进入初始化流程，将之前未完成任務进行对应动作恢复状态，重新判断任务分步，再由当前步骤继续向下执行，直至所有动作执行完成。