二次改造對(duì)立體庫系統(tǒng)性能的提升

1、<p>　　二次改造對(duì)立體庫系統(tǒng)性能的提升</p><p>　　摘要：隨著淮南礦業(yè)集團(tuán)產(chǎn)量近幾年的大跨步發(fā)展，立體庫的實(shí)際吞吐量已達(dá)到甚至超過了原有的設(shè)計(jì)參數(shù)。為保證生產(chǎn)業(yè)務(wù)順利進(jìn)行，需要在原有系統(tǒng)基礎(chǔ)上，對(duì)其關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，優(yōu)化控制系統(tǒng)，提升運(yùn)行速度和效率，以此來達(dá)到系統(tǒng)性能提升，從而滿足生產(chǎn)需要。本文結(jié)合具體案例對(duì)立體庫系統(tǒng)性能改造提升的要點(diǎn)進(jìn)行了介紹。 </p><p>

2、　　關(guān)鍵詞：立體庫、技術(shù)改造、系統(tǒng)性能 </p><p>　　淮南礦業(yè)集團(tuán)現(xiàn)有2座自動(dòng)化立體倉庫，分別建造于2004年和2005年，立項(xiàng)時(shí)提供的設(shè)計(jì)參數(shù)距今已有12年的歷史，自動(dòng)化立體倉庫在經(jīng)過7、8年的運(yùn)行后存在諸多問題，需要對(duì)其關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行革新改進(jìn)。 </p><p>　　一、改造項(xiàng)目立項(xiàng)的必要性 </p><p><b>　　1 吞吐量飽和 <

3、/b></p><p>　　隨著企業(yè)大跨步發(fā)展，立體庫的實(shí)際吞吐量已達(dá)到甚至超過了原有設(shè)計(jì)參數(shù)。為保證生產(chǎn)業(yè)務(wù)順利進(jìn)行，需要在原有系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，對(duì)其關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，優(yōu)化控制系統(tǒng)，提升運(yùn)行速度和效率，以此達(dá)到提升倉庫吞吐量的目的，從而滿足生產(chǎn)需要。具體措施如下： </p><p>　?。?）在控制軟件中，添加倒庫、多地址設(shè)定、路徑優(yōu)化等功能。 </p><p>

4、;　?。?）通過使用托盤條碼識(shí)別技術(shù)，提升入庫效率。系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)入庫前組盤操作，確認(rèn)入庫時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)分配庫位。可以預(yù)先組好多個(gè)托盤，組盤操作可通過無線手持終端完成。 </p><p>　　2 故障報(bào)警現(xiàn)象頻繁 </p><p>　　根據(jù)對(duì)設(shè)備管理臺(tái)賬的統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)堆垛機(jī)停位不準(zhǔn)或擺動(dòng)幅度過大，導(dǎo)致死機(jī)以及貨叉運(yùn)行超時(shí)等故障，占所有故障的70%左右。故障發(fā)生后，操作人員需要到貨臺(tái)位手動(dòng)處理，或重

5、新啟動(dòng)設(shè)備，從而浪費(fèi)了大量有效工作時(shí)間，增加了操作人員的工作量。 </p><p>　　根據(jù)分析，現(xiàn)有控制系統(tǒng)在設(shè)置上不夠成熟，在準(zhǔn)確認(rèn)址（計(jì)數(shù)）和精確停準(zhǔn)定位（誤差10mm）這一關(guān)鍵技術(shù)問題上穩(wěn)定性較差，造成上述故障重復(fù)頻繁發(fā)生。 </p><p>　　3 現(xiàn)有系統(tǒng)存在安全隱患 </p><p>　　原有貨物外形檢查安全裝置有疏忽的地方，具體表現(xiàn)在： </p

6、><p>　?。?）在外形檢測(cè)框架上，目前只有檢測(cè)左右兩個(gè)方位的超限傳感器，對(duì)前端和后端則沒有檢測(cè)。 </p><p>　?。?）同樣在載貨臺(tái)上，也是只有檢測(cè)左右方位的超限傳感器，對(duì)前端和后端則沒有檢測(cè)。 </p><p>　　當(dāng)托盤上的貨物在前后方向超出限制時(shí)（造成此現(xiàn)象的原因，一種是碼盤未碼好；另一種是堆垛機(jī)運(yùn)行當(dāng)中，由于慣性影響，造成貨物前后竄動(dòng)），系統(tǒng)探測(cè)不到，

7、貨叉繼續(xù)向貨架存放貨物，會(huì)剮蹭貨架或旁邊托盤的貨物，造成貨架立柱損壞或者貨物滑落、摔壞，甚至影響人身安全。 </p><p>　　為此，先從2座立體庫中，選取1座進(jìn)行試驗(yàn)性改造。在成功經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，再完成另一座立體庫的改造。 </p><p>　　二、改造項(xiàng)目研究的可行性 </p><p>　　在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，采用兩種控制方式：手動(dòng)控制和自動(dòng)控制。為了滿足整個(gè)倉庫

8、控制系統(tǒng)的安裝調(diào)試、維修及其他要求，手動(dòng)控制方式是必不可少的。在自動(dòng)控制方式下堆垛機(jī)的工作過程如下： </p><p><b>　　1 入庫 </b></p><p>　　堆垛機(jī)從控制器內(nèi)部狀態(tài)得到入庫命令或接收到由控制面板發(fā)來的入庫控制信號(hào)，并有“開車”命令后自動(dòng)回到巷道口原始位置（X0，Y0），向入庫臺(tái)方向控測(cè)有貨后伸叉，貨叉到位后微提升，把貨抬起取到叉上，收叉至

9、中位，啟動(dòng)堆垛機(jī)到目的地址（X列，Y層）。這一目的地址已在地址設(shè)定程序中取到，并已建立在控制狀態(tài)及地址表中。到達(dá)目的地后，載貨臺(tái)要停在上浮位，貨位探測(cè)器探到貨架中無貨，則向該目標(biāo)貨架伸叉，把貨送進(jìn)貨架，再微下降至下浮位，置貨物于貨架中，然后收叉至中位，完成一個(gè)作業(yè)周期。若堆垛機(jī)將控制狀態(tài)及地址表中的任務(wù)全部執(zhí)行完后，則發(fā)出“待機(jī)”信號(hào)，可繼續(xù)接受和執(zhí)行其他任務(wù)。 </p><p><b>　　2 出庫

10、</b></p><p>　　當(dāng)堆垛機(jī)接收到出庫命令后，自動(dòng)去尋找出庫貨位，到達(dá)目的地址，對(duì)準(zhǔn)下浮位，探測(cè)有貨則伸叉，貨叉到位后微提升至上浮位把貨抬起，收叉至中位將貨物取到堆垛機(jī)上，返回原點(diǎn)，定位于上浮位，探測(cè)出庫臺(tái)無貨后向出庫方向伸叉，微下降把貨物擱于出庫臺(tái)，收叉到巾位，完成出庫作業(yè)。 </p><p><b>　　3 倒庫 </b></p>

11、<p><b>　　倒庫分兩種情況： </b></p><p>　?。?）在同一巷道內(nèi)倒庫。當(dāng)堆垛機(jī)收到倒庫命令且得到第一目標(biāo)地址（X1，Y1）和第二目標(biāo)地址（X2，Y2）后，首先去第一目標(biāo)地址取貨，然后自動(dòng)移動(dòng)到第二目標(biāo)地址送貨。 </p><p>　?。?）在兩個(gè)巷道間進(jìn)行倒庫。由于立體庫為回流式倉庫，每個(gè)巷道各有一臺(tái)堆垛機(jī)在其間服務(wù)。因此當(dāng)堆垛機(jī)接

12、到此命令后。其操作是第一目標(biāo)地址所在巷道的堆垛機(jī)執(zhí)行出庫作業(yè)，將貨物送往第一目標(biāo)所在巷道的出庫臺(tái)，貨物再由叉車送往第二目標(biāo)地址所在巷道的入庫臺(tái)，由該巷道堆垛機(jī)執(zhí)行入庫操作。 </p><p><b>　　4 改進(jìn)措施 </b></p><p>　　通過細(xì)致分析系統(tǒng)的現(xiàn)狀，并根據(jù)現(xiàn)在實(shí)際需求，本系統(tǒng)應(yīng)該作如下改進(jìn)： </p><p>　?。?）手

13、動(dòng)控制系統(tǒng)亦可引入可編程序控制器，減少了許多中間繼電器，使外部聯(lián)線簡(jiǎn)化，并提高了整個(gè)系統(tǒng)的響應(yīng)速度和可靠性。 </p><p>　?。?）可一次設(shè)定多個(gè)地址，堆垛機(jī)依次執(zhí)行工作，有條不紊地連續(xù)作業(yè)，待全部作業(yè)完成后發(fā)“待機(jī)”信號(hào)再次請(qǐng)求接受任務(wù)。 </p><p>　?。?）實(shí)現(xiàn)入庫、出庫、倒庫功能，并可在一次命令中混合設(shè)定，進(jìn)行混合作業(yè)。 </p><p>　?。?/p>

14、4）添加運(yùn)行路徑的優(yōu)化控制功能，以提高作業(yè)效率，增強(qiáng)運(yùn)行的平穩(wěn)性。 </p><p>　?。?）具有水平和垂直方向提前自動(dòng)減速和極限限位保護(hù)功能。 </p><p>　　（6）認(rèn)址與定位過程中，意外情況堆垛機(jī)過沖時(shí)，可自動(dòng)校正。低速返回重新對(duì)準(zhǔn)。 </p><p>　?。?）對(duì)各貨位及貨物情況進(jìn)行探測(cè)，避免堆垛機(jī)在貨架無貨時(shí)的出庫空操作以及有貨時(shí)入庫，貨位不正或倒塌

15、帶來的事故。 </p><p>　?。?）對(duì)運(yùn)行的貨位地址具有校驗(yàn)功能，以免堆垛機(jī)認(rèn)址錯(cuò)格。 　?。?）有對(duì)機(jī)、電及其他故障的報(bào)警及診斷顯示功能，并對(duì)某些報(bào)警可自動(dòng)進(jìn)行處理。 </p><p>　?。?0）通過對(duì)起升驅(qū)動(dòng)裝置及準(zhǔn)停計(jì)算運(yùn)行驅(qū)動(dòng)裝置及準(zhǔn)停計(jì)算，采用合適的電機(jī)變頻器組合，設(shè)定恰當(dāng)?shù)淖冾l器輸出曲線，并配以相應(yīng)的檢查原件，以達(dá)到對(duì)停準(zhǔn)精度的要求。 </p><

16、p>　?。?1）在檢查框架和載貨臺(tái)上，增加貨物前后限位傳感器，控制貨物相對(duì)貨叉的位置。 </p><p>　　自動(dòng)化立體倉庫控制技術(shù)，最近幾年取得了飛速的發(fā)展。上面提到的功能在當(dāng)前實(shí)施的項(xiàng)目中已有廣泛應(yīng)用，在實(shí)際中被證明是正確可行的。 </p><p>　　三、改造項(xiàng)目的目標(biāo)及主要任務(wù) </p><p>　　1 起升驅(qū)動(dòng)裝置及準(zhǔn)停計(jì)算 </p>

17、<p>　　為了使起升定位精度達(dá)到10mm，而又不影響其工作效率，取一檔高速11m/min和一檔低速3.5m/min。起升載荷1000kg，載貨臺(tái)機(jī)構(gòu)自重載荷500kg。 </p><p>　　在每個(gè)工作循環(huán)中，起升機(jī)構(gòu)被持續(xù)地開動(dòng)與停止，而每次開動(dòng)過程中又包括起動(dòng)（加速），穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)（等速）及制動(dòng)（減速）三個(gè)時(shí)期，當(dāng)起動(dòng)、制動(dòng)時(shí)間過長時(shí)，加速度固然很小，但這會(huì)影響堆垛機(jī)的生產(chǎn)率，對(duì)定位精度也有影響；而起

18、動(dòng)、制動(dòng)時(shí)間過短時(shí)加速度太大，會(huì)給金屬結(jié)構(gòu)和機(jī)械部分帶來很大的動(dòng)載何。而對(duì)變頻器輸出曲線的設(shè)定，會(huì)直接影響加速、等速和減速的效果。因此，需要對(duì)起動(dòng)與制動(dòng)時(shí)間進(jìn)行驗(yàn)算。 </p><p>　　根據(jù)現(xiàn)有系統(tǒng)的參數(shù)，按滿載和空載兩種情況計(jì)算出制動(dòng)時(shí)間及制動(dòng)距離，如表1。 </p><p>　　提升升降方向上的定位分兩個(gè)位置：上浮位和下浮位，根據(jù)作業(yè)方式的不同，定位順序不同。檢測(cè)片安裝在立柱上，三

19、個(gè)檢測(cè)點(diǎn)安裝在載貨臺(tái)上，隨載貨臺(tái)升降。由于上升和下降兩種運(yùn)動(dòng)過程制動(dòng)距離不同，因此這兩種過程在同一位置定位時(shí)必然產(chǎn)生定位誤差。若取兩檢測(cè)點(diǎn)距離為100mm，檢測(cè)片長為120mm，當(dāng)不考慮其他因素時(shí)，定位誤差δ<10（mm）可滿足定位要求。 </p><p>　　因此，需要通過現(xiàn)場(chǎng)對(duì)堆垛機(jī)的測(cè)試，來完成變頻器的選型和變頻器輸出曲線的設(shè)定，從而達(dá)到對(duì)停準(zhǔn)精度的要求。 </p><p>　

20、　2 運(yùn)行驅(qū)動(dòng)裝置及準(zhǔn)停計(jì)算 </p><p>　　（1）運(yùn)行驅(qū)動(dòng)裝置計(jì)算 </p><p>　　根據(jù)已知參數(shù)運(yùn)行部分的自重載荷25000kg和起升載荷500kg以及車輪軸徑0.07m、車輪踏面直徑0.25m，堆垛機(jī)滿載運(yùn)行時(shí)的最大摩擦阻力F為211kg。由于堆垛機(jī)在室內(nèi)工作，且軌道坡度在1/2000～1/1000之間，小于0.005，故不計(jì)風(fēng)阻力和坡阻力。取運(yùn)行最大速度為80m/min，

21、可計(jì)算出電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)間t起為4.13s，起動(dòng)平均加速度為0.32m/s2，起動(dòng)時(shí)間合適。 </p><p>　　取滿載時(shí)的最大制動(dòng)時(shí)間為t=4s，則制動(dòng)力矩M計(jì)算得11.6kg·m。 </p><p>　?。?）運(yùn)行停準(zhǔn)的分析計(jì)算 </p><p>　　堆垛機(jī)在運(yùn)行速度方面要求較為特別： </p><p>　　①由于倉庫面積大，堆垛

22、機(jī)運(yùn)行距離長，這就要求堆垛機(jī)要以較快的速度接受目標(biāo)取貨或送貨，并能較快返回。 </p><p>　　②由于堆垛機(jī)到達(dá)目標(biāo)地址時(shí)必須定位準(zhǔn)確，這就要求堆垛機(jī)在接近目標(biāo)時(shí)以低速行駛，以保證停準(zhǔn)。 </p><p>　?、塾捎谪浳锘虿僮魅藛T在堆垛機(jī)上，為不使貨物倒塌、保障人身安全，要求堆垛機(jī)加速、減速要平穩(wěn)。 </p><p>　　現(xiàn)在的電機(jī)變頻器組合可以滿足以上三條要求

23、，但是需要在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的基礎(chǔ)上，重新設(shè)置現(xiàn)有變頻器的輸出曲線。通過設(shè)定變頻調(diào)速器，使運(yùn)行低速控制在4m/min左右，此時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速約為49r/min，電機(jī)在滿載低速制動(dòng)時(shí)的制動(dòng)時(shí)間為，t制=0.196s，制動(dòng)平均加速度為：a=0.34（m/s2），堆垛機(jī)定位制動(dòng)距離為：S=0.0061（m） </p><p>　　堆垛機(jī)運(yùn)行驅(qū)動(dòng)為下部驅(qū)動(dòng)，運(yùn)行檢測(cè)片安裝在下導(dǎo)軌較為合理，可以消除制動(dòng)引起的立柱撓度的影響，但下導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)

24、較多，不便安裝，故多數(shù)自動(dòng)立體庫運(yùn)行檢測(cè)片安裝在上導(dǎo)軌上。這就必須考慮撓度對(duì)準(zhǔn)確定位的影響。堆垛機(jī)結(jié)構(gòu)為一懸臂梁，制動(dòng)時(shí)堆垛機(jī)立柱頂端撓度為1.7mm。與前而起升定位的分析方法一樣，若取前后兩檢測(cè)點(diǎn)距離為100mm，檢測(cè)片長為120mm，定位精度可以保證，因此取運(yùn)行低速為4m/min較為合理。 </p><p>　　但是制動(dòng)距離受到許多因素的影響，對(duì)于一臺(tái)給定的堆垛機(jī)來講，除了制動(dòng)前的運(yùn)行速度外，主要有下列諸因素

25、影響制動(dòng)距離： </p><p>　?、佥d荷情況。由于起升質(zhì)量的不同，制動(dòng)距離也不同。 </p><p>　?、谥苿?dòng)過程中，在輪滾動(dòng)時(shí)有無輪緣（或水平輪）摩擦。 </p><p>　?、畚恢脵z測(cè)元件在反應(yīng)速度和重復(fù)精度上的誤差（正反兩方向不同）。 </p><p>　?、苓\(yùn)行軌道在制動(dòng)點(diǎn)的坡度大小。 </p><p>

26、　?、輽z測(cè)系統(tǒng)的掃描周期和信息傳輸時(shí)間。為了保證達(dá)到<10mm的定位精度，除了起升及運(yùn)行機(jī)構(gòu)配備一檔低速外，還應(yīng)采取控制軌道的傾斜度、運(yùn)行車輪采用無輪緣結(jié)構(gòu)以及選用靈敏、準(zhǔn)確、重復(fù)精度高的檢測(cè)零件等措施。此外，認(rèn)址系統(tǒng)要有自動(dòng)修正的功能，以便由于偶然因素對(duì)不準(zhǔn)時(shí)可以修正到位，這點(diǎn)將在軟件設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)。 </p><p>　　3 自動(dòng)控制時(shí)提高堆垛機(jī)工作效率的措施 </p><p>　　

27、（1）堆垛機(jī)工作速度的合理確定 </p><p>　　由堆垛機(jī)運(yùn)行電機(jī)起動(dòng)時(shí)間和加速度可以算出起動(dòng)距離為2.73m，約為3個(gè)貨格的距離。假如運(yùn)行距離為5個(gè)貨格，如果堆垛機(jī)運(yùn)行電機(jī)只有兩種速度——高速和低速，那么，當(dāng)堆垛尚未啟動(dòng)到滿速時(shí)，它已來到離開目的地址3格的地方，也就是按控制要求。運(yùn)行電機(jī)應(yīng)該開始減速的地方。這樣減速的結(jié)果必將使低速提早出現(xiàn)，也就是說有更長的距離要用低速運(yùn)行。因此，為了縮短近距離運(yùn)行（例如，小

28、于6個(gè)貨格的距離啟動(dòng)運(yùn)行）時(shí)堆垛機(jī)慢速爬行的時(shí)間，在高速和低速之間還需加一檔中速。如果加一檔中速，并要求堆垛機(jī)在距目標(biāo)地址前3格開始降為中速運(yùn)行，直到到達(dá)目的地址前1格時(shí)開始減速至低速爬行，這樣就可以縮短爬行距離和時(shí)間，從而縮短作業(yè)周期，提高工作效率。當(dāng)然，如果堆垛運(yùn)行距離只有4格或更近，其效益將更為明顯。 </p><p>　　（2）改變工作過程，提高工作效率 </p><p>　　原來

29、的立體庫堆垛機(jī)在自動(dòng)控制時(shí)，只能一次設(shè)定單一任務(wù)，任務(wù)完成后返回巷道口待命。假設(shè)下一命令為出庫或倒庫，那么堆垛機(jī)又將返回巷道內(nèi)取貨，這樣前一任務(wù)完成后的空載返回就為無用功了。我們?cè)诰幹谱詣?dòng)控制程序時(shí)，使之可一次設(shè)置多個(gè)任務(wù)，并且堆垛機(jī)在完成前一任務(wù)后，不需返回，直接接受下一命令。這樣就減少了堆垛機(jī)的空程問題，使作業(yè)效率得到提高。若需要其返回，按下“返回”鍵，堆垛機(jī)將自動(dòng)返回巷道口。 </p><p>　　通過對(duì)立