二次改造對立體庫系統(tǒng)性能的提升

1、<p>　　二次改造對立體庫系統(tǒng)性能的提升</p><p>　　摘要：隨著淮南礦業(yè)集團產(chǎn)量近幾年的大跨步發(fā)展，立體庫的實際吞吐量已達到甚至超過了原有的設計參數(shù)。為保證生產(chǎn)業(yè)務順利進行，需要在原有系統(tǒng)基礎上，對其關鍵技術進行研究，優(yōu)化控制系統(tǒng)，提升運行速度和效率，以此來達到系統(tǒng)性能提升，從而滿足生產(chǎn)需要。本文結合具體案例對立體庫系統(tǒng)性能改造提升的要點進行了介紹。 </p><p>

2、　　關鍵詞：立體庫、技術改造、系統(tǒng)性能 </p><p>　　淮南礦業(yè)集團現(xiàn)有2座自動化立體倉庫，分別建造于2004年和2005年，立項時提供的設計參數(shù)距今已有12年的歷史，自動化立體倉庫在經(jīng)過7、8年的運行后存在諸多問題，需要對其關鍵技術進行革新改進。 </p><p>　　一、改造項目立項的必要性 </p><p><b>　　1 吞吐量飽和 <

3、/b></p><p>　　隨著企業(yè)大跨步發(fā)展，立體庫的實際吞吐量已達到甚至超過了原有設計參數(shù)。為保證生產(chǎn)業(yè)務順利進行，需要在原有系統(tǒng)的基礎上，對其關鍵技術進行研究，優(yōu)化控制系統(tǒng)，提升運行速度和效率，以此達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、多地址設定、路徑優(yōu)化等功能。 </p><p>

4、;　?。?）通過使用托盤條碼識別技術，提升入庫效率。系統(tǒng)可實現(xiàn)入庫前組盤操作，確認入庫時，系統(tǒng)自動分配庫位?？梢灶A先組好多個托盤，組盤操作可通過無線手持終端完成。 </p><p>　　2 故障報警現(xiàn)象頻繁 </p><p>　　根據(jù)對設備管理臺賬的統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)堆垛機停位不準或擺動幅度過大，導致死機以及貨叉運行超時等故障，占所有故障的70%左右。故障發(fā)生后，操作人員需要到貨臺位手動處理，或重

5、新啟動設備，從而浪費了大量有效工作時間，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)在設置上不夠成熟，在準確認址（計數(shù)）和精確停準定位（誤差10mm）這一關鍵技術問題上穩(wěn)定性較差，造成上述故障重復頻繁發(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>　?。?）在外形檢測框架上，目前只有檢測左右兩個方位的超限傳感器，對前端和后端則沒有檢測。 </p><p>　?。?）同樣在載貨臺上，也是只有檢測左右方位的超限傳感器，對前端和后端則沒有檢測。 </p><p>　　當托盤上的貨物在前后方向超出限制時（造成此現(xiàn)象的原因，一種是碼盤未碼好；另一種是堆垛機運行當中，由于慣性影響，造成貨物前后竄動），系統(tǒng)探測不到，

7、貨叉繼續(xù)向貨架存放貨物，會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座進行試驗性改造。在成功經(jīng)驗的基礎上，再完成另一座立體庫的改造。 </p><p>　　二、改造項目研究的可行性 </p><p>　　在控制系統(tǒng)設計中，采用兩種控制方式：手動控制和自動控制。為了滿足整個倉庫

8、控制系統(tǒng)的安裝調試、維修及其他要求，手動控制方式是必不可少的。在自動控制方式下堆垛機的工作過程如下： </p><p><b>　　1 入庫 </b></p><p>　　堆垛機從控制器內(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，并有“開車”命令后自動回到巷道口原始位置（X0，Y0），向入庫臺方向控測有貨后伸叉，貨叉到位后微提升，把貨抬起取到叉上，收叉至

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

10、</b></p><p>　　當堆垛機接收到出庫命令后，自動去尋找出庫貨位，到達目的地址，對準下浮位，探測有貨則伸叉，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上，返回原點，定位于上浮位，探測出庫臺無貨后向出庫方向伸叉，微下降把貨物擱于出庫臺，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。當堆垛機收到倒庫命令且得到第一目標地址（X1，Y1）和第二目標地址（X2，Y2）后，首先去第一目標地址取貨，然后自動移動到第二目標地址送貨。 </p><p>　?。?）在兩個巷道間進行倒庫。由于立體庫為回流式倉庫，每個巷道各有一臺堆垛機在其間服務。因此當堆垛機接

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

13、動控制系統(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)線簡化，并提高了整個系統(tǒng)的響應速度和可靠性。 </p><p>　?。?）可一次設定多個地址，堆垛機依次執(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”信號再次請求接受任務。 </p><p>　　（3）實現(xiàn)入庫、出庫、倒庫功能，并可在一次命令中混合設定，進行混合作業(yè)。 </p><p>　　（

14、4）添加運行路徑的優(yōu)化控制功能，以提高作業(yè)效率，增強運行的平穩(wěn)性。 </p><p>　?。?）具有水平和垂直方向提前自動減速和極限限位保護功能。 </p><p>　?。?）認址與定位過程中，意外情況堆垛機過沖時，可自動校正。低速返回重新對準。 </p><p>　　（7）對各貨位及貨物情況進行探測，避免堆垛機在貨架無貨時的出庫空操作以及有貨時入庫，貨位不正或倒塌

15、帶來的事故。 </p><p>　?。?）對運行的貨位地址具有校驗功能，以免堆垛機認址錯格。 　?。?）有對機、電及其他故障的報警及診斷顯示功能，并對某些報警可自動進行處理。 </p><p>　　（10）通過對起升驅動裝置及準停計算運行驅動裝置及準停計算，采用合適的電機變頻器組合，設定恰當?shù)淖冾l器輸出曲線，并配以相應的檢查原件，以達到對停準精度的要求。 </p><

16、p>　?。?1）在檢查框架和載貨臺上，增加貨物前后限位傳感器，控制貨物相對貨叉的位置。 </p><p>　　自動化立體倉庫控制技術，最近幾年取得了飛速的發(fā)展。上面提到的功能在當前實施的項目中已有廣泛應用，在實際中被證明是正確可行的。 </p><p>　　三、改造項目的目標及主要任務 </p><p>　　1 起升驅動裝置及準停計算 </p>

17、<p>　　為了使起升定位精度達到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，載貨臺機構自重載荷500kg。 </p><p>　　在每個工作循環(huán)中，起升機構被持續(xù)地開動與停止，而每次開動過程中又包括起動（加速），穩(wěn)定運動（等速）及制動（減速）三個時期，當起動、制動時間過長時，加速度固然很小，但這會影響堆垛機的生產(chǎn)率，對定位精度也有影響；而起

18、動、制動時間過短時加速度太大，會給金屬結構和機械部分帶來很大的動載何。而對變頻器輸出曲線的設定，會直接影響加速、等速和減速的效果。因此，需要對起動與制動時間進行驗算。 </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算出制動時間及制動距離，如表1。 </p><p>　　提升升降方向上的定位分兩個位置：上浮位和下浮位，根據(jù)作業(yè)方式的不同，定位順序不同。檢測片安裝在立柱上，三

19、個檢測點安裝在載貨臺上，隨載貨臺升降。由于上升和下降兩種運動過程制動距離不同，因此這兩種過程在同一位置定位時必然產(chǎn)生定位誤差。若取兩檢測點距離為100mm，檢測片長為120mm，當不考慮其他因素時，定位誤差δ<10（mm）可滿足定位要求。 </p><p>　　因此，需要通過現(xiàn)場對堆垛機的測試，來完成變頻器的選型和變頻器輸出曲線的設定，從而達到對停準精度的要求。 </p><p>　

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

21、可計算出電動機起動時間t起為4.13s，起動平均加速度為0.32m/s2，起動時間合適。 </p><p>　　取滿載時的最大制動時間為t=4s，則制動力矩M計算得11.6kg·m。 </p><p>　?。?）運行停準的分析計算 </p><p>　　堆垛機在運行速度方面要求較為特別： </p><p>　?、儆捎趥}庫面積大，堆垛

22、機運行距離長，這就要求堆垛機要以較快的速度接受目標取貨或送貨，并能較快返回。 </p><p>　?、谟捎诙讯鈾C到達目標地址時必須定位準確，這就要求堆垛機在接近目標時以低速行駛，以保證停準。 </p><p>　　③由于貨物或操作人員在堆垛機上，為不使貨物倒塌、保障人身安全，要求堆垛機加速、減速要平穩(wěn)。 </p><p>　　現(xiàn)在的電機變頻器組合可以滿足以上三條要求

23、，但是需要在現(xiàn)場測試的基礎上，重新設置現(xiàn)有變頻器的輸出曲線。通過設定變頻調速器，使運行低速控制在4m/min左右，此時電機轉速約為49r/min，電機在滿載低速制動時的制動時間為，t制=0.196s，制動平均加速度為：a=0.34（m/s2），堆垛機定位制動距離為：S=0.0061（m） </p><p>　　堆垛機運行驅動為下部驅動，運行檢測片安裝在下導軌較為合理，可以消除制動引起的立柱撓度的影響，但下導軌機構

24、較多，不便安裝，故多數(shù)自動立體庫運行檢測片安裝在上導軌上。這就必須考慮撓度對準確定位的影響。堆垛機結構為一懸臂梁，制動時堆垛機立柱頂端撓度為1.7mm。與前而起升定位的分析方法一樣，若取前后兩檢測點距離為100mm，檢測片長為120mm，定位精度可以保證，因此取運行低速為4m/min較為合理。 </p><p>　　但是制動距離受到許多因素的影響，對于一臺給定的堆垛機來講，除了制動前的運行速度外，主要有下列諸因素

25、影響制動距離： </p><p>　　①載荷情況。由于起升質量的不同，制動距離也不同。 </p><p>　?、谥苿舆^程中，在輪滾動時有無輪緣（或水平輪）摩擦。 </p><p>　?、畚恢脵z測元件在反應速度和重復精度上的誤差（正反兩方向不同）。 </p><p>　?、苓\行軌道在制動點的坡度大小。 </p><p>

26、　　⑤檢測系統(tǒng)的掃描周期和信息傳輸時間。為了保證達到<10mm的定位精度，除了起升及運行機構配備一檔低速外，還應采取控制軌道的傾斜度、運行車輪采用無輪緣結構以及選用靈敏、準確、重復精度高的檢測零件等措施。此外，認址系統(tǒng)要有自動修正的功能，以便由于偶然因素對不準時可以修正到位，這點將在軟件設計中實現(xiàn)。 </p><p>　　3 自動控制時提高堆垛機工作效率的措施 </p><p>　　

27、（1）堆垛機工作速度的合理確定 </p><p>　　由堆垛機運行電機起動時間和加速度可以算出起動距離為2.73m，約為3個貨格的距離。假如運行距離為5個貨格，如果堆垛機運行電機只有兩種速度——高速和低速，那么，當堆垛尚未啟動到滿速時，它已來到離開目的地址3格的地方，也就是按控制要求。運行電機應該開始減速的地方。這樣減速的結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行。因此，為了縮短近距離運行（例如，小

28、于6個貨格的距離啟動運行）時堆垛機慢速爬行的時間，在高速和低速之間還需加一檔中速。如果加一檔中速，并要求堆垛機在距目標地址前3格開始降為中速運行，直到到達目的地址前1格時開始減速至低速爬行，這樣就可以縮短爬行距離和時間，從而縮短作業(yè)周期，提高工作效率。當然，如果堆垛運行距離只有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、的立體庫堆垛機在自動控制時，只能一次設定單一任務，任務完成后返回巷道口待命。假設下一命令為出庫或倒庫，那么堆垛機又將返回巷道內(nèi)取貨，這樣前一任務完成后的空載返回就為無用功了。我們在編制自動控制程序時，使之可一次設置多個任務，并且堆垛機在完成前一任務后，不需返回，直接接受下一命令。這樣就減少了堆垛機的空程問題，使作業(yè)效率得到提高。若需要其返回，按下“返回”鍵，堆垛機將自動返回巷道口。 </p><p>　　通過對立