劉鳳霞, 譚天洪, 楊開宇, 劉俊浩, 劉俊杰

(1.山東山水水泥集團有限公司，山東 濟南 250307； 2. 云南機電職業(yè)技術學院，云南 昆明 650203； 3.吉林大學，吉林 長春 130022； 4. 國家電網(wǎng)公司運行分公司宜賓管理處，四川 宜賓 644002)

數(shù)控立體存儲庫開發(fā)技術*

劉鳳霞1, 譚天洪2, 楊開宇3, 劉俊浩1, 劉俊杰4

(1.山東山水水泥集團有限公司，山東 濟南 250307； 2. 云南機電職業(yè)技術學院，云南 昆明 650203； 3.吉林大學，吉林 長春 130022； 4. 國家電網(wǎng)公司運行分公司宜賓管理處，四川 宜賓 644002)

本著節(jié)省空間及時間的實際需求開發(fā)了數(shù)控立體存儲庫，該存儲庫能夠?qū)崿F(xiàn)物料的五層立體疊加放置，同時可以實現(xiàn)物料的自動存取，顯然該設備可以最大限度的滿足物料有序存放和實現(xiàn)工廠自動化的要求。開發(fā)出的數(shù)控立體存儲庫已經(jīng)運用到某工廠的實際生產(chǎn)中，使用后反應良好，該設備具有較高的后續(xù)研究價值和較好的市場前景。

自動化；數(shù)控立體存儲庫；自動存取

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

工廠流水線操作的不斷發(fā)展大大提高了加工效率同時也使存儲的原料及后續(xù)廢料成倍增加。以前堆放式的存儲方式不僅占用大量空間而且嚴重影響廠區(qū)環(huán)境，顯然不符合建設綠色工廠的要求。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，這也顯然無法滿足建設智能工廠的要求[1]。為了更好的建設現(xiàn)代化工廠，筆者介紹了開發(fā)數(shù)控立體存儲庫的關鍵技術?？亓Ⅲw存儲庫具有操作簡易、顯示直觀、可靠性強等優(yōu)點。

1 概 述

數(shù)控立體存儲庫是對物料實現(xiàn)立體存儲并實現(xiàn)無人工直接參與的自動存取物料的系統(tǒng)。系統(tǒng)主要由機械、電氣控制和操作面板三部分構成，如圖1所示。

與傳統(tǒng)存儲庫相比，數(shù)控立體存儲庫系統(tǒng)主要有以下兩點優(yōu)勢：

(1) 提高空間利用率。立體存儲庫的最大優(yōu)點就是可以實現(xiàn)空間的立體使用，就好比城市里建設的高樓，可以提高空間利用率，充分節(jié)約有限且寶貴的土地資源。一般來說，數(shù)控高架立體存儲庫的空間利用率是普通平庫的2～5倍。這對空間極其有限的工廠來說，是一種非常優(yōu)化的資源配置。

圖1 數(shù)控立體存儲庫實物圖

(2) 有利于形成先進的物料存取體系，可以很好的提高企業(yè)生產(chǎn)管理水平。傳統(tǒng)存儲庫只是物料儲存的一個場所，功能單一，是一種“靜態(tài)儲存”，已經(jīng)不滿足今天自動化工廠的要求。數(shù)控立體存儲庫采用先進的自動化物料存取模式，不僅滿足存儲物料的要求，還能滿足自動存取，這是一種“動態(tài)儲存”，能夠很好的適應工業(yè)發(fā)展的自動化工廠要求，也是今后物料存儲系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢。

2 機械部分

數(shù)控立體存儲庫的機械部分由多層立體貨架和升降臺兩部分構成。筆者所展示的立體貨架共包括5層[2]，立體貨架的單層最大載荷為3 t，即整個貨架的最大載荷為15 t。立體貨架每層均需放置一個如圖2所示的載物托盤，物料需先放置在載物托盤中，再存放到貨架中。

圖2 載物托盤

載物托盤的作用有三個：

(1) 物料存放在載物托盤中，可以使物料存放更加有序。

(2) 載物托盤下邊緣有6個著力點，可以使重量更均勻的分配在貨架上。

(3) 升降臺每次可以通過操作載物托盤的升降來實現(xiàn)物料的存取。

升降臺采用剪叉式結構，通過一個減速電機帶動來控制液壓油泵的排油與吸油，從而操作升降臺的上升與下降。為了保證每層準確定位，在升降臺的升降軌道中還加裝了光電開關，通過光電開關的通斷來確定升降臺所處的位置。在升降臺不僅要完成上升和下降的動作，還需在水平方向?qū)崿F(xiàn)載物托盤的放入與取出，這就需要升降臺可實現(xiàn)水平方向的運動。水平方向選用了1臺小功率電機，當然在水平方向也需要精確定位，此處可選用行程開關。為了確保運行安全，保證傳動鏈的壽命，在水平電機的電路中還可以加裝變頻器，這樣可以實現(xiàn)平穩(wěn)啟動，避免傳動鏈因突然受力而崩斷。

3 電氣部分

圖3為電控箱實物圖。

圖3 電控箱實物圖

數(shù)控立體存儲庫的自動存取離不開機械部分的執(zhí)行，但更離不開電氣部分的控制。如果把機械部分比作它的手，那么電氣部分毫無疑問就是它的大腦。電氣部分主體位于電控箱中，主要包括可編程控制器、變頻器及其它電氣元件。

3.1 可編程控制器(PLC)

數(shù)控立體存儲庫控制系統(tǒng)的核心控制單元是可編程控制器(Programmable Logical Controller簡稱PLC)，能夠?qū)φ麄€系統(tǒng)起到快速、實時、穩(wěn)定的控制作用。PLC是一種數(shù)字運算操作電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的[3-6]。它采用了可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并通過數(shù)字的，模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC是傳統(tǒng)繼電器控制技術與微機技術結合之后的產(chǎn)物。與傳統(tǒng)繼電器控制相比，PLC具有接線簡單、功耗低、體積小、可靠性高和可移植性強等優(yōu)點。與微機控制相比，PLC具有抗干擾能力強、性價比高等優(yōu)點。

PLC還會控制水平電機的動作和層數(shù)指示燈的接通與斷開。當系統(tǒng)出現(xiàn)錯誤，或當人的操作出現(xiàn)錯誤時，PLC將控制外部紅燈閃亮同時發(fā)出蜂鳴聲，作為警報提示。

3.2 變頻器(VFD)

載重時水平方向的突然啟動將會造成較大的振動，出于保護系統(tǒng)和安全運行的考慮，水平電機加裝了變頻器(Variable-fre-quency Drive，VFD)。變頻器首先會把交流電變換為直流電，然后再把直流電逆變?yōu)榻涣麟?。變頻器可以同時改變輸出電壓的幅值和頻率，以達到使電機運行曲線平行下移的目的。使用變頻器的作用：

(1) 對電機的轉(zhuǎn)速實現(xiàn)無極調(diào)節(jié)。能夠使電機以較小的啟動電流，獲得較大的啟動轉(zhuǎn)矩，即變頻器可以啟動重載負荷。

(2) 節(jié)約能源。由于在啟動階段的電流較小，所以不會導致電流、電壓突變而造成能源浪費。

(3) 提高設備自動化程度。變頻器雖然內(nèi)部結構復雜，但使用簡單，所以不只適用于啟動電動機，而是廣泛的應用到各個領域，對實現(xiàn)生產(chǎn)自動化作出了突出貢獻。

筆者所用到的變頻器可以使輸出電壓在8 s的時間內(nèi)頻率由0 Hz逐漸增大到50 Hz，最終驗證，這一方法很好的提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。變頻器具有調(diào)壓、調(diào)頻、穩(wěn)壓、調(diào)速等基本功能，很好的適應了現(xiàn)代工業(yè)控制的需要。隨著技術的發(fā)展，不同功率、不同外形、不同體積、不同用途的變頻器都在不斷發(fā)展，在未來變頻器一定還會得到更廣泛的應用。

3.3 其它電氣元件

其它電氣元件包括保護電路的空氣開關、過流保護器等，另外還包括其控制作用的繼電器、交流接觸器等，以及判斷升降臺位置的光電開關、限位開關等[7]。這些元件一起構成了整個電氣系統(tǒng)的電路，不僅可以完成PLC對電機的控制，還可以向PLC提供升降臺所處的位置，甚至能夠判斷電路的運行情況，一旦電路出現(xiàn)故障，PLC能夠迅速得到信號并響起警報。

4 操作面板

操作面板主要由觸摸屏和手動操作區(qū)兩部構成，如圖4所示。

4.1 觸摸屏

觸摸屏作為自動化設備的操作界面，現(xiàn)已廣泛應用到各個領域，圖5為觸摸屏實物圖。采用觸摸屏作為操作界面具有操作方便、顯示直觀、界面友好等諸多優(yōu)點。用戶不僅可在觸摸屏上面輸入各種操作指令而且可非常方便的對系統(tǒng)參數(shù)進行設置、更改。

圖4 操作面板實物圖 圖5 觸摸屏實物圖

4.2 手動操作區(qū)

觸摸屏下方分布了4個指示燈和5個按鈕，如圖6所示。

圖6 手動操作區(qū)

最左側(cè)是急停按鈕，當設備在運行過程中突然出現(xiàn)異常時，迅速按下此按鈕便可立即停止設備運行，以免造成安全事故或防止事故擴大。其它4個按鈕

起著與下面標牌所示一致的作用，用手按住按鈕時，系統(tǒng)將會執(zhí)行相應的指令，同時上面對應的指示燈會變?yōu)榫G燈。由于手動按鈕是與接觸器直接相連，指令沒有經(jīng)過PLC，故光電開光和限位開關都無法對該狀態(tài)下的運行起到控制作用，此時，是否運行到目標位置只能根據(jù)操作人員的目測。當?shù)竭_目標位置時，松開按鈕，系統(tǒng)停止運行。

5 結 語

數(shù)控立體存儲庫采用PLC控制，已經(jīng)在工廠投入使用，經(jīng)過現(xiàn)場實踐的驗證，該數(shù)控立體存儲庫系統(tǒng)運行可靠, 做到了自動存取貨物, 節(jié)省人力、物力和時間[8-9]。本數(shù)控立體存儲庫是物流機械和計算機技術地完美結合，倉庫作業(yè)全部實現(xiàn)自動化，滿足現(xiàn)代化工廠的實際需要。本存儲庫的成功研制, 為進一步研究自動化數(shù)控立體存儲庫提供了值得借鑒的經(jīng)驗，同時也為工廠創(chuàng)造了實際的經(jīng)濟價值?？傊?，隨著信息科學、自動化技術、程序語言的不斷發(fā)展, 自動化數(shù)控立體存儲庫將會有更大的需求和更廣闊的前景[10]。當然對數(shù)控立體存儲庫的要求也將隨著科技進步而不斷提高。今后, 數(shù)控立體存儲庫應該向著更加智能化、信息化、多樣化的方向發(fā)展。

[1] 張宏兵,田 奇.小型自動化立體庫的應用[J]. 長安大學學報，建筑與環(huán)境科學版,2004, 21(2): 52-55.

[2] 李 振,劉筱煥,沈 彤.多層立體倉庫的構思與實踐[J].物流技術,1998(2): 13-15.

[3] 逯久鑫,張燕,廖宇蘭,等.基于PLC采摘機控制系統(tǒng)研究[J].農(nóng)機化研究,2012(8): 181-183.

[4] 郭和偉.交通信號燈的PLC控制系統(tǒng)設計[J].湖北職業(yè)技術學院學報,2011,14(2): 100-104.

[5] 張 帆.基于PLC控制系統(tǒng)設計探討[J].中國新技術新產(chǎn)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] 孫金根,付麗君,劉增林,等.立體庫PC控制系統(tǒng)[J].沈陽工業(yè)學院學報,1999(3):68-71.

[8] 修 杰,李玉蘭,徐世許.送料機的 PLC 控制系統(tǒng)設計[J].工業(yè)控制計算機,2012(4):100-101.

[9] 張 彤.溫度控制器的PLC制系統(tǒng)分析[J].數(shù)字技術與應用, 2012 (4): 21-22.

[10] 張 帆.基于PLC控制系統(tǒng)設計探討[J].中國新技術新產(chǎn)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

劉鳳霞(1976-)，女，山東菏澤人，工程師，研究方向：機械工程。

TH16

A

1007-4414(2014)04-0077-03