李亞軍，劉艷明

（北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所，北京 100120）

0 引言

隨著計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大和競(jìng)爭(zhēng)的日益加劇，市場(chǎng)對(duì)企業(yè)物流系統(tǒng)提出了新的要求，物流自動(dòng)化包裝線越來越受到關(guān)注并得到廣泛應(yīng)用[1]。出庫(kù)穿梭車是出庫(kù)大托盤搬運(yùn)設(shè)備，它不僅聯(lián)接著立體倉(cāng)庫(kù)，而且還聯(lián)接小托盤輥道輸送線，是整個(gè)出庫(kù)包裝系統(tǒng)設(shè)計(jì)核心內(nèi)容。本文以某化纖生產(chǎn)企業(yè)自動(dòng)化包裝線出庫(kù)穿梭車為例，介紹出庫(kù)穿梭車的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，工作原理，并對(duì)它的設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行了分析和討論。

1 出庫(kù)穿梭車系統(tǒng)概述

出庫(kù)穿梭車可以實(shí)現(xiàn)在任意工位之間雙向運(yùn)行的功能。它主要由行走機(jī)構(gòu)、托盤輸送鏈?zhǔn)綑C(jī)，檢測(cè)元件和讀碼器構(gòu)成；其中，行走機(jī)構(gòu)由西門子M420變頻器控制，可實(shí)現(xiàn)高低速切換；另外，它共有四個(gè)運(yùn)行工位，每一個(gè)工位由車體上兩個(gè)獨(dú)立的U型光電開關(guān)來定位與檢測(cè)。自動(dòng)模式下，通過判斷鏈?zhǔn)綑C(jī)上大托盤的狀態(tài)，控制出庫(kù)穿梭車到達(dá)指定的工位；手動(dòng)模式下，通過觸摸屏或車體上的手動(dòng)開關(guān)控制出庫(kù)穿梭車按工位步進(jìn)；點(diǎn)動(dòng)模式下，車體可手動(dòng)正反向移動(dòng)到任意一個(gè)可達(dá)的范圍。車體上讀碼器讀取每次取的大托盤碼，到達(dá)出庫(kù)工位后保存。

2 出庫(kù)穿梭車控制系統(tǒng)的布置

在某化纖物流自動(dòng)化包裝線中，出庫(kù)穿梭車是雙軌式出庫(kù)穿梭車。它采用PLC，傳感器，網(wǎng)絡(luò)通訊，電氣傳動(dòng)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)大托盤的出庫(kù)功能，同時(shí)配置WINCC FLEXIBLE 2008觸摸屏，實(shí)現(xiàn)友好的人機(jī)界面交互功能。

其出庫(kù)穿梭車布置圖如圖1所示。

圖1 出庫(kù)穿梭車鏈?zhǔn)綑C(jī)布置圖

其中各鏈?zhǔn)綑C(jī)在出庫(kù)中所起的作用，如表1所示。

表1 鏈?zhǔn)綑C(jī)工位的定義

3 出庫(kù)穿梭車工作原理

正常情況下，出庫(kù)工位鏈?zhǔn)綑C(jī)75和鏈?zhǔn)綑C(jī)77出庫(kù)工位從堆垛機(jī)接收滿大托盤，由出庫(kù)穿梭車輸送到出庫(kù)機(jī)器人抓紗工位1或出庫(kù)機(jī)器人抓紗工位2，機(jī)器人把大托盤上的紗抓完后，出庫(kù)穿梭車把空托盤輸送到空托盤暫存工位鏈?zhǔn)綑C(jī)80，然后輸送到升降機(jī)內(nèi)，送到二樓出庫(kù)部分，這樣就完成了一個(gè)出庫(kù)循環(huán)。當(dāng)升降機(jī)停用時(shí)，機(jī)器人抓紗完成后，出庫(kù)穿梭車需要把空托盤返回到其中一個(gè)回庫(kù)工位即鏈?zhǔn)綑C(jī)74或鏈?zhǔn)綑C(jī)76，由堆垛機(jī)指定入庫(kù).。

4 出庫(kù)穿梭車的控制原理

4.1 出庫(kù)穿梭車的工作方式

出庫(kù)穿梭車共有兩種工作方式分別為自動(dòng)工作方式和手動(dòng)工作方式[2]?？梢酝ㄟ^觸摸屏上的出庫(kù)穿梭車界面的選擇開關(guān)選擇。當(dāng)點(diǎn)擊手動(dòng)按鈕時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)出庫(kù)穿梭車手動(dòng)操作，當(dāng)點(diǎn)擊自動(dòng)按鈕時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)穿梭車的自動(dòng)運(yùn)行。

4.1.1 自動(dòng)工作方式

在該工作方式下，出庫(kù)穿梭車與總控上位機(jī)通訊，接收總控下達(dá)的各種任務(wù)指令，完成相應(yīng)的任務(wù)，且及時(shí)反饋大托盤的信息及狀態(tài)。若出庫(kù)穿梭車不具備執(zhí)行該任務(wù)的條件，出庫(kù)穿梭車不動(dòng)作，同時(shí)將故障原因發(fā)送給總控并報(bào)警。

4.1.2 手動(dòng)工作方式

該工作方式是在出庫(kù)穿梭車界面上的手動(dòng)或點(diǎn)動(dòng)操作完成的。選擇要執(zhí)行的動(dòng)作點(diǎn)動(dòng)執(zhí)行按鈕出庫(kù)穿梭車即執(zhí)行該動(dòng)作從而完成出庫(kù)穿梭車電機(jī)的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，及實(shí)現(xiàn)出庫(kù)穿梭車上鏈?zhǔn)綑C(jī)的取貨與放貨。

4.2 出庫(kù)穿梭車工作流程圖

本系統(tǒng)采用以CPU-315-2DP的PLC為核心配以M420變頻器及傳感器等組成一個(gè)完整的控制系統(tǒng)，在自動(dòng)工作方式下出庫(kù)穿梭車首先要進(jìn)行自檢并初始化[5]。尤其注意的是，在自動(dòng)工作方式下，出庫(kù)穿梭車的當(dāng)前工位保存在，中斷電不丟失，但手動(dòng)操作后，出庫(kù)穿梭車的實(shí)際工位有可能與保存在中的工位不一樣，在進(jìn)行自動(dòng)控制時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生誤動(dòng)作，為了避免意外問題發(fā)生，在進(jìn)行自動(dòng)控制前，要先確認(rèn)出庫(kù)穿梭車的工位和實(shí)際工位是否一致。

4.2.1 上電初始化

當(dāng)系統(tǒng)上電時(shí)，或者由急停狀態(tài)復(fù)位時(shí)，出庫(kù)穿梭車處于手動(dòng)模式，通過檢測(cè)開關(guān)和讀碼器判斷當(dāng)前出庫(kù)穿梭車所在工位以及出庫(kù)穿梭車上大托盤狀態(tài)，人工確認(rèn)無誤后進(jìn)入自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，如有問題，則手動(dòng)操作修改后出庫(kù)穿梭車進(jìn)入自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)。

圖2 穿梭車上電初始化

4.2.2 自動(dòng)運(yùn)行過程

自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，以穿梭車上鏈?zhǔn)綑C(jī)有無大托盤作為主線，以任務(wù)驅(qū)動(dòng)來控制出庫(kù)穿梭車的取貨放貨、行走移動(dòng)。出庫(kù)穿梭車的任務(wù)通過判斷鏈?zhǔn)綑C(jī)上的大托盤狀態(tài)，通過總控驗(yàn)證后給出。

穿梭車自動(dòng)運(yùn)行流程圖如圖3所示，首先檢測(cè)小車上有無大托盤，當(dāng)有大托盤時(shí)，再判斷是空托盤還是滿托盤，如果是滿托盤，則小車移動(dòng)到抓紗工位，然后將大托盤輸送到抓紗工位鏈?zhǔn)綑C(jī)上，將大托盤號(hào)通知相應(yīng)鏈?zhǔn)綑C(jī)保存；如果是空托盤，如果當(dāng)前運(yùn)行模式為正常模式，則小車移動(dòng)到空托盤暫存工位，大托盤輸送到該鏈?zhǔn)綑C(jī)上；如果運(yùn)行模式為單獨(dú)出庫(kù)模式，則小車移動(dòng)到空托盤回庫(kù)工位，大托盤輸送到鏈?zhǔn)綑C(jī)上。當(dāng)小車上沒有大托盤時(shí)，等待取貨請(qǐng)求，當(dāng)滿托盤請(qǐng)求出庫(kù)時(shí)，則小車移動(dòng)到出庫(kù)工位，從出庫(kù)鏈?zhǔn)綑C(jī)上取貨；當(dāng)空托盤請(qǐng)求移出時(shí)，小車移動(dòng)到抓紗工位，從抓紗鏈?zhǔn)綑C(jī)上取空托盤。

托盤檢測(cè)由車上的檢測(cè)開關(guān)和讀碼器比較得出，當(dāng)檢測(cè)開關(guān)與讀碼器輸出結(jié)果不一致時(shí)，報(bào)警停機(jī)。托盤是滿還是空由讀碼器讀取條碼后與總控交互后得到。

圖3 穿梭車自動(dòng)運(yùn)行流程圖

5 出庫(kù)穿梭車安全保護(hù)

出庫(kù)穿梭車是在預(yù)埋地軌上來回運(yùn)動(dòng)的機(jī)械設(shè)備。本系統(tǒng)的出庫(kù)穿梭車是雙軌式出庫(kù)穿梭車。為了保護(hù)人員，設(shè)備及大托盤上絲卷的安全，除了必要的機(jī)械死檔限位外，還必需在電氣控制上采取一系列的聯(lián)鎖和保護(hù)措施。

5.1 聯(lián)鎖保護(hù)

當(dāng)出庫(kù)穿梭車上信息錯(cuò)誤時(shí)：即出庫(kù)穿梭車上有大托盤，而無大托盤碼和大托盤狀態(tài)；或者出庫(kù)穿梭車上無大托盤，而有大托盤碼或者大托盤狀態(tài)時(shí)，出庫(kù)穿梭車運(yùn)動(dòng)被鎖定。

當(dāng)出庫(kù)穿梭車正/反轉(zhuǎn)進(jìn)行，出庫(kù)穿梭車定位不準(zhǔn)確時(shí)，出庫(kù)穿梭車上的鏈?zhǔn)綑C(jī)的取大托盤或者送大托盤被鎖定。

當(dāng)出庫(kù)穿梭車上的鏈?zhǔn)綑C(jī)取大托盤貨或者送大托盤貨，且大托盤不到位時(shí)，出庫(kù)穿梭車行走控制被鎖定。

5.2 電氣限位保護(hù)

出庫(kù)穿梭車兩端安裝有運(yùn)行終端限位行程開關(guān)，當(dāng)出庫(kù)穿梭車運(yùn)行到兩端極限位置時(shí)，該行程開關(guān)有效電平信號(hào)能自動(dòng)切斷行走電機(jī)或出庫(kù)穿梭車的電源，起到限位保護(hù)功能。

5.3 斷電保護(hù)

如出庫(kù)穿梭車忽然斷電，則出庫(kù)穿梭車電機(jī)制動(dòng)，同時(shí)出庫(kù)穿梭車停止運(yùn)行。

6 結(jié)束語

基于PLC設(shè)計(jì)的出庫(kù)穿梭車的控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)已成功應(yīng)用于盛虹化纖自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)物流包裝線中，自動(dòng)化程度大大提高,操作方便，工作更可靠，完全達(dá)到控制要求，運(yùn)行良好，保證了出庫(kù)穿梭車的運(yùn)行精度，提高了工作效率，收到了良好的效果[4]。

[1]丁立言,張鐸.倉(cāng)儲(chǔ)自動(dòng)化[M].北京：清華大學(xué)出版,2002

[2]張志杜,亞江,李小平.輸送機(jī)控制系統(tǒng)在自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)中的應(yīng)用[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī),2009(1).

[3]楊繼志,郭敬.自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的關(guān)鍵技術(shù)[J].起重運(yùn)輸機(jī)械,2007(1).

[4]易蕓蕓,楊公源.基于PLC的立體倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].儀器儀表用戶,2008(5).

[5]胡峰,自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].科技信息,2010(15)：101-104 .

[6]劉曙光.基于PLC的立體倉(cāng)庫(kù)運(yùn)行系統(tǒng)[J].物流技術(shù),2006(9)：31-34.