峁　瑞　柴潤寧　劉立博　馬　驥　袁欽平　薛　婷　蔡安江

（西安建筑科技大學，西安 710055）

自動化立體倉庫堆垛機速度優(yōu)化控制研究

峁瑞柴潤寧劉立博馬驥袁欽平薛婷蔡安江

（西安建筑科技大學，西安 710055）

隨著物流行業(yè)的發(fā)展，企業(yè)對自動化立體倉庫儲運效率提出了更高的要求，而自動化立體倉庫的工作效益主要取決于堆垛機的工作效率和穩(wěn)定性。目前堆垛機的運行速度不理想導致自動化立體倉庫的工作效率低下，因此采用合適的速度控制方案使堆垛機更加高效、平穩(wěn)的運行具有重要的意義。本文采用S型曲線速度控制方案，并通過實驗分析論證S型曲線速度控制方案的優(yōu)越性。

自動化立體倉庫堆垛機速度優(yōu)化S型曲線

引言

自動化立體倉庫是一種通過計算機控制管理以及自動控制堆垛機實現(xiàn)高層立體貨架存儲物資的倉庫，在世界范圍內(nèi)的倉儲領域中已經(jīng)得到廣泛應用。在一些發(fā)達國家，自動化立體倉庫設計已采用參數(shù)化、模塊化設計，貨架已系列化、標準化，自動化程度相當高［1］。隨著我國物流技術的發(fā)展，自動化立體倉庫逐漸受到企業(yè)青睞，隨之企業(yè)也對自動化立體倉庫功能和運行效率提出了更高的要求。而堆垛機運行的平穩(wěn)性、高效性很大程度影響著自動化立體倉庫工作效益。南京化工職業(yè)技術學院張祖鷹采用了反饋校正模糊控制算法，將穩(wěn)定運行速度保持在一定的范圍內(nèi)，解決了由于速度擾動的影響而產(chǎn)生的堆垛機的蠕動、抖動和定位錯誤等問題，但模糊處理導致系統(tǒng)的控制精度和穩(wěn)態(tài)精度降低［2］；江漢大學王歡在某機械加工廠立體倉庫中采用多段調(diào)速速度控制方式，雖然一定程度上提高了效率，但是存在速度起伏過大，穩(wěn)定性差等問題［3］。

本文提出采用S型速度曲線控制方案，對堆垛機速度控制進行優(yōu)化，將有效改善堆垛機的運行平穩(wěn)性能、提高自動化立體倉庫的工作效率。

1　堆垛機的速度控制及控制系統(tǒng)的搭建

1.1堆垛機的速度控制

目前自動化立體倉庫堆垛機的速度控制方式主要有以下幾種：

（1）由變頻器完成對堆垛機的閉環(huán)速度控制。通過現(xiàn)場多次運行試驗獲得不同貨位的速度運行曲線并存儲在變頻器里。但在實際應用中設計者難以設計存儲所有速度曲線并調(diào)用，而且變頻器存儲空間較小難以大量存儲信息［4］。這種控制方式較難獲得使用者要求。

（2）多段調(diào)速運行方式，堆垛機運行速度根據(jù)堆垛機的控制需要以及操控人員的操作經(jīng)驗采用變化多檔調(diào)速控制［5］。這種控制方式對控制器和變頻器的配合要求較高。

圖1　多段調(diào)速控制曲線

圖2　S形速度控制曲線

（3）采用模糊技術控制方式，改善在原速度曲線拐點處的切換問題。在現(xiàn)實生產(chǎn)中，速度的輸入信號先交由PLC進行處理，然后PLC根據(jù)處理結果選擇相應的控制模式并在對應的模式響應表里提取到合適的頻率控制量，最后通過變頻器實現(xiàn)速度控制［6-7］。但此種控制方式容易受外界噪聲，負載擾動等影響，難以獲得滿意的效果。

傳統(tǒng)的堆垛機在水平方向上大都用多段調(diào)速來實現(xiàn)速度控制，如圖1所示。該控制方式啟停瞬間速度值變化較大、加速度變化過快有可能會導致貨物偏斜甚至掉落，同時在加速過程中對堆垛機產(chǎn)生一定程度的有害沖擊，會對堆垛機的運行效率和使用壽命產(chǎn)生不良影響［8］。

本文根據(jù)三個運行機構不同的行程和工作要求，設定三個不同運行機構的控制方案分別如下：堆垛機貨叉的伸縮路程較短，通過PLC控制以恒低速運行；載貨臺則用雙速電機進行變速，先以高速運行，當接近目標貨位前一貨格時降為低速運行；堆垛機沿巷道的運動行程長，故其對堆垛機整體運行效率影響顯著，為了提高堆垛機整體的運行效率，該方向速度采用S型速度曲線控制。

相比多段調(diào)速的諸多不利因素，S型速度曲線的加速度化較為平順，可以有效減少系統(tǒng)的沖擊與振動，從而使系統(tǒng)的運行更加平穩(wěn)、高效。

1.2控制系統(tǒng)硬件選型

本文確定S型速度曲線控制方案，基于合作項目河北金太陽有限公司自動化立體倉庫進行堆垛機速度優(yōu)化的研究。該自動化立體倉庫采用的堆垛機的形式和速度控制方式與本文完全相符。采用Leuze DDLS 200/120.1-10激光測距儀、西門子 S7-300 PLC和施耐德ALTIVAL系列變頻器實現(xiàn)S型速度曲線控制方案。通過激光測距儀反饋堆垛機的實時速度與距離信號，然后PLC對變頻器的頻率值進行調(diào)整以達到預期速度運行。

2　堆垛機的速度優(yōu)化

本文中試驗倉庫共有貨倉25列，每列有6層，單個貨倉長1.45 m，將堆垛機的運行路徑分為3類，即長行程（運行距離為10個貨倉及以上）、中等行程（運行距離為3個貨倉以上10個貨倉以下）短行程［5］（運行距離為3個貨倉及以下），并將S形速度曲線應用到不同行程的堆垛機速度控制中，減少堆垛機在運行過程中引起的速度沖擊的同時提高其運行效率，滿足自動化立體倉庫運行平穩(wěn)高效的要求。

當堆垛機運行行程為短行程時，加減速時間占總行駛時間較多，其最高速度運行時間很短，運行效率未得到提高，但因其加速度變化比多段調(diào)速較為平緩，仍可以減輕運行沖擊。在長行程和中等行程中不同貨倉的加減速運行曲線相同，只是恒定速度運行時間不同。

本文選擇長行程和中等行程實驗數(shù)據(jù)各一組作為本文速度優(yōu)化的數(shù)據(jù)依據(jù)，見表1、表2。

表1　堆垛機水平方向運行曲線1的實驗數(shù)據(jù)

表2　堆垛機水平方向運行曲線2的實驗數(shù)據(jù)

根據(jù)表1和表2數(shù)據(jù)，繪制S型速度曲線V-t曲線如圖3所示。

圖3　S型速度曲線V-t曲線圖

通過實驗比較得出，應用 S型速度曲線控制，在長行程和中等行程中，運行相同距離用時明顯減少，運行效率得到提高。同時應用S型速度曲線控制，堆垛機加減速變化緩慢，而多段調(diào)速控制的加速度存在非連續(xù)階躍跳動，同時運用S型速度曲線也避免了多段調(diào)速控制的頻繁加減速，這樣明顯減輕了堆垛機受到的振動沖擊，運行將更加平穩(wěn)，降低了噪聲，增長了堆垛機使用壽命。

3　結論

本文主要針對S型速度曲線在自動化立體倉庫堆垛機速度控制中的應用作了部分研究。比較堆垛機傳統(tǒng)速度控制方式的缺陷引出了S型速度控制曲線的優(yōu)化思路，通過多次實驗及合作項目的實際生產(chǎn)進一步論證了S型速度控制曲線的優(yōu)越性。特別在實際生產(chǎn)中按照S型速度曲線運行的堆垛機其速度得到了明顯優(yōu)化，運行效率顯著提高。另外，堆垛機的運動平穩(wěn)性、運行噪聲均得到了不同程度的改善。

［1］Kyung Joon Sohn，Hyun Yong Lee，Joonyeob Song.Development of Operating Softwarefor AS/RS including Communication Protocol.IE Interfaces，I995，Vol.8，No.1，pp.45-52

［2］張祖鷹.堆垛機模糊反饋校正控制系統(tǒng)的設計 ［J］.控制技術，2010（14）：48-53.

［3］王歡.立體倉庫堆垛機運動及控制系統(tǒng)設計 ［J］.應用技術. 2012（5）.184-186.

［4］李文燦.PLC-變頻器在巷道堆垛機提升系統(tǒng)中的應用［J］.計算機應用技術，2009（5）：57-59.

［5］周新建，劉丹.基于自動化立體倉庫堆垛機的運動仿真研究［D］.西安科技大學，2009.

［6］張欣，魏鑫.模糊控制技術在立體倉庫堆垛機速度控制上的應用［J］.制造業(yè)自動化，2005（8）：66-68.

［7］周耀輝.立體倉庫電控系統(tǒng)研究［D］.哈爾濱工程大學，2006.

［8］劉昌祺，董良.自動化立體倉庫設計［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2004.5.

A Study of Speed Optimization Control about Stacker in the Automatic Warehouse

MAORui，CHAIRunning，LIULibo，MAJi，YUANQinping，XUE Ting，CAI Anjiang
（Xi`an University of Architecture and Technology，Xi'an，Shaanxi 710055）

With the development of logistics industry，enterprises putforwardhigherrequirementstothestorageandtransportation efficiency of automated warehouse.And the working efficiency of the automated warehouse mainly depends on the efficiency and stability of the stacker.At present，the running speed of the stacker is not ideal，whichleadstothelowefficiencyoftheautomatedwarehouse. Therefore，it is very important to use the appropriate speed control scheme to make the stacker more efficient and stable.This paper adopted the control scheme of segmented S curve speed.According to analysis of the experimental results，we demonstrate the superiority of S type curve speed control scheme.

automatic warehouse，stacker，speed optimization，S curve

國家級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目（201510703127）；教育部“藍火計劃”產(chǎn)學研聯(lián)合創(chuàng)新項目（2014-LHJH-HSZX-018）。