鄒瑞珍

【摘 要】文章針對(duì)國(guó)產(chǎn)自動(dòng)貨柜電控系統(tǒng)備件停產(chǎn)、安全性差、定位不穩(wěn)定、控制性差等缺陷，分別介紹了針對(duì)國(guó)產(chǎn)自動(dòng)貨柜電控系統(tǒng)硬件升級(jí)、軟件升級(jí)和PLC+變頻器調(diào)速的電控系統(tǒng)升級(jí)改造方案，該方案定位精度高、安全性高、控制性能好、備件通用性強(qiáng)。針對(duì)現(xiàn)有國(guó)內(nèi)自動(dòng)貨柜電控控制系統(tǒng)定位不穩(wěn)定，安全性差和備件停產(chǎn)等問題介紹一種電控系統(tǒng)的改造方案。

【關(guān)鍵詞】自動(dòng)貨柜;倉儲(chǔ)設(shè)備;電控系統(tǒng)改造;變頻器調(diào)速

自動(dòng)貨柜又名立體貨柜是一種現(xiàn)代化倉儲(chǔ)設(shè)備，可以存儲(chǔ)不同形狀尺寸重量的貨物，其具有高效存儲(chǔ)和物料的智能化管理。目前，自動(dòng)貨柜在國(guó)內(nèi)已有十多年的發(fā)展歷史，在各行各業(yè)的應(yīng)用也相當(dāng)廣泛，國(guó)產(chǎn)自動(dòng)貨柜的廠家很多，技術(shù)能力也參差不齊，早期一些自動(dòng)貨柜的穩(wěn)定性、安全性和可靠性都不高。隨著設(shè)備使用年限的增多，暴露出早期國(guó)產(chǎn)自動(dòng)貨柜控制性差、定位不穩(wěn)定、安全性差和備件停產(chǎn)等問題。

自動(dòng)貨柜是以托盤為存儲(chǔ)單元，通過托盤車的升降和水平運(yùn)動(dòng)，將存放貨物的托盤取出或送到貨柜內(nèi)合適的貨位，其控制本質(zhì)是一個(gè)行程和位置的控制，即要控制升降系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)托盤車在貨位、站臺(tái)的各位置實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的啟動(dòng)、加速、等速運(yùn)行、減速、爬行、停車。因此要求自動(dòng)貨柜電控系統(tǒng)的控制必須做到準(zhǔn)確、安全、可靠。隨著可編程控制器PLC強(qiáng)大的控制功能和變頻器調(diào)速技術(shù)的日漸成熟，文章提出一種國(guó)產(chǎn)自動(dòng)貨柜電控系統(tǒng)的升級(jí)改造方案。

一、控制系統(tǒng)組成

控制系統(tǒng)由PLC可編程控制器、HMI界面、通訊模塊、激光測(cè)距裝置，升降驅(qū)動(dòng)裝置、勾盤驅(qū)動(dòng)裝置、信號(hào)檢測(cè)器和安全檢測(cè)裝置等組成，PLC控制系統(tǒng)是整個(gè)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，其負(fù)責(zé)接收上位系統(tǒng)下發(fā)的任務(wù)指令，控制升降驅(qū)動(dòng)裝置和勾盤驅(qū)動(dòng)裝置站臺(tái)和貨位之間準(zhǔn)確、快速、安全、可靠的進(jìn)行托盤存入和取出動(dòng)作，系統(tǒng)簡(jiǎn)易控制架構(gòu)見圖1。

二、PLC控制系統(tǒng)軟件

PLC系統(tǒng)軟件是自動(dòng)貨柜的控制核心，由主程序、信息存儲(chǔ)策略程序、運(yùn)動(dòng)控制程序、故障處理程序和安全自診斷程序組成。

主程序負(fù)責(zé)對(duì)各功能程序塊的調(diào)用實(shí)現(xiàn)貨盤的出入庫功能，包含托盤車升降運(yùn)動(dòng)和貨盤存取運(yùn)行等過程的程序;信息存儲(chǔ)策略程序包含入庫貨盤分配策略程序和出庫貨盤信息獲取策略程序;運(yùn)動(dòng)控制程序是控制變頻器調(diào)速的S運(yùn)行曲線算法運(yùn)算程序，包含正常運(yùn)行曲線和故障減速曲線邏輯算法程序;故障處理程序是PLC在出現(xiàn)內(nèi)部和外部故障時(shí)，對(duì)自動(dòng)貨柜機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)出相應(yīng)故障處理指令的程序;安全自診斷程序是PLC控制系統(tǒng)在設(shè)備運(yùn)行或停止?fàn)顟B(tài)下實(shí)時(shí)檢測(cè)托盤車運(yùn)行速度是否異常、位置是否異常、貨物是否異常、安全回路的自診斷測(cè)程序。

三、HMI界面

HMI界面設(shè)計(jì)有操作界面、故障報(bào)警界面、狀態(tài)顯示界面、參數(shù)調(diào)試界面、故障診斷界面、數(shù)據(jù)備份/還原界面，用于設(shè)備的手動(dòng)操作、參數(shù)設(shè)置、狀態(tài)顯示、故障信息查看和貨盤信息維護(hù)等操作。

四、系統(tǒng)工作模式

自動(dòng)貨柜的工作模式分為在線自動(dòng)工作模式、本地自動(dòng)工作模式、手動(dòng)控制模式和自診斷模式四種。

在線自動(dòng)工作模式下自動(dòng)貨柜會(huì)自動(dòng)接收上位系統(tǒng)下達(dá)的任務(wù)指令，自動(dòng)運(yùn)行，并返回任務(wù)執(zhí)行情況。自動(dòng)貨柜由其它模式切換到在線自動(dòng)模式時(shí)，需人工“啟動(dòng)”;本地自動(dòng)工作模式下自動(dòng)貨柜可以通過觸摸屏設(shè)定托盤號(hào)，手動(dòng)下發(fā)任務(wù)指令進(jìn)行自動(dòng)取放盤;手動(dòng)控制模式下自動(dòng)貨柜不再受上位系統(tǒng)的控制。在此種模式下，可以通過觸摸屏慢速操作自動(dòng)貨柜進(jìn)行上升、下降、取盤和放盤操作以及進(jìn)行貨盤信息的手動(dòng)維護(hù);自診斷模式下PLC系統(tǒng)會(huì)在觸摸屏上顯示各個(gè)傳感器狀態(tài)、重要數(shù)據(jù)、重要中間變量，并診斷出故障原因，進(jìn)入診斷模式走行和輸送動(dòng)作禁止。

五、變頻器調(diào)速控制系統(tǒng)

變頻調(diào)速控制系統(tǒng)由變頻器、I/O控制板、編碼器控制板、通訊卡等構(gòu)成，采用S運(yùn)行曲線的加減速控制方式，運(yùn)行曲線是基于剩余距離的S曲線速度計(jì)算方法，通過PLC程序編寫，在PLC程序中進(jìn)行邏輯運(yùn)算后輸出給變頻器進(jìn)行調(diào)速控制，能夠獲得較理想的運(yùn)動(dòng)控制效果，運(yùn)行曲線控制又分為正常運(yùn)行曲線和故障減速曲線。

（一）正常運(yùn)行曲線

實(shí)現(xiàn)整個(gè)運(yùn)行過程S曲線，不論當(dāng)前速度是多少，當(dāng)前是加速過程、勻速過程、減速過程，切換成更高的速度還是更低的速度都能以平滑的S曲線過度，這是采用速度差計(jì)算S曲線的方法。

（二）故障減速曲線

運(yùn)動(dòng)目標(biāo)確定后可以根據(jù)需要在這段運(yùn)動(dòng)距離中最多設(shè)置三段限速區(qū)、到該區(qū)域提前平滑S曲線減到設(shè)定的值，過了該限速區(qū)又可以平滑S曲線到達(dá)目標(biāo)位置，以時(shí)間計(jì)算S曲線，以固定距離段限定速度曲線的示波器圖形見圖2。

通過上述S曲線的計(jì)算方法，以時(shí)間為基準(zhǔn)做了一條不同于正常運(yùn)行曲線減速度的速度曲線，在發(fā)生需要緊急停車的故障時(shí)，實(shí)現(xiàn)沖擊最小，停車距離最短的最優(yōu)曲線，可以減少緊急停止時(shí)對(duì)設(shè)備的沖擊，延長(zhǎng)走行輪的使用壽命。

六、實(shí)用效果

本方案基于廈煙一區(qū)昆船CT1型自動(dòng)貨柜控制系統(tǒng)的實(shí)際情況，將舊的歐姆龍控制系統(tǒng)（CQM1H系列PLC）升級(jí)為西門子控制系統(tǒng)（S7-1215C PLC），提升定位方式由增量型編碼器+認(rèn)證開關(guān)形式升級(jí)為激光測(cè)距定位，變頻器調(diào)速控制有之前的線性調(diào)速升級(jí)為S運(yùn)行曲線調(diào)速，還優(yōu)化了整個(gè)系統(tǒng)的控制架構(gòu)和流程。本系統(tǒng)具有定位精度高、安全性高、備件通用性強(qiáng)的特點(diǎn)。而且充分利用舊設(shè)備的硬件，減少了將近60%的采購經(jīng)費(fèi)投入，實(shí)現(xiàn)設(shè)備價(jià)值的最大化，解決了舊系統(tǒng)安全性差、定位不穩(wěn)定、控制性差和備件通用性差等缺陷。

七、結(jié)語

文章提出一種國(guó)產(chǎn)自動(dòng)貨柜電控系統(tǒng)的升級(jí)改造方案，即在舊的的設(shè)備上進(jìn)行電控系統(tǒng)的升級(jí)改造，該方案解決了舊系統(tǒng)安全性差、定位不穩(wěn)定、控制性差等缺陷，即縮短了施工周期，又節(jié)省了大量采購經(jīng)費(fèi)，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命。這種采用S運(yùn)行曲線的變頻調(diào)速控制技術(shù)具有定位精度高、安全性高、控制性能好的特點(diǎn)，可以推廣至堆垛機(jī)、提升機(jī)這種對(duì)運(yùn)行控制性能要求較高的設(shè)備，具有良好的推廣運(yùn)用價(jià)值。