隨著國(guó)家對(duì)智能制造業(yè)的大力推廣和支持，現(xiàn)代倉(cāng)儲(chǔ)物流技術(shù)密集化、智能化發(fā)展趨勢(shì)已成主流，智能倉(cāng)儲(chǔ)物流逐漸成為生產(chǎn)制造企業(yè)提高自身核心競(jìng)爭(zhēng)力的重要手段。智能倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)由立體貨架、輸送系統(tǒng)、條碼識(shí)別系統(tǒng)、穿梭車、堆垛機(jī)等多個(gè)單元組成，其中高速軌道式導(dǎo)引穿梭車（Rail Guided Vehicle，RGV）屬于高速行走設(shè)備，是智能倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)出入庫(kù)效率提高的關(guān)鍵點(diǎn)，啟停過(guò)程加減速若處理不當(dāng)會(huì)產(chǎn)生較大的沖擊力，可能對(duì)RGV造成不同程度的機(jī)械損傷以及貨物掉落等風(fēng)險(xiǎn)。因此，對(duì)RGV柔性運(yùn)動(dòng)控制的研究至關(guān)重要。

穿梭車RGV配置兩條導(dǎo)軌，軌道可設(shè)計(jì)任意長(zhǎng)度，具有獨(dú)立控制系統(tǒng)，采用變頻調(diào)速方式，可以十分方便地與系統(tǒng)內(nèi)其他設(shè)備實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化連接，很大程度上降低倉(cāng)庫(kù)管理成本，提高倉(cāng)儲(chǔ)出入庫(kù)效率，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，安全性、可靠性高。RGV通過(guò)激光測(cè)距或條碼認(rèn)址等方式精確定位各取送貨工位，采用380V定位各取，50HZ三相四線制滑觸線供電。

本文基于智能倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)穿梭車RGV，提出速度曲線理論模型，通過(guò)可編程邏輯控制器（PLC）和人機(jī)界面面板（HMI）分別對(duì)速度曲線功能塊進(jìn)行開(kāi)發(fā)和搭建仿真測(cè)試平臺(tái)，對(duì)RGV速度曲線仿真測(cè)試研究，并對(duì)測(cè)試結(jié)果與理論模型進(jìn)行對(duì)比分析。

一、RGV運(yùn)動(dòng)速度曲線理論模型分析

穿梭車RGV啟動(dòng)至停止整個(gè)運(yùn)行過(guò)程可分為加速、勻速、減速三個(gè)區(qū)間，加速度的大小是影響RGV運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性的關(guān)鍵，若加速度過(guò)大，較大的沖擊力會(huì)導(dǎo)致負(fù)載狀態(tài)的RGV貨物墮落等，加速度過(guò)小會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行效率。為了保證穿梭車RGV能夠在啟動(dòng)和停止階段速度變化更加平緩，以及最大程度提高物流系統(tǒng)的運(yùn)行效率，將加速階段和減速階段再細(xì)分為3個(gè)階段，圖1為RGV穿梭車行走電機(jī)運(yùn)動(dòng)速度曲線理論模型。

現(xiàn)對(duì)每個(gè)階段的運(yùn)動(dòng)特性分析如下：

第1階段：加加速階段，加速度a逐漸增大，RGV從靜止?fàn)顟B(tài)緩緩啟動(dòng)，速度逐漸增大；

第2階段：勻加速階段，加速度a采用第1階段結(jié)束時(shí)的加速度值，進(jìn)行勻加速運(yùn)動(dòng)，這一階段速度增加較快，但該階段是基于第1階段速度基礎(chǔ)上進(jìn)行加速，并不會(huì)給RGV帶來(lái)很大的沖擊力；

第3階段：減加速階段，加速度a采用第2階段的加速度值，進(jìn)行勻減速運(yùn)動(dòng)直到速度增加至最大值；

第4階段：勻速階段，加速度a為0，該階段的運(yùn)行時(shí)間與實(shí)際任務(wù)區(qū)間長(zhǎng)度有關(guān)；

第6階段：勻減速階段，加速度a為第5階段結(jié)束時(shí)的加速度值，進(jìn)行勻減速運(yùn)動(dòng)；

通過(guò)上述對(duì)RGV速度曲線理論模型分析可知，整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中速度的變化包括了線性和非線性加減速。

二、程序開(kāi)發(fā)及仿真測(cè)試

1.程序開(kāi)發(fā)

基于上述速度曲線理論模型分析，在速度模型中引入S型曲線，讓加減速速度變化呈S型波形曲線變化。通過(guò)SCL編程語(yǔ)言進(jìn)行速度曲線功能塊程序開(kāi)發(fā)，具體過(guò)程如下：

第一階段加速：

IF速度值<加速第1階段末速度值THEN

加速度:=加速度＋加速第1階段加速度;

END_IF;

第二階段加速；

IF速度值>=加速第1階段末速度值A(chǔ)ND速度值<加速第2階段末速度值THEN

加速度:=加速度＋加速第2階段加速度;

END_IF;

第三階段加速；

IF速度值>=加速第2階段末速度值A(chǔ)ND速度值<速度最大值THEN

加速度:=加速度＋加速第3階段加速度;

END_IF;

第一階段減速；

IF速度值>減速第1階段末速度值THEN

加速度:=加速度－減速第1階段加速度;

END_IF;

第二階段減速；

IF速度值>=減速2階段末速度值＋爬行速度值A(chǔ)ND速度值<=減速第1階段末速度值THEN

加速度:=加速度－減速第2階段加速度;

END_IF;

第三階段減速；

IF 速度值>爬行速度值A(chǔ)ND速度值<減速2階段末速度值＋爬行速度值THEN

加速度:=加速度－減速第3階段加速度;

END_IF;

其中，爬行速度值為RGV穿梭車接近目標(biāo)位置時(shí)最小運(yùn)行速度，到達(dá)目標(biāo)位置后RGV停止運(yùn)行，速度值變?yōu)?。

圖1 速度曲線理論模型

圖2 仿真測(cè)試界面

2.測(cè)試平臺(tái)搭建

為了直觀地獲取RGV運(yùn)動(dòng)速度曲線，本文采用HMI搭建仿真測(cè)試平臺(tái)，如圖2，組態(tài)趨勢(shì)視圖用于輸出速度曲線，I/O域用于調(diào)整RGV速度最大值，并組態(tài)三個(gè)按鈕，分別用于啟動(dòng)和停止速度曲線生成器，加速按鈕用于觸發(fā)加速模式，減速按鈕用于觸發(fā)減速模式。趨勢(shì)視圖Y軸坐標(biāo)采用適用自動(dòng)值范圍，X軸為時(shí)間，單位為秒。

三、仿真測(cè)試及分析

功能塊程序開(kāi)發(fā)和平臺(tái)搭建完成后，將程序下載到PLC中，啟動(dòng)HMI并連接到PLC。由于RGV穿梭車采用變頻器控制電機(jī)，程序輸出值為頻率值，頻率值50HZ對(duì)應(yīng)十六進(jìn)制的16384，該頻率值通過(guò)以太網(wǎng)發(fā)送給RGV，程序輸出頻率值與RGV速度值同步變化，測(cè)試過(guò)程均通過(guò)采集頻率值曲線來(lái)對(duì)速度變化進(jìn)行分析。

圖3 測(cè)試速度曲線

圖4 速度曲線對(duì)比圖

1.仿真測(cè)試

設(shè)置最大速度值調(diào)速比為30%，即頻率值為15Hz，十六進(jìn)制為4915，爬行頻率值為2.5Hz，十六進(jìn)制為328。按下啟動(dòng)按鈕，點(diǎn)擊加速按鈕激活加速模式，待曲線與X軸平行后點(diǎn)擊減速按鈕激活減速模式，得到速度曲線，如圖3。

將速度曲線一個(gè)周期完整波形分為8個(gè)階段，對(duì)每個(gè)階段做分析如下：

第1階段為加加速階段，加速模式激活后，波形呈非線性曲線上升趨勢(shì)，速度值由0開(kāi)始平緩逐步增大，符合緩啟的設(shè)計(jì)要求；

第2階段為勻加速階段，波形呈線性上升趨勢(shì)，速度值均勻上升；

第3階段為減加速階段，波形呈非線性曲線上升趨勢(shì)，速度值增大的速度逐漸減小，直到速度值增大到最大值后不再上升，即進(jìn)入第4階段，RGV以最大速度運(yùn)行；

第5階段為加減速階段，減速模式被激活，波形呈非線性曲線下降趨勢(shì)，速度值由最大值開(kāi)始逐漸減??；

第6階段波形呈線性下降趨勢(shì)，即勻減速階段，波形呈線性曲線下降趨勢(shì)，速度均勻減小；

第7階段為減減速階段，波形呈非線性曲線下降趨勢(shì)，速度平緩逐步減小，直到速度減小至爬行頻率，符合緩?fù)５脑O(shè)計(jì)要求；

第8階段即為爬行階段，RGV以該頻率值運(yùn)行至目標(biāo)位置。

由上述分析可知，仿真測(cè)試速度曲線與理論模型每個(gè)階段的速度變化趨勢(shì)相一致，速度變化線性與非線性相結(jié)合，啟停過(guò)程速度變化較為平滑，符合緩啟緩?fù)５目刂埔螅策_(dá)到了對(duì)RGV柔性運(yùn)動(dòng)控制的要求。

2.測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)比分析

RGV的行程區(qū)間與系統(tǒng)接送貨站臺(tái)的位置相關(guān)，接送貨站臺(tái)位置不同，行程區(qū)間也不同，行程區(qū)間的大小直接影響到RGV運(yùn)動(dòng)過(guò)程的速度曲線。若行程區(qū)間足夠長(zhǎng)，RGV均能達(dá)到最大速度后再進(jìn)行減速；若行程區(qū)間過(guò)小，RGV加速到最大速度再減速可能會(huì)沒(méi)有足夠的距離完成減速過(guò)程，RGV必須到達(dá)某一個(gè)速度值后就要開(kāi)始減速，這就要求RGV能夠在任何時(shí)刻介入減速模式后均能很好的按設(shè)計(jì)曲線完成減速。

為驗(yàn)證RGV穿梭車不同行程的加減速過(guò)程是否也符合設(shè)計(jì)要求，加速模式激活后，在不同的時(shí)刻點(diǎn)擊減速按鈕激活減速模式，選取多組具有代表性速度曲線對(duì)比圖，如圖4。

測(cè)試結(jié)果表明：在RGV運(yùn)行過(guò)程中，無(wú)論任何階段進(jìn)入減速模式，均能按加減速、勻減速、減減速三個(gè)階段完成減速過(guò)程，且減速曲線與理論分析模式減速階段曲線變化趨勢(shì)一致，符合設(shè)計(jì)要求。

四、結(jié)論

本文對(duì)智能倉(cāng)儲(chǔ)物流及生產(chǎn)物流系統(tǒng)高速軌道式導(dǎo)引穿梭車的柔性運(yùn)動(dòng)控制速度曲線進(jìn)行了理論模型分析、程序開(kāi)發(fā)以及仿真測(cè)試平臺(tái)搭建，并通過(guò)PLC和HMI平臺(tái)對(duì)程序進(jìn)行仿真測(cè)試，以及對(duì)不同時(shí)刻介入減速模式的速度曲線進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果與理論模型速度曲線變化趨勢(shì)相一致，RGV整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程融合了線性、非線性加減速階段以及勻速運(yùn)動(dòng)階段，加減速過(guò)程緩啟緩?fù)ＰЧ黠@，速度曲線平滑穩(wěn)定，符合本文對(duì)RGV運(yùn)動(dòng)的柔性控制的要求。