張厚來

（廣州大學，廣東 廣州 510006）

0 引言

從現(xiàn)有的技術上講，當前國內(nèi)的行車定位都是通過人工操控的，這樣的控制方式誤差很大，效率低、速度慢，毫無定位精度。本文介紹的自動行車能精準定位，解決了目前存在的定位誤差大的問題。而且，自動行車不僅僅可以用于陶瓷行業(yè)，也可以應用在其他物流倉儲中，市場需求很大。

1 自動行車機構介紹

圖1為自動行車的空間架構，主要由起升機構、行走機構組成。

圖1 自動行車架構

1.1 起升機構

自動行車起升機構主要由聯(lián)軸節(jié)、電動機、減速器（包括制動器）、卷筒和鋼絲繩等組成。起升機構應具有良好的調(diào)速性能，而且能夠準確監(jiān)控起升的高度；起吊陶瓷制品時能夠輕拿輕放，最大程度地保護產(chǎn)品，防止碰撞沖擊。液壓推桿常閉式制動器與卷筒相連接，制動效果好，制動器摩擦因數(shù)非常穩(wěn)定，在長時間頻繁的使用中依然能夠確保準確地停在設定的位置。

起升機構設有下降深度及起升高度的位置限制、起重重量檢測、速度限制等一系列安全聯(lián)鎖保護。

1.2 行走機構

自動行車大車、小車的驅動均采用西門子三合一減速電機，大車和小車通過編碼器實現(xiàn)定位，編碼器上安裝有齒輪，齒輪與安裝在行走路徑上的直齒條嚙合，如圖2所示。由于行車行走的枕軌上可能有多臺行車，為了防止行車在行走的過程中與其他行車相撞，在相鄰的行車上都會安裝限位開關，當兩行車靠近到一定距離時會先觸發(fā)限位開關而停止，從而防止碰撞的發(fā)生。

圖2 定位機構

1.3 卷筒

卷筒由鋼板彎曲焊接而成，焊接后需將卷筒做退火處理和探傷檢查，筒體需要經(jīng)過靜平衡檢測。鋼絲繩在卷筒上單層纏繞，以確保鋼絲繩的偏角恒定。主鉤在最低極限位置時，卷筒上應該留有三圈安全繩；主鉤在最高極限位置時，卷筒上應該還有空余的繩槽；卷筒直徑與鋼絲繩直徑的比值應大于25。

2 自動行車硬件組態(tài)與控制功能的實現(xiàn)

2.1 硬件組態(tài)

如圖3所示，整個控制系統(tǒng)的硬件采用SIMATIC 1512SP-1PN配置方案，采用PROFINET作為通訊網(wǎng)絡并連接各個部分。電控系統(tǒng)采用西門子S7-1500可編程控制器（PLC）和G120變頻器，對系統(tǒng)進行全閉環(huán)控制，精度更高、速度更快、更可靠穩(wěn)定。使用人機界面可隨時修改坐標位置，更加方便直觀。圖3中，W774-1 RJ45為無線AP，W722-1RJ45為客戶端連接器。

圖3 自動行車硬件配置

使用西門子的SIMATIC 1512SP-1PN控制器進行融合控制。SIMATIC ET 200SP是具有高度靈活度可擴展的分布式I／O系統(tǒng)，通過現(xiàn)場總線把過程信號傳輸?shù)缴弦患壍目刂破鳌T 200SP設計緊湊，集高密度通道于一身，明顯地節(jié)省了控制柜的安裝空間和應用成本。

環(huán)境會計又稱綠色會計，是估量某個特定的經(jīng)濟主體的活動對環(huán)境的影響的會計。它是以環(huán)境資源、環(huán)境費用、環(huán)境效益等會計要素為核算內(nèi)容的一門專業(yè)會計。根據(jù)中國出版發(fā)行的“現(xiàn)代會計會計辭典”，環(huán)境會計是一項管理活動，從各個角度衡量和報告社會活動對企業(yè)，機構和其他組織的環(huán)境影響和管理。它旨在指導最有效地利用經(jīng)濟資源和最佳部署來改善整體社會效益。環(huán)境會計利用會計和環(huán)境管理的基本理論和方法，利用貨幣計量和非貨幣計量屬性對企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營活動中涉及的環(huán)境因素和結果進行測量，記錄，揭示和評估。環(huán)境會計主要采用會計基本原理和方法，采用多種計量方法和屬性反映和控制企業(yè)的環(huán)境活動和與環(huán)境有關的經(jīng)濟活動和現(xiàn)象。

行車電機均采用G120變頻器驅動。由西門子G120變頻器來驅動三相交流電動機，不僅經(jīng)濟而且能夠精確地控制電機的轉矩和轉速。

圖4為人機界面，采用西門子的KTP700Basic觸摸屏。在實際生產(chǎn)運用中，利用人機界面不僅可以實現(xiàn)集中管控，還可以單獨地控制起升、大車和小車，通過觸摸屏可以設置系統(tǒng)相關的數(shù)據(jù)和操作權限。

圖4 人機界面

圖5 為無線通訊模塊。由于自動行車行走距離較長，用通訊線和調(diào)度系統(tǒng)等外部設備連接不現(xiàn)實，因此，需要配置一種工業(yè)無線通訊網(wǎng)絡。本文采用W722-1RJ45和W774-1RJ45無線AP模塊作為無線通訊工具，安全高效，可靠性強。

2.2 控制功能的實現(xiàn)

2.2.1 大車兩電機的同步功能

自動行車跨距較大，如果大車兩電機不同步則行走過程中會出現(xiàn)啃軌和異響。本文是以西門子變頻器G120為基礎配置的整套控制系統(tǒng)。在大車雙軸同步控制方案中，主從控制方式的應用比較多，但是在雙軸通過齒輪的硬連接機械系統(tǒng)中，采用速度同步或主從位置同步的控制方案難以取得良好的效果，且極易因為雙軸定位誤差而發(fā)生偏載情況，甚至可能發(fā)生電機由于過載而停機的故障。因此本文運用主從控制方案中轉矩同步的控制策略，使主軸在速度控制模式下工作，從軸在轉矩控制模式下工作，從動軸跟隨主動軸的實時轉矩輸出來運動。

圖5 無線通訊模塊

通過西門子軟件博途V14中的工藝對象來設置大車從動與同步功能，且在程序中運用指令“MC＿GearIn”來實現(xiàn)大車的主從同步，如圖6所示。

圖6 在程序中啟動同步功能

大車兩電機的同步效果非常不錯，采用轉矩同步控制策略，機械運行平穩(wěn)，保證定位精度的同時，負載能夠均勻地分布在兩軸上，電機工作狀況良好，無偏載、過載現(xiàn)象出現(xiàn)。

2.2.2 定位的實現(xiàn)

本方案選用絕對值旋轉編碼器作為位置傳感器。沒有采用G120變頻器本身的定位功能，而是采用西門子1512SP-1PN控制器本身的工藝對象定位功能。用PROFIdrive報文來設定接口，為每個定位軸分配驅動，用PROFIdrive報文來分配絕對值編碼器。定位軸工藝對象能根據(jù)編碼器的設置計算位置設定值，并將相關的速度設定值輸出給驅動裝置。在位置控制模式中，定位軸所有的動作都在速度控制下進行。在進行絕對位置定位中，定位軸工藝對象已知物理位置，因而能精確定位。

2.2.3 無線通訊方案

運用工業(yè)無線通訊網(wǎng)絡，解決了有線連接的弊端，可同時運行多臺行車。在應用無線局域網(wǎng)時，信號強度對保障設備之間的正常通訊非常重要。本文采用的工業(yè)級無線AP型號為 W774-1RJ45及客戶端 W722－1 RJ45，此無線AP還分別安裝了KEY-PLUG W780卡。

3 行車與AGV小車協(xié)同工作

3.1 AGV小車簡介

如圖7所示，AGV小車有四個車輪，前面兩個輪為驅動輪，分別由兩個電機控制負責驅動和轉向，AGV小車底盤下面裝有磁道軌跡傳感器，AGV小車行走的路徑上貼有磁條，磁條上每間隔一米貼有地標磁片用以換算小車的實際行駛速度和傳達當前位置。小車車頭上安裝有障礙檢測器，避免小車在運行過程中發(fā)生碰撞。小車前端裝有人機界面，用以顯示信號、速度和電量等一系列的參數(shù)。小車電機完全由充電電池供電，當小車電池電量低于額定電量的20%時會自動行走到充電樁進行充電。

3.2 協(xié)同工作

自動行車夾取陶瓷制品出入庫的流程為：生產(chǎn)線上的陶瓷成品由AGV小車運送到入庫的固定工位，小車到達固定入庫工位后PC端收到小車就位指令，調(diào)度軟件給行車發(fā)出入庫指令，行車選擇最優(yōu)路徑運動到小車上方進行夾取并堆垛，堆垛完成后等待下一步指令，入庫夾取過程如圖8所示。出庫過程與此類似。

圖7 AGV小車

圖8 行車與AGV小車協(xié)同工作（入庫）

通過昆船的軟件對AGV小車進行監(jiān)控和參數(shù)設置，可以監(jiān)控在線AGV小車的數(shù)量和運行狀態(tài)，也能單獨給小車發(fā)送指令控制小車的運行，圖9為行車和AGV小車配合工作的調(diào)度系統(tǒng)界面，行車下方的貨架位置坐標都儲存在調(diào)度軟件中，行車會根據(jù)指令將不同坐標的貨物夾到AGV的固定停靠位置，當調(diào)度系統(tǒng)收到AVG小車已就位的指令后會將夾取過來的貨物放在AGV小車上。

4 結語

自動行車在倉儲物流方面的應用較廣，主要用于搬運貨物，解決了主鉤與貨物之間的定位問題。本文介紹的陶瓷倉儲行車較傳統(tǒng)行車速度更快，效率更高，更安全可靠且噪聲小。相比于傳統(tǒng)行車，經(jīng)過測試，此自動行車大車速度達到42m／min，小車速度達到61 m／min，起升速度達到29m／min。在最大速度范圍內(nèi)的額定載重量達到1t。

本倉儲行車主要用于高密度陶瓷制品的倉儲，解決了貨物堆疊時的定位問題，這種高精度定位的起重機器也可以應用于其他物流倉儲中。

圖9 行車與AGV小車配合工作的調(diào)度界面