发布时间 : 星期一 文章巷道式双立柱堆垛机控制系统设计更新完毕开始阅读
为单立柱和双立柱两种类型。双立柱结构的机架由两根立柱和上、下横梁组成一个长方形的框架。这种结构强度和刚性都比较好，适用于起重量较大或起升高度比较高的场合。单立柱式堆垛机机架只有一根立柱和一根下横梁，整机重量比较轻，制造工时和材料消耗少，结构更加紧凑且外形美观。堆垛机运动时，司机的视野比较宽阔，但刚性稍差。由于载货台与货物对单立柱的偏心作用，以及行走、制动和加速减速的水平惯性力的作用对立柱会产生动、静刚度方面的影响。当载货台处于立柱最高位置时挠度和振幅达到最大值。这在设计时需加以校核计算。堆垛机的机架沿天轨运行。为防止框架倾倒，上梁上装有导引轮。
(2)运行机构
运行机构主要由电动机(带制动器)、减速器、车轮组成。目前常采用的下部支承及驱动的堆垛机。运行机构安装在下横梁一端，下部车轮为主动轮，另一端为被动轮。有时堆垛机为了实现转巷道作业，被动轮安装在转向轮座上，可以保证在转巷道时有较小的回转半径。
堆垛机的水平运行速度:国内最高达到100m/min，国外(日本)已达到160m/min.最低速度4m/min。目前运行机构一般都用变频调速。
(3)起升机构
堆垛机的起升机构由电动机、制动器、减速机、卷筒或链轮、钢丝绳或链条以及滑轮等零部件组成。目前，常用带制动器的电机。减速机的采用视传动比需要和结构布置而定。蜗轮蜗杆减速器结构紧凑、安装简单，但传动效率较低。行星齿轮减速器则在电机轴方向尺寸较大。目前，也常用专门生产的“三合一”(即电机、制动器、卷筒合一)起升卷扬机构，它相对结构紧凑。其它零部件如钢丝绳、滑轮都选用标准件。
起升机构速度:国内最高达30m/min，国外(如日本)最高达40——48m/min。 起升机构的调速:以前曾用过子母电机或变极电机，目前多用变频调速。 (4)载货台
载货台是货物单元承载装置，通过钢丝绳或链条与起升机构联结。载货台沿立柱上的导轨升降。货叉机构安装在载货台上，有司机室的堆垛机，司机室也装在载货台上。有拣选功能的堆垛机，拣选平台也安装在载货台上。载货台通常有一个刚性框架，为沿导轨运行而装有导轮。
(5)货叉伸缩机构
货叉伸缩机构是堆垛机的主要工作机构，其结构特点是能够双向伸出，以便向两侧货格送人(取出)货箱。缩回后，货叉连同载货台一起随大车在巷道内运行。为此，货叉伸缩机构的设计要求是:货叉完全伸出后，其长度须为原来长度的两倍以上。货叉全收回后，结构尺寸需尽量小。
货叉伸缩速度一般为8——10m/min，高的可达30m/min左右，但通常需调速控制，调速范围为:30m/min——2m/min。
(6) 电气设备
主要包括电力拖动、控制、检测和安全保护等强、弱电电气设备，三个主要机构的电力拖动系统，目前国内外普遍采用变频调速控制，从而满足堆垛机高速运行、换速平稳、低速停准的要求。检测系统必须具有堆垛机自动认址、货虚实探测、货箱位置检查等功能。
对堆垛机的控制，目前国内外常用PLC(可编程逻辑控制器)控制。PLC的模块化结构以及远程通讯功能可以较好满足堆垛机单机自动控制、全自动(整个仓库系统)控制的要求。
(7)安全及联锁机构
堆垛机是一种起重机械，它要在又高又窄的巷道内高速运行。为了保证人身及设备的安全，堆垛机必须配备完善的硬件及软件的安全保护装置，并在电气控制上采取一系列联锁和保护措施。除了一般起重机常备的安全保护措施(如各机构的终端限位和缓冲、电机过热和过电流保护、控制电路的零位保护等)外，还应根据实际需要，增设各种保护。
主要的安全保护装置有:
①终端限位保护在行走、升降和伸缩的终端都设有限位保护。
②联锁保护行走与升降时，货叉伸缩驱动电路切断;相反，货叉缩时，行走与升降电路切断。行走与升降运动可同时进行。
③正位检测控制只有当堆垛机在垂直和水平方向停准时，货叉才能伸缩。即货又运动是条件控制，以认址装置检测到确已停准的信息为货叉运动的必要条件。
④载货台断绳保护当钢丝绳断裂时，断绳保护机构动作，机械夹轨上移，载货台被卡在导轨上而阻止其坠落。正常工作时在弹簧力作用下夹轨块、凸轮)与导轨分离。
⑤断电保护载货台升降过程中若断电，则采用机械式制动装置使载货台停止不致坠落。
⑥声光信号堆垛机开动前响铃声，或闪灯光，以警告巷道内的检修人员和过往行人引起注意。
1.2 课题的背景及国内外研究现状
1.2.1 课题背景
立体仓库的产生和发展是现代物流体系发展的要求和信息技术进步的结果。随着立体仓库的越来越多，立体仓储技术已成为一门新兴的学科。堆垛机是自动化仓库的主要作业机械，担负着出库，入库等任务，是立体仓库的核心部件。自动化仓库的发展就是以堆垛机的发展为主要标志的，目前巷道式堆垛机为主要发展方向。
1.2.2 堆垛机系统在国内外的研究状况
目前，堆垛机产品己经走入系列化，运行噪声低，备有各种安全保护装置，调速性能好，一般都具有完善的货物位置检测和货物尺寸检测等功能。国外立体仓库普遍采用抗干扰能力强、工作可靠的可编程控制器来控制巷道堆垛机以及出入库系统，并且用计算机进行货位管理和库存管理，仓库管理计算机与上级管理机联网并能与控制系统相接，实现在
线控制。而在堆垛机方面，不断推出具有新的物理外形和更高性能的设备。最新的开发包括提高电子和控制技术，在使堆垛机具有更高定位精度的同时，提高搜索能力和运行速度，以期获得更短的操作周期和更大的生产能力。目前，巷道式堆垛机的起升速度己经可以达到90m/min，运行速度达到240m/min，货叉伸缩速度达到30m/min。在有的高度较大的立体仓库中，已采用上、下两层分别用巷道堆垛机进行搬运作业的方法提高出入库的能力。
我国是从20世纪70年代初期开始研究采用巷道式堆垛机的立体仓库。1980年，由北京机械工业自动化研究所等单位研制建成了我国第一座自动化立体仓库，并在北京汽车制造厂投产。从此以后，立体仓库在我国得到了迅速的发展。目前，浙江海通集团是国内最早建造2000吨立体自动化低温冷库的企业，其中采用了由电脑程序控制、5台自动巷道堆垛机无人操作自动进出库等先进技术。
目前，在国内立体仓库堆垛机的驱动机构中，电机减速机普遍采用德国、日本、意大利的产品，也有少数采用国内的电机减速机。由于堆垛机是立体仓库中最重要的运输设备，各项技术参数和综合性能的要求都非常严格，如无故障率应大于97％,停准精度±10mm，以及噪音要求等。这就要求电机减速机的可靠性非常高。因此，现阶段在驱动机构中电机减速机的选用上，多选用国外先进的产品，以保证堆垛机的整机性能。
随着现代工业生产的发展，堆垛机技术在不断地提高和完善。世界主要工业国家都把着眼点放在开发性能可靠的新产品和采用高新技术上，更加注重实用性和安全性[10]。因此，我们应当看到自身与世界先进技术的差距，总结经验，找出不足，打破传统思路推出具有新的外形和更高性能的堆垛机。在使堆垛机具有更高定位精度的同时，提高运行速度，以获得更短的操作周期和更大的生产能力。相信通过我们的不断努力，更加高速、安全、可靠的堆垛机将不断从国外引进消化到国内，使我国的堆垛机技术发展到一个新的阶段
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1.3本课题的研究目的及主要研究内容
综合运用交流变频调速、PLC控制、位置检测等技术，为堆垛机的正常运行设计一套比较完整的控制系统，使其更好地担负起出、入库的任务。具体包括以下内容：
(1)通过对堆垛机现有的运行速度曲线进行的分析研究，设计出一种适合本系统的堆垛机速度曲线模型，确定变频器的控制参数，构建交流变频调速控制系统；
(2)在堆垛机的位置检测方面，综合运用旋转编码器、PG卡以及利用PLC中的高速计数器单元，来实现对于堆垛机位置的精确控制；
(3)根据堆垛机的实际工作情况，对PLC控制系统进行设计。运用流程图法，建立各运动阶段的流程图，编制出控制程序，使PLC控制系统更加完善，更好地控制整个系统的运行。
2 堆垛机系统的方案设计
本章详细描述了堆垛机的控制系统，着重论述了如何对堆垛机控制系统进行方案设计，分别从堆垛机的速度控制、系统主控制器的选择及堆垛机的定位控制方案三个方面进行阐述。
2.1堆垛机系统
目前，堆垛机的控制方式大致可以分为手动操作、半自动控制、全自动控制、远距离控制与计算机控制等。计算机控制的控制系统，考虑到备用情况，一般由三级组成。最低一级是利用堆垛机上的控制盘手动操作，其次是为了遥控利用安置在地上的控制盘的数字开关进行操作，最高一级采用计算机控制，三级可以转换运转。如图2－1所示。
图2－1 SRMC系统
采用遥控时，也必须具有低级的手动操作功能，采用自动控制时使用机上控制盘，但控制方法，在本质上与遥控基本相同，因此以遥控为中心来叙述堆垛机的控制系统。
图2－2所示为在自动运转情况下以及特殊情况下的堆垛机作业循环的作业流程图堆垛机按行走、升降、货叉伸缩等三种操作，根据指令自动定位，进行叉取作业。
当用户发出存货要求时，系统根据仓库货位情况，给出货物的存放地址，上位机根据堆垛机的当前位置，经过货位地址变换，给出相对于堆垛机当前位置的货位地址，发出存货指令给堆垛机。堆垛机控制系统接收信号后，在货物输入口接收货物，堆垛机行走，同时载货台沿立柱作升降运动。当运动到达目的货位时，货叉开始伸缩运动，执行存货操作，完成操作后在此位待命或返回至规定位置。