卷材高架倉儲(chǔ)中堆垛機(jī)的橫移定位

羅興鋮

（中鋁瑞閩鋁板帶有限公司，福建 福州350015）

0 引言

卷材高架倉儲(chǔ)作為卷材物流的中轉(zhuǎn)站，其位置設(shè)在卷材來往頻繁的冷軋車間和精整車間之間。中鋁瑞閩高精鋁板帶項(xiàng)目的卷材高架倉儲(chǔ)采用3排架結(jié)構(gòu)、2個(gè)巷道和3個(gè)堆垛機(jī)的方式實(shí)現(xiàn)卷材的存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)運(yùn)。堆垛機(jī)是卷材高架倉儲(chǔ)系統(tǒng)的主要設(shè)備，卷材的出倉和入倉均通過堆垛機(jī)完成。堆垛機(jī)主要由橫移裝置、上橫梁、2個(gè)立柱、升降平臺(tái)和上下各2個(gè)行進(jìn)軌道構(gòu)成。堆垛機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 堆垛機(jī)的結(jié)構(gòu)

1 堆垛機(jī)橫移裝置的結(jié)構(gòu)

1.1 堆垛機(jī)橫移裝置機(jī)械部分的組成

橫移裝置作為堆垛機(jī)底部的支撐，承受著卷材和整個(gè)堆垛機(jī)的重量。在橫移裝置的前端和后端各有一個(gè)行走輪，行走輪落在巷道內(nèi)的下行進(jìn)導(dǎo)軌上；每個(gè)行走輪的兩側(cè)各有一個(gè)側(cè)向?qū)蜉?，與軌道的側(cè)面直接接觸，保證堆垛機(jī)在高速運(yùn)行時(shí)穩(wěn)定可靠、不偏離軌道。橫移裝置的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 橫移裝置的前端結(jié)構(gòu)

1.2 堆垛機(jī)橫移裝置驅(qū)動(dòng)部分的組成

堆垛機(jī)在軌道上的運(yùn)行由橫移裝置完成，橫移裝置的前后2個(gè)驅(qū)動(dòng)輪分別由1個(gè)78 k W三相異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。

為提高整個(gè)堆垛機(jī)的運(yùn)行效率和精度，除橫移裝置外，堆垛機(jī)的提升機(jī)構(gòu)和貨叉的伸縮裝置均采用西門子變頻器進(jìn)行傳動(dòng)控制；從節(jié)約成本的角度考慮，采用6SE70多傳動(dòng)系統(tǒng)，1個(gè)整流柜帶4個(gè)逆變裝置。橫移裝置的逆變器采用西門子6SE7033－2TG60，功率160 k W，該傳動(dòng)同時(shí)驅(qū)動(dòng)前后2個(gè)電機(jī)。

2 橫移裝置的定位

2.1 橫移裝置定位的精度和速度

卷材高架倉儲(chǔ)中的卷材存放位和貨叉之間距離較小，要保證卷材在卷材存放位上起落平穩(wěn)，要求堆垛機(jī)的橫移定位精度在±5 mm之內(nèi)。

卷材的轉(zhuǎn)運(yùn)速度主要取決于堆垛機(jī)的橫移速度，因此橫移最大速度設(shè)計(jì)為3 m/s。因?yàn)槎讯鈾C(jī)是在卷材高架庫內(nèi)的軌道上運(yùn)行的，速度過高不利于突然減速時(shí)堆垛機(jī)的準(zhǔn)確定位，尤其是在距離軌道兩端較近的位置上速度不宜過高。為了不降低堆垛機(jī)的運(yùn)行效率，采用中速運(yùn)行，速度為0.67 m/s。當(dāng)堆垛機(jī)接近卷材目標(biāo)位置時(shí)，橫移裝置以最低速度運(yùn)行，開始進(jìn)行橫移定位。

2.2 堆垛機(jī)在巷道中的位置測(cè)量

堆垛機(jī)橫向定位的距離測(cè)量采用勞易測(cè)AMS200激光測(cè)距儀，該激光測(cè)距儀同時(shí)集成Profibus和SSI接口協(xié)議，測(cè)量精度在1 mm內(nèi)。激光測(cè)距儀固定在巷道入口的墻壁上，其反光板固定在堆垛機(jī)上。采用激光測(cè)距儀檢測(cè)的方式能夠保證測(cè)量精度，這種直接對(duì)移動(dòng)物體進(jìn)行測(cè)量的數(shù)據(jù)可靠性極大，不需要經(jīng)過中間環(huán)節(jié)的處理。

激光測(cè)距儀通過Profibus－DP總線與主控制室中的西門子PLC相連，時(shí)刻測(cè)量堆垛機(jī)在巷道中的位置。

2.3 卷材存儲(chǔ)的操作方式

堆垛機(jī)的操作方式有手動(dòng)、半自動(dòng)和全自動(dòng)3種。手動(dòng)操作需要操作人員在堆垛機(jī)上操作，主要用于運(yùn)行檢修和故障處理；半自動(dòng)操作只需要操作人員在控制室內(nèi)輸入相應(yīng)的參數(shù)即可；全自動(dòng)操作則是通過二級(jí)服務(wù)器直接將數(shù)據(jù)傳送到PLC，不需要操作人員。

2.4 橫移位置定位的實(shí)現(xiàn)

在正常生產(chǎn)工作時(shí)，堆垛機(jī)的運(yùn)行采用半自動(dòng)或全自動(dòng)模式。卷材的入庫或出庫為一個(gè)完整的流程，PLC控制系統(tǒng)將入庫或出庫分成2個(gè)部分：卷材從存放位到堆垛機(jī)稱為半取、卷材從堆垛機(jī)到存放位稱為半存。因此，卷材的存取過程就是根據(jù)指令執(zhí)行半存和半取的過程。在半存和半取的過程中，堆垛機(jī)不斷地在軌道上執(zhí)行橫移定位。

單個(gè)巷道全長為180 m，在橫移方向上共有57個(gè)卷材存放位，單個(gè)水平存放位的垂直方向上有5層的立式機(jī)構(gòu)。在半自動(dòng)運(yùn)行模式下，操作人員在主控室內(nèi)的人機(jī)界面輸入堆垛機(jī)運(yùn)行的目標(biāo)位置，即具體的排架、水平的橫移位置和垂直的提升位置。根據(jù)操作人員輸入的具體參數(shù)和堆垛機(jī)在巷道內(nèi)的實(shí)際位置，PLC內(nèi)部的一個(gè)子程序計(jì)算得出在橫移行程中堆垛機(jī)橫移裝置的啟動(dòng)速度、減速距離和定位距離，而這組數(shù)據(jù)通過Profibus－DP總線傳送到傳動(dòng)中，進(jìn)而控制電機(jī)的運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)橫移裝置的定位。具體定位流程如圖3所示。

圖3 定位流程圖

堆垛機(jī)在卷材高架倉儲(chǔ)的橫移定位中，依靠激光測(cè)距儀能夠?qū)崿F(xiàn)精確的距離測(cè)量。考慮到堆垛機(jī)橫移定位的準(zhǔn)確性對(duì)整個(gè)卷材高架倉儲(chǔ)的安全運(yùn)行至關(guān)重要，因此需要增加一個(gè)橫移定位的判定條件。該系統(tǒng)在堆垛機(jī)橫移裝置上安裝了2個(gè)反射型光柵，并將長度為100 mm的反光條貼在與卷材存放位相對(duì)應(yīng)的鋼結(jié)構(gòu)上。在橫移位置上，57個(gè)卷材存放位都有各自相應(yīng)的光柵反光條。堆垛機(jī)以中速運(yùn)行到卷材存放位且系統(tǒng)檢測(cè)到一個(gè)光柵信號(hào)時(shí)，堆垛機(jī)降速到0.033 m/s開始定位，只有2個(gè)光柵都被系統(tǒng)檢測(cè)到并實(shí)現(xiàn)最終定位，控制系統(tǒng)才會(huì)輸出定位完成信號(hào)。光柵的定位如圖4所示：2個(gè)光柵的檢測(cè)點(diǎn)均在反光條的邊部，這種定位方式在增加橫移定位判定條件的同時(shí)并未影響到激光測(cè)距儀的定位精度。

圖4 光柵的定位

只有激光測(cè)距儀的定位和光柵的定位相互結(jié)合，才能保證堆垛機(jī)在橫移定位上的準(zhǔn)確和安全。

3 結(jié)語

本文主要介紹了卷材高架倉儲(chǔ)中堆垛機(jī)橫移裝置的結(jié)構(gòu)和定位精度，并闡述了在電氣控制中實(shí)現(xiàn)橫移定位的方案。激光測(cè)距儀作為常用的測(cè)量元件，通過總線與PLC實(shí)時(shí)傳遞數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了橫移裝置的精確定位，光柵定位輔助使橫移裝置的定位更加安全。

［1］王曉輝.自動(dòng)化立體倉庫堆垛機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)［J］.制造業(yè)自動(dòng)化，2002（9）

［2］吳潤光.卷材立體自動(dòng)存儲(chǔ)系統(tǒng)高架倉庫中堆垛機(jī)三維定位技術(shù)［J］.輕合金加工技術(shù)，2012（3）

［3］勞易測(cè)AMS200激光測(cè)距儀使用說明書［Z］