自動(dòng)堆垛機(jī)在立體倉(cāng)庫(kù)中的應(yīng)用

夷文玉 繆曉蕓

摘 要：堆垛機(jī)是自動(dòng)立體化倉(cāng)庫(kù)中最主要的作業(yè)機(jī)械，是隨著立體倉(cāng)庫(kù)的出現(xiàn)而發(fā)展起來(lái)的專用機(jī)械手。為了實(shí)現(xiàn)貨物在三維方向的存取，需要通過(guò)行走、升降和貨叉三方面的協(xié)調(diào)工作完成。本設(shè)計(jì)采用三菱FX2N型號(hào)PLC控制，Kingview（組態(tài)王）組態(tài)軟件作為上位機(jī)監(jiān)控，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，維護(hù)方便。

關(guān)鍵詞：堆垛機(jī)；傳感器；組態(tài)

一、 引言

物流服務(wù)是指物流供應(yīng)方通過(guò)對(duì)運(yùn)輸、儲(chǔ)存、裝卸、搬運(yùn)、包裝、流通加工、配送和信息管理等功能的組織與管理來(lái)滿足其客戶物流需求的行為。自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)，是物流倉(cāng)儲(chǔ)中出現(xiàn)的新概念。利用立體倉(cāng)庫(kù)設(shè)備可實(shí)現(xiàn)倉(cāng)庫(kù)高層合理化、存取自動(dòng)化、操作簡(jiǎn)便化。

自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)，一般由出入庫(kù)系統(tǒng)、倉(cāng)儲(chǔ)貨架、全自動(dòng)堆垛機(jī)和計(jì)算機(jī)管理控制系統(tǒng)構(gòu)成。入庫(kù)系統(tǒng)不僅可以實(shí)現(xiàn)貨物的入庫(kù)，還具有物流信息采集、收集的功能。主要有兩部分構(gòu)成，一是入庫(kù)輸送設(shè)備，二是貨物自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)。出庫(kù)系統(tǒng)主要由出庫(kù)輸送鏈及平移交換機(jī)組成，實(shí)現(xiàn)貨物的出庫(kù)和分揀。計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)主要完成出入庫(kù)貨物信息的采集、存儲(chǔ)和傳輸，對(duì)倉(cāng)位的分配，堆垛機(jī)工作指令的傳輸以及工作狀態(tài)監(jiān)控。

二、 自動(dòng)堆垛機(jī)的工作原理

（一） 自動(dòng)堆垛機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)析

堆垛機(jī)是自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)中最主要的作業(yè)機(jī)械，是隨立體倉(cāng)庫(kù)的出現(xiàn)而發(fā)展起來(lái)的專用機(jī)械手。本實(shí)驗(yàn)室采用單立柱堆垛機(jī)，它主要由以下幾個(gè)部分構(gòu)成：1. 地軌，2. 下橫梁，3. 載貨臺(tái)，4. 貨叉機(jī)構(gòu)，5. 提升滑輪，6. 天軌，7. 立柱，8. 控制柜，9. 起升電機(jī)，10. 行駛機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)輪。主要通過(guò)行走、升降和貨叉三部分的協(xié)調(diào)工作，使得貨物在貨架范圍內(nèi)的能縱向和橫向移動(dòng)，達(dá)到貨物的三維立體存取的目的。

（二） 堆垛機(jī)控制系統(tǒng)功能要求

堆垛機(jī)在自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的物流量輸送工程中，主要實(shí)現(xiàn)貨物從各出入庫(kù)到貨格的搬運(yùn)目的，包含以下幾個(gè)部分功能：

A. 三維動(dòng)作控制：主要控制堆垛機(jī)在橫向、縱向和垂直三個(gè)方向的運(yùn)行。B. 位置控制：控制堆垛機(jī)以適合的速度運(yùn)行并能精確的定位在貨格或出入口處。C. 保護(hù)功能：提供各種機(jī)械和電氣保護(hù)，保證堆垛機(jī)在高速、頻繁的運(yùn)行和取貨過(guò)程中不會(huì)發(fā)生事故。D. 人機(jī)界面：通過(guò)觸摸屏或其他輸入、顯示設(shè)備，提供本機(jī)或者遙控操作。E. 通訊功能：實(shí)現(xiàn)堆垛機(jī)與上位機(jī)或者其他倉(cāng)庫(kù)設(shè)備之間的通訊。

（三） 堆垛機(jī)的運(yùn)行過(guò)程

自動(dòng)過(guò)程：機(jī)器開(kāi)始在入庫(kù)口，入庫(kù)車上有貨物，升降臺(tái)始于“下位置”，小車沒(méi)有貨物。當(dāng)按下面板上的控制按鈕，堆垛機(jī)開(kāi)始向入庫(kù)口伸叉，到位后取貨物，下車開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，到達(dá)需要位置時(shí)停車，同時(shí)升降臺(tái)上升，上升到對(duì)應(yīng)層時(shí)停止，確定貨架目標(biāo)位置。而后伸叉電機(jī)控制貨臺(tái)取出、送入貨物，貨物到達(dá)位置后，伸叉電機(jī)控制貨臺(tái)回縮，回到初始位置為下一次做準(zhǔn)備。

手動(dòng)過(guò)程：手動(dòng)前后上下運(yùn)動(dòng)主要是通過(guò)控制面板上按鈕來(lái)控制小車和升降臺(tái)的運(yùn)動(dòng)的。手動(dòng)方式主要用于特殊情況，如調(diào)試和故障處理，一般不進(jìn)行倉(cāng)庫(kù)作業(yè)。

堆垛機(jī)作業(yè)的完成，關(guān)鍵在于如何使堆垛機(jī)準(zhǔn)確運(yùn)行和停準(zhǔn)到目標(biāo)貨位。

（四） 自動(dòng)堆垛機(jī)精確定位技術(shù)

自動(dòng)認(rèn)址就是堆垛機(jī)自動(dòng)辨認(rèn)相對(duì)地址，從而尋找到目標(biāo)貨位的功能。自動(dòng)倉(cāng)庫(kù)的認(rèn)址檢測(cè)系統(tǒng)有兩項(xiàng)任務(wù)：一是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)尋址，使堆垛機(jī)能自動(dòng)找到指定到達(dá)的位置；二是準(zhǔn)確停位，在堆垛機(jī)找到指定位置后，在規(guī)定的精度內(nèi)停車。為此，貨架上的每個(gè)貨位必須具有堆垛機(jī)能識(shí)別的編碼，我們將這些貨位用貨位號(hào)來(lái)表示（Xi，Yi，Zi），即（排，列，層）。

三、 堆垛機(jī)控制系統(tǒng)的電氣設(shè)計(jì)

（一） PLC的選型

可編程控制器選用（簡(jiǎn)稱FX2N）是帶有48路I/O、4路AD、2路DA、通信接口、擴(kuò)展接口的一體化小型可編程控制器，可靈活運(yùn)用在各種工業(yè)自動(dòng)控制場(chǎng)合。

（二） PLC的I/O點(diǎn)的分配

電氣控制柜電源采用單向三線，工業(yè)級(jí)抗干擾指標(biāo)，帶有聲光報(bào)警系統(tǒng)，在自動(dòng)堆垛機(jī)控制系統(tǒng)中共使用19點(diǎn)輸入，14點(diǎn)輸出，具體的I/O分配如表21所示。

四、 堆垛機(jī)控制系統(tǒng)的組態(tài)設(shè)計(jì)

采用Kingview（組態(tài)王）組態(tài)軟件設(shè)計(jì)了監(jiān)控畫(huà)面，定義了自動(dòng)，手動(dòng)載貨臺(tái)升，手動(dòng)，急停等9個(gè)按鈕，模擬立體車庫(kù)的運(yùn)行狀態(tài)，再進(jìn)行如下操作：

按下手動(dòng)按鈕和手動(dòng)前行按鈕，堆垛機(jī)往前行，在對(duì)應(yīng)的位置停；按下手動(dòng)按鈕和手動(dòng)伸叉按鈕，貨叉和載貨太往上升，在對(duì)應(yīng)的位置停；按下手動(dòng)按鈕和手動(dòng)縮叉按鈕，貨叉帶著貨物往回縮。

五、 總結(jié)

本文從立體倉(cāng)庫(kù)的需求出發(fā)，設(shè)計(jì)了堆垛機(jī)的控制系統(tǒng)，根據(jù)可編程控制的特點(diǎn)，采用三菱F2N系列PLC進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)運(yùn)行安全、穩(wěn)定、可靠性高。

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[3]高勤.可編程控制器原理及應(yīng)用[M].電子工業(yè)出版社，2006.

作者簡(jiǎn)介：

夷文玉，繆曉蕓，江蘇省常州市，常州輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院。