無人庫區(qū)過跨車自動控制系統(tǒng)研發(fā)

安樂新

摘 要：本文主要介紹了無人庫區(qū)過跨車自動控制系統(tǒng)，包括了PLC硬件組態(tài)、PLC與變頻器的通訊、PLC與無人庫區(qū)二級系統(tǒng)的通訊、手動控制功能、自動控制功能、以及涉及到的安全方面的連鎖保障。系統(tǒng)的研發(fā)充分考量了安全連鎖和運行效率，能有效避免安全事故發(fā)生，并保障了庫區(qū)設(shè)備整體運行效率。

關(guān)鍵詞：無人庫區(qū);過跨車;自動控制

中圖分類號：TG338 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）20-0040-02

0 引言

隨著國內(nèi)外無人天車行業(yè)的興起，相關(guān)設(shè)備及控制技術(shù)亦隨之發(fā)展，過跨車作為無人天車集群控制的橋梁設(shè)備，承擔(dān)著庫存產(chǎn)品過跨調(diào)度的重要任務(wù)。傳統(tǒng)過跨車采用手動控制，已經(jīng)不能滿足高度自動化的業(yè)務(wù)需求。因此，為了滿足無人天車系統(tǒng)的控制要求，進一步提高無人天車系統(tǒng)的工作效率，必須實現(xiàn)高效準(zhǔn)確的自動過跨功能。過跨車自動控制系統(tǒng)作為無人天車系統(tǒng)的重要一環(huán)，對于庫區(qū)管理智能化和無人天車系統(tǒng)自動化具有實際應(yīng)用意義。過跨車的定位精度更是直接影響無人天車系統(tǒng)運行效率及可靠性。

1 硬件組態(tài)

過跨車自動控制系統(tǒng)基于西門子300PLC構(gòu)建，采用STEP7-V5.5進行模塊化編程。系統(tǒng)整體硬件包括過跨車PLC柜、變頻器柜、軌道、過跨車本體、聲光報警器、無線通訊模塊、手持操作盒、變壓器等。PLC硬件主要包括：電源模塊、CPU、以太網(wǎng)卡、IO模板、SM338，PLC硬件設(shè)備安裝在過跨車車載PLC柜內(nèi)，硬件組態(tài)如圖1所示。PLC柜內(nèi)還安裝有無線模塊，與天車二級系統(tǒng)通訊，構(gòu)成完整以太網(wǎng)絡(luò)。過跨車由兩臺變頻電機驅(qū)動，交流380V電源引自現(xiàn)場動力柜，由降壓變壓器降到交流36V，通過線纜連接到過跨車軌道，車體上通過升壓變壓器升到交流380V到達電機。

2 PLC與變頻器通訊

為了保障通訊質(zhì)量及可靠性，PLC和變頻器采用現(xiàn)場硬線進行實時通訊，通訊內(nèi)容包括：前進、后退、高低速模式、故障復(fù)位以及急停，如圖2所示。

3 PLC與無人天車二級系統(tǒng)通訊

過跨車自動控制功能即無人為干預(yù)，過跨車的動作完全根據(jù)無人天車二級系統(tǒng)來控制。當(dāng)過跨車處于運行狀態(tài)時，安裝在車上的聲光報警器會響，提示周圍人員禁止靠近。過跨車與無人天車二級系統(tǒng)通過無線方式進行通訊，通訊協(xié)議采用TCP/IP協(xié)議。過跨車PLC會將過跨車的設(shè)備狀態(tài)信息（MG01）發(fā)送給無人天車二級系統(tǒng)，具體包含設(shè)備名稱、鎖定狀態(tài)、錯誤信息、運行模式、移動狀態(tài)、前進狀態(tài)、急停狀態(tài)、過跨車實際位置、當(dāng)前位置以及目標(biāo)位置等信息。無人天車二級系統(tǒng)發(fā)給過跨車PLC的報文有兩個，即GM01和GM02。GM01包含設(shè)備名稱、鎖定命令、解鎖命令;GM02包含設(shè)備名稱、目標(biāo)位置下發(fā)、中途暫停以及解除暫停。報文信息如表1、表2和表3所示。

4 手動控制功能

為了保障系統(tǒng)更靈活、更安全，過跨車自動控制系統(tǒng)分為手動和自動兩種模式。

車上設(shè)置一個手持操作盒，包含手自動切換、前進、后退、急停、復(fù)位等按鈕，用于手動操作。當(dāng)按下前進按鈕時，K01繼電器熄合，變頻器DI0通道接收到信號，從而驅(qū)動過跨車前進。軌道兩側(cè)安裝前進、后退極限開關(guān)，使過跨車運行到該位置能夠停止，避免撞到兩側(cè)擋鐵。在手動模式下增加一鍵到位功能，即操作工手動操作過跨車時，不需要長期按著前進或者按鈕，點一下前進按鈕，過跨車便直接運行到另一跨指定的位置，避免過跨車由于人為參與造成定位不準(zhǔn)確。過跨車本體上安裝激光測距傳感器，用來采集過跨車的實際位置，激光測距有效測量距離為50M。

5 自動控制功能

當(dāng)手持操作盒切換至自動檔位，系統(tǒng)采用自動控制。PLC實時采集傳感器信息，經(jīng)PLC邏輯判斷，通過輸出點控制繼電器動作，從而控制過跨車動作。

過跨車的自動流程為：一跨的天車自動將鋼卷從庫區(qū)鞍座吊起到安全高度，大車以及小車朝過跨車方向移動。如果過跨車沒有預(yù)先到達指定取卷位置，天車會在目標(biāo)位置旁邊等待，待過跨車移動到最終取卷位時，此時天車大車及小車開始動作，移動到過跨車的正上方。過跨車到位后，無人天車二級系統(tǒng)會發(fā)送鎖定命令，在鎖定后，過跨車不允許任何動作。如果此時過跨車沒有鎖定，天車處于上方等待，直到收到鎖定狀態(tài)后才能夠放卷。將鋼卷放到過跨車鞍座后，夾鉗提高到指定的安全高度，此時會讓過跨車解鎖，朝著另一跨動作。過跨車載著鋼卷運行到指定位置后將其鎖定，此跨天車自動將鋼卷從過跨車上吊往庫區(qū)。這就是整個自動流程。在自動運行過程中突發(fā)緊急狀況后，在二級畫面上可以點擊暫停按鈕，此時過跨車會暫停，需要繼續(xù)執(zhí)行該工單時點擊解除暫停按鈕即可。

6 自動安全聯(lián)鎖

（1）當(dāng)過跨車處于運行狀態(tài)時不允許執(zhí)行鎖定命令，只有當(dāng)過跨車處于兩跨指定取放卷位置且處于靜止?fàn)顟B(tài)時才能鎖定。

（2）當(dāng)過跨車自動未執(zhí)行完成，模式由自動切換為手動時，需要清除之前自動所有的指令，避免恢復(fù)自動模式后過跨車執(zhí)行之前動作，造成人員傷亡。

（3）當(dāng)發(fā)生急停、變頻器報錯以及激光測距傳感器數(shù)值為零均不允許執(zhí)行自動動作并清除所有的自動指令，待設(shè)備及傳感器恢復(fù)正常后重新下發(fā)指令。

（4）過跨車移動到距離目標(biāo)位置適當(dāng)距離時將進行減速，可以減小在停止時由于慣性造成的制動距離，從而提高過跨車定位精度。如果最終算出過跨車停止位置偏差太大，則不允許天車進行放卷或者吊卷任務(wù)。

7 結(jié)語

無人庫區(qū)過跨車自動控制系統(tǒng)的研發(fā)，改變了以往手動操作的模式。自動模式下，無需現(xiàn)場操作工參與，配合無人庫區(qū)管理系統(tǒng)以及無人天車自動系統(tǒng)，使得整個庫區(qū)實現(xiàn)智能無人化。通過現(xiàn)場一系列傳感器加以程序控制使得過跨車在自動運行時能夠定位精準(zhǔn)，極大提高了無人庫區(qū)天車的工作效率。研發(fā)及投用過程考慮了眾多安全連鎖方面的問題，有效的避免了安全事故發(fā)生，在安全方面具有重要意義。