新能源汽車電池模組的自動(dòng)化緩存輸送系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

陳玉玲　楊海波　王丹紅　劉智勇

摘要：隨著能源和環(huán)保問題越來越被全球關(guān)注，新能源汽車開始逐漸替代燃油車。電池模組作為新能源汽車儲(chǔ)能的核心部件，生產(chǎn)加工過程中電池的自動(dòng)倉儲(chǔ)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)尤其重要。自動(dòng)化緩存輸送系統(tǒng)包括堆垛機(jī)系統(tǒng)、貨架系統(tǒng)、輸送帶系統(tǒng)、運(yùn)載小車系統(tǒng)、總控系統(tǒng)等，對(duì)此設(shè)計(jì)依據(jù)新能源汽車用電池模組緩存輸送的特點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)的分析與計(jì)算。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)倉儲(chǔ);堆垛機(jī);運(yùn)載小車;新能源汽車;電池模組

0? 引言

本文是對(duì)一新型的新能源汽車電池模組自動(dòng)緩沖和運(yùn)輸系統(tǒng)開展設(shè)計(jì)工作，具體方案介紹如下：貨架設(shè)計(jì)為兩排、二十列、二十層，累計(jì)可以擺放模組料箱1500箱，每個(gè)模組料箱之中可以擺放電池模組一塊。在兩排貨架之間擺放一臺(tái)堆垛機(jī)，此設(shè)備的用途是實(shí)現(xiàn)模組料箱的運(yùn)輸及出入庫。設(shè)計(jì)的自動(dòng)緩沖和運(yùn)輸系統(tǒng)總空間占有為：二十一米長(zhǎng)、四米二寬、高為九米二。緩存系統(tǒng)的主要參數(shù)如下：料箱尺寸為八點(diǎn)五米長(zhǎng)、四點(diǎn)五米寬、一點(diǎn)七五米高，最大承重量設(shè)計(jì)要求小于一百五十市斤;貨架為牛腿式組合貨架，單柱腳的最大載荷為一千公斤;堆垛機(jī)結(jié)構(gòu)是單立柱形式，水平運(yùn)行速度為一百六十米每分鐘;升降速度六十米每分鐘（負(fù)載）、八十米每分鐘（空載）;額定載荷重量（凈載荷）不小于一百五十市斤;輸送機(jī)輸送速度為每分鐘五米到十五米;運(yùn)載小車移動(dòng)速度為每分鐘四十米。

1? 自動(dòng)緩存系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)

1.1 組合貨架的設(shè)計(jì)介紹

做為高層貨架存儲(chǔ)區(qū)中緩存托盤貨物的主體結(jié)構(gòu)，牛腿式組合貨架屬于鋼結(jié)構(gòu)貨架，主要由貨架模塊、貨梁和加固的支撐桿。將電池模塊放入貨箱后，將貨箱通過堆垛機(jī)移至貨架分區(qū)，并將一個(gè)貨箱存儲(chǔ)在每個(gè)貨格中。

1.2 堆垛機(jī)的設(shè)計(jì)情況

有軌巷道堆垛起重機(jī)是用于高層貨架上存儲(chǔ)和拿取貨物的重點(diǎn)起重設(shè)備，該設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)按水平軌道（單軌）的移動(dòng)，而貨物轉(zhuǎn)運(yùn)平臺(tái)（帶有伸縮叉）可以沿著堆垛機(jī)得立柱垂直移動(dòng)。伸縮叉可以延伸到道路兩側(cè)的貨艙，起重機(jī)的構(gòu)成主要有七大部分，分別是立柱支撐結(jié)構(gòu)、載貨臺(tái)、行走機(jī)構(gòu)、舉升機(jī)構(gòu)、叉擴(kuò)展機(jī)構(gòu)、電控系統(tǒng)和安全設(shè)施等。

1.3? 出/入庫輸送機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

出/入庫輸送機(jī)系統(tǒng)也就是水平輸送機(jī)，該裝置的主要功能是將入庫料箱輸送到堆垛機(jī)操作的原始位置，或?qū)⒊鰩炝舷漭斔偷匠隹?，裝置由與道路平行的滾筒輸送機(jī)構(gòu)成。出/入庫輸送機(jī)系統(tǒng)可根據(jù)緩存輸送物料節(jié)拍并行擴(kuò)展，以滿足大流量、高節(jié)拍的物料運(yùn)輸要求。

1.4 移載小車機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

移載小車系統(tǒng)是將出入庫料箱貨物高頻、高效輸送至取用料位置的往復(fù)移動(dòng)輸送設(shè)備。由移載小車本體、傳動(dòng)輸送帶、車上滾筒及到位安全信號(hào)反饋裝置組成。（圖4）

1.5 電氣制控部分的設(shè)計(jì)

電控部分指的是用于接收調(diào)度系統(tǒng)的指令、協(xié)調(diào)對(duì)應(yīng)設(shè)備執(zhí)行相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)控制的部分，其中主要包括堆垛機(jī)、輸送線等設(shè)備的控制柜、線纜、傳感器等部件。

控制柜中包括對(duì)緩存堆垛機(jī)各個(gè)軸運(yùn)動(dòng)的伺服控制系統(tǒng)，對(duì)外部設(shè)備邏輯及安全信號(hào)進(jìn)行采集控制的PLC邏輯處理單元、以及針對(duì)各個(gè)部件機(jī)構(gòu)的執(zhí)行單元。

2? 軟件部分的設(shè)計(jì)

2.1 總控制調(diào)度系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

緩存控制調(diào)度系統(tǒng)是緩存輸送系統(tǒng)的大腦，通過上層MES系統(tǒng)發(fā)來的任務(wù)訂單信息，根據(jù)作業(yè)調(diào)度原則對(duì)緩存系統(tǒng)中的電池模組料箱物料進(jìn)行庫位分類、匹配、揀選、特定物料出入庫等操作。

分類包括將不同種類型號(hào)的電池模組進(jìn)行分類存儲(chǔ)、針對(duì)MES系統(tǒng)發(fā)來的任務(wù)訂單信息進(jìn)行物料匹配并告知堆垛機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行揀選，將MES所需物料進(jìn)行相關(guān)的出入庫操作。

2.2 貨物入庫通訊流程

系統(tǒng)讀取料箱上二維碼形式傳遞貨物信息，入庫的第三方MES系統(tǒng)將貨物信息寫入到緩存輸送總控系統(tǒng)中，立體庫系統(tǒng)讀取條碼信息后調(diào)用MES數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)貨物入庫信息的輸入。貨物入庫時(shí)，立體庫讀取貨物型號(hào)信息，并將型號(hào)信息發(fā)送MES系統(tǒng);MES系統(tǒng)將對(duì)應(yīng)貨物的詳細(xì)信息傳輸給立體庫系統(tǒng)，有貨物入庫都需從來料點(diǎn)操作，總控系統(tǒng)將物料位置信息發(fā)送給堆垛機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)將物料送入緩存系統(tǒng)特定位置。

2.3 貨物出庫通訊流程

上層MES系統(tǒng)向緩存系統(tǒng)發(fā)布訂單，緩存系統(tǒng)接收上層MES系統(tǒng)訂單，同時(shí)按訂單組織貨物出庫。上層MES系統(tǒng)向緩存系統(tǒng)提供訂單時(shí)，緩存系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)根據(jù)訂單中詳細(xì)物料位置信息到相關(guān)位置取料，將其運(yùn)送至輸出輸送線上，并有移載小車運(yùn)送至物料輸出端。

3? 自動(dòng)緩存系統(tǒng)控制模式設(shè)計(jì)

3.1 手動(dòng)修調(diào)模式

自動(dòng)緩存輸送系統(tǒng)具備手動(dòng)修調(diào)模式，在系統(tǒng)切換為手動(dòng)修調(diào)模式下可以通過觸摸屏控制面板實(shí)現(xiàn)堆垛機(jī)U軸、V軸、W軸的正負(fù)方向運(yùn)動(dòng)并可以通過軸運(yùn)動(dòng)倍率按鈕調(diào)節(jié)各軸運(yùn)行速度;可以實(shí)現(xiàn)輸送線設(shè)備聯(lián)調(diào)的正反轉(zhuǎn)功能并具備物料到位停止功能;可以實(shí)現(xiàn)X向小車及Y向小車的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)移動(dòng)功能。實(shí)現(xiàn)了所有設(shè)備的手動(dòng)修調(diào)功能。

3.2 自動(dòng)運(yùn)行模式

自動(dòng)緩存輸送系統(tǒng)在自動(dòng)運(yùn)行模式下，設(shè)備實(shí)時(shí)接收上位機(jī)傳輸上下貨訂單任務(wù)。

物料上貨流程：物料由人工上料口經(jīng)過X向移載小車送至Y小車接貨位置與Y小車對(duì)接，物料經(jīng)過Y小車運(yùn)送至堆垛機(jī)上料位置，由堆垛機(jī)貨叉插入取料至堆垛機(jī)取料平臺(tái)，再由堆垛機(jī)根據(jù)訂單存入信息將物料準(zhǔn)確送入緩存庫相應(yīng)貨位。

物料下貨流程：由上位機(jī)發(fā)出指令，物料由緩存庫相應(yīng)庫位取出，運(yùn)送至對(duì)應(yīng)需求物料輸送線，再由輸送線將貨物運(yùn)送至取貨位置，等待機(jī)器人取料，機(jī)器人取料完成，由X向移動(dòng)小車與對(duì)應(yīng)輸送線對(duì)接，將空料箱運(yùn)送至人工上下料口。

3.3 中斷運(yùn)行模式

在自動(dòng)運(yùn)行模式下，如若發(fā)生導(dǎo)致控制系統(tǒng)急停類報(bào)警，導(dǎo)致堆垛機(jī)當(dāng)前任務(wù)執(zhí)未完成，則可進(jìn)行中斷點(diǎn)運(yùn)行啟動(dòng)操作。

中斷模式下，自動(dòng)緩存輸送設(shè)備首先會(huì)進(jìn)入初始化流程，將之前未完成任務(wù)進(jìn)行對(duì)應(yīng)動(dòng)作恢復(fù)狀態(tài)，重新判斷任務(wù)分步，再由當(dāng)前步驟繼續(xù)向下執(zhí)行，直至所有動(dòng)作執(zhí)行完成。

執(zhí)行中斷點(diǎn)啟動(dòng)后，堆垛機(jī)設(shè)備會(huì)繼續(xù)執(zhí)行上一次未完成的運(yùn)行任務(wù)，任務(wù)結(jié)束向總控系統(tǒng)發(fā)出任務(wù)完成信號(hào)。

4? 現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境部分的要求

4.1 廠房要求

空間需求：要求可使用的貨架空間高度至少為九米以上，這樣可以為緩沖系統(tǒng)的安裝和維護(hù)預(yù)留足夠的空間。

地基需求：可以在常規(guī)水泥地面上進(jìn)行處理，要求對(duì)于膨脹螺栓或化學(xué)螺栓安裝處的水泥厚度必須至少為二百毫米以上。

高度需求：海拔不能高于一千米;

環(huán)境溫度：在五攝氏度到四十?dāng)z氏度之間;

最高溫度不大于四十?dāng)z氏度;

相對(duì)濕度不超過百分之五十。

4.2 電能質(zhì)量要求

電源電壓要求：三相五線制的三百八十伏交流電，電壓偏差必須滿足國家標(biāo)準(zhǔn)《GB/T 12325-2008 電能質(zhì)量供電電壓偏差》及《GB/T12326-2008電能質(zhì)量電壓波動(dòng)與閃變》的相關(guān)要求。

電源電壓相間平衡應(yīng)符合國標(biāo)《GB/T 15543-2008 電能質(zhì)量三相電壓不平衡》的規(guī)定。

電源頻率要求：五十赫茲，同時(shí)頻率偏差應(yīng)滿足國家標(biāo)準(zhǔn)《GB/T 15945-2008電能質(zhì)量電力系統(tǒng)頻率偏差》的規(guī)定。電源接地要求：電源接地電阻不可以大于一歐姆。

4.3 壓縮空氣要求

處理要求：需要將水汽和雜質(zhì)進(jìn)行過濾，壓縮空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該高于國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T13277-91《一般用壓縮空氣質(zhì)量等級(jí)》的要求;壓力數(shù)值要求大于等于零點(diǎn)六兆帕。

5? 結(jié)語

本文設(shè)計(jì)的緩存輸送系統(tǒng)不僅可以用來存儲(chǔ)新能源動(dòng)力電池產(chǎn)品，同時(shí)還可以衍生及拓展使用到其他產(chǎn)品的存儲(chǔ)過程中，能夠大幅度的提升產(chǎn)品出入庫工作的效率和準(zhǔn)確度。

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