關(guān)于軌道式穿梭車(chē)安全改造的研究

劉偉 羅康福 張旭

摘 要：新型無(wú)人看護(hù)的軌道式穿梭車(chē)作為自動(dòng)化物流系統(tǒng)中的一種固定軌道搬運(yùn)設(shè)備，采用程序控制，具有運(yùn)輸效率高、自動(dòng)化程度高、人工成本低等特點(diǎn)?，F(xiàn)結(jié)合江中藥業(yè)股份有限公司實(shí)際情況，闡述了軌道式穿梭車(chē)運(yùn)行過(guò)程中存在的安全問(wèn)題，并根據(jù)不同情況分別采用條形碼讀碼器和激光測(cè)距儀的改造措施來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)精準(zhǔn)定位。

關(guān)鍵詞：穿梭車(chē);條形碼讀碼器;激光測(cè)距儀;自動(dòng)精準(zhǔn)定位

1? ? 研究背景

隨著自動(dòng)化設(shè)備的廣泛應(yīng)用，越來(lái)越多的搬運(yùn)工作已經(jīng)交給機(jī)器完成。常見(jiàn)的搬運(yùn)工具，如叉車(chē)和拖車(chē)，要求操作人員具備相關(guān)的操作證書(shū)，并且定期進(jìn)行安全培訓(xùn)，落實(shí)設(shè)備點(diǎn)檢措施，避免事故的發(fā)生，而AGV（Automated Guided Vehicle）采用控制程序控制，但運(yùn)輸效率低，在滿(mǎn)足同等運(yùn)輸量的條件下投資成本高。

新型無(wú)人看護(hù)的軌道式穿梭車(chē)作為自動(dòng)化物流系統(tǒng)中的一種固定軌道搬運(yùn)設(shè)備，采用程序控制，如何在運(yùn)行過(guò)程中保證人員及設(shè)備的安全，受到了人們廣泛的關(guān)注。本文對(duì)往復(fù)式穿梭車(chē)特點(diǎn)及安全問(wèn)題進(jìn)行了研究，并提出了個(gè)人見(jiàn)解。

2? ? 軌道式穿梭車(chē)的特點(diǎn)

軌道式穿梭車(chē)又稱(chēng)“往復(fù)式穿梭車(chē)”，即在一段直線軌道上進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)直線軌道路徑將物品運(yùn)輸?shù)皆O(shè)定位置。該模式的穿梭車(chē)具有無(wú)人看護(hù)、系統(tǒng)簡(jiǎn)單、設(shè)備小、運(yùn)輸系統(tǒng)占地面積小、輸送快捷等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是只能在指定軌道進(jìn)行運(yùn)輸且設(shè)備充電需要固定區(qū)域。同時(shí)，因設(shè)備的應(yīng)用場(chǎng)合限制，系統(tǒng)的復(fù)雜性及安全性很大程度上取決于單臺(tái)穿梭車(chē)的可靠性。

3? ? 軌道式穿梭車(chē)存在的安全問(wèn)題及改造措施

3.1? ? 全自動(dòng)投料系統(tǒng)工序

我司提取車(chē)間的全自動(dòng)投料工序是自動(dòng)選擇收取物料后，穿梭車(chē)搬運(yùn)物料桶進(jìn)行自動(dòng)取料及配比稱(chēng)重，通過(guò)提升機(jī)到三樓，不銹鋼空桶經(jīng)隧道式清洗機(jī)進(jìn)行清洗后再次取料。該工序?qū)⑻幚砗玫闹兴幉耐ㄟ^(guò)機(jī)械輸送至不銹鋼物料桶裝載，并使用軌道式穿梭車(chē)進(jìn)行物料搬運(yùn)（圖1），穿梭車(chē)采用遠(yuǎn)程通信控制方式，通過(guò)上位機(jī)將參數(shù)指令傳送到安裝在穿梭車(chē)上的PLC模塊內(nèi)，再通過(guò)PLC模塊控制穿梭車(chē)完成對(duì)應(yīng)動(dòng)作。

在正常使用過(guò)程中，人員可通過(guò)安裝在操作面板上的急停按鈕對(duì)穿梭車(chē)進(jìn)行緊急剎車(chē)。因操作面板安裝在固定位置，而中藥材自動(dòng)運(yùn)輸環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)存在很多視覺(jué)盲區(qū)，且不銹鋼物料桶裝載中藥材后質(zhì)量最大能達(dá)到1.5 t，若出現(xiàn)異常需緊急停止，或者由于遠(yuǎn)程控制人員誤操作等情況，現(xiàn)場(chǎng)人員無(wú)法及時(shí)觸碰急停按鈕或程序未設(shè)計(jì)補(bǔ)救措施，就可能導(dǎo)致輸送線和不銹鋼物料桶損壞，最壞可能導(dǎo)致操作人員安全事故。

同時(shí)穿梭車(chē)需?？慷嗾军c(diǎn)進(jìn)行物料桶搬運(yùn)或轉(zhuǎn)運(yùn)，常規(guī)的定位方式采用定位片控制，當(dāng)穿梭車(chē)移動(dòng)至定位片進(jìn)行停車(chē)及對(duì)應(yīng)動(dòng)作時(shí)，在使用過(guò)程中定位片因碰撞、震動(dòng)等原因容易出現(xiàn)定位錯(cuò)誤，造成穿梭車(chē)誤動(dòng)作或偏差動(dòng)作，從而影響生產(chǎn)線效率，提升設(shè)備故障率。

為解決以上問(wèn)題并保證穿梭車(chē)運(yùn)行過(guò)程中人員的安全，兼顧操作簡(jiǎn)單、可靠防呆的設(shè)計(jì)理念，對(duì)穿梭車(chē)進(jìn)行技術(shù)改造，具體措施如下：

（1）穿梭車(chē)新增在線條形碼讀碼器（圖2）替代站點(diǎn)物理定位片，僅保留兩端極限物理定位片，穿梭車(chē)的一條軌道內(nèi)側(cè)面安裝條形碼（圖3），采用程序控制定位，減少人員操作，防范誤操作。

（2）在線條形碼讀碼器具備讓穿梭車(chē)低速穩(wěn)定運(yùn)行的功能，同時(shí)在穿梭車(chē)四周加裝機(jī)械式防撞開(kāi)關(guān)和物料滾輪輸送軌道的激光定位裝置，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)近距離雙重保護(hù)，在誤動(dòng)作時(shí)能及時(shí)切斷穿梭車(chē)供電電源。

條形碼讀碼器相對(duì)于定位片而言，可實(shí)時(shí)測(cè)定穿梭車(chē)的位置，具有精度高和壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)，適用于慢速直線運(yùn)動(dòng)定位控制，所以條形碼的安裝位置一定要非常精準(zhǔn)。原方案采用定位片定位，因?yàn)榫炔?，所以穿梭?chē)輸送物料桶至各站點(diǎn)時(shí)會(huì)出現(xiàn)偏位，需要人員到現(xiàn)場(chǎng)查看，現(xiàn)場(chǎng)人員通知控制室人員對(duì)穿梭車(chē)進(jìn)行微調(diào)移動(dòng)，可能會(huì)出現(xiàn)操作人員誤操作導(dǎo)致的偶發(fā)安全問(wèn)題。采用條形碼讀碼器替換定位片后，只保留定位片前后極限位定位，各停車(chē)站點(diǎn)采用條形碼讀碼器進(jìn)行定位，改造后無(wú)須人員微調(diào)穿梭車(chē)，減少了人員微調(diào)造成的隱患。

條形碼讀碼器作為穿梭車(chē)定位的依據(jù)，需要軌道上的條形碼位置準(zhǔn)確無(wú)誤且能100%讀出，所以條形碼讀碼器適用于環(huán)境相對(duì)干凈和干燥的車(chē)間，以使條形碼保持清晰的狀態(tài)。

3.2? ? 吊籃提取系統(tǒng)工序

我司提取車(chē)間吊籃提取系統(tǒng)工序是將吊籃經(jīng)機(jī)械手提升進(jìn)行組籃，穿梭車(chē)和伸縮桿通過(guò)定位，將成組的物料抓入提取罐。自動(dòng)投料生產(chǎn)中的吊籃使用軌道式穿梭車(chē)進(jìn)行物料搬運(yùn)，穿梭車(chē)采用遠(yuǎn)程通信控制方式，通過(guò)上位機(jī)將參數(shù)指令傳送到安裝在穿梭車(chē)上的PLC模塊內(nèi)，再通過(guò)PLC模塊控制穿梭車(chē)完成投料和出藥渣動(dòng)作。

在正常使用過(guò)程中，人員可通過(guò)安裝在操作面板上的急停按鈕對(duì)穿梭車(chē)進(jìn)行緊急剎車(chē)。因操作面板安裝在固定位置，若出現(xiàn)異常需緊急停止，或者由于遠(yuǎn)程控制人員誤操作穿梭車(chē)啟動(dòng)，現(xiàn)場(chǎng)人員無(wú)法及時(shí)觸碰急停按鈕或程序未設(shè)計(jì)補(bǔ)救措施，此時(shí)極易發(fā)生安全事故。

同時(shí)穿梭車(chē)需?？?0個(gè)站點(diǎn)（10個(gè)提取罐）進(jìn)行吊籃的轉(zhuǎn)運(yùn)，常規(guī)的定位方式采用定位片控制，當(dāng)穿梭車(chē)移動(dòng)至定位片時(shí)進(jìn)行停車(chē)及對(duì)應(yīng)動(dòng)作，在使用過(guò)程中因定位片碰撞、震動(dòng)等原因容易出現(xiàn)定位錯(cuò)誤，造成穿梭車(chē)誤動(dòng)作，從而影響提取工序效率，增加設(shè)備故障率。

為解決以上問(wèn)題并保證穿梭車(chē)運(yùn)行過(guò)程中人員的安全，兼顧操作簡(jiǎn)單、可靠防呆的設(shè)計(jì)理念，對(duì)穿梭車(chē)進(jìn)行技術(shù)改造，具體措施如下：

（1）穿梭車(chē)新增激光測(cè)距設(shè)備（圖4、圖5）替代站點(diǎn)物理定位片，僅保留兩端極限物理定位片，采用程序控制定位，減少人員操作，防范誤操作。

（2）激光測(cè)距儀具備感應(yīng)穿梭車(chē)四周異物的功能，同時(shí)在穿梭車(chē)四周加裝機(jī)械式防撞開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)近距離雙重保護(hù)，在誤動(dòng)作時(shí)能及時(shí)切斷穿梭車(chē)供電電源。

激光測(cè)距儀相對(duì)于定位片而言，可實(shí)現(xiàn)被測(cè)目標(biāo)與測(cè)距儀之間距離的實(shí)時(shí)測(cè)定（圖6），具有精度高和壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)，也可作為安全光柵使用，適用于快速直線運(yùn)動(dòng)定位控制。原方案采用定位片定位，定位精度差，導(dǎo)致穿梭車(chē)輸送物料桶至各站點(diǎn)時(shí)易出現(xiàn)偏位，需要人員到現(xiàn)場(chǎng)查看，現(xiàn)場(chǎng)人員通知控制室人員對(duì)穿梭車(chē)進(jìn)行微調(diào)移動(dòng)，可能會(huì)出現(xiàn)操作人員誤操作導(dǎo)致的偶發(fā)安全問(wèn)題。采用激光測(cè)距儀替換定位片后，只保留定位片前后極限位定位，各停車(chē)站點(diǎn)采用激光測(cè)距儀進(jìn)行定位，改造后無(wú)須人員微調(diào)穿梭車(chē)，減少了人員微調(diào)造成的隱患。

激光測(cè)距儀作為安全光柵使用時(shí)，若人員誤闖入正在運(yùn)動(dòng)的穿梭車(chē)區(qū)域，穿梭車(chē)會(huì)通過(guò)設(shè)定程序進(jìn)行停車(chē)保護(hù)，避免撞上人員。但激光測(cè)距儀作為安全光柵使用時(shí)，安全范圍具有局限性，只能掃描反光板與激光頭之間的區(qū)域，其他區(qū)域無(wú)法掃描，且無(wú)法掃描放置在穿梭車(chē)運(yùn)動(dòng)區(qū)域不規(guī)則的重物。基于激光測(cè)距儀安全光柵的局限性，在穿梭車(chē)上加裝一圈機(jī)械防撞條，機(jī)械防撞條控制變頻器輸出與電機(jī)之間的交流接觸器，為防止控制程序出現(xiàn)異常，采用機(jī)械防撞條物理觸點(diǎn)控制交流接觸器線圈，在穿梭車(chē)電氣元件出現(xiàn)異常無(wú)法停車(chē)時(shí)，切斷電機(jī)電源可避免危險(xiǎn)擴(kuò)大化。

4? ? 改造后的效果

改造后經(jīng)過(guò)10個(gè)月的效果跟蹤可知：

（1）全自動(dòng)投料系統(tǒng)工序：條形碼讀碼器定位方案定位精度更高，上電后無(wú)須回零，且維護(hù)成本更低，投入使用的10個(gè)月內(nèi)從未發(fā)生不銹鋼物料桶倒塌和錯(cuò)位現(xiàn)象;但因安裝條碼難度大，現(xiàn)場(chǎng)灰塵多，容易造成條碼沾灰，閱讀器讀數(shù)不準(zhǔn)的情況。

（2）吊籃提取系統(tǒng)工序：現(xiàn)場(chǎng)曾出現(xiàn)夜班人員誤將登高梯放置在穿梭車(chē)運(yùn)動(dòng)區(qū)域的意外，白班人員在未發(fā)現(xiàn)的情況下啟動(dòng)穿梭車(chē)，當(dāng)穿梭車(chē)碰撞到登高梯后機(jī)械防撞條觸發(fā)保護(hù)，穿梭車(chē)及時(shí)停車(chē)，未造成設(shè)備損壞;投入使用的10個(gè)月內(nèi)吊籃與提取罐投料口對(duì)應(yīng)位置從未發(fā)生偏差。

5? ? 經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益

改造完成后，應(yīng)用程序及操作流程可固化，具備自動(dòng)化、安全、無(wú)人操作等特點(diǎn)，節(jié)約了人工勞動(dòng)，解決了頻繁維修的問(wèn)題，具有良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

6? ? 推廣應(yīng)用或行業(yè)帶動(dòng)作用

改造完成后，解決了穿梭車(chē)精準(zhǔn)定位問(wèn)題。經(jīng)過(guò)10個(gè)月的運(yùn)行，自動(dòng)穿梭車(chē)未出現(xiàn)過(guò)異常故障。以上技術(shù)改進(jìn)措施可復(fù)制推廣到大宗物料輸送、自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)、物流中心和醫(yī)藥零售等領(lǐng)域應(yīng)用，例如密集庫(kù)或者高架庫(kù)采用穿梭車(chē)作為運(yùn)輸工具時(shí)（圖7、圖8），采用上述技術(shù)成果可有效解決穿梭車(chē)自動(dòng)運(yùn)輸和自動(dòng)充電等安全問(wèn)題;物流中心和醫(yī)藥零售采用的穿梭車(chē)如具備地軌、激光測(cè)距儀和條形碼讀碼器功能（圖9），可實(shí)現(xiàn)貨物自動(dòng)分揀和輸送。

7? ? 結(jié)語(yǔ)

筆者和團(tuán)隊(duì)通過(guò)努力完成了對(duì)穿梭車(chē)的技術(shù)改造，解決了現(xiàn)場(chǎng)存在的安全隱患，提高了穿梭車(chē)輸送系統(tǒng)的定位精度，為設(shè)備的安全高效運(yùn)轉(zhuǎn)提供了有力保障。本次改造簡(jiǎn)單，投資少，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定高效，對(duì)于軌道式穿梭車(chē)設(shè)備安全性改造具有一定的參考價(jià)值。

收稿日期：2021-08-09

作者簡(jiǎn)介：劉偉（1984—），男，江西南昌人，主管藥師，從事制藥生產(chǎn)和項(xiàng)目規(guī)劃工作。