淺談安全措施在自動(dòng)化立體倉庫中的應(yīng)用

王洪嬌，孫貝貝，顏路軍

（青島地鐵集團(tuán)有限公司運(yùn)營分公司，山東青島 266000）

0 概述

自動(dòng)化立體倉庫是一種可以利用倉庫高層空間，降低土地成本，并且可以實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)存取貨物并進(jìn)行相關(guān)記錄，操作簡單的大型工藝設(shè)備?；窘M成有貨架、貨筐或托盤、天軌、地軌、滑觸線、堆垛機(jī)、輸送機(jī)計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)等組成（圖1）。計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)包括兩種系統(tǒng)，分別為倉儲管理系統(tǒng)（WMS）與倉儲控制系統(tǒng)（WCS），兩者作用各不相同、互相配合。倉儲管理系統(tǒng)將各個(gè)系統(tǒng)統(tǒng)一融合、貫通和集成，是一套獨(dú)立的信息管理和控制系統(tǒng)，配有獨(dú)立的專用服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫。倉儲控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)掃碼識別、稱重及尺寸（長、寬、高）檢測、自動(dòng)出入庫、LED 大屏顯示、作業(yè)記錄、故障報(bào)警提示及其他自動(dòng)檢測等功能。

圖1 自動(dòng)化立體倉庫

1 工作原理

運(yùn)行在專用的局域網(wǎng)內(nèi)，倉儲管理系統(tǒng)可通過路由器與用戶既有網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行無縫連接和通信，只有固定端口的數(shù)據(jù)請求才能進(jìn)行通信，其他請求都會被自動(dòng)屏蔽。路由器本身也具有嚴(yán)格的安全防護(hù)措施，其他與倉儲管理系統(tǒng)無關(guān)的終端不會直接接入倉儲管理系統(tǒng)的專用網(wǎng)絡(luò)，只有通過管理員授權(quán)才能允許其他設(shè)備的接入。倉儲系統(tǒng)服務(wù)器配有專用的UPS 電源，可防止意外斷電造成的數(shù)據(jù)的丟失。自動(dòng)化立體倉庫自動(dòng)將裝載貨物的周轉(zhuǎn)箱就近存放到貨架中，倉儲管理系統(tǒng)中具備貨位分配權(quán)限，使得在周轉(zhuǎn)箱（料箱、托盤、儲物箱）入庫時(shí)根據(jù)權(quán)限和存放規(guī)則就近存放，可以大大提高存儲的效率，節(jié)能環(huán)保。系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

貨物入庫時(shí)輸送機(jī)尺寸、重量檢測系統(tǒng)會檢查入庫貨物是否符合要求，并將結(jié)果反饋給倉儲管理系統(tǒng)，倉儲管理系統(tǒng)根據(jù)反饋的結(jié)果判斷是否可以正常入庫，對不符合尺寸和重量要求的貨物不準(zhǔn)予入庫，需要重新擺放和分配。載貨臺同樣配有尺寸檢測系統(tǒng)，對貨物尺寸及擺放位置進(jìn)行檢測，如果尺寸檢測不合格或貨物發(fā)生歪斜，將停止作業(yè)、無法入庫。

2 主要安全裝置

2.1 整體安全設(shè)計(jì)

（1）有軌巷道堆垛機(jī)具有過行程保護(hù)裝置，并提供相應(yīng)的聯(lián)鎖保護(hù)功能，在運(yùn)行過程中出現(xiàn)異常情況或觸發(fā)聯(lián)鎖保護(hù)內(nèi)容后設(shè)備將立即停止，在異常未恢復(fù)前設(shè)備禁止運(yùn)行。

（2）安全門設(shè)計(jì)：護(hù)欄安全門鎖與堆垛機(jī)安全門鎖設(shè)計(jì)為安全聯(lián)鎖裝置，保證人員安全及堆垛機(jī)安全運(yùn)行。堆垛機(jī)在待機(jī)狀態(tài)下打開安全門堆垛機(jī)自動(dòng)切換到主界面，此時(shí)堆垛機(jī)不能切換到聯(lián)機(jī)模式。當(dāng)設(shè)備在工作狀態(tài)下打開安全門，堆垛機(jī)執(zhí)行完當(dāng)前任務(wù)后切換到主界面，此時(shí)同樣不能切換到聯(lián)機(jī)模式，即無法下達(dá)自動(dòng)送貨、取貨指令，防止有人員進(jìn)入設(shè)備區(qū)時(shí)其他操作人員進(jìn)行對設(shè)備進(jìn)行操作，威脅進(jìn)入人員生命安全。急停按鈕用于緊急情況下使堆垛機(jī)停止動(dòng)作。

（3）急停按鈕及故障報(bào)警提示：堆垛機(jī)電氣柜、輸送機(jī)電氣柜、現(xiàn)場操作員終端、安全護(hù)欄操作盒、輸送機(jī)操作盒上均設(shè)有急停按鈕，在任何位置按下該按鈕后，設(shè)備立即斷電，停止全部動(dòng)作。

2.2 輸送機(jī)安全裝置

（1）鏈條輸送線兩側(cè)裝有導(dǎo)向保護(hù)裝置，防止貨物運(yùn)輸時(shí)偏離運(yùn)輸線。

（2）輸送系統(tǒng)各端口設(shè)置機(jī)械擋塊，防止貨物沖出輸送機(jī)。

（3）叉車向輸送機(jī)放貨位置設(shè)有托盤導(dǎo)向架，在放貨位置和取貨位置設(shè)有叉車擋，防止叉車與輸送機(jī)碰撞。

（4）輸送機(jī)裝有光電開關(guān)，可以感應(yīng)叉車及堆垛機(jī)貨叉是否在進(jìn)行叉貨，如果在進(jìn)行叉貨，貨叉會遮擋光電開關(guān)，信號反饋至輸送機(jī)，輸送機(jī)禁止運(yùn)行。防止互相干涉，危機(jī)人員、貨物及設(shè)備安全。

（5）輸送機(jī)兩端設(shè)置強(qiáng)迫換速與停止光電開關(guān)，使貨物能在終端到位時(shí)自動(dòng)停止。

（6）輸送機(jī)中端設(shè)置尺寸檢測框架，在入庫時(shí)對貨物進(jìn)行尺寸檢測，如果出現(xiàn)超高、超長、超寬，輸送機(jī)電氣柜屏幕上會出現(xiàn)相應(yīng)提示，同時(shí)將貨物返回至入口處，不予入庫。防止貨物超過限界，在入庫過程中發(fā)生墜落。

（7）輸送機(jī)入庫段設(shè)有稱重系統(tǒng)，入庫時(shí)需將稱重顯示器開啟，對貨物進(jìn)行稱重。超重或者稱重顯示器未開啟時(shí)，貨物會退回至入庫端，無法入庫。

2.3 堆垛機(jī)安裝置介紹

堆垛機(jī)安全裝置分為3 個(gè)方向，分別為運(yùn)行方向、起升方向、貨叉伸縮方向（表1）。

表1 堆垛機(jī)安全裝置

2.3.1 運(yùn)行方向

（1）強(qiáng)制換速開關(guān)。開關(guān)裝于下橫梁底部，配套的撞尺位于軌道終端的終端限位開關(guān)前。當(dāng)操作失誤，設(shè)備處于異常狀態(tài)情況時(shí)，如接近終點(diǎn)時(shí)仍在高速運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)開關(guān)觸發(fā)可以使堆垛機(jī)強(qiáng)制降速。若該開關(guān)電氣部分損壞，堆垛機(jī)無法高速運(yùn)行，始終以低速運(yùn)行。機(jī)械部分損壞時(shí)，在安全區(qū)發(fā)生異常情況會自動(dòng)報(bào)警提示。

（2）終端限位開關(guān)。該開關(guān)裝于下橫梁底部，配套撞尺設(shè)于兩運(yùn)行終端處，與強(qiáng)制換速開關(guān)位置錯(cuò)開，當(dāng)觸發(fā)時(shí)堆垛機(jī)立即停車。

（3）終端限位車擋。該止擋設(shè)于堆垛機(jī)下橫梁兩端及在地面軌道兩終端裝，防止堆垛機(jī)水平運(yùn)行失控而沖出軌道端部。材料為聚氨酯，當(dāng)堆垛機(jī)電氣限位開關(guān)失效水平撞上車擋時(shí)，撞頭能夠吸收能量，起到緩沖作用，保護(hù)設(shè)備。

2.3.2 起升方向

（1）強(qiáng)制換速開關(guān)：感應(yīng)檢測片裝與立柱最高及最低終端限位以內(nèi)的位置，載貨臺上安裝檢測開關(guān)，以保證起升時(shí)載貨臺接近頂端或下端時(shí)強(qiáng)制載貨臺減速，在該開關(guān)起作用時(shí)以低速垂直運(yùn)行，保證載貨臺在接近極限位置時(shí)緩慢上升或下降。

（2）終端限位開關(guān)：該開關(guān)設(shè)于堆垛機(jī)立柱導(dǎo)軌上、下兩端的極限位置設(shè)有撞尺，開關(guān)設(shè)置于載貨臺上。當(dāng)載貨臺處于極限位置時(shí)即會觸發(fā)開關(guān)，電機(jī)自動(dòng)停止運(yùn)行，載貨臺停止運(yùn)動(dòng)，防止載貨臺升降超過極限。

（3）過載、松繩保護(hù)：該裝置觸發(fā)條件為起升鋼絲繩張力，當(dāng)堆垛機(jī)鋼絲繩張力異常、不在正常范圍時(shí)，該裝置將發(fā)出信號，電機(jī)立即斷電，載貨臺停止運(yùn)動(dòng)。

（4）斷繩保護(hù)裝置：當(dāng)起升鋼絲繩斷裂或卷筒內(nèi)鋼絲繩纏繞排列混亂等原因造成載貨臺無法控制的下落時(shí)，在載貨臺與立柱之間的安全裝置即會啟動(dòng)。楔塊在杠桿和彈簧及載貨臺與楔塊下降速度差等的作用下能使載貨臺緊急抱死在立柱上，鉗住兩條升降導(dǎo)軌，防止載貨臺下落，保證人員、貨物、設(shè)備的安全。

2.3.3 貨叉伸縮方向

（1）貨物探測保護(hù)：載貨臺裝有入庫目標(biāo)貨位或出庫輸送機(jī)是否有貨探測開關(guān)，堆垛機(jī)貨叉將貨物放到貨架的相應(yīng)貨位及輸送機(jī)出庫段前均需先探測該位置否有貨，防止雙重入庫。當(dāng)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)位置有貨時(shí)報(bào)警并通知上位機(jī)，等待上位下發(fā)新貨位入庫指令。

（2）交叉聯(lián)鎖保護(hù)：貨叉設(shè)有中位及伸出是否到位檢測開關(guān)，當(dāng)貨叉處于非中位或非伸叉到位狀態(tài)時(shí)，堆垛機(jī)只能進(jìn)行貨叉動(dòng)作，無法走行或起升。在自動(dòng)或半自動(dòng)模式下，堆垛機(jī)只有在貨格停準(zhǔn)區(qū)域內(nèi)貨叉才能伸出，堆垛機(jī)水平或垂直運(yùn)行過程中無法對貨叉進(jìn)行動(dòng)作。

（3）貨叉伸縮擋塊：在貨叉左右兩端伸縮極限處均設(shè)有機(jī)械擋塊，防止電氣限位開關(guān)失效時(shí)貨叉伸出過度。

2.4 滑觸線安裝位置安全分析

現(xiàn)階段堆垛機(jī)滑觸線安裝位置主要分為兩種，高空滑觸線和地面滑觸線，安全風(fēng)險(xiǎn)及優(yōu)點(diǎn)見表2。

表2 滑觸線安裝位置安全風(fēng)險(xiǎn)對比

3 總結(jié)

綜上所述，自動(dòng)化立體倉庫分利用了建筑物的高度，提升倉庫存儲量、降低土地成本，降低倉庫管理人員的作業(yè)強(qiáng)度。對于城市軌道交通行業(yè)，尤其車輛段需要建在繁華地段的情況下，降低運(yùn)營成本效果明顯。隨著科技的發(fā)展，自動(dòng)化立體倉庫存在的安全風(fēng)險(xiǎn)幾乎可以完全規(guī)避，具有可靠全面的保障措施保證在正常情況下的安全使用。即使出現(xiàn)特殊緊急的危險(xiǎn)情況，同樣能可靠地保證人員、設(shè)備、貨物安全。