立体仓库堆垛机运动及控制系统设计 王 欢 （江汉大学机电与建筑工程学院 湖北 武汉摘４３００５６） 要：随着工业自动化程度的不断提高，自动化立体仓库在各个行业中得到了广泛的应用，在很大 程度上推动了生产效率和物流速度的提高：堆垛机作为自动化立体仓库中不可缺少的设备，其工作效率 和稳定性能直接影响到立体仓库的使用性能 对自动化立体仓库中的巷道式堆垛机速度控制系统进行了 研究：从堆垛机的运动速度的控制到其定住方式的控制．对堆垛机的运动曲线进行一定分析。 关键词：立体仓库：堆垛机：运动控制 中图分类号：ＴＨ１１３．２ １＝业生产和运输行业中．良好的仓 储技术是保证正常生产的基本方面．在 文献标识码：Ａ 时间内．智能自动化仓储将会是仓储技 术的主要发展方向．智能自动化仓储设 备会得到更加广泛的应用 响着自动化立体仓库的效率和经济效 益 从整体上来说．堆垛机的评价性能 指标包括：提升速度、运行速度、货叉速 原料来源及控制、产品管理等流程中， 产品的仓储都是决定管理过程的一个 重要方面．随着现代自动化程度的不断 现代自动化立体仓库是一种利用 高层立体货架存储物资．用电子计算机 度、平稳性以及认址精度等 在这些性 能指标中．堆垛机的速度是影响其性 发展．其在仓储技术中也得到了很广泛 控制管理．利用自动堆垛运输车进行存 能的关键指标．速度控制对于堆垛机 的应用．从应用历史来看．自动化技术 取作用的现代化仓库．近几年来．立体 运行的平稳性、振动情况和认址的精 在仓储领域中的应用和发展大体上可 以分为五个不同的阶段．包括：人工仓 仓库的使用在很大程度上推动了相关 度的影响都比较大．因此．对堆垛机的 企业的生产速度和物流速度的提高．提 运动情况以及运动控制系统进行深入 储阶段．机械化仓储阶段、自动化仓储 阶段、集成化仓储阶段以及智能自动化 高了相关过程的管理效率 堆垛机是立 的研究，从而研究出更加高效、平稳、 体化仓库中不可缺少的重要设备．其工 更大运动幅度的堆垛机．具有深远的 现实意义 仓储阶段．可以预见．在未来几年内的 作效率的高低和稳定性能从根本上影 选取并订阅ＲＳＳ文档．生成 ＲＳＳ信息．然后通过ＲＳＳ ＦＥＥＤ 校共用的教育训练信息资源提供集中 存储、统一管理和应用支撑，构建了一 个教育训练信息资源区域化存储、管理 和应用的环境 平台的建成为教育训练 信息资源的整合、集成和服务提供了比 较完整的解决方案．具有广阔的推广应 用前景 参考文献 瞳 —— — ：～ 滋。 ～ 。 及时主动地向用户推送不断更 新的动态信息．从而满足用户 性纯信息 的个性化信息服务需求 用户 个性化信息特征库除用户主动 定制外．系统也可根据用户的 访问历史、浏览习惯自动形成 Ｉ ｌ三 ］ 爬虫厂Ｉ 卜 Ｌ 三＝土 ：＝ Ｊ ｊ—— —提要摩一 ｌ主 ｓ ． ， ！台｛厂 — ｌ‘＝ｌ嚣ｌ ｌ取｝ Ｉ 催Ｉ 特征库．并主动对相关信息进 行推送 陈坚．基于ＳＯＡ的教育资源系统整合的 研究『Ｄ］．西南交通大学，２０１０ 基于ＳＯＡ架构的高校数 ２ 李学俭．何文华．竺 ｌ ｌ 图４基于ＲＳＳ的个性化推送平台如专业方向、兴趣爱好等．形成用户个 库信息．从关联网站、资源系统定期抽 取相关信息．并按ＲＳＳ规范形成ＲＳＳ文 档．然后把从不同网站、资源系统形成 的ＲＳＳ文档按主题．聚合成ＲＳＳ提要 库。内容集结器定时到ＲＳＳ提要库里去 收稿日期：２０１２—０３—０９ ４ 结语 院校教育训练信息资源经过多年 据资源整合研究［Ｊ］．计算机技术与发展， ２０１０（１） 性化信息特征库．ＲＳＳ根据用户的特征 建设，已经有了一定数量上的积累，但 由于各种原因。不同时期、不同阶段、不 程思岳．基于ＳＯＡ架构的教学资源系统 的设计［Ｊ］．福建师范大学学报（自然科 学版），２００８（１１） 同单位、不同应用所建的各类资源难以 综合集成．服务手段落后．使用效果不 好 结合院校建设和应用需求．开发了 教育训练信息资源集成服务平台．为院 （责任编辑晓天） １８４ 科技创业月刊２０１２年第５期 立体仓库堆垛机运动及控制系统设计 使用基础上的．在控制时参考堆垛机的 实际控制需要．根据相关的经验．采用 分档运行方式．在很大程度上．这种方 式需要很好的协调运动控制要求与变 １堆垛机的运动控制 １．１概述 检修方式是用于堆垛机在安装和 调试过程中以及堆垛机出现故障时．由 人工操作的一种控制方式．这种控制方 式与手动工作方式类似．也是在堆垛机 某机械加工厂立体仓库主要用于 模具、加工半成品及成品的存放，具有 存放物品自动管理的功能．该类存放品 对于堆垛机存放的要求是取放快捷、平 稳、可靠．控制系统采用ＰＬＣ作为主控 元件．具有较大的灵活性．可靠性较高 频器性能之间的关系：⑦利用变频器完 控制柜内手动操作完成的．但是．从安 成对堆垛机速度的闭环控制和堆垛机 全性方面考虑．检修方式下所有的动作 都是以最低速的形式运行的。并且．在 位移的开环控制．一般情况下．堆垛机 的理想运动曲线可以总结为标准的加 速和减速曲线．当某一运动的实验曲线 动作过程中检测系统的故障因素．将检 测结果显示出来或者通过数据总线传 仓库堆垛机采用常见的巷道堆垛机．起 确定后．将其存储在存储器里．利用 送到管理计算机中进行分析处理 重量为０．２５～１．５ｔ．运行速度为２５～ ＰＬＣ控制变频器变换运动曲线．达到调 １．３堆垛机运动速度控制 １８０ｍ／ｍｉｎ。主要由车身、水平运行机构、 速和停准的目的：③堆垛机的运动函数 从巷道堆垛机的主要结构也可以 竖直起升机构、载货台以及货叉伸缩机 存在拐点处的速度和加速度切换问题． 看出．堆垛机的主要运动包括水平运行 构等几个部分组成 巷道堆垛机的主要 可以利用模糊控制技术进行合理的改 机构的运动、竖直起升机构上下运动、 结构见图１ 善。 货叉伸缩机构的伸缩动作这三个基本 １．２堆垛机的控制原理 的动作．因此．堆垛机最终的作业效率 从控制原理上来说．堆垛机的工作 以及运动和性能也将由这三个动作的 方式共有三种．分别为自动工作方式 基本控制程度决定。堆垛机运动时．为 （即上位机计算机控制工作方式）手动 保证运动平稳、可靠，必须要通过一定 工作方式以及堆垛机检修方式．可以通 的控制策略保证运动的停准精度和运 过堆垛机控制柜内的旋转开关来选择 动平稳度．本系统中，对运动速度的控 １．２．１ 自动工作方式 制方法是将运行曲线调整好后保存在 电气设奄 在自动控制工作方式下．堆垛机与 变频器的控制存储器里．ＰＬＣ在控制运 上位机即立体仓库的管理计算机进行 动时．对变频器里存储的曲线进行变 通讯．由计算机对其发出控制命令．堆 换．达到调速和停准的目的。 垛机接受命令并按照相应的指令进行 在本系统的设计过程中．将堆垛机 图１ 巷道堆垛机的主要结构图 工作。并且，在工作过程中．随时将各种 的水平运行机构的速度设定为四档（见 仓库堆垛机运动过程中．堆垛机的 信息通过数据总线传送到管理计算机． 图２），分别为爬行、低速、中速、高速， 初始位置位于巷道口．当堆垛机接收到 包括执行过程．执行结果等．如果堆垛 ＰＬＣ进行运动控制时．接收到控制器发 控制计算机发出的命令之后．按照相应 机因为故障等原因不能完成相应的动 出的目的地址．然后．对当前地址和目 的指令对出库和入库的载货台进行操 作．则将故障原因传送到计算机．由计 的地址进行比较．计算出当前地址距离 作，首先进入巷道．然后，按照目的货位 算机对故障进行诊断和处理。 目的地址的距离．以一个货格的距离作 的方位的高低．控制其升降台沿着立柱 １．２．２手动工作方式 为一个单位距离．当该距离大于６个单 做升降运动．到达目的货位以后．控制 手动工作方式是由人工控制．通过 位距离时 采用曲线ａ的运行方式．在 货叉进行存货和取货动作．完成动作后 在堆垛机控制柜内点动相应的操作按 启动和停止时利用一定的加速度启停． 首先将货叉回位．然后堆垛机返回巷道 钮完成的．在堆垛机控制柜内．通过相 从而保证停准的精度．中间位置则利用 口初始位置．完成一次存货或取货动 应的旋钮选择要执行的动作．然后．按 最大速度运行．从而有效的提高效率． 作。 下执行按钮．堆垛机即按照存储在ＰＬＣ 当该距离小于６个单位距离时而大于２ 由以上工作过程可以看出．堆垛机 中的动作过程执行相应的动作．从而在 个单位距离时．则采用曲线ｂ的方式运 的主要运动包括其水平运动、升降台的 人的监控作用下完成取 上升和下降运动、货叉的伸缩机构三个 货和放货动作．在堆垛嘎 方面．这三个方面的运动控制决定堆垛 机的控制系统中，可以 ：。 机的运动性能和工作效率 对堆垛机的 进行的操作包括水平行 豫 运动控制技术也是建立在这三个方面 走动作．升降台的升降 的运动的基础上的 动作．以及货叉的伸缩台 对堆垛机的运动控制技术主要体 动作．通过这三个动作茎 现在对于堆垛机运动速度的控制方面． 的组合．结合货位的选 从目前来说．堆垛机的运动速度控制技 择．堆垛机可以完成相 术主要有以下几种：①多档速度运行控 应的取货和存货动作 制方式．这种控制方式是建立在一定的 １．２．３检修方式 圉２水平运行机构速度曲线图 ＰＩＯＮＥＥＲＩＮＧ ＷＩＴＨ ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＭＯＮＴＨＬＹ ＮＯ．５ ２０１ ２ １８５ 立体仓库堆垛机运动及控制系统设计 行：而当该距离小于２个单位距离时． 度之间进行切换．既保证了堆垛机工作 的效率．也减小了运动中的冲击现象 与堆垛机的 前进速度 则采用曲线ｃ的方式运行。通过各个速 运动速度的 控制类似． 堆垛机的定 位控制也包 括堆垛机行 ｆ位前光电开关ｔ｝数 前开关定位，减速ｌ行 前后两开＿ｊ乏定位，停 宽成定岱过狂 同样的．升降机构的垂直起升运 行．设定了三种不同的速度，在正常运 图５水平控制定位示意图 行时．采用高速以提高效率．接近目标 时．降至低速以利于提高停准的精度。 走的水平方向的定位控制、升降台升降 的上下定位精度．以及货叉伸缩运动的 这样．可以保证车身以合理的速度和加 速度运行．慢速运行时间较短．从而在 很大程度上改善了电动机的运行条件． 对于系统的可靠性和稳定性也有很大 的好处 １．４．２升降台高度定位 垂直起升机构的速度曲线见图３。 位置控制精度。 １．４．１水平位置定位 堆垛机的定位控制 翔缱ａ 包含以上三个运动机构 的定位精度．其中水平 ： ： 嘲缝ｂ 认址系统是堆垛机运动 一一一一一ＪＪｌ 一一一一／：一 ｌ工／一 ／ 一，４Ｉ●ｌ 一，Ｌ ｌＩ一一一一 … 赞梅 定位的基础．其性能对 于堆垛机的工作效率和 “机械性能都有很重要的 Ｎ １ ｌ Ｉ ｉ Ｎｔ 《 辩 １ ｉ ｌ ２ ｌ 影响 从运动方面来说， 堆垛机存取货物比较频 图３垂直起升机构速度曲线图 繁．要求运动的效率高． 货又伸缩机构的作用通过伸缩运 定位准．从堆垛机的机械结构来说．该 动．将相应的货物放置到货格中．伸缩 系统堆垛机的搬取货物质量较大．要求 运动的速度不能太高．以减少设备的冲 堆垛机在加速和减速时．立柱的变形在 击动作 根据相关理论计算机实际经 许用范围之内 验．本系统中将货又的伸缩速度设定为 对于堆垛机的自动控制系统．自动 两档．正常伸缩时采用ｌＯｒｎ／ｍｉｎ的速 停位是一个最基本的问题 目前一般采 度．而当接近货物时采用４ｍ／ｍｉｎ的速 用的认址定位技术大体上可以分为光 度 两个不同的速度之间通过恒定加速 电传感器认址技术、旋转编码器认址技 度进行切换．货叉开始运动时．由静止 术和激光测距认址技术．本系统采用的 加速到最高速度ｌＯｍ／ｍｉｎ．所用的时间 是光电传感器认址的方式．利用认址片 为３Ｓ．货叉在接近货位时．由ｌＯｍ／ｍｉｎ 和认址器组成了堆垛机的自动认址装 减速到４ｍ／ｍｉｎ．所用的时间为２ｓ．货又 置．采用相对认址的认址方式．即采用 定位时速度南４ｍ／ｍｉｎ减小到０．时间 光电开关在经过相应的货位时．通过光 为０．５ｓ 电传感器产生电脉冲．按照不同的运动 方向对地址编码进行加一或者减一操 作．利用ＰＬＣ计数记录当前地址。在车 身上安装两个位置不同的光电开关，当 ＰＬＣ捕捉到第一个开关的动作时．控制 车身开始减速行驶．当捕捉到第二个开 关的动作时．控制车身停止定位．竖直 ， 运动机构和货又的伸缩机构的运动控 图４货叉运动速度曲线图 制方法与水平控制方法类似．水平控制 １．４堆垛机定位控制 定位的装置见图５ 在一定程度上．可以说．对于堆垛 如图５所示，水平运动时，ＰＬＣ通 机运动速度的控制可以决定运动冲击 过计算出当前位置距离目标位置的距 的大小，而在堆垛机的设计过程中．除 离．在到位前的其他位置的定位片用来 了运动速度的控制以外．堆垛机的定位 计数．当到达目的地址后．第一个光电 控制将直接决定到堆垛机的停准精度． 开关动作，车身减速慢行．通过合理控 凶此，堆垛机系统的定位控制也是堆垛 制加速和减速的加速度．使得当后一个 机运动控制系统的一个很重要的指标 光电开关动作时．车身刚好停止定位． １８６ 科技创业月刊２０１２年第５期 升降台高度定位的原理与堆垛机 行走的水平定位的原理类似．也是采用 相对地址的方式 但是．在定位方法方 面．与水平定位有一定的区别 为完成 堆垛机货叉存货和取货的动作．堆垛机 的货格都有上下两个位置．在存货时． 货叉由高位进入货格．然后降低到低 位．缩回货叉．完成存货动作，而在取货 时．货又由低位进入货格．然后升高到 高位．收回货又，完成取货动作。因此， 对应的升降台的高度定位方面．必须要 提供一定的检测装置．使得货叉能够停 留在高位和低位的位置 本系统在设计 过程中提供了两套光电定位系统．一套 用来确定高位定位的定位位置．一套用 来确定低位的定位位置。 ２结语 以上设计过程从运动速度和定位 精度两个方面保证了巷道堆垛机的运 动性能．该运动控制方法用于该工厂立 体仓库实际运行中．取得了较好的效 果。但是，对于实际运动中的速度和加 速度对于运动性能的影响．还需要在更 大程度上进行更深一步的研究 参考文献 １ 罗志清．自动化立体仓库堆垛机的控制与 设计研究［Ｄ］．兰州：甘肃工业大学，２００５ ２汪国春．自动化立体仓库堆垛机控制系统 的设计［Ｊ］．起重运输机械，２００８（１０） ３胡赤兵．芦俊，梅丽文，等．邮包自动化立 体仓库的设计与管理系统设计［Ｊ］．佳工 机电网，２００７（１） ｆ责任编辑何丽）
