吳少軍

摘 要：穿梭車系統(tǒng)在實際運行中，存在著定位方式不合理，滑觸線供電系統(tǒng)不穩(wěn)定，車載控制系統(tǒng)PLC等器件長年震動故障率高等問題。為此，對龍巖煙草工業(yè)有限責任公司自動化物流穿梭車系統(tǒng)進行了優(yōu)化改造：①穿梭車走行定位方式由編碼器、認址鏈與認址片校驗結(jié)合更改為激光測距器與認址片校驗結(jié)合；②通過采用拖鏈系統(tǒng)，將車載控制系統(tǒng)移至車體外地面控制柜，電控柜與車體分離；③采用功能更強的PLC對控制程序、定位數(shù)據(jù)、運行曲線進行優(yōu)化改進。改造后，解決了車載PLC等器件長期震動、積塵、不易散熱導致故障率高，滑觸線供電不穩(wěn)定、故障信息不明確、更換器件困難等問題，維護簡便，對車間的正常生產(chǎn)提供有力的保障。

關(guān)鍵詞：穿梭車電控系統(tǒng)；激光測距器；拖鏈系統(tǒng)；S曲線速度控制

中圖書分類號：TF341.6 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2012）32-0096-02

自動化立體倉庫是現(xiàn)代物流系統(tǒng)中迅速發(fā)展的一個重要組成部分，它具有節(jié)約用地、減輕勞動強度、提高倉儲自動化水平、管理水平和提高物流效率等諸多優(yōu)點。其中穿梭車系統(tǒng)是自動化立體倉庫的重要環(huán)節(jié)之一，擔負著串連立體貨架和輸送設備的作用。龍巖煙草工業(yè)有限責任公司自2002年投入使用物流自動化系統(tǒng)以來，實現(xiàn)了現(xiàn)代物流的自動化和智能化，提高了生產(chǎn)效率。但是，穿梭車系統(tǒng)作為現(xiàn)代物流自動化系統(tǒng)的一個重要環(huán)節(jié)，目前存在著器件老化、部分備件已無法采購、設備運行不穩(wěn)定、維修困難等問題，嚴重威脅了物流系統(tǒng)的正常運行。為此，對穿梭車電控系統(tǒng)進行全面優(yōu)化改造，以解決上述問題。

1 存在問題

1.1 定位方式不合理

穿梭車采用認址鏈與增量型編碼器結(jié)合的定位方式，在認址鏈機構(gòu)與編碼器之間配合不好、認址鏈中有較大雜物時，會導致運行時丟失脈沖，造成認址定位誤差較大，原因排查困難。重新上電后，要回到原點后，才能正確識別當前位置。

1.2 車載電控系統(tǒng)PLC等器件長年震動、積塵、不易散熱

穿梭車電控系統(tǒng)PLC等主要器件全部安裝在車體上，處于半密封狀態(tài)，不僅容易積累灰塵，且不易散熱；器件隨車體運行，長期處于震動狀態(tài)，嚴重影響器件的使用壽命，造成故障率逐年增加。

1.3 滑觸線供電系統(tǒng)不穩(wěn)定

穿梭車通過電刷滑動，提供整個車載控制系統(tǒng)電源。穿梭車在高速運行時，難免有跳動，電刷暫時脫離滑觸線本體，再加上滑觸線多年摩擦，磨損嚴重，穿梭車在瞬時斷電或缺相嚴重，引起故障。

2 穿梭車電控系統(tǒng)優(yōu)化改造

2.1 控制系統(tǒng)主要組成

穿梭車的控制核心由可編程序控制器（PLC）控制。本項目采用西門子S7-315-2DP型PLC，一塊FM338模塊、一塊242-5通訊模塊、一塊32點輸入模塊、一塊16點輸出模塊。

穿梭車電控系統(tǒng)主要電氣器件的選擇本著通用、可靠的原則。

2.1.1 可編程序控制器（PLC）

PLC控制器采用SIEMENS公司生產(chǎn)的S7-315-2DP型PLC，該型號PLC帶有兩個通訊接口。其中，MPI接口與穿梭車人機交互界面（HMI）通訊，DP接口與變頻器進行通訊。

2.1.2 人機界面（HMI）

穿梭車人機界面采用SIEMENS公司生產(chǎn)的TP177功能型操作面板，使用Simatic WinCC Flexible組態(tài)軟件進行編程組態(tài)，操作簡單方便。

2.1.3 拖鏈系統(tǒng)

拖鏈系統(tǒng)包括拖鏈、導槽、拖鏈電纜、耐磨裝置、隔片等。拖鏈系統(tǒng)采用拖鏈專家—易格斯公司的產(chǎn)品，穩(wěn)定、耐用、可靠。通過拖鏈系統(tǒng)，使地面電控柜和穿梭車本體串連起來，可以通過地面控制柜控制穿梭車的運行，并接收穿梭車上光電開關(guān)的信號信息。

2.1.4 激光測距器

穿梭車走行認址使用的激光測距器是采用SICK公司DME4000-211激光測距器，其應用激光三角原理和回波分析原理進行非接觸位置、位移測量的精密傳感器，具有高速響應、抗光干擾能力強、測量精度高、檢測距離長和高穩(wěn)定性等主要功能和特點。

2.1.5 變頻器

走行電機變頻器采用英國艾默生公司Unidrive SP1406變頻器，該變頻器是標準伺服變頻器，功能強大、適合控制各個廠家的電機，擁有可優(yōu)化速度控制、精確的距離控制、零伺服、用于參數(shù)設置及儲存的智能卡、通用編碼器和內(nèi)置EMC濾波器等主要功能及特點。輸送電機變頻器采用艾默生公司Commander SK系列變頻器，它是一種簡單、緊湊、實用型驅(qū)動器，具有設置簡單、安裝方便、接線容易、系統(tǒng)設計調(diào)試簡單化和運行快速可靠等功能及特點。

2.2 控制系統(tǒng)工作原理

線控通過Profibus總線給穿梭車下達任務，穿梭車到指定的位置上貨或卸貨，并隨時向線控PLC發(fā)送當前的狀態(tài)。穿梭車獲得任務后，將上貨站臺的站臺號地址譯碼成激光測距器的值，然后判斷當前位置與目標位置的差值，即可獲取穿梭車運動的方向和速度，然后控制變頻器輸出，驅(qū)動走行。走行到位后，通過站臺的認址校驗確認穿梭車到達指定站臺位置，同時給線控發(fā)送穿梭車到達站臺信號，此時穿梭車輸送機構(gòu)和輸送站臺的輸送鏈機同時動作，把貨物輸送到穿梭車上，并發(fā)送上貨完成信號，完成上貨任務。同樣，穿梭車再根據(jù)線控指令，運行到卸貨站臺完成卸貨，并發(fā)送卸貨完成信號。

改造后，穿梭車系統(tǒng)是以西門子S7-300系列315C-2DP 型PLC作為電控核心。該PLC主要由電源模塊、CPU模塊、輸入輸出模塊、SM338編碼器讀取塊和342-5總線模塊等組成。通過342-5總線模塊和線控組成Profibus總線網(wǎng)絡，穿梭車作為網(wǎng)絡中的一個子站，由線控PLC控制。SM338模塊用于采集激光測距值，輸入模塊采集由行程開關(guān)、光電檢測開關(guān)、空開反饋信號、變頻器故障反饋等設備的信號狀態(tài)，并接收主令控制器、按鈕開關(guān)、鑰匙開關(guān)等發(fā)出的控制指令。CPU通過讀取338模塊采集的值進行運算，并將程序運算結(jié)果通過輸出模塊與Profibus現(xiàn)場總線傳至變頻器，通過輸出模塊控制繼電器、接觸器等執(zhí)行設備，從而驅(qū)動電動機、電磁抱閘等完成各種生產(chǎn)任務。另外，穿梭車電控系統(tǒng)采用的西門子TP177觸摸屏，與PLC之間也通過MPI協(xié)議進行數(shù)據(jù)傳輸與交換，實時地顯示各光電開關(guān)、行程開關(guān)的狀態(tài)，穿梭車的站臺位置及故障信息。通過觸摸屏還可以查看穿梭車信息，對其進行手動或者半自動操作，并能利用自身故障實時診斷系統(tǒng)對故障現(xiàn)象進行判斷，記錄故障時的各種參數(shù)，這樣，操作人員和維護人員就可以全面及時地了解系統(tǒng)的狀態(tài)，并可按提示的故障信息去檢查和維修，達到準確、快速排除故障的效果，真正實現(xiàn)了人機智能化。

2.2.1 速度控制

基本控制思想為：①根據(jù)電機編碼器反饋的當前速度信號實時調(diào)整變頻器的輸出驅(qū)動頻率值，從而保證穿梭車能以要求的速度平穩(wěn)運行；②根據(jù)激光測距器測量反饋當前穿梭車的距離信號及預先設定的控制方案，實時調(diào)整變頻器的輸出驅(qū)動頻率值，使穿梭車先以較高的速度運行到接近目標地址的位置后將速度平穩(wěn)降到較低的速度下工作，并在目標地址處準確制動停準。

穿梭車在工作過程中實時采集水平運行的數(shù)據(jù)，并不斷地與存放在PLC數(shù)據(jù)塊里的標準位置參數(shù)進行比較和控制決策，從而到達準確定位、快速存儲貨物、提高作業(yè)效率的目的。

2.2.2 認址定位

穿梭車PLC接收到操作面板或線控PLC的存取站臺信號，正確可靠地輸送貨物，在此過程中準確地認址定位是關(guān)鍵。穿梭車軌道上相對于每個站臺都安裝一塊固定的認址片，將檢測開關(guān)的檢測信號都實時的傳輸?shù)絇LC。同時在軌道一端水平方向安裝激光測距器，在穿梭車車體上安裝反射板，通過激光測距器將激光發(fā)射到反射板上，然后再根據(jù)激光發(fā)射器與反射板距離的變化來測出實時的變化距離，并實時傳輸?shù)絇LC中。通過采用激光測距技術(shù)和認址片光電定位相結(jié)合的控制方式，使穿梭車在到達目標地址時能夠迅速停穩(wěn)，并實現(xiàn)要求的精確定位精度。

3 改造后使用效果

改造前后效果比較如表1所示，穿梭車改造后解決了設備運行不穩(wěn)定、維修困難等方面問題；采用控制柜與車體分離的模式，有效避免了電氣元件長期處于震動、積塵和不易散熱的環(huán)境，延長備件使用周期；更換器件無需拆卸車體防護罩及蓋板，維護更加容易，減輕了維護人員的工作強度，并縮短維護時間。采用人機界面，實時監(jiān)控和跟蹤穿梭車運行，進而提高穿梭車電控系統(tǒng)的可維護性，改造取得成效后，可進行推廣。

參考文獻：

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