隨著國家對智能制造業(yè)的大力推廣和支持，現(xiàn)代倉儲物流技術密集化、智能化發(fā)展趨勢已成主流，智能倉儲物流逐漸成為生產(chǎn)制造企業(yè)提高自身核心競爭力的重要手段。智能倉儲系統(tǒng)由立體貨架、輸送系統(tǒng)、條碼識別系統(tǒng)、穿梭車、堆垛機等多個單元組成，其中高速軌道式導引穿梭車（Rail Guided Vehicle，RGV）屬于高速行走設備，是智能倉儲系統(tǒng)出入庫效率提高的關鍵點，啟停過程加減速若處理不當會產(chǎn)生較大的沖擊力，可能對RGV造成不同程度的機械損傷以及貨物掉落等風險。因此，對RGV柔性運動控制的研究至關重要。

穿梭車RGV配置兩條導軌，軌道可設計任意長度，具有獨立控制系統(tǒng)，采用變頻調(diào)速方式，可以十分方便地與系統(tǒng)內(nèi)其他設備實現(xiàn)自動化連接，很大程度上降低倉庫管理成本，提高倉儲出入庫效率，提高勞動生產(chǎn)率，安全性、可靠性高。RGV通過激光測距或條碼認址等方式精確定位各取送貨工位，采用380V定位各取，50HZ三相四線制滑觸線供電。

本文基于智能倉儲系統(tǒng)穿梭車RGV，提出速度曲線理論模型，通過可編程邏輯控制器（PLC）和人機界面面板（HMI）分別對速度曲線功能塊進行開發(fā)和搭建仿真測試平臺，對RGV速度曲線仿真測試研究，并對測試結(jié)果與理論模型進行對比分析。

一、RGV運動速度曲線理論模型分析

穿梭車RGV啟動至停止整個運行過程可分為加速、勻速、減速三個區(qū)間，加速度的大小是影響RGV運行穩(wěn)定性和可靠性的關鍵，若加速度過大，較大的沖擊力會導致負載狀態(tài)的RGV貨物墮落等，加速度過小會影響整個系統(tǒng)的運行效率。為了保證穿梭車RGV能夠在啟動和停止階段速度變化更加平緩，以及最大程度提高物流系統(tǒng)的運行效率，將加速階段和減速階段再細分為3個階段，圖1為RGV穿梭車行走電機運動速度曲線理論模型。

現(xiàn)對每個階段的運動特性分析如下：

第1階段：加加速階段，加速度a逐漸增大，RGV從靜止狀態(tài)緩緩啟動，速度逐漸增大；

第2階段：勻加速階段，加速度a采用第1階段結(jié)束時的加速度值，進行勻加速運動，這一階段速度增加較快，但該階段是基于第1階段速度基礎上進行加速，并不會給RGV帶來很大的沖擊力；

第3階段：減加速階段，加速度a采用第2階段的加速度值，進行勻減速運動直到速度增加至最大值；

第4階段：勻速階段，加速度a為0，該階段的運行時間與實際任務區(qū)間長度有關；

第6階段：勻減速階段，加速度a為第5階段結(jié)束時的加速度值，進行勻減速運動；

通過上述對RGV速度曲線理論模型分析可知，整個運動過程中速度的變化包括了線性和非線性加減速。

二、程序開發(fā)及仿真測試

1.程序開發(fā)

基于上述速度曲線理論模型分析，在速度模型中引入S型曲線，讓加減速速度變化呈S型波形曲線變化。通過SCL編程語言進行速度曲線功能塊程序開發(fā)，具體過程如下：

第一階段加速：

IF速度值<加速第1階段末速度值THEN

加速度:=加速度＋加速第1階段加速度;

END_IF;

第二階段加速；

IF速度值>=加速第1階段末速度值AND速度值<加速第2階段末速度值THEN

加速度:=加速度＋加速第2階段加速度;

END_IF;

第三階段加速；

IF速度值>=加速第2階段末速度值AND速度值<速度最大值THEN

加速度:=加速度＋加速第3階段加速度;

END_IF;

第一階段減速；

IF速度值>減速第1階段末速度值THEN

加速度:=加速度－減速第1階段加速度;

END_IF;

第二階段減速；

IF速度值>=減速2階段末速度值＋爬行速度值AND速度值<=減速第1階段末速度值THEN

加速度:=加速度－減速第2階段加速度;

END_IF;

第三階段減速；

IF 速度值>爬行速度值AND速度值<減速2階段末速度值＋爬行速度值THEN

加速度:=加速度－減速第3階段加速度;

END_IF;

其中，爬行速度值為RGV穿梭車接近目標位置時最小運行速度，到達目標位置后RGV停止運行，速度值變?yōu)?。

圖1 速度曲線理論模型

圖2 仿真測試界面

2.測試平臺搭建

為了直觀地獲取RGV運動速度曲線，本文采用HMI搭建仿真測試平臺，如圖2，組態(tài)趨勢視圖用于輸出速度曲線，I/O域用于調(diào)整RGV速度最大值，并組態(tài)三個按鈕，分別用于啟動和停止速度曲線生成器，加速按鈕用于觸發(fā)加速模式，減速按鈕用于觸發(fā)減速模式。趨勢視圖Y軸坐標采用適用自動值范圍，X軸為時間，單位為秒。

三、仿真測試及分析

功能塊程序開發(fā)和平臺搭建完成后，將程序下載到PLC中，啟動HMI并連接到PLC。由于RGV穿梭車采用變頻器控制電機，程序輸出值為頻率值，頻率值50HZ對應十六進制的16384，該頻率值通過以太網(wǎng)發(fā)送給RGV，程序輸出頻率值與RGV速度值同步變化，測試過程均通過采集頻率值曲線來對速度變化進行分析。

圖3 測試速度曲線

圖4 速度曲線對比圖

1.仿真測試

設置最大速度值調(diào)速比為30%，即頻率值為15Hz，十六進制為4915，爬行頻率值為2.5Hz，十六進制為328。按下啟動按鈕，點擊加速按鈕激活加速模式，待曲線與X軸平行后點擊減速按鈕激活減速模式，得到速度曲線，如圖3。

將速度曲線一個周期完整波形分為8個階段，對每個階段做分析如下：

第1階段為加加速階段，加速模式激活后，波形呈非線性曲線上升趨勢，速度值由0開始平緩逐步增大，符合緩啟的設計要求；

第2階段為勻加速階段，波形呈線性上升趨勢，速度值均勻上升；

第3階段為減加速階段，波形呈非線性曲線上升趨勢，速度值增大的速度逐漸減小，直到速度值增大到最大值后不再上升，即進入第4階段，RGV以最大速度運行；

第5階段為加減速階段，減速模式被激活，波形呈非線性曲線下降趨勢，速度值由最大值開始逐漸減??；

第6階段波形呈線性下降趨勢，即勻減速階段，波形呈線性曲線下降趨勢，速度均勻減小；

第7階段為減減速階段，波形呈非線性曲線下降趨勢，速度平緩逐步減小，直到速度減小至爬行頻率，符合緩停的設計要求；

第8階段即為爬行階段，RGV以該頻率值運行至目標位置。

由上述分析可知，仿真測試速度曲線與理論模型每個階段的速度變化趨勢相一致，速度變化線性與非線性相結(jié)合，啟停過程速度變化較為平滑，符合緩啟緩停的控制要求，也達到了對RGV柔性運動控制的要求。

2.測試數(shù)據(jù)對比分析

RGV的行程區(qū)間與系統(tǒng)接送貨站臺的位置相關，接送貨站臺位置不同，行程區(qū)間也不同，行程區(qū)間的大小直接影響到RGV運動過程的速度曲線。若行程區(qū)間足夠長，RGV均能達到最大速度后再進行減速；若行程區(qū)間過小，RGV加速到最大速度再減速可能會沒有足夠的距離完成減速過程，RGV必須到達某一個速度值后就要開始減速，這就要求RGV能夠在任何時刻介入減速模式后均能很好的按設計曲線完成減速。

為驗證RGV穿梭車不同行程的加減速過程是否也符合設計要求，加速模式激活后，在不同的時刻點擊減速按鈕激活減速模式，選取多組具有代表性速度曲線對比圖，如圖4。

測試結(jié)果表明：在RGV運行過程中，無論任何階段進入減速模式，均能按加減速、勻減速、減減速三個階段完成減速過程，且減速曲線與理論分析模式減速階段曲線變化趨勢一致，符合設計要求。

四、結(jié)論

本文對智能倉儲物流及生產(chǎn)物流系統(tǒng)高速軌道式導引穿梭車的柔性運動控制速度曲線進行了理論模型分析、程序開發(fā)以及仿真測試平臺搭建，并通過PLC和HMI平臺對程序進行仿真測試，以及對不同時刻介入減速模式的速度曲線進行測試，測試結(jié)果與理論模型速度曲線變化趨勢相一致，RGV整個運動過程融合了線性、非線性加減速階段以及勻速運動階段，加減速過程緩啟緩停效果明顯，速度曲線平滑穩(wěn)定，符合本文對RGV運動的柔性控制的要求。