?前言
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基于近幾年中國(guó)物流裝備市場(chǎng)的飛速增長(zhǎng)，以及客戶服務(wù)需求的變化，存放貨物尺寸、規(guī)格較多，衍生出了多類型托盤(pán)，多伸位的堆垛機(jī)。其中，雙工位堆垛機(jī)是這時(shí)期衍生出的符合市場(chǎng)大環(huán)境的產(chǎn)品，近幾年來(lái)已經(jīng)在家具、電器等多個(gè)行業(yè)進(jìn)行了應(yīng)用。本文就物流自動(dòng)化立體庫(kù)柔性組合式存儲(chǔ)控制系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)并應(yīng)用于實(shí)際存儲(chǔ)立體庫(kù)內(nèi)。實(shí)例效果證明了該設(shè)計(jì)方案的時(shí)效性和高利用率。
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一、總體方案設(shè)計(jì)
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1.1 項(xiàng)目背景
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市場(chǎng)不斷的變化要求設(shè)備存儲(chǔ)方式也要與時(shí)俱進(jìn)，固定的存放方式勢(shì)必會(huì)影響到存儲(chǔ)利用率和時(shí)效性。貨物尺寸主要分為幾種貨物品類且尺寸區(qū)別較大，對(duì)垛型結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析組合，得出了2種托盤(pán)尺寸，分別為1000mm×1400mm×160mm和1400mm×2100mm×160mm（長(zhǎng)×寬×高）。
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傳統(tǒng)設(shè)計(jì)是針對(duì)貨物的2種尺寸選擇分巷道存放貨物，因此需要根據(jù)貨物尺寸進(jìn)行2種堆垛機(jī)系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)和貨架尺寸的設(shè)計(jì)，增加了制造成本和周期。同時(shí)，分巷道存放的情況下每臺(tái)堆垛機(jī)對(duì)應(yīng)了唯一貨品的存放，如出現(xiàn)堆垛機(jī)故障、維護(hù)、檢修等情況將極大地影響出貨和生產(chǎn)效率。柔性貨物混合存放方式只需1種堆垛機(jī)即可完成2種貨物的存放，通過(guò)單雙叉的單獨(dú)和同步動(dòng)作進(jìn)行2種托盤(pán)的混合存放，貨物的靈活存放方式使客戶不再為出現(xiàn)故障影響效率而擔(dān)心，且此種設(shè)計(jì)節(jié)省了制造成本，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了物流倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)的貨物柔性化管理。
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1.2 堆垛機(jī)存放流程方案
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從時(shí)效性和高利用率兩個(gè)方面進(jìn)行不同存儲(chǔ)方式的細(xì)化，如圖2所示。時(shí)效性的根本作用是保證出入庫(kù)效率,其具體分為：
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1）分時(shí)作業(yè)由兩組獨(dú)立叉體分別進(jìn)行不同貨位的入庫(kù)、出庫(kù)、倒庫(kù)作業(yè)，具有較高的時(shí)效性，一次任務(wù)同時(shí)完成2個(gè)小盤(pán)不同位置的存取，合并了同批次任務(wù)，節(jié)省了堆垛機(jī)往返于巷道的次數(shù)，出入庫(kù)時(shí)間得以有效縮短。雙工位堆垛機(jī)分時(shí)作業(yè)比傳統(tǒng)堆垛機(jī)單任務(wù)往返作業(yè)時(shí)效性有顯著提高。
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2）同時(shí)作業(yè)由2組叉體同時(shí)進(jìn)行相鄰貨位2個(gè)小盤(pán)的入庫(kù)、出庫(kù)作業(yè)。同時(shí)作業(yè)針對(duì)客戶需求，在大批量、高效率出入庫(kù)作業(yè)方面有明顯優(yōu)勢(shì)。入庫(kù)同時(shí)取貨雙盤(pán)有效地釋放了輸送線積放位，入庫(kù)速度得以提升。出庫(kù)同時(shí)取貨雙盤(pán)快速出庫(kù)，提高時(shí)效性。
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3）高利用率體現(xiàn)在大小盤(pán)混放于巷道中，提高了貨位的利用率。大盤(pán)作業(yè)時(shí)單入一個(gè)大盤(pán)，大盤(pán)尺寸規(guī)格與2個(gè)小托盤(pán)外沿規(guī)格等同，方便堆垛機(jī)入庫(kù)貨架擺放。
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傳統(tǒng)雙工位堆垛機(jī)停留于同時(shí)作業(yè)雙盤(pán)出入庫(kù)提高立體倉(cāng)庫(kù)時(shí)效性。柔性組合式存儲(chǔ)設(shè)計(jì)方案將兩種托盤(pán)混放于立體庫(kù)貨架中。利用率統(tǒng)計(jì)如圖3所示，在9個(gè)月的時(shí)間內(nèi)對(duì)單巷道只能存放1種類型托盤(pán)和貨物的情況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，在每天出入庫(kù)比率相對(duì)一致的情況下，單一品種托盤(pán)貨格使用情況約為75%，復(fù)合品種托盤(pán)貨格使用情況約為95%。
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1.3 堆垛機(jī)貨叉部分機(jī)械結(jié)構(gòu)
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堆垛機(jī)結(jié)構(gòu)由雙工位2套獨(dú)立貨叉組成，2組貨叉相對(duì)獨(dú)立，方便分時(shí)作業(yè)。2組叉體同時(shí)動(dòng)作可進(jìn)行大盤(pán)作業(yè)、同時(shí)作業(yè)的存放。圖4為兩種不同尺寸托盤(pán)位于載貨臺(tái)上的位置。
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貨叉由上叉、中叉、下叉組成，貨叉?zhèn)鲃?dòng)方式為齒輪傳動(dòng)，下叉帶動(dòng)中叉、中叉帶動(dòng)上叉。2組貨叉的機(jī)械間隙出廠時(shí)需調(diào)整至基本一致，使2組貨叉同時(shí)動(dòng)作時(shí)保證貨叉機(jī)械位移量的同步性。
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1.4 堆垛機(jī)電氣控制
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由于2組貨叉需要進(jìn)行分時(shí)作業(yè)、同時(shí)作業(yè)、大盤(pán)作業(yè)。所以電氣上選擇了2組貨叉獨(dú)立控制，即2組貨叉分別由2組變頻器、電機(jī)通過(guò)PLC進(jìn)行控制。本文提到的雙叉同時(shí)取大托盤(pán)所涉及的貨叉同步性是靠電氣控制實(shí)現(xiàn)的。由于原有設(shè)計(jì)流程為主從控制，采用的是模擬量輸入輸出互聯(lián)，通過(guò)采集主變頻器力矩值賦予從變頻器的力矩限幅值從而達(dá)到同步。而現(xiàn)有流程需要單獨(dú)作業(yè)和同時(shí)作業(yè)，這就需要2組貨叉的電機(jī)、變頻器分別控制其實(shí)現(xiàn)同步。具體方法是將一組貨叉作為主叉，PLC和變頻器通過(guò)PN通訊，將主叉變頻器力矩值讀取到PLC，再由PLC將該值進(jìn)行同步寫(xiě)入另一組副叉變頻器的相同力矩限幅參數(shù)內(nèi)以實(shí)現(xiàn)同步效果（見(jiàn)圖5、圖6），即DB1.DBD24為讀取變頻器參數(shù)存放數(shù)據(jù)位，修改值通過(guò)PLC給定，需要注意的是所給定的數(shù)值需要根據(jù)工況多次測(cè)試所得。這種通過(guò)通訊實(shí)現(xiàn)的控制方式既取消了2個(gè)變頻器的硬性連接，又同時(shí)可實(shí)現(xiàn)單獨(dú)和同時(shí)作業(yè)。
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使用SFC14/15通過(guò)參數(shù)通道讀取或修改變頻器的參數(shù)，圖5為修改參數(shù)P2240.0變量給定。圖6為讀取參數(shù)P2240.1變量給定。
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二、雙貨叉系統(tǒng)安全性
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雙貨叉系統(tǒng)的安全性是重點(diǎn)研究技術(shù)之一，設(shè)計(jì)上，在載貨臺(tái)上選定安裝了14個(gè)鏡反射開(kāi)關(guān)和8個(gè)漫反射開(kāi)關(guān)。原有項(xiàng)目中鏡反射開(kāi)關(guān)只用于貨物放偏、占位探測(cè)。此次加入了2個(gè)開(kāi)關(guān)用于大小盤(pán)混合出入庫(kù)時(shí)進(jìn)行區(qū)分，方便區(qū)分同一種動(dòng)作下，載貨臺(tái)取走的貨物為大托盤(pán)還是2個(gè)小托盤(pán)。當(dāng)取大托盤(pán)時(shí)光電被遮擋而同時(shí)取2個(gè)小盤(pán)時(shí)光電不會(huì)被遮擋，針對(duì)不同流程光電起到了較好地保護(hù)作用。
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在出入庫(kù)探測(cè)時(shí)加入漫反射開(kāi)關(guān)對(duì)于大小盤(pán)進(jìn)行檢測(cè)，原有探測(cè)方式為只對(duì)當(dāng)前小盤(pán)位置進(jìn)行探測(cè)，在大盤(pán)和雙小盤(pán)同時(shí)存取上存在誤檢測(cè)風(fēng)險(xiǎn)，貨架的貨位設(shè)計(jì)決定了存放必然規(guī)則，當(dāng)大盤(pán)和雙小盤(pán)無(wú)法明確檢測(cè)判斷時(shí)，可能會(huì)發(fā)生存放貨物時(shí)受到貨架物理上的干涉影響，導(dǎo)致貨物滑動(dòng)無(wú)法存放進(jìn)去，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)a(chǎn)生貨物高空跌落的風(fēng)險(xiǎn)。現(xiàn)有出入庫(kù)大盤(pán)會(huì)對(duì)2個(gè)小盤(pán)位置進(jìn)行檢測(cè)，同時(shí)出入庫(kù)小盤(pán)也會(huì)對(duì)2個(gè)位置進(jìn)行檢測(cè)，避免了貨物存取風(fēng)險(xiǎn)的產(chǎn)生。
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如圖7所示，程序內(nèi)容將不同流程分為S1、S2、S3、S4。其中S1代表的是同時(shí)取兩小盤(pán)、分別放入貨格內(nèi)即為A、c位置分別存儲(chǔ)；S2代表同時(shí)取放兩個(gè)小托盤(pán)即為A、B位置同時(shí)存儲(chǔ)；S3為大盤(pán)作業(yè)即存儲(chǔ)a或C貨格內(nèi)；S4代表分時(shí)取兩個(gè)小盤(pán)、同時(shí)存入貨位的工況，即為A、B位置同時(shí)存儲(chǔ)。
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運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)上，變頻器選擇了G120系列變頻器，加速度設(shè)計(jì)為0.5m/s2，最大速度為180m/min。2組貨叉通過(guò)各自對(duì)應(yīng)的變頻器分別獨(dú)立控制，與上位PLC系統(tǒng)實(shí)時(shí)通訊，同時(shí)2臺(tái)變頻器之間又通過(guò)Profinet協(xié)議直連互通，控制系統(tǒng)工作時(shí)既可分開(kāi)驅(qū)動(dòng)，又可同步驅(qū)動(dòng)、協(xié)同作業(yè)。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)大量測(cè)試調(diào)整后，兩貨叉同步性誤差為±1mm。
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三、結(jié) 語(yǔ)
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柔性組合式存儲(chǔ)方案的大小盤(pán)存放甚至多種類托盤(pán)存放體現(xiàn)了智能物流倉(cāng)儲(chǔ)存放智能化的新高度。隨著對(duì)智能化要求逐步提高，該方案將得到更多的應(yīng)用。存放設(shè)計(jì)的多樣性勢(shì)必會(huì)帶來(lái)一定的挑戰(zhàn)，從倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)到設(shè)備都需要進(jìn)行大量的流程更改和實(shí)驗(yàn)，如何優(yōu)化分配方案進(jìn)行合理分配是存放設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。
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