摘?要：在自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)中，堆垛機(jī)作為一個(gè)不可或缺的核心設(shè)備，其工作效率與穩(wěn)定性，對(duì)于立體倉(cāng)庫(kù)的使用性能而言，能夠起到直接的重大影響;本文關(guān)于自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)堆垛機(jī)的控制與設(shè)計(jì)研究，介紹堆垛機(jī)的相關(guān)概念：堆垛機(jī)的工作原理、基本功能與其他功能、堆垛機(jī)控制的功能等，主要進(jìn)行自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)堆垛機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì);希望可以為自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)堆垛機(jī)控制系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展，提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù);堆垛機(jī);控制系統(tǒng);設(shè)計(jì)

自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)，采用的是一個(gè)具備了幾層、十幾層、幾十層等不同規(guī)格的貨架，來(lái)進(jìn)行單元式的貨物儲(chǔ)存，并且還利用了一系列的物料搬運(yùn)設(shè)備，例如，堆垛機(jī)、輸送機(jī)、LGV等，來(lái)進(jìn)行貨物的出入庫(kù)作業(yè);接下來(lái)，我們就對(duì)其中最為核心的堆垛機(jī)設(shè)備，進(jìn)行相應(yīng)的介紹與說(shuō)明。

1 堆垛機(jī)的相關(guān)概念

1.1 堆垛機(jī)的工作原理

在立體倉(cāng)庫(kù)中，設(shè)置的有兩條巷道、兩臺(tái)堆垛機(jī)、四排高層貨架;其中每排貨架都是9列14層的，而且每個(gè)貨格都設(shè)置的有兩個(gè)托盤(pán)位，一共有1008個(gè)托盤(pán)位;在巷道中的堆垛機(jī)，都是由行走電機(jī)，采用驅(qū)動(dòng)軸的方式來(lái)帶動(dòng)車(chē)輪，以此在導(dǎo)軌上進(jìn)行水平移動(dòng);以及利用提升電機(jī)的鋼絲繩，來(lái)帶動(dòng)載貨臺(tái)，以此作垂直的升降移動(dòng);堆垛機(jī)工作原理，就是采用以上的幾種三維運(yùn)動(dòng)方式，來(lái)進(jìn)行貨位的取出與送入;其中，行走的認(rèn)址器、提升的認(rèn)址器，是用于控制堆垛機(jī)的水平行走位置，與載貨臺(tái)的升降位置的，而且在貨叉方向，可以采用相應(yīng)的接近開(kāi)關(guān)定位。

1.2 堆垛機(jī)控制的功能

（1）通訊功能：保持堆垛機(jī)與上位機(jī)以及其他倉(cāng)庫(kù)設(shè)備之間的通訊;

（2）三維動(dòng)作控制：控制堆垛機(jī)做水平、垂直、左右等方向上的運(yùn)動(dòng);

（3）位置控制;控制堆垛機(jī)以合理的速度進(jìn)行移動(dòng)，并且開(kāi)展精確的定位;

（4）保護(hù)功能：為堆垛機(jī)提供各種電氣與機(jī)械保護(hù)，讓其在進(jìn)行頻繁的高速運(yùn)動(dòng)時(shí)，不易有安全事故的發(fā)生，以此確保堆垛機(jī)的安全使用。

2 自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)堆垛機(jī)的控制與設(shè)計(jì)

2.1 控制系統(tǒng)的構(gòu)成

堆垛機(jī)的控制核心，一共有兩種方式：一是以單片機(jī)形式來(lái)控制，二是以可編程控制器為主來(lái)進(jìn)行控制;本此設(shè)計(jì)的自動(dòng)控制系統(tǒng)，采用的是S7-300PLC，并且因?yàn)榭紤]到CPU與HM I、CPU、上位機(jī)等之間的通訊問(wèn)題。所以，就至少需要使用2個(gè)通訊端口;除此之外，還選擇得有6ES7 321-lBL0O-0AA0、6ES7 322-lBL00-0AA0的輸入、輸出模塊;同時(shí)，還要在CPU中，設(shè)置2個(gè)通訊接口，以便采取多種通訊模式才可進(jìn)行;因此，在本此控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，采用的是一種自由口的模式，選取了PortI、HM等的通訊;其中，Por2將負(fù)責(zé)與紅外通訊器之間來(lái)進(jìn)行通訊;而自由口的通訊，建立于RS485的硬件基礎(chǔ)上，一種具備很多特色是通訊方式;在自由口的通訊過(guò)程中，用戶能夠?qū)τ谕ㄓ崊f(xié)議，進(jìn)行一些簡(jiǎn)單定義的設(shè)置;例如：數(shù)據(jù)長(zhǎng)度、奇偶校驗(yàn)等，還能夠讓用戶進(jìn)行的通訊功能程序的完全控制。

此外，選用OP3的操作面板，不僅是因?yàn)樗诠δ艿氖褂蒙厦?，十分的?jiǎn)單，而且在利用PROTOOL軟件來(lái)進(jìn)行編輯時(shí)、或者是在進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)操作的時(shí)候，都具有很大的便利性;為了能夠充分滿足，移動(dòng)設(shè)備與上位機(jī)間通訊的需要，在一般情況下，都會(huì)在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，使用這三種解決方案，它們分別為紅外器通訊、滑觸線通訊、無(wú)線射頻通訊;但又因必須考慮以下的因素：一是因?yàn)樵诮?jīng)過(guò)長(zhǎng)期通訊之后，滑觸線中的碳刷受到了一定程度的磨損，從而會(huì)導(dǎo)致對(duì)于通訊效果的影響;二是出于對(duì)經(jīng)濟(jì)性的考慮，因?yàn)橘?gòu)買(mǎi)無(wú)線射頻通訊器的價(jià)錢(qián)，遠(yuǎn)超于購(gòu)買(mǎi)紅外通訊器所花的金額;三是因?yàn)樵诒敬卧O(shè)計(jì)中，其立體倉(cāng)庫(kù)設(shè)置為冷藏庫(kù)，所以，在其現(xiàn)場(chǎng)就不會(huì)有的油粉塵等的嚴(yán)重污染，對(duì)于其通訊效果也不會(huì)產(chǎn)生什么干擾性的影響;因此，在最終的決定，采用的是紅外通訊的方式，圖1就是該方式下的控制系統(tǒng)的硬件配置圖。

2.2 系統(tǒng)工作的原理

①定位檢測(cè)。當(dāng)堆垛機(jī)中的可編程控制器，一旦收到來(lái)自操作面板與上位機(jī)，發(fā)出的存取的信號(hào)與地址之后，便會(huì)向指定方向的貨位，運(yùn)行;而認(rèn)址定位技術(shù)，就是確保堆垛機(jī)開(kāi)展精準(zhǔn)運(yùn)行的關(guān)鍵;目前，認(rèn)址技術(shù)有旋轉(zhuǎn)編碼器認(rèn)址、光電傳感器認(rèn)址、激光測(cè)距認(rèn)址等;而在本次的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，使用的便是光電傳感器認(rèn)址;因?yàn)樗粌H能夠較為簡(jiǎn)單的就實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的堆垛機(jī)運(yùn)行，而且還有單光電認(rèn)址與雙光電認(rèn)址，最重要的是其價(jià)格也比較合適。

在圖2所示的取貨認(rèn)址示意圖中，U型光電的開(kāi)關(guān)，由PH1、PH2、PH3來(lái)分別表示;而且它們都被安裝于堆垛機(jī)中，垂直運(yùn)行的載貨臺(tái)上，能夠跟著載貨臺(tái)，進(jìn)行上下的運(yùn)行;其中，認(rèn)址片則固定于堆垛機(jī)的立柱上;當(dāng)堆垛機(jī)在進(jìn)行作業(yè)時(shí)，取貨高度與放貨高度是一樣的，因?yàn)椴煌浳铮际菙[放于各個(gè)不同貨格的不同托盤(pán)中，而且在取貨時(shí)，貨叉由必須與每層的貨格臺(tái)面，保持一定的齊平，好讓貨叉能夠伸入托盤(pán)的凹槽中完成取貨;除此之外，在PLC程序中，還需設(shè)置C1、C2、C3等3個(gè)計(jì)數(shù)器，來(lái)對(duì)分別應(yīng)光，電開(kāi)關(guān)中的PH1、PH2、PH3;其中，對(duì)于PH3的光電開(kāi)關(guān)來(lái)說(shuō)，一旦其被認(rèn)址片遮擋1次，計(jì)數(shù)器的C3就會(huì)進(jìn)行1次計(jì)數(shù)，其中計(jì)數(shù)的規(guī)則為：上升一次就加1，下降一次就減1;在圖2中，表示的是整個(gè)PH2的認(rèn)址狀態(tài)和過(guò)程;由圖2可知，從（a）到（b），就表明PH2進(jìn)行了1次認(rèn)址，而計(jì)數(shù)器C2也就需要加1;當(dāng)取貨時(shí)，要想獲取目標(biāo)層的地址，就需將計(jì)數(shù)器C1與C2的數(shù)值之合，除以2得到的。

②變頻驅(qū)動(dòng)。在倉(cāng)庫(kù)里進(jìn)行貨物的存取工作時(shí)，可以根據(jù)目標(biāo)地址距離的具體情況，控制其萬(wàn)能開(kāi)關(guān)，將貨物置于水平方向，進(jìn)行前進(jìn)與后退的移動(dòng);其中，又包括了高速、中速、低速等擋位的行徑等級(jí)劃分。與此同時(shí)，也可利用另外的萬(wàn)能開(kāi)關(guān)，將貨物做垂直方向上的上升高速、上升低速、下降高速、下降低速等4個(gè)擋位的運(yùn)行。

在工作時(shí)，變頻器需要，依靠傳感器的信號(hào)檢測(cè)來(lái)進(jìn)行狀態(tài);而且電機(jī)只會(huì)進(jìn)行速度給定，不會(huì)反饋速度的具體數(shù)值;因此，開(kāi)環(huán)系統(tǒng)要想達(dá)到一定的精度，最關(guān)鍵的一步，便是要對(duì)傳感器，進(jìn)行準(zhǔn)確的定位檢測(cè);在目標(biāo)貨格的前個(gè)貨格中，便要開(kāi)始采取換速，因?yàn)榇藭r(shí)的變頻器，其輸出頻率已經(jīng)在逐漸地降低了;當(dāng)堆垛機(jī)在低速運(yùn)行時(shí)，可明顯看出因?yàn)槠鋺T性較小，所以其傳感器的檢測(cè)也非常的準(zhǔn)確，能夠較好的滿足精度定位的要求。

電機(jī)1有3種速度：1速、2速、3速，而且都可以進(jìn)行單獨(dú)的設(shè)定;與此同時(shí)，還能夠在變頻器中，進(jìn)行4、5、6、7等這4種的選擇設(shè)置;由于在變頻器的速度輸入中，只有3個(gè)端子;因此，得利用PLC的輸出點(diǎn)，對(duì)變頻器進(jìn)行控制;例如，將1速與2速、1速與3速、2速與3速、1速與2速與3速等組合，以此來(lái)構(gòu)成4速、5速、6速、7速，方便電機(jī)2中4個(gè)速度的啟用。

3 結(jié)語(yǔ)

在我國(guó)物流行業(yè)與生產(chǎn)行業(yè)的迅速發(fā)展之下，自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的功能要求與數(shù)量需求也在不斷地增長(zhǎng);為滿足我國(guó)物流與生產(chǎn)事業(yè)的平穩(wěn)化、智能化的發(fā)展趨勢(shì)，也必須不斷提高自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的設(shè)計(jì)水平與堆垛機(jī)的技術(shù);本文介紹了堆垛機(jī)的相關(guān)概念，其中包括堆垛機(jī)的工作原理、基本功能與其他功能、堆垛機(jī)控制的功能：通訊功能、三維動(dòng)作控制、位置控制、保護(hù)功能、人機(jī)界面;主要進(jìn)行自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)堆垛機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。希望可以為自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)堆垛機(jī)控制系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展，提供一定的參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉昌棋，董良.自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)沒(méi)計(jì)[M].機(jī)械二業(yè)出版社，2007.

[2]汪國(guó)春.自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)堆垛機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].起重運(yùn)輸機(jī)械，2008.

[3]碼占營(yíng).基于PLC的自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)運(yùn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].山東大學(xué)，2018（03）.

[4]黃學(xué)飛.中小型自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的智能管理控制系統(tǒng)研制[D].浙江大學(xué)，2017（08）.

基金項(xiàng)目：2019年度廣西壯族自治區(qū)中青年教師基礎(chǔ)能力提升項(xiàng)目《一種遙控高層立體存垛庫(kù)的研究與實(shí)驗(yàn)》（項(xiàng)目編號(hào)：2019KY1660）

作者簡(jiǎn)介：蒙重寶（1984—），男，壯族，廣西崇左人，碩士，講師，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)與制造。