廣州地鐵3號(hào)線自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)

楊登峰

(廣州市地下鐵道總公司運(yùn)營(yíng)總部,510310,廣州∥助理工程師)

廣州地鐵3號(hào)線自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)

楊登峰

(廣州市地下鐵道總公司運(yùn)營(yíng)總部,510310,廣州∥助理工程師)

自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)由監(jiān)控系統(tǒng)、堆垛機(jī)及輸送機(jī)三大系統(tǒng)所組成;系統(tǒng)之間又通過(guò)Profibus(現(xiàn)場(chǎng)總線)進(jìn)行連接,以實(shí)現(xiàn)信息傳輸,自動(dòng)作業(yè)。廣州地鐵3號(hào)線夏窖車輛段材料總庫(kù)是國(guó)內(nèi)地鐵首次采用此類設(shè)備的自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)。與傳統(tǒng)倉(cāng)庫(kù)相比,自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)能夠極大地提高工作效率,迅速地提取各類維修備品備件及物資,能夠更好地服務(wù)于運(yùn)營(yíng)維護(hù),同時(shí)還具有空間利用率高、節(jié)省人力等優(yōu)點(diǎn)。

自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù);監(jiān)控系統(tǒng);堆垛機(jī);輸送機(jī);可編程序控制器控制

Author's addressGuangzhou Metro Corporation,510310,Guangzhou,China

自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)由監(jiān)控系統(tǒng)、堆垛機(jī)以及輸送機(jī)三大系統(tǒng)所組成;系統(tǒng)之間又是通過(guò)Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線進(jìn)行連接,以實(shí)現(xiàn)信息傳輸,自動(dòng)作業(yè)。

1 監(jiān)控系統(tǒng)

自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)的后臺(tái)監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)是采用德國(guó)SIEMENS公司的工業(yè)控制軟件WINCC 6.0作為開(kāi)發(fā)工具來(lái)開(kāi)發(fā)的。它是整個(gè)立體倉(cāng)庫(kù)的信息樞紐,是實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的重要組成部分。監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)一方面負(fù)責(zé)采集和監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù),以清晰和準(zhǔn)確的畫面以及文字信息來(lái)描述現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備——堆垛機(jī)、輸送機(jī)的各個(gè)工位狀態(tài)和其他的各種信息,給操作人員良好的人機(jī)界面;另一方面,他依據(jù)采集到的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)并結(jié)合管理系統(tǒng)的作業(yè)命令,按照運(yùn)行時(shí)間最短、作業(yè)之間的合理配合,對(duì)作業(yè)的先后順序進(jìn)行優(yōu)化,并將其下發(fā)給輸送機(jī)和堆垛機(jī)。監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)顯示堆垛機(jī)的運(yùn)行信息,如圖1。

圖1 監(jiān)控系統(tǒng)顯示的堆垛機(jī)運(yùn)行信息

2 堆垛機(jī)系統(tǒng)

堆垛機(jī)系統(tǒng)以SIEMENS S7-200可編程控制器(PLC)為中心,通過(guò)采集外部端子信號(hào),并結(jié)合分析來(lái)自于上位機(jī)或操作員面板的預(yù)期目標(biāo)地址和相關(guān)其他作業(yè)信息,驅(qū)動(dòng)升降或水平變頻器作相應(yīng)的運(yùn)行,達(dá)到自動(dòng)出入的目的。其電氣裝置包括以電氣柜為主的內(nèi)部裝置和電氣柜以外的外部裝置。內(nèi)部裝置是堆垛機(jī)控制的核心部分,它包括可編程序控制器、變頻調(diào)速器、接觸器、繼電器等組成的控制回路和狀態(tài)顯示回路,其主要功能是使堆垛機(jī)正常工作,執(zhí)行操作人員的操作指令并返回相應(yīng)的顯示信號(hào)。外部裝置主要是電力輸送、信號(hào)傳遞、安全保護(hù)和堆垛機(jī)尺寸檢測(cè)等。操作者可以通過(guò)堆垛機(jī)的水平動(dòng)畫了解運(yùn)行狀態(tài),如圖2。

圖2 堆垛機(jī)水平動(dòng)畫

3 輸送機(jī)系統(tǒng)

輸送機(jī)控制系統(tǒng)由SIEMENS S7-300 PLC控制系統(tǒng)、TP觸摸屏操作界面、組態(tài)王組態(tài)控制系統(tǒng)、位置或狀態(tài)信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)、電氣控制柜、供電系統(tǒng)等組成。由于在每段輸送機(jī)上裝有紅外光電開(kāi)關(guān),當(dāng)貨物被傳送到輸送機(jī)上,通過(guò)紅外光電開(kāi)關(guān),系統(tǒng)能自動(dòng)控制輸送機(jī)的行走與到位停止,并將信號(hào)送給可編程序控制器。每一個(gè)升降臺(tái)上安裝有檢測(cè)其高低位的接近開(kāi)關(guān),用來(lái)控制升降臺(tái)的起升與下降。在輸送機(jī)入口處,安裝了外形尺寸檢測(cè)光電開(kāi)關(guān),用來(lái)檢測(cè)貨物是否超尺。若貨物超尺,托盤將被送到整理區(qū)去;若不超尺,就入庫(kù)。在輸送機(jī)出口處安裝有按鈕,用于出庫(kù)分揀完成后可以回庫(kù)的反饋信號(hào),還配有LED(發(fā)光二極管)電子顯示屏提示該出口的分揀信息。

輸送機(jī)的系統(tǒng)運(yùn)行畫面如圖3。

4 倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)中的PLC控制以及信號(hào)傳輸

在自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)中,堆垛機(jī)系統(tǒng)和輸送機(jī)這兩個(gè)系統(tǒng)是由PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)控制的。

堆垛機(jī)控制系統(tǒng)與變頻器連接如圖4所示。

另外一套輸送機(jī)系統(tǒng)的控制部分由SIEMENS S7-300 PLC的各功能模塊(中央處理CPU模塊、存儲(chǔ)模塊、通信模塊、數(shù)字輸入或輸出模塊)組合而成。在電氣控制柜下面設(shè)兩排接線端子,引進(jìn)系統(tǒng)外部位置或狀態(tài)檢測(cè)信號(hào),并為TP數(shù)字觸摸終端(屏)、固定條碼讀碼器和紅外光通信器以及各交流變頻調(diào)速器速度給定的中間繼電器等提供工作電源。

在整個(gè)自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)中,輸送機(jī)是作為一個(gè)信息交換的主戰(zhàn),而3臺(tái)堆垛機(jī)則通過(guò)Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線來(lái)實(shí)現(xiàn)與它的連接。連接模式如圖5。

下面以堆垛機(jī)的伸叉取貨為例,介紹系統(tǒng)的工作原理,同時(shí)對(duì)堆垛機(jī)伸叉時(shí)對(duì)位不準(zhǔn)的故障進(jìn)行PLC控制程序方面的分析。

如圖6所示,驅(qū)動(dòng)堆垛機(jī)行走電機(jī)M1和驅(qū)動(dòng)貨叉伸縮取卸托盤的貨叉電機(jī)M3都由同一個(gè)變頻器BPQI供電,轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向則由PLC通過(guò)變頻器控制。M1和M2分別由接觸器1C和3C控制,1C和3C通過(guò)其常閉觸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)電氣互鎖 。

圖3 輸送機(jī)的系統(tǒng)運(yùn)行畫面

圖4 堆垛機(jī)控制系統(tǒng)與變頻器連接示意圖

圖5 堆垛機(jī)與Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線的連接示意圖

正常運(yùn)行順序?yàn)?堆垛機(jī)由M1驅(qū)動(dòng)行走至目標(biāo)位置,得運(yùn)行對(duì)準(zhǔn)信號(hào)后,由PLC控制變頻器停止輸出,讓接觸器1C復(fù)位,這時(shí)停止在運(yùn)行對(duì)準(zhǔn)位置上。約3 s后,執(zhí)行貨叉伸出取卸托盤貨物的動(dòng)作。即讓接觸器3C吸合,變頻器輸出合適轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)向的電源,驅(qū)動(dòng)M3電機(jī)執(zhí)行伸叉取卸貨的動(dòng)作。

若接觸器1C復(fù)位不良,延時(shí)超過(guò) 3 s后才復(fù)位,那么執(zhí)行貨叉伸出取卸托盤貨物的動(dòng)作時(shí),變頻器輸出的電就會(huì)被誤送到驅(qū)動(dòng)堆垛機(jī)行走的電機(jī)M1,使堆垛機(jī)重新行走,偏離已運(yùn)行對(duì)準(zhǔn)的目標(biāo)位置。接觸器1C復(fù)位后,接觸器3C吸合,驅(qū)動(dòng)M3電機(jī)執(zhí)行伸叉取卸貨的動(dòng)作,結(jié)果貨叉伸出的位置不對(duì),甚至回造成碰撞等嚴(yán)重后果。

下面以2007年一次對(duì)位不準(zhǔn)故障為例,分析堆垛機(jī)對(duì)位不準(zhǔn)時(shí),貨叉為何還能執(zhí)行伸叉取卸貨的動(dòng)作。

圖6 變頻器BPQ1與電機(jī)連接電路圖

相關(guān)語(yǔ)句表如下:

SUBROUTINEBLOCK取貨:SBR0 Network 3 Netw ork 4 LD 左中位 LDN 去入出口A 右中位 AN 貨叉向左AN 叉在端位 AN 出左AN 左伸 AN 右端位

AN 右伸 AN 叉在端位AN 向左縮 A 升降對(duì)準(zhǔn)1 AN 向右縮 A 升降對(duì)準(zhǔn)2 AN 貨叉控制(Q0.2) A 運(yùn)行對(duì)準(zhǔn)1(I2.1)A T103 A 運(yùn)行對(duì)準(zhǔn)2(I2.2)AN 升降對(duì)準(zhǔn)4 A 伸差條件AN 貨臺(tái)速度1 S 貨叉控制(Q0.2),1 AN 貨臺(tái)速度2 S 右伸,1 AN 貨臺(tái)上升 R V100.2,1 AN 貨臺(tái)下降 S 參數(shù)切換,1 A 運(yùn)行對(duì)準(zhǔn)1(I2.1) S 加速度選擇,1 A 運(yùn)行對(duì)準(zhǔn)2(I2.2)Network 5 A 升降對(duì)準(zhǔn)1 LD 右伸A 升降對(duì)準(zhǔn)2 A 升降對(duì)準(zhǔn)1 AN 多速1 A 升降對(duì)準(zhǔn)2 AN 多速3 A 運(yùn)行對(duì)準(zhǔn)1(I2.1)AN 多速2 A 運(yùn)行對(duì)準(zhǔn)2(I2.2)= 伸叉條件 AN 貨叉向左S 取貨執(zhí)行標(biāo)志,1 A 貨叉控制(Q0.2)AN 叉在端位A T110 S 多速1,2 S 貨叉向右(Q1.2),1

從語(yǔ)句表Network 3知,當(dāng)堆垛機(jī)行走對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)時(shí),運(yùn)行對(duì)準(zhǔn)1(I2.1)、運(yùn)行對(duì)準(zhǔn)2(I2.2)輸入有效,變量“伸叉條件”才可能有效,因?yàn)橛玫氖恰?”即out指令。反之,當(dāng)堆垛機(jī)行走偏離目標(biāo)時(shí),運(yùn)行對(duì)準(zhǔn)1(I2.1)、運(yùn)行對(duì)準(zhǔn)2(I2.2)輸入無(wú)效,變量“伸叉條件”不可能有效。

從語(yǔ)句表Network 4～5知,雖然運(yùn)行對(duì)準(zhǔn)1(I2.1)、運(yùn)行對(duì)準(zhǔn)2(I2.2)和變量“伸差條件”都必須滿足有效,貨叉控制(Q0.2)和貨叉向右(Q1.2)才有可能被置位輸出。但由于用的是“S”置位指令,即堆垛機(jī)行走對(duì)準(zhǔn)目標(biāo),使運(yùn)行對(duì)準(zhǔn)1(I2.1)、運(yùn)行對(duì)準(zhǔn)2(I2.2)和變量“伸差條件”都滿足有效,其它條件也具備,貨叉控制(Q0.1)和貨叉向右(Q0.2)被置位輸出。假設(shè)某原因使堆垛機(jī)行走偏離目標(biāo),運(yùn)行對(duì)準(zhǔn)1(I2.1)或運(yùn)行對(duì)準(zhǔn)2(I2.2)無(wú)效,貨叉控制(Q0.1)和貨叉向右(Q0.2)不會(huì)因此而復(fù)位不輸出,而要等到控制它們的“R”復(fù)位指令它們才復(fù)位停止輸出。而原來(lái)整個(gè)程序的貨叉控制(Q0.1)和貨叉向右(Q0.2)的“R”復(fù)位指令都與運(yùn)行對(duì)準(zhǔn)1(I2.1)或運(yùn)行對(duì)準(zhǔn)2(I2.2)無(wú)關(guān) 。因此,貨叉控制(Q0.1)和貨叉向右(Q0.2)置位輸出不會(huì)因運(yùn)行對(duì)準(zhǔn)1(I2.1)或運(yùn)行對(duì)準(zhǔn)2(I2.2)變成不再被滿足有效而復(fù)位不輸出。

具體到本故障,當(dāng)堆垛機(jī)行走對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)時(shí),運(yùn)行對(duì)準(zhǔn)1(I2.1)、運(yùn)行對(duì)準(zhǔn)2(I2.2)輸入有效,讓貨叉控制(Q0.1)和貨叉向右(Q0.2)被置位輸出。但由于接觸器1C因粘連而沒(méi)有復(fù)位,變頻器輸出的電能就通過(guò)接觸器1C驅(qū)動(dòng)行走電機(jī)M1,使堆垛機(jī)行走偏離目標(biāo)位置,這時(shí)雖運(yùn)行對(duì)準(zhǔn)1(I2.1)或運(yùn)行對(duì)準(zhǔn) 2(I2.2)輸入無(wú)效,但貨叉控制(Q0.1)和貨叉向右(Q0.2)不會(huì)因此被復(fù)位而停止輸出。直到接觸器1C復(fù)位,接觸器3C吸合,貨叉伸出,因位置不對(duì)撞到物體造成電流增大,最后觸發(fā)過(guò)載保護(hù)而停機(jī)。

針對(duì)原程序有這種潛在的弊端,一方面對(duì)程序作了修改,使系統(tǒng)只要有其中一個(gè)運(yùn)行對(duì)準(zhǔn)檢測(cè)開(kāi)關(guān)沒(méi)對(duì)準(zhǔn),馬上讓驅(qū)動(dòng)貨叉伸出的指令復(fù)位。也就是在PLC主程序模塊的Network 93加入以下指令:

另一方面更換了接觸器,從硬件上消除粘連停滯的隱患,從而使系統(tǒng)達(dá)到安全運(yùn)行的目的 。

5 結(jié)語(yǔ)

整套設(shè)備采用國(guó)外先進(jìn)技術(shù)和多次投入使用的成熟軟件,提高了系統(tǒng)的可靠性,保證物流的通暢性,使運(yùn)輸快速平穩(wěn)。廣州地鐵3號(hào)線在使用以及維護(hù)這套設(shè)備的過(guò)程中,對(duì)其進(jìn)行了深入的研究,使整個(gè)系統(tǒng)的控制模式在自動(dòng)控制的應(yīng)用實(shí)例中也屬經(jīng)典,很有學(xué)習(xí)和研究?jī)r(jià)值。

Automated Warehouse of Guangzhou Metro Line 3

Yang Dengfeng

The automated warehouse designed and manufactured by Beijing Gaoko Storage Equipment Research Institute came intoservice for Guangzhou Metro Line 3 depot at the end of 2006,it is the first time that such equipment is applied to metro in China.Compared with the traditional warehouse,automated warehouse can greatly improve the work efficiency,extract rapidly various forms of maintenance spare parts and materials,and serve the operation and maintenance better.At the same time,automated warehouse has advantages in higher utilization rate of space and less waste of labors.

automated warehouse;supervisory system;stacker;conveyor;control of programmable logic controller

U 231+.92

2009-12-23)