堆垛機(jī)速度優(yōu)化控制研究

2010-12-31 00:00:00呂全海

職業(yè)·下旬 2010年11期

倉(cāng)儲(chǔ)物流系統(tǒng)中，堆垛機(jī)是主體，而堆垛機(jī)的速度控制則是整個(gè)系統(tǒng)控制的關(guān)鍵。堆垛機(jī)的運(yùn)行速度與倉(cāng)庫(kù)的生產(chǎn)效率密切相關(guān)。堆垛機(jī)在巷道中主要有以下運(yùn)動(dòng):堆垛機(jī)沿巷道的前后運(yùn)動(dòng)、載貨臺(tái)沿立柱的上下運(yùn)動(dòng)和貨叉左右伸縮以存取貨的運(yùn)動(dòng)。

在小型倉(cāng)儲(chǔ)物流系統(tǒng)中一般采用相對(duì)認(rèn)址的方式，相對(duì)認(rèn)址的優(yōu)點(diǎn)是成本低，但是穩(wěn)定性不是很好。

堆垛機(jī)的速度控制系統(tǒng)是倉(cāng)儲(chǔ)物流系統(tǒng)中的核心部分，只有達(dá)到最好的運(yùn)行效果，才能達(dá)到最好的認(rèn)址，從而提高整個(gè)系統(tǒng)的效率和精度。堆垛機(jī)的控制系統(tǒng)選用德國(guó)西門(mén)子可編程控制器，Siemens 440變頻器以及若干電機(jī)等組，電機(jī)分別用來(lái)驅(qū)動(dòng)堆垛機(jī)前后運(yùn)動(dòng)、載貨臺(tái)升降以及貨叉的伸縮運(yùn)動(dòng)。

一、堆垛機(jī)的速度控制方式選擇

堆垛機(jī)的貨叉運(yùn)動(dòng)由可編程控制器直接控制，由于其運(yùn)行路程較短，故采用恒低速控制，載貨臺(tái)用雙速電機(jī)進(jìn)行變速，高速為5～10m/min，接近貨位前一地址時(shí)速度降為3m/min。堆垛機(jī)沿巷道的前后運(yùn)動(dòng)，行程長(zhǎng)，為了提高出入庫(kù)頻率，采用變頻調(diào)速進(jìn)行控制。

二、堆垛機(jī)的運(yùn)行曲線

堆垛機(jī)運(yùn)行一般由高速、中速到爬行速度，直至最后停車(chē)，爬行速度就是我們一般所說(shuō)的低速。其速度曲線如圖1所示。

圖1所示的理想運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的運(yùn)行曲線圖有以下的特點(diǎn):

在0～T1、T2～T3時(shí)，曲線不是直線，而是拋物線，只有是拋物線的狀態(tài)下堆垛機(jī)才能實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的快速啟動(dòng)和制動(dòng)，并且不易發(fā)生故障。堆垛機(jī)的高速、中速通常由運(yùn)行驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的特性及出入庫(kù)頻率決定，而爬行速度一般是以滿足停準(zhǔn)精度為目的進(jìn)行估算。結(jié)合確定最佳爬行速度的公式，本文中確定的高速是20m/min，中速是10 m/min，爬行速度即低速是5 m/min。

現(xiàn)階段，小型倉(cāng)儲(chǔ)物流系統(tǒng)一般采用梯形速度控制曲線，這種情況下，在速度的拐點(diǎn)處，加速度和速度變化率將會(huì)是無(wú)窮大(正或負(fù))，在其它時(shí)刻則為零。為了避免這種情況的出現(xiàn)，我們?cè)谟布蛙浖戏謩e采取一定的措施來(lái)盡量的達(dá)到圖1中理想的效果。

三、堆垛機(jī)的變頻調(diào)速控制及其軟硬件的實(shí)現(xiàn)

1.軟件的實(shí)現(xiàn)

可編程控制器(PLC)根據(jù)貨單計(jì)算目標(biāo)地址和堆垛機(jī)位置之差n，然后控制變頻器的運(yùn)行速度。我們可以假設(shè)目標(biāo)地址到堆垛機(jī)的距離為n。列出圖2的PLC控制程序流程圖。

圖2 PLC控制程序流程圖

2.硬件的實(shí)現(xiàn)

堆垛機(jī)的加速度變化規(guī)律即為電動(dòng)機(jī)的電流變化率，通過(guò)對(duì)電動(dòng)機(jī)電流的最優(yōu)控制可以實(shí)現(xiàn)對(duì)堆垛機(jī)速度的最優(yōu)控制。采用Siemens 440 變頻器來(lái)控制電機(jī)的啟動(dòng)以控制堆垛機(jī)的制動(dòng)，改變電動(dòng)機(jī)的電流以改變堆垛機(jī)的加速度來(lái)實(shí)現(xiàn)堆垛機(jī)的速度控制。根據(jù)圖1可以知道:應(yīng)該避免設(shè)定值信號(hào)出現(xiàn)突然的變化情況，采用具有圓弧時(shí)間的斜坡曲線對(duì)堆垛機(jī)的速度進(jìn)行控制，減少啟動(dòng)和制動(dòng)時(shí)對(duì)機(jī)械設(shè)備的沖擊應(yīng)力和損壞。但采用斜坡曲線的缺點(diǎn)是堆垛機(jī)啟動(dòng)和制動(dòng)的時(shí)間相應(yīng)地會(huì)增加。

在使用Siemens 440的時(shí)候，可以進(jìn)行如下設(shè)置:

P1130=5.0，斜坡上升起始段圓弧時(shí)間，在圖1中即為0～T1;

P1131=5.0，斜坡上升結(jié)束段圓弧時(shí)間，在圖1中即為T(mén)2～T3;

P1134=0，表示連續(xù)平滑(無(wú)突變)。

上述設(shè)置中圓弧時(shí)間的時(shí)間單位是秒。

P1002=5m/min;

P1003=10m/min;

P1004=20m/min。

在機(jī)械上我們采取以下的措施以防止堆垛機(jī)在啟動(dòng)或者制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的共振和噪聲，以達(dá)到堆垛機(jī)在最佳運(yùn)行曲線運(yùn)行的最好效果;

因?yàn)槎讯鈾C(jī)、貨架和運(yùn)行軌道是一個(gè)有機(jī)的整體，為避免共振，三者應(yīng)該采取不同方式的特殊隔振措施;

堆垛機(jī)整體構(gòu)件設(shè)計(jì)均采用型材，以提高剛度，減輕自重;

合理設(shè)計(jì)軸系結(jié)構(gòu)，避免共振的轉(zhuǎn)速。