起重設(shè)備在港口備件智能化倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)中的應(yīng)用

張瓊　劉暢　趙旭朝

摘要：隨著社會(huì)的進(jìn)步，各行各業(yè)對(duì)倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)的智能化要求越來越高，系統(tǒng)控制要求越來越復(fù)雜。傳統(tǒng)的起重設(shè)備已經(jīng)難以滿足目前倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè)的智能化需要。本文以港口設(shè)備備品備件倉(cāng)儲(chǔ)為背景，闡述了起重設(shè)備在智能化倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)復(fù)雜控制要求下的應(yīng)用。不僅解決了倉(cāng)儲(chǔ)起重設(shè)備選擇的難題，也解決了如何利用起重設(shè)備實(shí)現(xiàn)高效智能倉(cāng)儲(chǔ)的問題，為備品備件智能化倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)提供了全新的解決方案。

關(guān)鍵詞：起重設(shè)備；倉(cāng)儲(chǔ)；PLC；智能化

中圖分類號(hào)：U693+.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-7973（2016）03-0064-03

隨著港口的不斷建設(shè)與快速發(fā)展，港口的規(guī)模不斷擴(kuò)大，設(shè)備種類不斷增多。通常散貨港口系統(tǒng)設(shè)備工藝流程復(fù)雜，參與運(yùn)行的設(shè)備數(shù)量多，備品備件數(shù)量規(guī)格較多，存儲(chǔ)場(chǎng)地占用面積大，需要智能化倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)及相應(yīng)的采購(gòu)、配送等體系，來提高效率節(jié)約成本。在智能化倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)中，起重設(shè)備是不可或缺的組成部分，而針對(duì)港口備件的智能倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)中，起重設(shè)備的選用及控制有自身的特點(diǎn)。本文主要闡述了在港口備件智能化倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)中起重設(shè)備的選擇及應(yīng)用，結(jié)合起重設(shè)備電控系統(tǒng)的發(fā)展方向，分析其在港口備件倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)中的前景。

1背景

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，現(xiàn)代化港口中各種設(shè)備及技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛，自動(dòng)化程度越來越高。通常散貨港口的工藝流程比較復(fù)雜，涉及到的系統(tǒng)多、設(shè)備多、技術(shù)要求高。港口設(shè)備一般要求能夠連續(xù)作業(yè)，一旦出現(xiàn)故障停機(jī)，時(shí)間越長(zhǎng)經(jīng)濟(jì)損失越大。在現(xiàn)代化港口的管理工作中，設(shè)備的維修與管理是保證設(shè)備運(yùn)行效率和安全的基本條件，各大港口企業(yè)高度重視，因而突顯了港口設(shè)備備品備件在港口運(yùn)行過程中的重要性。

港口設(shè)備備品備件要求專業(yè)性和及時(shí)性，通過建立港口備件智能化倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)，滿足港口設(shè)備維修對(duì)備品備件的需求，縮短響應(yīng)周期，提高工作效率。

2總體工藝設(shè)計(jì)

港口備件智能化倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)是將智能倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)運(yùn)用到港口備件的存儲(chǔ)上，針對(duì)于港口備件的特點(diǎn)，選擇合適的存儲(chǔ)方式和設(shè)備，制定合理高效安全的管理調(diào)度策略。典型的倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)主要由貨物儲(chǔ)存系統(tǒng)、貨物存取和傳送系統(tǒng)、控制和管理等三大系統(tǒng)組成，還有與之配套的供電系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、消防報(bào)警系統(tǒng)、稱重系統(tǒng)、信息系統(tǒng)等。廣義上說，港口的集裝箱堆場(chǎng)智能化管理也屬于智能倉(cāng)儲(chǔ)的一方面，而針對(duì)港口備件的智能倉(cāng)儲(chǔ)，主要是自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)、垂直升降智能貨柜等，以及條碼技術(shù)、ERP系統(tǒng)、GPS/GIS、RFID等技術(shù)的使用。

起重設(shè)備在貨物傳送中起著重要的作用。港口設(shè)備的備品備件，大到電機(jī)、機(jī)械結(jié)構(gòu)，小到螺絲、墊片，存儲(chǔ)的要求各不相同的。對(duì)于大型的設(shè)備，需要用到的起重設(shè)備一般是傳統(tǒng)的電動(dòng)葫蘆、橋式起重機(jī)等。對(duì)于小型設(shè)備，運(yùn)用不同的包裝運(yùn)輸容器，能夠存儲(chǔ)在自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)中，起重設(shè)備主要是堆垛起重機(jī)。

3主要起重設(shè)備介紹

起重設(shè)備是一種以間歇的作業(yè)方式對(duì)物料進(jìn)行起升、下降和水平移動(dòng)的裝卸機(jī)械設(shè)備，以滿足貨物的裝卸、轉(zhuǎn)載等作業(yè)要求。起重運(yùn)輸設(shè)備貫穿著倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)的整個(gè)工藝流程，貨物入庫(kù)運(yùn)輸至指定存放位置，再?gòu)拇娣盼恢萌〕觯际怯善鹬剡\(yùn)輸設(shè)備執(zhí)行的。前面提到了針對(duì)不同類型的貨物，存儲(chǔ)要求不同，起重設(shè)備的需求也不盡相同，常見的起重設(shè)備主要有懸掛式起重機(jī)、橋式起重機(jī)和堆垛起重機(jī)等。在備件倉(cāng)儲(chǔ)中使用的起重設(shè)備主要參數(shù)有起重量、起升高度、跨度、起升速度、運(yùn)行速度、生產(chǎn)率、工作級(jí)別等。

3.1電動(dòng)葫蘆

3.1.1主要特點(diǎn)

電動(dòng)葫蘆是一種特種輕小型起重設(shè)備，電動(dòng)葫蘆具有體積小，自重輕，操作簡(jiǎn)單，使用方便等特點(diǎn)，在倉(cāng)儲(chǔ)場(chǎng)所有著廣泛的應(yīng)用。起重量一般為0.1～80噸，起升高度為3～30米，工作級(jí)別為M3/M4。

電動(dòng)葫蘆結(jié)構(gòu)緊湊，將電動(dòng)機(jī)、制動(dòng)裝置和運(yùn)行小車等結(jié)構(gòu)集成為一個(gè)整體，采用機(jī)電一體化設(shè)計(jì)。電動(dòng)葫蘆起重量有限，水平移動(dòng)在橫梁的范圍內(nèi)，主要是由線控、遙控等人工手動(dòng)操作，一般無精確定位要求。

3.1.2實(shí)際應(yīng)用

因?yàn)殡妱?dòng)葫蘆的起重量局限及自動(dòng)化智能化程度較低，在港口備件智能化倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)中并非主要的起重設(shè)備，更多是在其他起重設(shè)備不適用的情況下，作為橋式起重機(jī)與堆垛起重機(jī)的補(bǔ)充，通過人工控制進(jìn)行貨物起重運(yùn)輸?shù)墓ぞ摺?/p>

3.2橋式起重機(jī)

3.2.1主要特點(diǎn)

橋式起重機(jī)是橫架于倉(cāng)庫(kù)、料場(chǎng)上空進(jìn)行物料吊運(yùn)的起重設(shè)備，依靠起升機(jī)構(gòu)和在水平面內(nèi)兩個(gè)相互垂直方向移動(dòng)的運(yùn)行機(jī)構(gòu)，能在矩形場(chǎng)地及其上空作業(yè)，是一種廣泛使用的起重運(yùn)輸機(jī)械。它具有承載能力大，工作可靠性高，制造工藝相對(duì)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。

橋式起重機(jī)一般由大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)、起升機(jī)構(gòu)和小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)組成，具有獨(dú)立的電控系統(tǒng)，設(shè)有司機(jī)室。起升機(jī)構(gòu)用來垂直升降物品，小車用來帶著載荷作橫向移動(dòng)，以達(dá)到在跨度內(nèi)和規(guī)定高度內(nèi)組成的三維空間里做搬運(yùn)和裝卸貨物用，其額定起重量可到500噸。橋式起重機(jī)相對(duì)于電動(dòng)葫蘆，起重量、跨度等參數(shù)都較大，工作級(jí)別較高。

3.2.2實(shí)際應(yīng)用

橋式起重機(jī)在倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)中，主要用來運(yùn)輸噸位高的貨物，運(yùn)用吊具，進(jìn)行大型設(shè)備或整裝貨物的裝卸。橋式起重機(jī)需要根據(jù)倉(cāng)儲(chǔ)場(chǎng)所的實(shí)際需要、建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)、安裝，并不是所有的倉(cāng)儲(chǔ)場(chǎng)合都適合配備橋式起重機(jī)。

通過起重量等需求，計(jì)算輪壓，結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)，確定是否需要配備橋式起重機(jī)、以及橋式起重機(jī)的具體參數(shù)。根據(jù)智能化的需要，橋式起重機(jī)的控制能夠?qū)崿F(xiàn)無人化、遙控操作，起升機(jī)構(gòu)、大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)、小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)都能夠?qū)崿F(xiàn)精確定位。

3.3堆垛起重機(jī)

3.3.1主要特點(diǎn)

堆垛起重機(jī)是用貨叉或串桿攫取、搬運(yùn)和堆垛以及從高層貨架上存取單元貨物的專用起重機(jī)。它是一種倉(cāng)儲(chǔ)專用設(shè)備，主要分為橋式堆垛起重機(jī)和巷道式堆垛起重機(jī)兩種。針對(duì)于倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)的特點(diǎn)和要求，堆垛起重機(jī)的自動(dòng)化程度一般較高。

橋式堆垛起重機(jī)是在橋式起重機(jī)的基礎(chǔ)上結(jié)合叉車的特點(diǎn)發(fā)展起來的一種機(jī)械設(shè)備。在從小車懸垂下來的剛性立柱上有可升降的貨叉，立柱可繞垂直中心線性轉(zhuǎn)動(dòng)，因此貨架間需要的巷道寬度比叉車作業(yè)時(shí)所需要的小。這種起重機(jī)支承在兩側(cè)高架軌道上運(yùn)行，除一般單元貨物外還可堆運(yùn)長(zhǎng)物件。立柱可以是單節(jié)或多節(jié)伸縮式。單節(jié)立柱結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、較輕，但不能跨越貨垛和其他障礙物，主要適用于有貨架的倉(cāng)庫(kù)。多節(jié)伸縮式一般有2～4節(jié)立柱，可以跨越貨垛，因此也可用于單元貨物直接堆碼成垛的無架倉(cāng)庫(kù)。額定起重量一般為0.5～5噸，有的可達(dá)20噸，主要用于高度在12米以下、跨度在20米以內(nèi)的倉(cāng)庫(kù)。

巷道式堆垛起重機(jī)專用于高架倉(cāng)庫(kù)，有軌巷道堆垛起重機(jī)是隨著立體倉(cāng)庫(kù)的出現(xiàn)而發(fā)展起來的專用起重機(jī)。堆垛機(jī)是立體倉(cāng)庫(kù)中最重要的起重運(yùn)輸設(shè)備，是代表立體倉(cāng)庫(kù)特征的標(biāo)志。采用這種起重機(jī)的倉(cāng)庫(kù)高度可達(dá)45米。起重機(jī)在貨架之間的巷道內(nèi)運(yùn)行，主要用于搬運(yùn)裝在托盤上或貨箱內(nèi)的單元貨物；也可開到相應(yīng)的貨格前，按出庫(kù)要求揀選貨物出庫(kù)。巷道式堆垛起重機(jī)由起升機(jī)構(gòu)、運(yùn)行機(jī)構(gòu)、控制系統(tǒng)和機(jī)架等組成。機(jī)架有一根或兩根立柱，貨臺(tái)沿立柱升降。貨臺(tái)上的貨叉可以伸向巷道兩側(cè)的貨格存取物品，巷道寬度比貨物或起重機(jī)寬度大15～20厘米。起重量一般在2噸以下，最大達(dá)10噸。起升速度為15～25米，分，有的可達(dá)50米份。起重機(jī)運(yùn)行速度為60～100米份，最大達(dá)180米份。貨叉伸縮速度為5～15米/分，最大可達(dá)30米/分。

3.3.2實(shí)際應(yīng)用

堆垛起重機(jī)是整個(gè)自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的核心設(shè)備，也是智能化倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)的重要組件。通過手動(dòng)操作、半自動(dòng)操作或全自動(dòng)操作實(shí)現(xiàn)貨物的運(yùn)輸。

根據(jù)倉(cāng)儲(chǔ)的需要，結(jié)合立體倉(cāng)庫(kù)的設(shè)計(jì)，確定堆垛機(jī)的形式、參數(shù)。根據(jù)倉(cāng)庫(kù)的流量要求，計(jì)算出堆垛機(jī)的水平速度、提升速度及貨叉速度。根據(jù)要求和需要選定堆垛機(jī)的定位、通訊方式，配置可高可低，視具體情況而定。

運(yùn)用堆垛起重機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)高速堆垛，自由位置設(shè)定，無中斷的連續(xù)堆垛。減少人工參與，提高生產(chǎn)效率。

4起重設(shè)備與智能化倉(cāng)儲(chǔ)管理的接口

4.1起重設(shè)備控制系統(tǒng)

所有的起重設(shè)備都有控制系統(tǒng)，通過控制系統(tǒng)，可以改變起重機(jī)的運(yùn)動(dòng)特性，實(shí)現(xiàn)各機(jī)構(gòu)的起動(dòng)、變速、變向、制動(dòng)、停止，從而完成起重機(jī)的工作任務(wù)。

如橋式起重機(jī)、堆垛起重機(jī)，早期都需要配置司機(jī)室，通過人工操作控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)起重機(jī)的控制。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)監(jiān)控、自動(dòng)跟蹤、檢測(cè)智能化、高效自動(dòng)定位運(yùn)行，起重設(shè)備從司機(jī)在司機(jī)室操作，逐步實(shí)現(xiàn)遙控操作，甚至是現(xiàn)場(chǎng)無人化操作。

4.2管控一體化

智能化倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)是物流輸送的核心，通過倉(cāng)儲(chǔ)量、庫(kù)位等數(shù)據(jù)建立數(shù)學(xué)模型，不斷優(yōu)化算法、模型，使得物流輸送的智能化水平越來越高。何時(shí)、何地存取何種貨物，智能化倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)發(fā)出管理命令，起重設(shè)備可以直接接受命令，通過其控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)存取。智能化不僅是通過出入庫(kù)管理、優(yōu)化算法、大數(shù)據(jù)分析來實(shí)現(xiàn)的管理智能化，還包括控制的自動(dòng)化。控制系統(tǒng)化由管理系統(tǒng)對(duì)起重設(shè)備的控制來實(shí)現(xiàn)，是實(shí)現(xiàn)智能化倉(cāng)儲(chǔ)不可或缺的環(huán)節(jié)。

管理系統(tǒng)下達(dá)將貨物將A處貨物運(yùn)載至B處的命令，起重設(shè)備的控制系統(tǒng)將命令轉(zhuǎn)化為起升機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)的位移，通過行走認(rèn)址器、提升認(rèn)址器等定位系統(tǒng)，結(jié)合安全保護(hù)裝置，以特定的速率運(yùn)行至目標(biāo)位置存取，實(shí)現(xiàn)起重設(shè)備運(yùn)行的自動(dòng)化、智能化。

5起重設(shè)備電控系統(tǒng)的發(fā)展

隨著科技的發(fā)展，越來越多的先進(jìn)技術(shù)逐漸在起重設(shè)備的電控系統(tǒng)中使用。起重設(shè)備由最早的人工滑輪，到如今各式大型起重機(jī)械。電控系統(tǒng)以電機(jī)調(diào)速起動(dòng)來說，從較早的轉(zhuǎn)子切電阻到變頻器的使用，多傳動(dòng)技術(shù)、交流伺服電機(jī)等等各種新技術(shù)的使用，系統(tǒng)的穩(wěn)定性也大大提高。定位從人工觀察，到接近開關(guān)、刻度標(biāo)尺、射頻識(shí)別定位，技術(shù)不斷發(fā)展中，生產(chǎn)效率不斷提高。操作控制由傳統(tǒng)的繼電器硬線聯(lián)鎖，到單片機(jī)、PLC，DCS與集中控制相結(jié)合。

起重設(shè)備電控系統(tǒng)向著精確控制、節(jié)能環(huán)保的大方向發(fā)展，自動(dòng)化程度越來越高。

6結(jié)束語

起重設(shè)備的能力直接影響著倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)的周轉(zhuǎn)效率。針對(duì)港口備件倉(cāng)庫(kù)的特點(diǎn)在智能化倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)中使用合適的起重設(shè)備，將起重設(shè)備的控制系統(tǒng)結(jié)合到智能倉(cāng)儲(chǔ)的管理中，能夠使倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)的效益最大化。將起重行業(yè)、工控行業(yè)的新技術(shù)、新產(chǎn)品運(yùn)用到倉(cāng)儲(chǔ)起重設(shè)備中，能夠進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率，節(jié)約成本。港口備件智能倉(cāng)儲(chǔ)是新思路下的產(chǎn)物，需要結(jié)合不同領(lǐng)域的設(shè)備特點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)，最終目標(biāo)是建成適合于生產(chǎn)運(yùn)行的智能化倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)。