物流倉儲系統中堆垛機相關電氣選型及應用

黃鵬

摘要：堆垛機是自動化立體倉庫的主要設備，根據實際經驗分析物流倉儲系統中，加強堆垛機相關電氣元件的選型、應用，提高物流倉儲生產效率以及企業效益。本文結合工作實踐，對物流倉儲系統中堆垛機相關電氣選型及應用進行了探討分析。

關鍵詞：物流倉儲；立體庫；堆垛機

現代物流倉儲系統中，立體庫為必不可少的核心組成部分，而立體庫的核心設備則為堆垛機。堆垛機種類繁多，由于終端客戶注重的側重點不同，市面上堆垛機的方案也各不相同，電氣選型方案越來越具有針對性，許多電氣元件都是進口設備，價格高，訂貨周期長所以合理選型和前期設計尤為重要。

一、物流倉儲系統中堆垛機電氣選型方案主要有以下幾個方面：

1.可編程控制器：堆垛機總的來說是一個單體設備，執行程序并不復雜，復雜的是算法，而算法主要是WMS二級軟件來進行的。從這方面來說，堆垛機的PLC不需要選太高端的。但是如果要求生產節拍較快，迅速精準定位，將二次定位的影響降到最低的話，建議也不要選太低端的PLC。例如西門子的S7-1200響應時間就有可能達不到要求。

2.電機控制器：變頻器或者伺服驅動器。堆垛機有單驅動、雙驅動、單貨叉、雙貨叉、單伸位、雙伸位幾類。常見堆垛機運動軌跡基本分為XYZ三個坐標軸。X軸為巷道中整體運動軌跡，相對應運動到立體庫的不同列，X軸由單電機驅動則叫單驅動。Y軸為載貨臺垂直運動軌跡，相對應到立體庫的不同層；z軸為貨叉的運動軌跡，相對應立體庫的貨位內和貨位外，兩個貨叉叫做雙貨叉，貨叉相對于原點既可以前伸又可以后伸叫做雙伸位。正常情況下，由于堆垛機較重，屬于拖動型重型負載，為保證生產節拍，速度和加速度都要求較大，在加速過程中的運行電流也會較大。所以在選擇電機對應的變頻器時，應在考慮成本的同時，充分考慮放量。對加速度和響應時間要求較高的情況，可以用伺服驅動器，軸數多的話，可以考慮多軸私服驅動器。

3.供電系統：供電系統大體分為三類：拖鏈、滑觸線、無線供電。拖鏈供電方式成本較低，拖鏈中電纜需采用質量較高的柔性電纜，但是長期來回運動容易造成電纜損壞，根據現場經驗，主要的損壞原因是拖鏈盡頭卡子使電纜不正常受力，另外就是拖鏈變型或散落導致電纜被刮。其中第二種故障恢復時間較長。所以在加速度較大速度較快的現場不建議使用拖鏈供電。另外，x軸行程較長也不適合走拖鏈。滑觸線供電為使用較多的供電方式，其缺點是集電臂為消耗品，雙集電臂供電時兩個集電臂一定要受力均勻，集電臂安裝不規范會造成磨損或打火。無線供電由于需要預埋，并且成本相對高出不少，在目前市面上堆垛機中很少看到有使用這種方法供電的。

4.通訊系統：通訊主要分為兩大類：有線和無線。有線通訊主要是采用拖鏈的情況下，控制系統安裝在固定電器柜中，優點是減輕堆垛機的負載重量，成本有所降低。控制器與外部系統進行固定走線進行通訊，控制器與堆垛機的所有設備之間接線均走拖鏈。缺點即前文提到走拖鏈的缺點。無線通訊主要有工業無線網和光通訊兩種。由于立體庫貨架大多是金屬架構，堆垛機x軸行走軌跡又為一條直線軌道，綜合考慮干擾的問題，所以大多選擇光通訊。又由于涉及響應時間和高速運行過程中的安全考慮，建議選用百兆光通訊。另外，現在工業無線網技術比較成熟，金屬干擾問題已有成熟的解決方案，但是如果只有一兩臺堆垛機，平均下來成本相對較高。

5.編碼器：堆垛機很多都是輪驅動，高速運行過程中會有打滑現象，需要不斷讀取實際位置并做出修正，所以X軸和Y軸均采用閉環控制，在運動過程中，讀取實際位置與計算位置，通過驅動器內部程序算法改變輸出電流以控制電機轉速。主流的外部測距方式有激光測距與條碼測距兩種。其中條碼測距的精度更高，缺點是條碼帶有破損和污染的可能，并且從成本考慮距離越遠，條碼測距價格越高。條碼測距一般用在運動軌跡非直線的工位或者行程比較短的工位，還有精度要求較高的工位。按照X軸35米行程，Y軸8米行程的堆垛機進行工藝和成本雙向考慮后，建議X軸選用激光測距，Y軸選用條碼測距。Z軸貨叉大多數是鏈條傳動，本身不存在打滑，每次收回又都會回到原點，考慮成本，可以采用電機直連的增量編碼器即可。

6.電氣保護：配按鈕盒，盒上帶鑰匙旋鈕，打手動狀態時鑰匙才能拔下。配有手自動指示燈，復位按鈕，急停按鈕。急停按鈕用硬線鏈接的方式，鏈接脫扣線圈直接接入配電柜中的斷路器里。緊急狀態下拍急停直接斷滑觸線進線電源。X軸兩端、Y軸兩端均設電氣極限位，使用閉點，觸發后斷控制柜接觸器電源。鉗制器，防止載貨臺墜落，速度過大時觸發機械剎車裝置。

7.傳感器：X軸兩端、Y軸兩端均使用90°限位開關作為電氣極限保護。載貨臺上超高、超寬、掉落檢測、有無貨物等工位采用對射光電開關，建議采用光斑較小的類激光式。貨叉原點位用接近開關。貨叉下部根據工藝情況選擇不同類型的漫反射光電開關，距離正好即可，距離遠的成本較高并且容易誤判，距離太近無法準確檢測到貨物。另外，應當注意貨物的顏色和材質，是否吸光，需要做測試以選定具體型號。

8.觸摸屏或者上位機：需要做畫面對堆垛機進行相應操作。一般分為手動：緩慢點動，可分別改變X/Y/Z方向的點動速度，主要用于調試和處理異常。半自動：直接到達某個工位，不會在非正常工位停留，主要用于調試方便，非熟練人員慎用。單機自動：可輸入預定的到達位，直接運行到指定工位，主要用于異常處理。聯機調試：用于正常生產，接收WMS立體庫管理系統的指令，到系統指定位置去取貨放貨。

9.大屏幕：用于報警和顯示任務狀態。根據車間的生產環境進行選擇，條件惡劣的要選工業LED屏，防護等級高，價格也貴。環境較好的廠房，可以選普通的液晶電視，加一個微型電腦主機，成本便宜很多，界面的軟件程序開發也比較方便。

二、結論

雖然各行各業都有使用立體庫的需求，需求不同導致堆垛機的配置大相徑庭，但是將其歸納總結，總是能得出一些規律讓我們加以利用。前期設計詳盡，選型合理才是項目順利進行的關鍵。

參考文獻：

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