砂心自動(dòng)化立體倉庫在汽車鑄造行業(yè)的設(shè)計(jì)與研究

沈陽新松機(jī)器人自動(dòng)化股份有限公司 遼寧 沈陽 110179

隨著汽車工業(yè)的日益發(fā)展，自動(dòng)化程度越來越高，一些新技術(shù)新設(shè)備在汽車鑄造行業(yè)應(yīng)用越來越廣，其中自動(dòng)化立體倉庫在汽車鑄造行業(yè)的應(yīng)用越來越占據(jù)核心位置。主要包括砂心庫和鑄件庫兩個(gè)方面的應(yīng)用。

下面以某汽車廠發(fā)動(dòng)機(jī)缸體缸蓋鑄造項(xiàng)目為例，介紹下自動(dòng)化立體庫倉庫在汽車鑄造行業(yè)的應(yīng)用。

下面是此項(xiàng)目的車間布局圖：

一、項(xiàng)目設(shè)計(jì)參數(shù)

缸體砂心庫技術(shù)參數(shù)貨位數(shù)量 500個(gè)貨位左右缸體心尺寸 1186x404x754托盤尺寸 1300x1300x80(鋼托盤)單元重量 焊接結(jié)構(gòu)，心子300kg

二、整體運(yùn)作流程簡(jiǎn)要描述

①入庫流程：機(jī)械手抓取砂心碼盤→地面母托盤碼板掃→碼綁定→分配入庫站臺(tái)，人機(jī)界面顯示→滿托盤搬運(yùn)至入庫站臺(tái)→讀碼判斷貨架位置→堆垛機(jī)入庫

②出庫流程：出庫任務(wù)下發(fā)→堆垛機(jī)作業(yè)→堆垛機(jī)取托盤→堆垛機(jī)將托盤送到出庫輸送→托盤送至造型線→砂心抓取、造型→托盤回庫

三、設(shè)計(jì)原則

◆ 系統(tǒng)最高可靠性和安全性原則；

◆ 設(shè)備選用實(shí)用、可靠、先進(jìn)原則；

◆ 規(guī)劃合理性、實(shí)用性及標(biāo)準(zhǔn)化原則；

◆ 安裝操作簡(jiǎn)便、維護(hù)簡(jiǎn)單原則；

◆ 性價(jià)比高的原則；

◆ 物流規(guī)劃向國際標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一原則；

◆ 安全性符合或超過國家標(biāo)準(zhǔn)的原則；

四、工作流程描述

根據(jù)砂心生產(chǎn)狀況不同，將工作模式劃分為如下三種：模式一為缸體線、造型線都工作；模式二為缸體線工作，造型線停產(chǎn)；模式三為造型線工作，缸體線停產(chǎn)。

造型線工作時(shí)，由人工或MES系統(tǒng)下達(dá)需求指令給立庫系統(tǒng)，立庫系統(tǒng)調(diào)度關(guān)聯(lián)帶心托盤供造型線使用。合箱工位用完砂心產(chǎn)生的空托盤優(yōu)先輸送到缸體砂心上料工位等待上料；若砂心上料工位不需要空托盤，則將空托盤輸送至砂心儲(chǔ)存庫存儲(chǔ)；若空托盤不能滿足上料需求時(shí)，則系統(tǒng)從砂心儲(chǔ)存庫中調(diào)出空托盤。

①缸體線、造型線都工作。系統(tǒng)調(diào)動(dòng)庫存砂心，保證滿足造型線生產(chǎn)節(jié)拍，同時(shí)滿足帶心拖盤入庫能力，造型線產(chǎn)生的空托盤優(yōu)先供給缸體砂心上料點(diǎn)，多余空托盤可入庫。

②缸體線工作，造型線停產(chǎn)。在此工作模式下，保證空托盤庫出庫，缸體上料點(diǎn)所需空托盤由托盤緩存線和立體庫供給，帶心托盤直接入立體庫存儲(chǔ)。

③缸體線停產(chǎn)，造型線工作。造型線所需帶心托盤由立體庫供給，造型線產(chǎn)生空托盤入空托盤緩存線緩存，多余托盤入立體庫存儲(chǔ)。

五、核心設(shè)備介紹

1.堆垛機(jī)。由行走電機(jī)通過驅(qū)動(dòng)軸帶動(dòng)車輪在下導(dǎo)軌上做水平行走，由提升電機(jī)通過鋼絲繩牽引載貨臺(tái)做垂直升降運(yùn)動(dòng)，由載貨臺(tái)上的貨叉做伸縮運(yùn)動(dòng)。通過上述三維運(yùn)動(dòng)可將指定貨位的貨物取出或?qū)⒇浳锼腿胫付ㄘ浳?。行走認(rèn)址器用于控制堆垛機(jī)水平行走位置；提升認(rèn)址器用于控制載貨臺(tái)升降位置。通過認(rèn)址器和光電識(shí)別，以及光通訊信號(hào)的轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制。亦可實(shí)現(xiàn)機(jī)上控制盤的手動(dòng)和半自動(dòng)控制。

堆垛機(jī)的控制采用西門子公司PLC S7 300系列作為控制器，觸摸屏做人機(jī)界面，PLC負(fù)責(zé)處理運(yùn)動(dòng)規(guī)劃、邏輯控制和各種安全保護(hù)、與上位機(jī)的通訊。

在速度控制環(huán)節(jié)采用了通過ProfiBus-DP總線對(duì)變頻器的速度給定技術(shù)。真正實(shí)現(xiàn)了對(duì)運(yùn)行控制的無極變速，保證了堆垛機(jī)在運(yùn)行全過程的平穩(wěn)，避免了堆垛機(jī)運(yùn)行過程中的擺動(dòng)。

堆垛機(jī)控制共有應(yīng)急、手動(dòng)、半自動(dòng)、聯(lián)機(jī)自動(dòng)四種運(yùn)行方式。

應(yīng)急方式：應(yīng)急方式采用觸摸屏與按鈕結(jié)合控制堆垛機(jī)的水平和垂直運(yùn)動(dòng)及貨叉的伸縮運(yùn)動(dòng)。應(yīng)急方式是用于安裝、調(diào)試和出現(xiàn)故障時(shí)人工操作的一種控制方式。

手動(dòng)方式：手動(dòng)方式與應(yīng)急方式的區(qū)別在于所有鎖定裝置、監(jiān)測(cè)裝置和急停電路都有效。

半自動(dòng)方式：在觸摸屏上輸入一行作業(yè)命令，堆垛機(jī)即自動(dòng)完成一次作業(yè)，并等待新作業(yè)。

聯(lián)機(jī)自動(dòng)(遙控)方式：堆垛機(jī)通過無線通訊與上位機(jī)通訊，接收上位機(jī)下發(fā)的各種指令，并執(zhí)行相應(yīng)的操作，且及時(shí)上報(bào)指令完成的情況及各種信息。

2.貨架。貨架柱、梁等材料采用國內(nèi)優(yōu)質(zhì)品牌Q235鋼板，貨架利用自動(dòng)軋制線加工成型，工藝：開卷-沖孔-軋制成型-自動(dòng)焊接連接板-酸洗磷化-烘干-靜電噴涂-包裝-下線。

貨架面處理采用靜電噴塑，噴塑厚度：60-80μm，噴塑后豐滿光滑、無色差、無縮孔花包現(xiàn)象，外表美觀大方，并且具有很強(qiáng)的抗腐蝕力，滿足防火一級(jí)要求。

六、電氣控制系統(tǒng)

電氣控制系統(tǒng)采用德國西門子的PROFINET工業(yè)以太網(wǎng)及PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線，構(gòu)建基于PROFIBUS DP架構(gòu)的電控系統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。優(yōu)先選用具備PROFINET接口功能的設(shè)備及器件，對(duì)于不具備PROFINET接口的設(shè)備及器件選用PROFIBUS DP接口方式。電控系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)采用獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，利于網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定，使電控系統(tǒng)有較強(qiáng)的擴(kuò)展性。電控系統(tǒng)與調(diào)度系統(tǒng)通過以太網(wǎng)連接，采用OPC協(xié)議進(jìn)行通訊實(shí)現(xiàn)信息交互。

七、立庫管理系統(tǒng)

立庫管理系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)開發(fā)，系統(tǒng)層次分為服務(wù)層、管理層、監(jiān)控層和執(zhí)行層。服務(wù)層由系統(tǒng)服務(wù)器提供數(shù)據(jù)庫服務(wù)，通過局域網(wǎng)與管理層進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的交互與處理，并實(shí)現(xiàn)與業(yè)務(wù)系統(tǒng)信息集成與資源共享。

管理層完成系統(tǒng)的高級(jí)管理工作，負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的生產(chǎn)調(diào)度、貨位管理、出入庫管理、查詢報(bào)表、生產(chǎn)分析、系統(tǒng)維護(hù)、故障分析等工作，實(shí)現(xiàn)與服務(wù)器和監(jiān)控系統(tǒng)的信息交互與作業(yè)指令下達(dá)。

監(jiān)控層負(fù)責(zé)接收和轉(zhuǎn)發(fā)、協(xié)調(diào)管理系統(tǒng)的調(diào)度指令，完成作業(yè)指令的分解、排隊(duì)和下達(dá)，控制物流設(shè)備的各部執(zhí)行機(jī)構(gòu)；接收和處理控制系統(tǒng)的各種信息的實(shí)時(shí)采集和動(dòng)畫跟蹤。

執(zhí)行層通過各環(huán)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，執(zhí)行、跟蹤并依次完成作業(yè)指令規(guī)定的任務(wù)。

系統(tǒng)主要管理的對(duì)象為：多種型號(hào)的砂心和空托盤，系統(tǒng)將全程采用托盤條碼進(jìn)行管理。主要包括以下功能：

生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)功能、物料管理功能、空托盤管理、物料入庫操作、物料出庫操作、數(shù)據(jù)查詢與報(bào)表功能、空托盤查詢、空貨位查詢、數(shù)據(jù)維護(hù)功能、設(shè)備遠(yuǎn)程手動(dòng)控制功能

監(jiān)控系統(tǒng)主要功能：

通過計(jì)算機(jī)上總線卡實(shí)時(shí)接收堆垛機(jī)和輸送機(jī)系統(tǒng)的作業(yè)方式、狀態(tài)、位置信息以及報(bào)警信息，同時(shí)圖形化動(dòng)態(tài)顯示于監(jiān)控界面。

物流信息管理包括作業(yè)計(jì)劃、作業(yè)調(diào)度、作業(yè)過程以及作業(yè)變更等。

八、結(jié)束語

砂心自動(dòng)化立體倉庫系統(tǒng)經(jīng)過十幾年在國內(nèi)的蓬勃發(fā)展，已經(jīng)成為汽車制造行業(yè)的標(biāo)志性設(shè)備配置，并通過實(shí)際應(yīng)用創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益和管理效益，為國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出了不可或缺的突出貢獻(xiàn)。