在環形車系統中對快速門的有效控制

閆文猛 趙 峰

1 北京起重運輸機械設計研究院有限公司 北京 100007 2 北京市自動化物流裝備工程技術研究中心 北京 100007 3 機械工業物料搬運工程技術研究中心 北京 100007

近年來，智能化門禁系統快速普及，其中快速門作為重要的門禁設施，其控制系統和結構設計備受關注。本文主要基于環形車控制快速門，研究其控制系統設計和能源節約技術，以期提供有效的控制方案和設計思路。

1 環形車控制

1.1 環形車基本情況

環形車是從往復式穿梭車發展而來，在保持往復式穿梭車優點的同時，克服了往復式穿梭車模式可能產生的運行瓶頸缺陷。環形車可根據需要將托盤進行橫向輸送，也能進行縱向輸送，且能多臺同時工作，輸送能力較強，提高了搬運能力和立體倉庫系統的整體效率。該系統能夠有效解決設備擁堵的問題，具有強大的運輸能力和高度的自動化程度。在環形車運行過程中，需要進行大量的控制以保證環形車的運行安全和效率。

環形車控制系統的設計要求包括實現對環形車的高效控制、確保行車安全、提高系統運行效率和有效應對故障等問題。隨著科技的發展，控制方案也在不斷地推陳出新。目前，主要的控制方案包括基于紅外線、基于聲波、基于圖像識別等，這些方案各有優缺點，在實際應用中需考慮到具體情況作出選擇。

為了進一步節約能源，環形車控制系統需要進行進一步改進。在控制過程中，需要密切關注能源的使用情況，針對不同情況采用不同的控制策略，從而更好地實現能源的節約。同時，還需針對控制系統進行相應的改進，使其更加具有高效性、可靠性和實用性。

1.2 環形車控制系統要求

環形車控制系統設計要求是實現環形車穩定運行的重要保障。首先，針對環形車異步驅動的性質，控制系統應具備精準的速度控制和轉向控制能力。此外，對于傳統的單點控制容易出現延時和死鎖等問題，控制系統應具備多點分布式控制的能力，進而實現更加靈活和高效的控制。另外，還需保證控制系統的實時性和可靠性，以應對高強度運行環境，故障保護和自我調節方面也需要予以充分考慮。總之，環形車控制系統設計要求是在滿足基本運行要求的基礎上，實現高效、安全、可靠、便捷的運行控制。

1.3 控制方案比較

環形車控制的選擇涉及多種控制方案，需要根據實際情況進行對比。常見的方式為使用通訊讀取軌道位置值，將數值傳送給PLC，由PLC 將環形車當前的臨時位置值與目的位置值的差值繪制速度曲線，再由PLC傳遞給變頻器進行控制，其優點是經濟性更強，缺點是通訊速率會影響曲線值偏差，定位有偏差；另一種是采用SSI 認址方式將軌道位置值直接傳入變頻器進行位置環控制，免去在PLC 中編寫復雜的速度曲線，優點是定位精度高、行走效率高、程序編寫簡單等，缺點是成本較高。綜合考慮，應根據具體情況進行控制方案的選擇，既要保證控制成本，又要保證控制效果。

2 快速門結構設計

2.1 快速門

快速門是一種常見且應用廣泛的工業門。普通快速門開啟速度較快，但整個門體的面積較大，當門體開啟時，需要消耗大量的能源，不利于節約能源，故快速門的能源節約控制系統設計尤為重要。本文將對快速門結構設計和材料選擇與應用進行探討，并著重研究能源節約控制系統設計的相關問題。通過對快速門整個系統的綜合設計，使快速門開啟速度較快，能源消耗較少，適合于各個行業的應用。

2.2 快速門的結構特點與設計

在環形車控制快速門的設計中，快速門的通用結構包括門體、電動機、控制系統等組件。根據不同的應用要求，快速門的結構設計也會有所不同。

首先，快速門門體的設計需要考慮到門體的材料和厚度。快速門的門體采用鋁合金或不銹鋼材質，這樣可以保證門體具有足夠的堅固和耐腐蝕性。門體的厚度需要根據不同的門寬和門高選擇，以確保門體的穩定性和使用壽命。其次，快速門的電動機選擇應根據門體的大小和質量確定，以保證門體順暢運行和持久耐用。電動機應安裝在門體的頂部，以充分利用空間，并減少安全隱患。最后，快速門的控制系統設計應考慮到能源節約和自動化控制的要求。在能源節約方面，快速門的控制系統應設置與門體運行相對應的時間延遲器，以避免在沒有工作人員或環形車通過時浪費能源。在自動化控制方面，控制系統應設置安全保護裝置，并與環形車控制系統進行聯動控制，以確保快速門的安全運行。

綜上所述，快速門是環形車控制快速門的核心部件之一，其結構設計需要考慮到門體的材料和厚度、電動機的選擇和布置、以及控制系統的能源節約和自動化控制。只有通過科學合理地結構設計，才能保證環形車控制快速門有著良好的使用效果和長期的穩定性。

2.3 快速門材料選擇與應用

快速門要求具備快速開啟和關閉的特點，在環形車控制領域中，為了確保環形車能夠穩定、高效地運行，需要配備一種快速開啟和關閉的門類，即環形車控制快速門。在實際應用中，快速門的材料選擇十分重要，不僅需要具備快速開啟和關閉的功能，還要適合在環形車控制的特殊環境中使用。

1）在快速門材料選擇方面 快速門材料的選擇應考慮環形車控制的特殊環境。環形車控制場地的環境比較復雜，有可能存在高溫、低溫、濕度等問題，還有可能會遇到腐蝕和磨損等物理問題。因此，在選擇快速門的材料時，需要考慮這些特殊的環境因素（如受高溫環境影響時需選擇能抵御高溫的材料，以確保快速門能夠始終正常運行）。

2）在快速門材料的應用方面 快速門材料的應用需要考慮運行的效率和安全因素。在實際運行中，快速門需要具備高效的開啟和關閉速度，以確保環形車能順暢運行。同時，快速門材料還應具備一定的安全性，以避免在開啟和關閉過程中出現意外事故的發生。

3）在快速門材料的選擇方面 選擇快速門的材料時需注意耐磨性和易維護性。由于快速門的開啟和關閉頻率比較高，故材料的耐磨性尤為重要。易維護性是確保環形車能持續穩定運行的關鍵因素，因為在運行過程中特別是在經常開啟和關閉的情況下，快速門材料有可能遭到損壞，需要經常維護和修理。

綜上所述，在選擇快速門的材料時，需要考慮環形車控制的特殊環境、開啟和關閉速度等要素，以確保快速門安全、高效、穩定地運行。

3 能源節約控制系統設計

從能源節約的角度出發，環形車控制快速門的控制系統設計需要遵循能源高效利用、降低能源消耗的原則，故在控制系統中應用能源節約技術非常重要。

目前，主要的能源節約技術包括時間控制技術、紅外線感應技術和磁感應自動識別技術等。其中，時間控制技術可以根據快速門的使用時間和頻率，調整門體開啟和關閉的時間，實現節能的目的。紅外線感應技術可以通過感應到人或環形車的存在自動開啟快速門，進而節約不必要的能源消耗。磁感應自動識別技術則可以通過感應到環形車的磁性，實現快速門的自動開啟和關閉，同時避免了不必要的能源浪費。

在控制系統設計方面，環形車控制快速門的控制系統設計要求非常明確，即需要保證系統的穩定性、可靠性、實用性以及安全性等。在此基礎上，常見的控制方案主要包括傳統的基于PLC 的控制方案和熱門的基于智能控制技術的控制方案。傳統的基于PLC 的控制方案是一種穩定可靠的控制方案，其可靠性得到了廣泛的實踐證明。但是，與此相比，基于智能控制技術的控制方案具有更高的集成度和更強的智能化程度，可以更好地適應現代化需求，只是其成本更高。

在進行控制系統設計時，需要注意到能源節約方面的要求。一些新型的能源節約技術（如太陽能控制以及可再生能源控制等）可以顯著降低系統的能耗，并節約系統的開支。在應用這些技術的同時，還需要制定優化的能源控制策略，將能源的利用效益發揮到最大化。因此，在控制系統設計方案的比較中，需要將能源節約控制方案列入重要的比較因素之中。

環形車控制快速門的能源節約控制系統設計，需要根據具體情況綜合考慮多方面的因素。在技術選型時，要保證系統的穩定性和可靠性，同時考慮成本和維護保養方面的問題，使整個系統能盡可能地降低能源消耗，提高節能效果。

綜上所述，環形車控制快速門的控制系統設計方案需具備多項要求，在傳統基于PLC 的控制方案和新型智能控制技術下進行比較時，需要綜合考慮系統的可靠性、實用性、智能化程度、能源節約等因素，以確定最優的控制方案

4 環形車系統通過快速門的思路

出于安全、穩定的考慮，環形車具有安全調度系統、地面站、紅外保護開關、數據保護等設置。首先，安全調度系統根據任務判斷在線環形車情況，根據算法策略合理將任務分配給地面站，地面站判斷環形車狀態將任務下發車體系統，車體執行任務，在運行過程中將檢測紅外保護開關信號并對比車體位置和前車數據、安全門等遮擋物數據進行判斷，涉及安全時可減速停車防止碰撞。

為了進一步節約能源，環形車控制系統需要改進。在控制過程中，應密切關注能源的使用情況，針對不同情況采用不同的控制策略，從而更好地實現能源的節約。同時，還需針對控制系統進行相應的改進，使其更加具有高效性、可靠性和實用性。

環形車控制快速門開啟和關閉的思路為：當加速度一定時，可根據式（1）得出加速時間及減速時間，即

環形車調速將車的速度分為不同速度段，在加速度固定不變的條件下，根據固定加減速時間測量出不同速度段時的零速到給定速度的距離（即此速度到零速的停車距離），同時應保持有一段勻速運動距離。因此，一般運行距離大于停車距離3 倍時可調用此速度的調速功能，以此為基礎建立不同速度段的調速曲線。當停車時再次判讀車位置到目標位置距離，大于誤差距離時進行自動校準程序，根據距離正負偏差驅動車運行方向，使其在停止位置時滿足在允許誤差范圍內。根據環形車的當前位置和目標位置進而得到行程值，然后對行程值與曲線設定值比較，若所述行程值小于曲線設定值，則控制有軌穿梭小車爬行；若行程值大于或等于所述曲線設定值，則基于最大行駛速度行駛。

在快速門附近根據距離設置若干點位，即開門位置、門前換速位置（強制換速）、門前停止位置（限位）、過門后的關門位置（見圖1），測量每個門的設置點數據，填寫到數據塊內（見圖2）。調度系統根據任務生成列表，每輛車的當前狀態、當前位置判斷將任務分配給無任務的閑置環形車，并將任務下發給地面站系統（每輛車都有待機、工作、隨行等狀態，未工作的環形車均可隨時接收任務，分配任務時需充分考慮運動環形車的停車距離，以免其停車時錯過任務地址）。

圖1 快速門點位位置圖

圖2 快速門點位數據

當環形車接到任務后根據車的當前位置和要到達的目的位置判斷是否通過該門，如不需要通過該門則不需要開啟快速門，環形車正常行駛；如需要通過快速門，當環形車運行至開門位置時給快速門發出開門信號，快速門回饋開啟，環形車正常行駛通過快速門；快速門若未及時回饋開啟，當環形車到達換速位置時，根據當前速度判斷，若大于強制換速速度則降速，若小于強制速度則保持當前車速，若到達停止位置時門尚未回饋開啟則停車，直至門回饋開啟環形車再次啟動正常行駛通過快速門；當環形車到達關門位置時發出關門信號，快速門關閉并回饋關閉信號。環形車通過此快速門后繼續正常行駛。若再遇快速門重復此流程，保證環形車安全快速通行，且快速門可有效開啟和關閉，每輛環形車執行任務時均重復上述流程判斷。環形車控制快速門流程如圖3 所示。

圖3 環形車控制快速門流程圖

調度系統會將環線車自動停止的位置避開門下干涉區，當手動開動過環形車使其在某個門下干涉下降時，系統會自動將門打開，同時在環形車恢復自動時，調度系統會判斷車狀態，如果環線車在自動待機狀態下與門下降干啥，則調度系統會將干涉的環形車調離干涉區，系統判斷無干涉情況時自動關門，保證門的有效性。

5 結束語

環形車控制快速門通過先進的控制技術，實現了環形車的快速有序出入。本文通過對環形車控制、快速門結構設計和能源節約控制系統設計的分析，對該技術的發展方向和應用前景進行了探討。

1）詳細介紹了環形車的控制系統的設計要求和不同控制方案的比較，分析了不同方案的優缺點，以期為工程師提供最優的技術路線。

2）敘述了快速門的結構設計特點和要求，以及快速門所用的材料選擇，驗證了快速門的穩定性和壽命與其結構設計密切相關。

3）本文對能源節約控制系統設計進行了研究，包括節能技術的研究和控制系統設計要求，分析了常用的節能控制技術，提出了能源控制系統的設計方案，為工程師提供了有用參考。

部分常用中圖分類號——起重機械類