激光測距技術(shù)在巷道堆垛機系統(tǒng)中的應(yīng)用

管樹林

摘要：激光測距與定位技術(shù)在有軌巷道堆垛機自動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，實現(xiàn)了堆垛機的絕對認址，不僅有效解決了計數(shù)與定位的精度與可靠性，而且方便地實現(xiàn)平滑調(diào)速，從而提升堆垛機的整機性能。

關(guān)鍵詞：激光測距與定位、有軌巷道堆垛機、PLC、變頻調(diào)速

隨著物流領(lǐng)域的自動化程度越來越高，各種信息技術(shù)如光電技術(shù)、計算機技術(shù)、控制技術(shù)等得到廣泛的應(yīng)用，其中激光檢測技術(shù)憑借其在測距、定位等方面的優(yōu)勢，在激光堆垛機和自動導(dǎo)向機等設(shè)備中起到了關(guān)鍵作用，并積極推動了物流系統(tǒng)整體性能的提升。尤其是在有軌巷道堆垛機自動控制系統(tǒng)中，激光測距與定位、P-C控制、分布式現(xiàn)場總線、矢量變頻調(diào)速等技術(shù)的應(yīng)用，使有軌巷道堆垛機控制系統(tǒng)超越了原有的設(shè)計思路，實現(xiàn)堆垛機的絕對認址，不僅有效解決了計數(shù)與定位的精度與可靠性問題，而且方便地實現(xiàn)平滑調(diào)速，優(yōu)化調(diào)速曲線、優(yōu)化起動與制動性能。從而提升了堆垛機的整機性能，確保整機性能可靠、平穩(wěn)、高效。目前，該技術(shù)已廣泛應(yīng)用于機械、食品、煙草、電子、汽車、配送中心、藥品、電器和倉儲等領(lǐng)域。

系統(tǒng)構(gòu)成與硬件配置

自動化立體倉庫(AS／RS)是土建、機械、電氣、通訊、信息等多專業(yè)的綜合工程，主要由土建設(shè)備、機械設(shè)備、電氣設(shè)備和計算機系統(tǒng)設(shè)備等四類設(shè)備組成。其中，機械設(shè)備包括立體貨架、搬運機械、輸送設(shè)備、分配小車。出入庫臺、貨箱及托盤等設(shè)備；電氣設(shè)備包括電控裝置、驅(qū)動裝置、變頻裝置、操作面板、PLC控制模塊、檢測裝置、通訊設(shè)備、監(jiān)控調(diào)度設(shè)備、計算機管理設(shè)備，以及屏幕顯示圖像監(jiān)視等設(shè)備；計算機系統(tǒng)主要包括監(jiān)控系統(tǒng)、管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、通訊系統(tǒng)、計算機網(wǎng)絡(luò)控制等組成部分。

1AS／RS系統(tǒng)構(gòu)成

AS／RS自動化立體倉庫由立體庫貨架、堆垛機、貨箱、地軌、出入庫臺、輸送機、激光測距、通訊設(shè)備、監(jiān)控設(shè)備等組成，如圖1所示。其主要工作流程如下：

入庫作業(yè)流程：接收入庫作業(yè)命令－出入庫臺－取貨箱－堆垛機－立體庫貨架－存貨箱－返回出入庫臺－入庫作業(yè)完成待機；

出庫作業(yè)流程：接收出庫作業(yè)命令－去目的地址－立體庫貨架－取貨箱－堆垛機－出入庫臺－存貨箱－輸送機－出入庫臺－完成出庫到入庫臺待機。

圖1所示為一個巷道的自動化立體倉庫，通常情況下，立體庫由多個巷道組成。巷道有軌堆垛機是自動化立體倉庫的核心裝備及主要搬運設(shè)備，其主要用途是在高層立體貨架的巷道內(nèi)來回穿梭運行，將位于巷道口的貨物自動存取，并放入指定的貨位即入庫作業(yè)，或者取出貨位內(nèi)的貨物運送到巷道口即出庫作業(yè)，或者將貨物從一個貨位移位放入到另一個貨位中即盤庫移貨作業(yè)，廣泛應(yīng)用于供應(yīng)鏈物流、精確倉儲、快速配送中。

堆垛機總體結(jié)構(gòu)及主要電氣元件布置如圖2所示。

2堆垛機電控系統(tǒng)總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

整個自動化立體倉庫系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通訊采用Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)進行，將PLC可編程控制器、激光測距器、水平運行變頻器、升降運行變頻器、貨叉運行變頻器、控制面板觸摸屏、上位監(jiān)控機等連接到Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)中，組成一個Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)，并為連接在DP網(wǎng)絡(luò)上的每個部件都分配不同的DP總線地址，通過訪問不同的DP總線地址實現(xiàn)對其相應(yīng)部件的數(shù)據(jù)通訊；實現(xiàn)PLC可編程控制器與激光測距器、觸摸屏及各驅(qū)動變頻器之間的數(shù)據(jù)通訊；并通過紅外通訊通道，實現(xiàn)PLC可編程控制器與上位監(jiān)控機之間的數(shù)據(jù)通訊。

激光測距與定位技術(shù)的應(yīng)用與控制方案

隨著堆垛機在巷道內(nèi)來回穿梭運行，裝設(shè)在堆垛機上的激光測距器與固定反射板問的距離也隨之不斷改變。從而實現(xiàn)了高速運行過程中的動態(tài)測距。通過PLC控制器讀取激光測距器的數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行處理，實現(xiàn)堆垛機的定位測距與調(diào)速自動控制。

1激光測距與定位的實現(xiàn)

(1)貨位基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的初始化與自學(xué)習(xí)

在PLC上電初始化自檢測時，通過激光測距器將出入庫臺和每一個貨格的絕對地址數(shù)據(jù)讀出，并自動保存到PLC內(nèi)部的貨位地址數(shù)據(jù)表DB0中，進行貨位地址數(shù)據(jù)表的修改設(shè)置與保存固化，形成貨位地址數(shù)據(jù)表DB0供堆垛機運行定位使用，完成原始數(shù)據(jù)的初始化和固化校準。

(2)堆垛機的作業(yè)數(shù)據(jù)處理

當堆垛機接收到上位監(jiān)控機或操作面板觸摸屏下達的作業(yè)指令時，PLC可編程控制器接受作業(yè)指令，并根據(jù)作業(yè)指令裝入目標指針，修改目標指針并指向貨位地址數(shù)據(jù)表DB0相應(yīng)的位置，將目標指針對應(yīng)的數(shù)據(jù)讀出作為當前作業(yè)目的地址LN；同時，通過激光測距器讀取堆垛機當前地址IDO，并存儲在PLC內(nèi)供程序計算用。

(3)激光測距與定位的實現(xiàn)

通過PLC程序?qū)σ陨蠑?shù)據(jù)的處理，實現(xiàn)堆垛機的認址與定位。由于激光測距實現(xiàn)了絕對認址，實現(xiàn)了貨位設(shè)定的數(shù)字化。從而方便了貨位數(shù)據(jù)、出入庫臺位置、運行速度值等的設(shè)置，易于實現(xiàn)數(shù)據(jù)比較、計數(shù)、自動換速及精準定位等功能。

2堆垛機平滑調(diào)速的實現(xiàn)

通過PLC采集到動態(tài)運行數(shù)據(jù)后，通過公式AL=LN-ID0可以計算出當前列地址ID0與目的列地址LN的位移差A(yù)L。由于堆垛機的計算速度是由位移差計算得出，因此，計算速度是隨著位移差的變化而連續(xù)變化的，這樣就可以連續(xù)地控制堆垛機的運行速度，并通過程序自動進行換速，從而實現(xiàn)堆垛機的平滑調(diào)速。通常，堆垛機的最大運行速度受堆垛機機構(gòu)、電機性能、功率、負載及安全等方面的限制，設(shè)有一個最大限速值；堆垛機的最小運行速度受到負載與拖動力矩等的影響，設(shè)有一個最小速度限制，否則低速時就無法拖動和正常工作。

通過激光測距與定位技術(shù)在巷道堆垛機系統(tǒng)中的應(yīng)用，實現(xiàn)了堆垛機的絕對認址技術(shù)，相比傳統(tǒng)的檢測片相對認址技術(shù)。不僅有效地提高了檢測速度和效率，還有效解決了計數(shù)與定位的精度與可靠性問題。此外，還實現(xiàn)了測距、編址和調(diào)速的數(shù)字化，使庫臺和貨位地址變更、調(diào)速曲線優(yōu)化、起動與制動性能優(yōu)化等易于實現(xiàn)，從而大大提升堆垛機的整機性能，確保了堆垛機的定位精度、運行平穩(wěn)性和運動噪音等關(guān)鍵參數(shù)。