數(shù)控立體存儲(chǔ)庫開發(fā)技術(shù)*

劉鳳霞, 譚天洪, 楊開宇, 劉俊浩, 劉俊杰

(1.山東山水水泥集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250307； 2. 云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，云南 昆明 650203； 3.吉林大學(xué)，吉林 長春 130022； 4. 國家電網(wǎng)公司運(yùn)行分公司宜賓管理處，四川 宜賓 644002)

數(shù)控立體存儲(chǔ)庫開發(fā)技術(shù)*

劉鳳霞1, 譚天洪2, 楊開宇3, 劉俊浩1, 劉俊杰4

(1.山東山水水泥集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250307； 2. 云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，云南 昆明 650203； 3.吉林大學(xué)，吉林 長春 130022； 4. 國家電網(wǎng)公司運(yùn)行分公司宜賓管理處，四川 宜賓 644002)

本著節(jié)省空間及時(shí)間的實(shí)際需求開發(fā)了數(shù)控立體存儲(chǔ)庫，該存儲(chǔ)庫能夠?qū)崿F(xiàn)物料的五層立體疊加放置，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)物料的自動(dòng)存取，顯然該設(shè)備可以最大限度的滿足物料有序存放和實(shí)現(xiàn)工廠自動(dòng)化的要求。開發(fā)出的數(shù)控立體存儲(chǔ)庫已經(jīng)運(yùn)用到某工廠的實(shí)際生產(chǎn)中，使用后反應(yīng)良好，該設(shè)備具有較高的后續(xù)研究價(jià)值和較好的市場前景。

自動(dòng)化；數(shù)控立體存儲(chǔ)庫；自動(dòng)存取

Abstract: In order to satisfy with the need of space-saving and time-saving purpose, the numerical control stereo-storage is developed. The numerical control stereo-storage has been developed to achieve five-dimensional overlay placement, and can realize automatic access to the material. It is clear that the device can maximize the satisfaction of material to achieve the orderly storage and the requirement of automation in the factory. The numerical control stereo-storage has been applied to actual production in a factory. It received a very good reaction after using, so the device has a high research value and a bright market prospects.

Key words: automation; numerical control stereo-storage; automatic access

0 引 言

工廠流水線操作的不斷發(fā)展大大提高了加工效率同時(shí)也使存儲(chǔ)的原料及后續(xù)廢料成倍增加。以前堆放式的存儲(chǔ)方式不僅占用大量空間而且嚴(yán)重影響廠區(qū)環(huán)境，顯然不符合建設(shè)綠色工廠的要求。另一方面，要在一大堆物料中找到一件需要的原材料也不是一件容易的事，這也顯然無法滿足建設(shè)智能工廠的要求[1]。為了更好的建設(shè)現(xiàn)代化工廠，筆者介紹了開發(fā)數(shù)控立體存儲(chǔ)庫的關(guān)鍵技術(shù)。控立體存儲(chǔ)庫具有操作簡易、顯示直觀、可靠性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

1 概 述

數(shù)控立體存儲(chǔ)庫是對(duì)物料實(shí)現(xiàn)立體存儲(chǔ)并實(shí)現(xiàn)無人工直接參與的自動(dòng)存取物料的系統(tǒng)。系統(tǒng)主要由機(jī)械、電氣控制和操作面板三部分構(gòu)成，如圖1所示。

與傳統(tǒng)存儲(chǔ)庫相比，數(shù)控立體存儲(chǔ)庫系統(tǒng)主要有以下兩點(diǎn)優(yōu)勢：

(1) 提高空間利用率。立體存儲(chǔ)庫的最大優(yōu)點(diǎn)就是可以實(shí)現(xiàn)空間的立體使用，就好比城市里建設(shè)的高樓，可以提高空間利用率，充分節(jié)約有限且寶貴的土地資源。一般來說，數(shù)控高架立體存儲(chǔ)庫的空間利用率是普通平庫的2～5倍。這對(duì)空間極其有限的工廠來說，是一種非常優(yōu)化的資源配置。

圖1 數(shù)控立體存儲(chǔ)庫實(shí)物圖

(2) 有利于形成先進(jìn)的物料存取體系，可以很好的提高企業(yè)生產(chǎn)管理水平。傳統(tǒng)存儲(chǔ)庫只是物料儲(chǔ)存的一個(gè)場所，功能單一，是一種“靜態(tài)儲(chǔ)存”，已經(jīng)不滿足今天自動(dòng)化工廠的要求。數(shù)控立體存儲(chǔ)庫采用先進(jìn)的自動(dòng)化物料存取模式，不僅滿足存儲(chǔ)物料的要求，還能滿足自動(dòng)存取，這是一種“動(dòng)態(tài)儲(chǔ)存”，能夠很好的適應(yīng)工業(yè)發(fā)展的自動(dòng)化工廠要求，也是今后物料存儲(chǔ)系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢。

2 機(jī)械部分

數(shù)控立體存儲(chǔ)庫的機(jī)械部分由多層立體貨架和升降臺(tái)兩部分構(gòu)成。筆者所展示的立體貨架共包括5層[2]，立體貨架的單層最大載荷為3 t，即整個(gè)貨架的最大載荷為15 t。立體貨架每層均需放置一個(gè)如圖2所示的載物托盤，物料需先放置在載物托盤中，再存放到貨架中。

圖2 載物托盤

載物托盤的作用有三個(gè)：

(1) 物料存放在載物托盤中，可以使物料存放更加有序。

(2) 載物托盤下邊緣有6個(gè)著力點(diǎn)，可以使重量更均勻的分配在貨架上。

(3) 升降臺(tái)每次可以通過操作載物托盤的升降來實(shí)現(xiàn)物料的存取。

升降臺(tái)采用剪叉式結(jié)構(gòu)，通過一個(gè)減速電機(jī)帶動(dòng)來控制液壓油泵的排油與吸油，從而操作升降臺(tái)的上升與下降。為了保證每層準(zhǔn)確定位，在升降臺(tái)的升降軌道中還加裝了光電開關(guān)，通過光電開關(guān)的通斷來確定升降臺(tái)所處的位置。在升降臺(tái)不僅要完成上升和下降的動(dòng)作，還需在水平方向?qū)崿F(xiàn)載物托盤的放入與取出，這就需要升降臺(tái)可實(shí)現(xiàn)水平方向的運(yùn)動(dòng)。水平方向選用了1臺(tái)小功率電機(jī)，當(dāng)然在水平方向也需要精確定位，此處可選用行程開關(guān)。為了確保運(yùn)行安全，保證傳動(dòng)鏈的壽命，在水平電機(jī)的電路中還可以加裝變頻器，這樣可以實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)啟動(dòng)，避免傳動(dòng)鏈因突然受力而崩斷。

3 電氣部分

圖3為電控箱實(shí)物圖。

圖3 電控箱實(shí)物圖

數(shù)控立體存儲(chǔ)庫的自動(dòng)存取離不開機(jī)械部分的執(zhí)行，但更離不開電氣部分的控制。如果把機(jī)械部分比作它的手，那么電氣部分毫無疑問就是它的大腦。電氣部分主體位于電控箱中，主要包括可編程控制器、變頻器及其它電氣元件。

3.1 可編程控制器(PLC)

數(shù)控立體存儲(chǔ)庫控制系統(tǒng)的核心控制單元是可編程控制器(Programmable Logical Controller簡稱PLC)，能夠?qū)φ麄€(gè)系統(tǒng)起到快速、實(shí)時(shí)、穩(wěn)定的控制作用。PLC是一種數(shù)字運(yùn)算操作電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的[3-6]。它采用了可編程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字的，模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC是傳統(tǒng)繼電器控制技術(shù)與微機(jī)技術(shù)結(jié)合之后的產(chǎn)物。與傳統(tǒng)繼電器控制相比，PLC具有接線簡單、功耗低、體積小、可靠性高和可移植性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。與微機(jī)控制相比，PLC具有抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)。

PLC還會(huì)控制水平電機(jī)的動(dòng)作和層數(shù)指示燈的接通與斷開。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)錯(cuò)誤，或當(dāng)人的操作出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，PLC將控制外部紅燈閃亮同時(shí)發(fā)出蜂鳴聲，作為警報(bào)提示。

3.2 變頻器(VFD)

載重時(shí)水平方向的突然啟動(dòng)將會(huì)造成較大的振動(dòng)，出于保護(hù)系統(tǒng)和安全運(yùn)行的考慮，水平電機(jī)加裝了變頻器(Variable-fre-quency Drive，VFD)。變頻器首先會(huì)把交流電變換為直流電，然后再把直流電逆變?yōu)榻涣麟?。變頻器可以同時(shí)改變輸出電壓的幅值和頻率，以達(dá)到使電機(jī)運(yùn)行曲線平行下移的目的。使用變頻器的作用：

(1) 對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)無極調(diào)節(jié)。能夠使電機(jī)以較小的啟動(dòng)電流，獲得較大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，即變頻器可以啟動(dòng)重載負(fù)荷。

(2) 節(jié)約能源。由于在啟動(dòng)階段的電流較小，所以不會(huì)導(dǎo)致電流、電壓突變而造成能源浪費(fèi)。

(3) 提高設(shè)備自動(dòng)化程度。變頻器雖然內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但使用簡單，所以不只適用于啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)，而是廣泛的應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域，對(duì)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化作出了突出貢獻(xiàn)。

筆者所用到的變頻器可以使輸出電壓在8 s的時(shí)間內(nèi)頻率由0 Hz逐漸增大到50 Hz，最終驗(yàn)證，這一方法很好的提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。變頻器具有調(diào)壓、調(diào)頻、穩(wěn)壓、調(diào)速等基本功能，很好的適應(yīng)了現(xiàn)代工業(yè)控制的需要。隨著技術(shù)的發(fā)展，不同功率、不同外形、不同體積、不同用途的變頻器都在不斷發(fā)展，在未來變頻器一定還會(huì)得到更廣泛的應(yīng)用。

3.3 其它電氣元件

其它電氣元件包括保護(hù)電路的空氣開關(guān)、過流保護(hù)器等，另外還包括其控制作用的繼電器、交流接觸器等，以及判斷升降臺(tái)位置的光電開關(guān)、限位開關(guān)等[7]。這些元件一起構(gòu)成了整個(gè)電氣系統(tǒng)的電路，不僅可以完成PLC對(duì)電機(jī)的控制，還可以向PLC提供升降臺(tái)所處的位置，甚至能夠判斷電路的運(yùn)行情況，一旦電路出現(xiàn)故障，PLC能夠迅速得到信號(hào)并響起警報(bào)。

4 操作面板

操作面板主要由觸摸屏和手動(dòng)操作區(qū)兩部構(gòu)成，如圖4所示。

4.1 觸摸屏

觸摸屏作為自動(dòng)化設(shè)備的操作界面，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域，圖5為觸摸屏實(shí)物圖。采用觸摸屏作為操作界面具有操作方便、顯示直觀、界面友好等諸多優(yōu)點(diǎn)。用戶不僅可在觸摸屏上面輸入各種操作指令而且可非常方便的對(duì)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置、更改。

圖4 操作面板實(shí)物圖 圖5 觸摸屏實(shí)物圖

4.2 手動(dòng)操作區(qū)

觸摸屏下方分布了4個(gè)指示燈和5個(gè)按鈕，如圖6所示。

圖6 手動(dòng)操作區(qū)

最左側(cè)是急停按鈕，當(dāng)設(shè)備在運(yùn)行過程中突然出現(xiàn)異常時(shí)，迅速按下此按鈕便可立即停止設(shè)備運(yùn)行，以免造成安全事故或防止事故擴(kuò)大。其它4個(gè)按鈕

起著與下面標(biāo)牌所示一致的作用，用手按住按鈕時(shí)，系統(tǒng)將會(huì)執(zhí)行相應(yīng)的指令，同時(shí)上面對(duì)應(yīng)的指示燈會(huì)變?yōu)榫G燈。由于手動(dòng)按鈕是與接觸器直接相連，指令沒有經(jīng)過PLC，故光電開光和限位開關(guān)都無法對(duì)該狀態(tài)下的運(yùn)行起到控制作用，此時(shí)，是否運(yùn)行到目標(biāo)位置只能根據(jù)操作人員的目測。當(dāng)?shù)竭_(dá)目標(biāo)位置時(shí)，松開按鈕，系統(tǒng)停止運(yùn)行。

5 結(jié) 語

數(shù)控立體存儲(chǔ)庫采用PLC控制，已經(jīng)在工廠投入使用，經(jīng)過現(xiàn)場實(shí)踐的驗(yàn)證，該數(shù)控立體存儲(chǔ)庫系統(tǒng)運(yùn)行可靠, 做到了自動(dòng)存取貨物, 節(jié)省人力、物力和時(shí)間[8-9]。本數(shù)控立體存儲(chǔ)庫是物流機(jī)械和計(jì)算機(jī)技術(shù)地完美結(jié)合，倉庫作業(yè)全部實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，滿足現(xiàn)代化工廠的實(shí)際需要。本存儲(chǔ)庫的成功研制, 為進(jìn)一步研究自動(dòng)化數(shù)控立體存儲(chǔ)庫提供了值得借鑒的經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)也為工廠創(chuàng)造了實(shí)際的經(jīng)濟(jì)價(jià)值?？傊?，隨著信息科學(xué)、自動(dòng)化技術(shù)、程序語言的不斷發(fā)展, 自動(dòng)化數(shù)控立體存儲(chǔ)庫將會(huì)有更大的需求和更廣闊的前景[10]。當(dāng)然對(duì)數(shù)控立體存儲(chǔ)庫的要求也將隨著科技進(jìn)步而不斷提高。今后, 數(shù)控立體存儲(chǔ)庫應(yīng)該向著更加智能化、信息化、多樣化的方向發(fā)展。

[1] 張宏兵,田 奇.小型自動(dòng)化立體庫的應(yīng)用[J]. 長安大學(xué)學(xué)報(bào)，建筑與環(huán)境科學(xué)版,2004, 21(2): 52-55.

[2] 李 振,劉筱煥,沈 彤.多層立體倉庫的構(gòu)思與實(shí)踐[J].物流技術(shù),1998(2): 13-15.

[3] 逯久鑫,張燕,廖宇蘭,等.基于PLC采摘機(jī)控制系統(tǒng)研究[J].農(nóng)機(jī)化研究,2012(8): 181-183.

[4] 郭和偉.交通信號(hào)燈的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].湖北職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2011,14(2): 100-104.

[5] 張 帆.基于PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)探討[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2012(6):129.

[6] Sungur C. Sun-tracking System with PLC Control for Photo-voltaic panels[J]. International Journal of Green Energy, 2007, 4(6): 635-643.

[7] 孫金根,付麗君,劉增林,等.立體庫PC控制系統(tǒng)[J].沈陽工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào),1999(3):68-71.

[8] 修 杰,李玉蘭,徐世許.送料機(jī)的 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī),2012(4):100-101.

[9] 張 彤.溫度控制器的PLC制系統(tǒng)分析[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用, 2012 (4): 21-22.

[10] 張 帆.基于PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)探討[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2012(6):129.

Development Technology of Numerical Control Stereo-storage

LIU Feng-xia1，TAN Tian-hong2， YANG Kai-yu3，LIU Jun-hao1，LIU Jun-jie4

(1.SunnsyGroupCo.,Ltd,JinanShandong250307,China; 2.YunnanVocationalCollegeofMechanical&ElectricalTechnology,KunmingYunnan650203,China; 3.JilinUniversity,ChangchunJilin130022,China; 4.YibinAdministrativeDepartmentofStateGridOperationBranchCompany,YibinSichuan644002,China)

2014-06-18

劉鳳霞(1976-)，女，山東菏澤人，工程師，研究方向：機(jī)械工程。

TH16

A

1007-4414(2014)04-0077-03