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立体仓库堆垛机运行效率优化控制方法

时间:2017-10-09作者:谢鹏 孙伟 编辑:陈露文章来源:江苏新美星包装机械股份有限公司

    随着工业4.0和物联网时代的到来,饮料包装行业也在进行着智能化变革,智能仓储一体化解决方案应运而生。而在智能仓储的建立过程中,堆垛机作为现代物流生产系统中的一个重要组成部分,设备稳定性、可靠性在很大程度上影响着智能仓储的工作效率。本文对目前饮料行业中堆垛机的运行效率,机器的稳定性、可靠性进行了研究,提出采用伺服电机和可编程控制技术对堆垛机速度控制进行优化,堆垛机结构如图1所示。


图1 堆垛机结构
    一、工作环境
    1.货物运输时一般为箱装,即一箱一箱的饮料码放在托盘上,整垛货物在堆垛机启动停止时因惯性作用容易导致散货。
    2.托盘一般为川字型铁质托盘,川字型结构的空托盘运输时,托盘与托盘之间因接触面小摩擦力不足而倒塌。
    3.堆垛机一般使用双伸位货叉,这样可以更好的节约用地成本。货物重量一般为1.2t以上,在货叉伸缩时,第二伸位容易变形、晃动导致出入库失败。
    二、效率影响因素
    堆垛机是通过PLC系统控制变频器,快速、准确的把货物从一个位置搬运到另一个位置,从三维动作上分为前后、上下、左右方向的运行,即为X、Y、Z三轴,针对这三轴运动关系分析,影响运行效率的因素主要有两点:
    第一,运行曲线单一且不柔和。堆垛机的工作特点是快速到达所需要的位置完成相应的动作,而堆垛机在启动停止时,由于堆垛机与货物重量较大,故其快速运行过程中的惯性也比较大,需要加大变频器的启动和停止时间来避免对货物的冲击力过大而导致故障出现,尤其是短距离运行时,大量的时间都用来加减速,严重影响堆垛机整机的效率。第二,堆垛机本身相关信号的响应速度也直接影响整个运行过程中的效率,同时也严重影响着整个立体仓库的作业效率高低。
    三、多曲线速度控制方法分析
    本文针对堆垛机运行过程中的不同速度要求,选择了多曲线来实现多档调速,并且通过改善堆垛机的控制状态,解决多档调速曲线产生的问题。根据其整体的运行和速度的变化情况,需要对整个系统运行的实际情况进行更加具体的分析,使用伺服驱动代替变频控制,并利用大量的测试数据来优化其相对应的运行曲线,把这些运行曲线存储在伺服程序里。当堆垛机控制系统接到上位机派发的任务时,通过计算得出需要运行的起止距离,根据不同的起止距离通过可编程控制技术调用伺服程序里的不同运行曲线,以便达到相应的调速,准确到达目的地,从而获得理想的控制方式,曲线图如图2所示。
 

图2 堆垛机运行曲线图
    四、多曲线速度优化控制方案
    多曲线速度控制的最大难点在于运行的起始货位和目的货位的离散性和不确定性,不同的起止距离分别对应不同的最佳速度曲线。伺服控制器可以通过激光测距仪和编码器反馈速度位移参数,生成实时速度曲线,使得加速起动段和减速制动段产生所期望的速度给定曲线,真正实现速度的平稳变化,有效改善堆垛机的运行状况。
    除此以外,在实际编程过程中,由于设计的整个堆垛机的运行速度曲线控制部分有很多子模块,如编码器坐标采集块,速度控制块,加、减速块,曲线调用块等,其中大部分采用PLC中的功能模块FC块编写,并且需要与之配套的背景数据块DB块。为进一步确保每一个模块之间相互嵌套调用,我们在控制采样周期的同时,还有一个改进方向就是,在编程时注意尽量简化程序的冗余部分,按功能分批调用,加快程序扫描速度,进而实现曲线优化控制。
    五、结论
    本文针对提升堆垛机运行效率进行了一些研究,分析了多曲线速度控制的运行特点,根据运行过程中不同的起止距离调用不同速度曲线,可有效提高堆垛机整体的运行效率。

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