?前言
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基于近幾年中國物流裝備市場的飛速增長，以及客戶服務(wù)需求的變化，存放貨物尺寸、規(guī)格較多，衍生出了多類型托盤，多伸位的堆垛機(jī)。其中，雙工位堆垛機(jī)是這時期衍生出的符合市場大環(huán)境的產(chǎn)品，近幾年來已經(jīng)在家具、電器等多個行業(yè)進(jìn)行了應(yīng)用。本文就物流自動化立體庫柔性組合式存儲控制系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)并應(yīng)用于實(shí)際存儲立體庫內(nèi)。實(shí)例效果證明了該設(shè)計(jì)方案的時效性和高利用率。
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一、總體方案設(shè)計(jì)
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1.1 項(xiàng)目背景
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市場不斷的變化要求設(shè)備存儲方式也要與時俱進(jìn)，固定的存放方式勢必會影響到存儲利用率和時效性。貨物尺寸主要分為幾種貨物品類且尺寸區(qū)別較大，對垛型結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析組合，得出了2種托盤尺寸，分別為1000mm×1400mm×160mm和1400mm×2100mm×160mm（長×寬×高）。
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傳統(tǒng)設(shè)計(jì)是針對貨物的2種尺寸選擇分巷道存放貨物，因此需要根據(jù)貨物尺寸進(jìn)行2種堆垛機(jī)系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)和貨架尺寸的設(shè)計(jì)，增加了制造成本和周期。同時，分巷道存放的情況下每臺堆垛機(jī)對應(yīng)了唯一貨品的存放，如出現(xiàn)堆垛機(jī)故障、維護(hù)、檢修等情況將極大地影響出貨和生產(chǎn)效率。柔性貨物混合存放方式只需1種堆垛機(jī)即可完成2種貨物的存放，通過單雙叉的單獨(dú)和同步動作進(jìn)行2種托盤的混合存放，貨物的靈活存放方式使客戶不再為出現(xiàn)故障影響效率而擔(dān)心，且此種設(shè)計(jì)節(jié)省了制造成本，同時也實(shí)現(xiàn)了物流倉儲系統(tǒng)的貨物柔性化管理。
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1.2 堆垛機(jī)存放流程方案
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從時效性和高利用率兩個方面進(jìn)行不同存儲方式的細(xì)化，如圖2所示。時效性的根本作用是保證出入庫效率,其具體分為：
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1）分時作業(yè)由兩組獨(dú)立叉體分別進(jìn)行不同貨位的入庫、出庫、倒庫作業(yè)，具有較高的時效性，一次任務(wù)同時完成2個小盤不同位置的存取，合并了同批次任務(wù)，節(jié)省了堆垛機(jī)往返于巷道的次數(shù)，出入庫時間得以有效縮短。雙工位堆垛機(jī)分時作業(yè)比傳統(tǒng)堆垛機(jī)單任務(wù)往返作業(yè)時效性有顯著提高。
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2）同時作業(yè)由2組叉體同時進(jìn)行相鄰貨位2個小盤的入庫、出庫作業(yè)。同時作業(yè)針對客戶需求，在大批量、高效率出入庫作業(yè)方面有明顯優(yōu)勢。入庫同時取貨雙盤有效地釋放了輸送線積放位，入庫速度得以提升。出庫同時取貨雙盤快速出庫，提高時效性。
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3）高利用率體現(xiàn)在大小盤混放于巷道中，提高了貨位的利用率。大盤作業(yè)時單入一個大盤，大盤尺寸規(guī)格與2個小托盤外沿規(guī)格等同，方便堆垛機(jī)入庫貨架擺放。
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傳統(tǒng)雙工位堆垛機(jī)停留于同時作業(yè)雙盤出入庫提高立體倉庫時效性。柔性組合式存儲設(shè)計(jì)方案將兩種托盤混放于立體庫貨架中。利用率統(tǒng)計(jì)如圖3所示，在9個月的時間內(nèi)對單巷道只能存放1種類型托盤和貨物的情況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，在每天出入庫比率相對一致的情況下，單一品種托盤貨格使用情況約為75%，復(fù)合品種托盤貨格使用情況約為95%。
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1.3 堆垛機(jī)貨叉部分機(jī)械結(jié)構(gòu)
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堆垛機(jī)結(jié)構(gòu)由雙工位2套獨(dú)立貨叉組成，2組貨叉相對獨(dú)立，方便分時作業(yè)。2組叉體同時動作可進(jìn)行大盤作業(yè)、同時作業(yè)的存放。圖4為兩種不同尺寸托盤位于載貨臺上的位置。
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貨叉由上叉、中叉、下叉組成，貨叉?zhèn)鲃臃绞綖辇X輪傳動，下叉帶動中叉、中叉帶動上叉。2組貨叉的機(jī)械間隙出廠時需調(diào)整至基本一致，使2組貨叉同時動作時保證貨叉機(jī)械位移量的同步性。
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1.4 堆垛機(jī)電氣控制
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由于2組貨叉需要進(jìn)行分時作業(yè)、同時作業(yè)、大盤作業(yè)。所以電氣上選擇了2組貨叉獨(dú)立控制，即2組貨叉分別由2組變頻器、電機(jī)通過PLC進(jìn)行控制。本文提到的雙叉同時取大托盤所涉及的貨叉同步性是靠電氣控制實(shí)現(xiàn)的。由于原有設(shè)計(jì)流程為主從控制，采用的是模擬量輸入輸出互聯(lián)，通過采集主變頻器力矩值賦予從變頻器的力矩限幅值從而達(dá)到同步。而現(xiàn)有流程需要單獨(dú)作業(yè)和同時作業(yè)，這就需要2組貨叉的電機(jī)、變頻器分別控制其實(shí)現(xiàn)同步。具體方法是將一組貨叉作為主叉，PLC和變頻器通過PN通訊，將主叉變頻器力矩值讀取到PLC，再由PLC將該值進(jìn)行同步寫入另一組副叉變頻器的相同力矩限幅參數(shù)內(nèi)以實(shí)現(xiàn)同步效果（見圖5、圖6），即DB1.DBD24為讀取變頻器參數(shù)存放數(shù)據(jù)位，修改值通過PLC給定，需要注意的是所給定的數(shù)值需要根據(jù)工況多次測試所得。這種通過通訊實(shí)現(xiàn)的控制方式既取消了2個變頻器的硬性連接，又同時可實(shí)現(xiàn)單獨(dú)和同時作業(yè)。
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使用SFC14/15通過參數(shù)通道讀取或修改變頻器的參數(shù)，圖5為修改參數(shù)P2240.0變量給定。圖6為讀取參數(shù)P2240.1變量給定。
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二、雙貨叉系統(tǒng)安全性
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雙貨叉系統(tǒng)的安全性是重點(diǎn)研究技術(shù)之一，設(shè)計(jì)上，在載貨臺上選定安裝了14個鏡反射開關(guān)和8個漫反射開關(guān)。原有項(xiàng)目中鏡反射開關(guān)只用于貨物放偏、占位探測。此次加入了2個開關(guān)用于大小盤混合出入庫時進(jìn)行區(qū)分，方便區(qū)分同一種動作下，載貨臺取走的貨物為大托盤還是2個小托盤。當(dāng)取大托盤時光電被遮擋而同時取2個小盤時光電不會被遮擋，針對不同流程光電起到了較好地保護(hù)作用。
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在出入庫探測時加入漫反射開關(guān)對于大小盤進(jìn)行檢測，原有探測方式為只對當(dāng)前小盤位置進(jìn)行探測，在大盤和雙小盤同時存取上存在誤檢測風(fēng)險(xiǎn)，貨架的貨位設(shè)計(jì)決定了存放必然規(guī)則，當(dāng)大盤和雙小盤無法明確檢測判斷時，可能會發(fā)生存放貨物時受到貨架物理上的干涉影響，導(dǎo)致貨物滑動無法存放進(jìn)去，嚴(yán)重時甚至?xí)a(chǎn)生貨物高空跌落的風(fēng)險(xiǎn)?，F(xiàn)有出入庫大盤會對2個小盤位置進(jìn)行檢測，同時出入庫小盤也會對2個位置進(jìn)行檢測，避免了貨物存取風(fēng)險(xiǎn)的產(chǎn)生。
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如圖7所示，程序內(nèi)容將不同流程分為S1、S2、S3、S4。其中S1代表的是同時取兩小盤、分別放入貨格內(nèi)即為A、c位置分別存儲；S2代表同時取放兩個小托盤即為A、B位置同時存儲；S3為大盤作業(yè)即存儲a或C貨格內(nèi)；S4代表分時取兩個小盤、同時存入貨位的工況，即為A、B位置同時存儲。
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運(yùn)動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)上，變頻器選擇了G120系列變頻器，加速度設(shè)計(jì)為0.5m/s2，最大速度為180m/min。2組貨叉通過各自對應(yīng)的變頻器分別獨(dú)立控制，與上位PLC系統(tǒng)實(shí)時通訊，同時2臺變頻器之間又通過Profinet協(xié)議直連互通，控制系統(tǒng)工作時既可分開驅(qū)動，又可同步驅(qū)動、協(xié)同作業(yè)。經(jīng)現(xiàn)場大量測試調(diào)整后，兩貨叉同步性誤差為±1mm。
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三、結(jié) 語
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柔性組合式存儲方案的大小盤存放甚至多種類托盤存放體現(xiàn)了智能物流倉儲存放智能化的新高度。隨著對智能化要求逐步提高，該方案將得到更多的應(yīng)用。存放設(shè)計(jì)的多樣性勢必會帶來一定的挑戰(zhàn)，從倉儲管理系統(tǒng)到設(shè)備都需要進(jìn)行大量的流程更改和實(shí)驗(yàn)，如何優(yōu)化分配方案進(jìn)行合理分配是存放設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。
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