淺談自動貨柜電控系統(tǒng)升級改造方案

鄒瑞珍

【摘 要】文章針對國產(chǎn)自動貨柜電控系統(tǒng)備件停產(chǎn)、安全性差、定位不穩(wěn)定、控制性差等缺陷，分別介紹了針對國產(chǎn)自動貨柜電控系統(tǒng)硬件升級、軟件升級和PLC+變頻器調(diào)速的電控系統(tǒng)升級改造方案，該方案定位精度高、安全性高、控制性能好、備件通用性強。針對現(xiàn)有國內(nèi)自動貨柜電控控制系統(tǒng)定位不穩(wěn)定，安全性差和備件停產(chǎn)等問題介紹一種電控系統(tǒng)的改造方案。

【關(guān)鍵詞】自動貨柜;倉儲設(shè)備;電控系統(tǒng)改造;變頻器調(diào)速

自動貨柜又名立體貨柜是一種現(xiàn)代化倉儲設(shè)備，可以存儲不同形狀尺寸重量的貨物，其具有高效存儲和物料的智能化管理。目前，自動貨柜在國內(nèi)已有十多年的發(fā)展歷史，在各行各業(yè)的應(yīng)用也相當廣泛，國產(chǎn)自動貨柜的廠家很多，技術(shù)能力也參差不齊，早期一些自動貨柜的穩(wěn)定性、安全性和可靠性都不高。隨著設(shè)備使用年限的增多，暴露出早期國產(chǎn)自動貨柜控制性差、定位不穩(wěn)定、安全性差和備件停產(chǎn)等問題。

自動貨柜是以托盤為存儲單元，通過托盤車的升降和水平運動，將存放貨物的托盤取出或送到貨柜內(nèi)合適的貨位，其控制本質(zhì)是一個行程和位置的控制，即要控制升降系統(tǒng)來實現(xiàn)托盤車在貨位、站臺的各位置實現(xiàn)準確的啟動、加速、等速運行、減速、爬行、停車。因此要求自動貨柜電控系統(tǒng)的控制必須做到準確、安全、可靠。隨著可編程控制器PLC強大的控制功能和變頻器調(diào)速技術(shù)的日漸成熟，文章提出一種國產(chǎn)自動貨柜電控系統(tǒng)的升級改造方案。

一、控制系統(tǒng)組成

控制系統(tǒng)由PLC可編程控制器、HMI界面、通訊模塊、激光測距裝置，升降驅(qū)動裝置、勾盤驅(qū)動裝置、信號檢測器和安全檢測裝置等組成，PLC控制系統(tǒng)是整個控制系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，其負責接收上位系統(tǒng)下發(fā)的任務(wù)指令，控制升降驅(qū)動裝置和勾盤驅(qū)動裝置站臺和貨位之間準確、快速、安全、可靠的進行托盤存入和取出動作，系統(tǒng)簡易控制架構(gòu)見圖1。

二、PLC控制系統(tǒng)軟件

PLC系統(tǒng)軟件是自動貨柜的控制核心，由主程序、信息存儲策略程序、運動控制程序、故障處理程序和安全自診斷程序組成。

主程序負責對各功能程序塊的調(diào)用實現(xiàn)貨盤的出入庫功能，包含托盤車升降運動和貨盤存取運行等過程的程序;信息存儲策略程序包含入庫貨盤分配策略程序和出庫貨盤信息獲取策略程序;運動控制程序是控制變頻器調(diào)速的S運行曲線算法運算程序，包含正常運行曲線和故障減速曲線邏輯算法程序;故障處理程序是PLC在出現(xiàn)內(nèi)部和外部故障時，對自動貨柜機控制系統(tǒng)發(fā)出相應(yīng)故障處理指令的程序;安全自診斷程序是PLC控制系統(tǒng)在設(shè)備運行或停止狀態(tài)下實時檢測托盤車運行速度是否異常、位置是否異常、貨物是否異常、安全回路的自診斷測程序。

三、HMI界面

HMI界面設(shè)計有操作界面、故障報警界面、狀態(tài)顯示界面、參數(shù)調(diào)試界面、故障診斷界面、數(shù)據(jù)備份/還原界面，用于設(shè)備的手動操作、參數(shù)設(shè)置、狀態(tài)顯示、故障信息查看和貨盤信息維護等操作。

四、系統(tǒng)工作模式

自動貨柜的工作模式分為在線自動工作模式、本地自動工作模式、手動控制模式和自診斷模式四種。

在線自動工作模式下自動貨柜會自動接收上位系統(tǒng)下達的任務(wù)指令，自動運行，并返回任務(wù)執(zhí)行情況。自動貨柜由其它模式切換到在線自動模式時，需人工“啟動”;本地自動工作模式下自動貨柜可以通過觸摸屏設(shè)定托盤號，手動下發(fā)任務(wù)指令進行自動取放盤;手動控制模式下自動貨柜不再受上位系統(tǒng)的控制。在此種模式下，可以通過觸摸屏慢速操作自動貨柜進行上升、下降、取盤和放盤操作以及進行貨盤信息的手動維護;自診斷模式下PLC系統(tǒng)會在觸摸屏上顯示各個傳感器狀態(tài)、重要數(shù)據(jù)、重要中間變量，并診斷出故障原因，進入診斷模式走行和輸送動作禁止。

五、變頻器調(diào)速控制系統(tǒng)

變頻調(diào)速控制系統(tǒng)由變頻器、I/O控制板、編碼器控制板、通訊卡等構(gòu)成，采用S運行曲線的加減速控制方式，運行曲線是基于剩余距離的S曲線速度計算方法，通過PLC程序編寫，在PLC程序中進行邏輯運算后輸出給變頻器進行調(diào)速控制，能夠獲得較理想的運動控制效果，運行曲線控制又分為正常運行曲線和故障減速曲線。

（一）正常運行曲線

實現(xiàn)整個運行過程S曲線，不論當前速度是多少，當前是加速過程、勻速過程、減速過程，切換成更高的速度還是更低的速度都能以平滑的S曲線過度，這是采用速度差計算S曲線的方法。

（二）故障減速曲線

運動目標確定后可以根據(jù)需要在這段運動距離中最多設(shè)置三段限速區(qū)、到該區(qū)域提前平滑S曲線減到設(shè)定的值，過了該限速區(qū)又可以平滑S曲線到達目標位置，以時間計算S曲線，以固定距離段限定速度曲線的示波器圖形見圖2。

通過上述S曲線的計算方法，以時間為基準做了一條不同于正常運行曲線減速度的速度曲線，在發(fā)生需要緊急停車的故障時，實現(xiàn)沖擊最小，停車距離最短的最優(yōu)曲線，可以減少緊急停止時對設(shè)備的沖擊，延長走行輪的使用壽命。

六、實用效果

本方案基于廈煙一區(qū)昆船CT1型自動貨柜控制系統(tǒng)的實際情況，將舊的歐姆龍控制系統(tǒng)（CQM1H系列PLC）升級為西門子控制系統(tǒng)（S7-1215C PLC），提升定位方式由增量型編碼器+認證開關(guān)形式升級為激光測距定位，變頻器調(diào)速控制有之前的線性調(diào)速升級為S運行曲線調(diào)速，還優(yōu)化了整個系統(tǒng)的控制架構(gòu)和流程。本系統(tǒng)具有定位精度高、安全性高、備件通用性強的特點。而且充分利用舊設(shè)備的硬件，減少了將近60%的采購經(jīng)費投入，實現(xiàn)設(shè)備價值的最大化，解決了舊系統(tǒng)安全性差、定位不穩(wěn)定、控制性差和備件通用性差等缺陷。

七、結(jié)語

文章提出一種國產(chǎn)自動貨柜電控系統(tǒng)的升級改造方案，即在舊的的設(shè)備上進行電控系統(tǒng)的升級改造，該方案解決了舊系統(tǒng)安全性差、定位不穩(wěn)定、控制性差等缺陷，即縮短了施工周期，又節(jié)省了大量采購經(jīng)費，延長了設(shè)備的使用壽命。這種采用S運行曲線的變頻調(diào)速控制技術(shù)具有定位精度高、安全性高、控制性能好的特點，可以推廣至堆垛機、提升機這種對運行控制性能要求較高的設(shè)備，具有良好的推廣運用價值。