激光測(cè)距技術(shù)在倉(cāng)儲(chǔ)物流立體庫(kù)巷道堆垛機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用

摘要：激光測(cè)距與定位技術(shù)在有軌巷道堆垛機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了堆垛機(jī)的絕對(duì)認(rèn)址，不僅有效解決了計(jì)數(shù)與定位的精度與可靠性，而且方便地實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速，從而提升堆垛機(jī)的整機(jī)性能。

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

      隨著物流領(lǐng)域的自動(dòng)化程度越來越高，各種信息技術(shù)如光電技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)等得到廣泛的應(yīng)用，其中激光檢測(cè)技術(shù)憑借其在測(cè)距、定位等方面的優(yōu)勢(shì)，在激光堆垛機(jī)和自動(dòng)導(dǎo)向機(jī)等設(shè)備中起到了關(guān)鍵作用，并積極推動(dòng)了物流系統(tǒng)整體性能的提升。尤其是在有軌巷道堆垛機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)中，激光測(cè)距與定位、PLC控制、分布式現(xiàn)場(chǎng)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(jī)控制系統(tǒng)超越了原有的設(shè)計(jì)思路，實(shí)現(xiàn)堆垛機(jī)的絕對(duì)認(rèn)址，不僅有效解決了計(jì)數(shù)與定位的精度與可靠性問題，而且方便地實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速，優(yōu)化調(diào)速曲線、優(yōu)化起動(dòng)與制動(dòng)性能，從而提升了堆垛機(jī)的整機(jī)性能，確保整機(jī)性能可靠、平穩(wěn)、高效。目前，該技術(shù)已廣泛應(yīng)用于機(jī)械、食品、煙草、電子、汽車、配送中心、藥品、電器和倉(cāng)儲(chǔ)等領(lǐng)域。

      上海興玄物聯(lián)科技工業(yè)級(jí)鏡反射激光測(cè)距傳感器MRC2-A100-N / MRC2-A200-E / MRC2-A100-S系列，因其持久的穩(wěn)定性和良好的測(cè)量精度，在智能倉(cāng)儲(chǔ)物流堆垛機(jī)行業(yè)，倉(cāng)儲(chǔ)物流立體庫(kù)行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用，可以完美替代國(guó)外同類型產(chǎn)品，在立體庫(kù)，堆高機(jī)，堆垛機(jī)，AGV行業(yè)等領(lǐng)域具有良好的表現(xiàn)。

系統(tǒng)構(gòu)成與硬件配置

自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)（AS/RS）是土建、機(jī)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(jī)械設(shè)備、電氣設(shè)備和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)備等四類設(shè)備組成。其中，機(jī)械設(shè)備包括立體貨架、搬運(yùn)機(jī)械、輸送設(shè)備、分配小車、出入庫(kù)臺(tái)、貨箱及托盤等設(shè)備；電氣設(shè)備包括電控裝置、驅(qū)動(dòng)裝置、變頻裝置、操作面板、PLC控制模塊、檢測(cè)裝置、通訊設(shè)備、監(jiān)控調(diào)度設(shè)備、計(jì)算機(jī)管理設(shè)備，以及屏幕顯示圖像監(jiān)視等設(shè)備；計(jì)算機(jī)系統(tǒng)主要包括監(jiān)控系統(tǒng)、管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、通訊系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制等組成部分。

1. AS/RS系統(tǒng)構(gòu)成

     AS/RS自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)由立體庫(kù)貨架、堆垛機(jī)、貨箱、地軌、出入庫(kù)臺(tái)、輸送機(jī)、激光測(cè)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(kù)作業(yè)流程：接收入庫(kù)作業(yè)命令→出入庫(kù)臺(tái)→取貨箱→堆垛機(jī)→立體庫(kù)貨架→存貨箱→返回出入庫(kù)臺(tái)→入庫(kù)作業(yè)完成待機(jī)；

　　出庫(kù)作業(yè)流程：接收出庫(kù)作業(yè)命令→去目的地址→立體庫(kù)貨架→取貨箱→堆垛機(jī)→出入庫(kù)臺(tái)→存貨箱→輸送機(jī)→出入庫(kù)臺(tái)→完成出庫(kù)到入庫(kù)臺(tái)待機(jī)。

　　如圖所示為一個(gè)巷道的自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)，通常情況下，立體庫(kù)由多個(gè)巷道組成。巷道有軌堆垛機(jī)是自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的核心裝備及主要搬運(yùn)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(yùn)行，將位于巷道口的貨物自動(dòng)存取，并放入指定的貨位即入庫(kù)作業(yè)，或者取出貨位內(nèi)的貨物運(yùn)送到巷道口即出庫(kù)作業(yè)，或者將貨物從一個(gè)貨位移位放入到另一個(gè)貨位中即盤庫(kù)移貨作業(yè)，廣泛應(yīng)用于供應(yīng)鏈物流、精確倉(cāng)儲(chǔ)、快速配送中。

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

      整個(gè)自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通訊采用ProfiNet-PN網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行，將PLC可編程控制器、激光測(cè)距器、水平運(yùn)行變頻器、升降運(yùn)行變頻器、貨叉運(yùn)行變頻器、控制面板觸摸屏、上位監(jiān)控機(jī)等連接到ProfiNet-PN網(wǎng)絡(luò)中，組成一個(gè)ProfiNet-PN網(wǎng)絡(luò)，并為連接在PN網(wǎng)絡(luò)上的每個(gè)部件都分配不同的PN總線地址，通過訪問不同的PN總線地址實(shí)現(xiàn)對(duì)其相應(yīng)部件的數(shù)據(jù)通訊；實(shí)現(xiàn)PLC可編程控制器與激光測(cè)距器、觸摸屏及各驅(qū)動(dòng)變頻器之間的數(shù)據(jù)通訊；并通過紅外通訊通道，實(shí)現(xiàn)PLC可編程控制器與上位監(jiān)控機(jī)之間的數(shù)據(jù)通訊。

激光測(cè)距與定位技術(shù)的應(yīng)用與控制方案

隨著堆垛機(jī)在巷道內(nèi)來回穿梭運(yùn)行，裝設(shè)在堆垛機(jī)上的激光測(cè)距器與固定反射板間的距離也隨之不斷改變，從而實(shí)現(xiàn)了高速運(yùn)行過程中的動(dòng)態(tài)測(cè)距。通過PLC控制器讀取激光測(cè)距器的數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)堆垛機(jī)的定位測(cè)距與調(diào)速自動(dòng)控制。

1.激光測(cè)距與定位的實(shí)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(cè)時(shí)，通過激光測(cè)距器將出入庫(kù)臺(tái)和每一個(gè)貨格的絕對(duì)地址數(shù)據(jù)讀出，并自動(dòng)保存到PLC內(nèi)部的貨位地址數(shù)據(jù)表DB0中，進(jìn)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(jī)運(yùn)行定位使用，完成原始數(shù)據(jù)的初始化和固化校準(zhǔn)。

（2）堆垛機(jī)的作業(yè)數(shù)據(jù)處理

     當(dāng)堆垛機(jī)接收到上位監(jiān)控機(jī)或操作面板觸摸屏下達(dá)的作業(yè)指令時(shí)，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(biāo)指針，修改目標(biāo)指針并指向貨位地址數(shù)據(jù)表DB0相應(yīng)的位置，將目標(biāo)指針對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)讀出作為當(dāng)前作業(yè)目的地址LN；同時(shí)，通過激光測(cè)距器讀取堆垛機(jī)當(dāng)前地址ID0，并存儲(chǔ)在PLC內(nèi)供程序計(jì)算用。

（3）激光測(cè)距與定位的實(shí)現(xiàn)

　　通過PLC程序?qū)σ陨蠑?shù)據(jù)的處理，實(shí)現(xiàn)堆垛機(jī)的認(rèn)址與定位。由于激光測(cè)距實(shí)現(xiàn)了絕對(duì)認(rèn)址，實(shí)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(kù)臺(tái)位置、運(yùn)行速度值等的設(shè)置，易于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)比較、計(jì)數(shù)、自動(dòng)換速及精準(zhǔn)定位等功能。

2.堆垛機(jī)平滑調(diào)速的實(shí)現(xiàn)

        通過PLC采集到動(dòng)態(tài)運(yùn)行數(shù)據(jù)后，通過公式ΔL = LNID0可以計(jì)算出當(dāng)前列地址ID0與目的列地址LN的位移差ΔL。由于堆垛機(jī)的計(jì)算速度是由位移差計(jì)算得出，因此，計(jì)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(jī)的運(yùn)行速度，并通過程序自動(dòng)進(jìn)行換速，從而實(shí)現(xiàn)堆垛機(jī)的平滑調(diào)速。

　　通常，堆垛機(jī)的最大運(yùn)行速度受堆垛機(jī)機(jī)構(gòu)、電機(jī)性能、功率、負(fù)載及安全等方面的限制，設(shè)有一個(gè)最大限速值；堆垛機(jī)的最小運(yùn)行速度受到負(fù)載與拖動(dòng)力矩等的影響，設(shè)有一個(gè)最小速度限制，否則低速時(shí)就無法拖動(dòng)和正常工作。

        通過激光測(cè)距與定位技術(shù)在巷道堆垛機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了堆垛機(jī)的絕對(duì)認(rèn)址技術(shù)，相比傳統(tǒng)的檢測(cè)片相對(duì)認(rèn)址技術(shù)，不僅有效地提高了檢測(cè)速度和效率，還有效解決了計(jì)數(shù)與定位的精度與可靠性問題。此外，還實(shí)現(xiàn)了測(cè)距、編址和調(diào)速的數(shù)字化，使庫(kù)臺(tái)和貨位地址變更、調(diào)速曲線優(yōu)化、起動(dòng)與制動(dòng)性能優(yōu)化等易于實(shí)現(xiàn)，從而大大提升堆垛機(jī)的整機(jī)性能，確保了堆垛機(jī)的定位精度、運(yùn)行平穩(wěn)性和運(yùn)動(dòng)噪音等關(guān)鍵參數(shù)。