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穿梭車在自動化物流系統(tǒng)中的控制及應(yīng)用

發(fā)布日期： 2015-01-06 發(fā)布：  

  2014年12期目錄       本期共收錄文章20篇

　　【摘 要】我國工業(yè)、信息自動化、物流倉儲等行業(yè)發(fā)展迅速，尤其是物流倉儲行業(yè)的發(fā)展速度較為顯著，自動化物流系統(tǒng)在電力、服裝加工、食品、煙草、機械制造等領(lǐng)域的應(yīng)用漸趨廣泛，相關(guān)的物流設(shè)備也呈現(xiàn)出多元化的發(fā)展趨勢，其技術(shù)水平也不斷得到提升。在自動化物流系統(tǒng)中，物料主要采用帶式、輥道、鏈式、積放、鏈板輸送機等機械設(shè)備進行輸送，通常都是固定于地面上。若是把上述機械設(shè)備安裝上走行輪，并按照固定的路徑進行移動，做成了穿梭車。穿梭車一般具有動態(tài)移載的特點，可以使物料在不同工位間的傳送以及輸送線布局更為便捷和緊湊，實現(xiàn)了物料傳輸?shù)母咝浴?
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　　【關(guān)鍵詞】穿梭車；往復式；環(huán)行；自動化；控制與應(yīng)用
　　穿梭車又稱為軌道式自動導引車（rail guide vehicle），具有速度快、可靠性高、成本低等特點，主要用于物料輸送、車間裝配等，穿梭車是伴隨著自動化物流系統(tǒng)和自動化倉庫而產(chǎn)生的設(shè)備，它既可作為立體倉庫的周邊設(shè)備，也可作為獨立系統(tǒng)。穿梭車可以便捷地與其他物流系統(tǒng)實現(xiàn)自動連接，如出入庫站臺、各種緩沖站、輸送機、升降機和機器人等，按照計劃進行物料的輸送。正常運行時穿梭車無需人員操作，運行速度快，顯著降低了倉庫管理人員的工作量，提高了勞動生產(chǎn)率，同時它的應(yīng)用可使物流系統(tǒng)變得非常簡捷。穿梭車是全自動化立體倉庫中搬運轉(zhuǎn)送貨物的主要單機設(shè)備，具有節(jié)省人力、作業(yè)迅速準確等優(yōu)點。它由上位線控PLC調(diào)度、與站臺輸送設(shè)備連鎖動作，實現(xiàn)物料托盤的準確搬運，和其它設(shè)備共同組成完整的物流系統(tǒng)，從不同的軌道形式來看，穿梭車可具體分為環(huán)形穿梭車和往復式直行穿梭車，而環(huán)形穿梭車可以在相同的軌道上同時運行多輛車，這樣能提升系統(tǒng)的出入庫能力，同時這也是未來穿梭車的一個重要發(fā)展趨勢。以下筆者將結(jié)合自身多年實踐工作經(jīng)驗，并通過本文，針對穿梭車在自動化物流系統(tǒng)中的控制及應(yīng)用進行集中闡述。
　　一、直行穿梭車
　　往復式直行穿梭車主要是應(yīng)用于自動化物流系統(tǒng)中智能型軌道搬運的機械設(shè)備。由穿梭車自身的控制系統(tǒng)通過車體所帶的測距傳感器、編碼器、條碼認址等檢測傳感器定位車身位置和各個裝、卸工位，接收和輸出任務(wù)后以直線往復方式運行，主要執(zhí)行自動化物流系統(tǒng)中單元物料的高速平面自動化輸送，是一種高效、靈活的物流設(shè)備。
　　1.構(gòu)成要素
　　往復式直行穿梭車由機械系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)兩大部份組成。
　　1.1機械部分
　　往復式直行穿梭車機械部分由車體和輸送裝置、走行部件、導軌部件等組成。
　　1.1.1走行部件
　　走行裝置由車架和走行驅(qū)動裝置等組成，實現(xiàn)穿梭車的走行功能，并承載其它的部件。行走驅(qū)動裝置主要由電動機、傳動軸、驅(qū)動輪等組成。走行驅(qū)動裝置的走行輪采用非金屬軟性材料，能夠減少運行噪音和振動，也可以延長輪子的使用壽命。車體可根據(jù)總體工藝流量需要設(shè)計成雙車體，以適應(yīng)雙工位的需求，可提高總體輸送能力。
　　1.1.2輸送裝置
　　輸送裝置在穿梭車設(shè)備中的主要作用是輸送物料，安裝在車體上，框架部分主要使用鋼結(jié)構(gòu)。按照物料的不同形式，可以選擇皮帶輸送、鏈式輸送、輥道輸送或是貨叉等形式。
　　1.1.3導軌部件
　　導軌部件，穿梭車軌道上的滑觸線是穿梭車電力的來源。它也是承載穿梭車基礎(chǔ)與行走的導向。導軌具體分為專用鋁型材導軌和外購型鋼軌兩種類型。兩種導軌均配置了停止器，包含了支架和緩沖器等，安裝在軌道兩端位置，避免穿梭車發(fā)生意外狀況而脫離軌道。
　　1.2電氣系統(tǒng)
　　穿梭車電氣系統(tǒng)由本地計算機管理系統(tǒng)、可編程控制器（PLC）、物料檢測、位置檢測、電機驅(qū)動器、檢測傳感器、聲光報警裝置等組成，根據(jù)不同的車型和用戶個性化需求，往復式直行穿梭車可自帶計算機調(diào)度管理系統(tǒng)。
　　1.2.1本地計算機管理系統(tǒng)
　　主要由一臺本地計算機及相應(yīng)的信號發(fā)射、接收、處理單元構(gòu)成，其中本地計算機安裝有一套數(shù)據(jù)庫管理軟件，用來管理穿梭車的各項數(shù)據(jù)參數(shù)，并與其他外圍計算機進行數(shù)據(jù)交換后，發(fā)出指令來調(diào)度穿梭車的接貨、送貨。
　　1.2.2可編程控制器（PLC）
　　通過預(yù)先編制的程序，結(jié)合分布在穿梭車上的條碼識別、編碼器、光電開關(guān)等傳感器和上位指令控制穿梭車的一切動作。
　　1.2.3軌道電源供給系統(tǒng)
　　本地電控柜主要負責軌道電源供給，并與安裝在軌道附近的若干個本地操作盒一起為現(xiàn)場區(qū)域的運行安全提供基本的保護。
　　1.2.4電機驅(qū)動器和安全檢測
　　穿梭車行走電機和輸送電機各采用一臺變頻器控制，并采用激光測距、編碼器或條碼認址和認址檢測控制走行定位精度，貨物檢測開關(guān)控制輸送電機啟停，另外，穿梭車的運行安全由若干個安全檢測器件來保證。
　　2.技術(shù)參數(shù)
　　目前國產(chǎn)穿梭車的數(shù)據(jù)約為：運行速度Vx≤200m/min，車載鏈式輸送機上的輸送速度
　　3.應(yīng)用
　　自動物流系統(tǒng)在規(guī)劃方案設(shè)計中，須從系統(tǒng)的出入庫能力、總體結(jié)構(gòu)、功能要求為設(shè)計依據(jù)。設(shè)備選型時，首先要計算系統(tǒng)處理的流量、路線布局圖，再經(jīng)過能力仿真和計算后，才能確定采用的模式。根據(jù)輸送能力和工作形式的不同，在相同的速度、控制模式下可選單工位往復式直行穿梭車、雙工位往復式直行穿梭車、一軌雙車雙工位往復式穿梭車，再者，物料體積、外形也決定了移載和輸送的形式。
　　二、環(huán)行穿梭車
　　環(huán)行穿梭車主要是應(yīng)用于自動化物流系統(tǒng)中智能型軌道搬運的機械設(shè)備。由穿梭車自身的控制系統(tǒng)通過車體所帶的編碼器、條碼認址等檢測傳感器定位車身位置和各個裝、卸工位，接收和輸出任務(wù)后以環(huán)行方式運行，主要執(zhí)行自動化物流系統(tǒng)中單元物料的高速平面自動化環(huán)行單向輸送設(shè)備。
　　1.構(gòu)成要素
　　環(huán)形穿梭車由機械系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)兩大部份組成。 　　1.1機械部分
　　環(huán)形穿梭車機械部分由車體和輸送裝置、走行部件、導軌部件、萬向輪等組成。
　　1.1.1車體和輸送裝置根據(jù)總體工藝流量需要可設(shè)計成雙車體，以適應(yīng)雙工位的需求，可提高總體輸送能力。輸送裝置可以選擇皮帶輸送、鏈式輸送或輥道輸送等形式。
　　1.1.2走行部件由前后驅(qū)動裝置組成，驅(qū)動電機在變頻器的控制下可同時平穩(wěn)的控制加減速。通過彈簧加載制動，使制動力在小車停止時始終起作用。與鏈條驅(qū)動或皮帶驅(qū)動相比，采用直接驅(qū)動使機構(gòu)更為簡化。
　　1.1.3導軌部件，穿梭車軌道上的滑觸線是穿梭車電力的來源，它也是承載穿梭車基礎(chǔ)與行走的導向。導軌具體分為專用鋁型材導軌和外購型鋼軌兩種類型。環(huán)行穿梭車配有維修站臺方便對穿梭車的維修、更換。
　　1.2電氣系統(tǒng)
　　環(huán)行穿梭車電氣系統(tǒng)由軌道電源供給系統(tǒng)、本地計算機管理系統(tǒng)、可編程控制器（PLC）、物料檢測、位置檢測、電機驅(qū)動器、檢測傳感器、聲光報警裝置等組成，根據(jù)不同的車型和用戶個性化需求，環(huán)行穿梭車可自帶計算機調(diào)度管理系統(tǒng)。
　　1.2.1軌道電源供給系統(tǒng)，本地電控柜主要負責軌道電源供給，并與安裝在軌道附近的若干個本地操作盒一起為現(xiàn)場區(qū)域的運行安全提供基本的保護
　　1.2.2本地計算機管理系統(tǒng)，主要由一臺本地計算機及相應(yīng)的信號發(fā)射、接收、處理單元構(gòu)成，其中本地計算機安裝有一套數(shù)據(jù)庫管理軟件，用來管理穿梭車的各項數(shù)據(jù)參數(shù)，并與其他外圍計算機進行數(shù)據(jù)交換后，發(fā)出指令來調(diào)度穿梭車的接貨、送貨。
　　1.2.3可編程控制器（PLC），通過預(yù)先編制的程序，結(jié)合分布在穿梭車上的條碼識別、編碼器、光電開關(guān)等傳感器和上位指令控制穿梭車的一切動作。
　　1.2.4電機驅(qū)動器和安全檢測，穿梭車行走電機和輸送電機各采用一臺變頻器控制，行走電機采用條碼認址和認址檢測控制定位精度。另外，穿梭車的運行安全由若干個安全檢測器件來保證。
　　2.環(huán)行穿梭車工作模式
　　環(huán)行穿梭車有兩種工作模式，本地計算機管理工作模式、本地遙控模式。
　　本地計算機管理工作模式，上位計算機通過安裝在現(xiàn)場附近的數(shù)據(jù)總線接口發(fā)出送貨和取貨指令，穿梭車通過安裝在車上的數(shù)據(jù)總線接口接收到指令，執(zhí)行送貨和取貨操作。操作完成后，再把完成情況通過數(shù)據(jù)總線接口發(fā)送給上位計算機。車輛處在完全自動的狀態(tài)，每輛車通過安裝在車頭和車尾的檢測器件檢測與前面車輛的距離，自動加減速、停車。送貨和取貨操作。
　　本地遙控模式當使用遙控器將穿梭車切換到本地模式后，穿梭車不再受本地計算機控制。此時，只能使用遙控器操作穿梭車的動作。這個工作狀態(tài)下，穿梭車可完成多段速前進、后退、送貨和取貨操作。但此時，只能對一臺車輛進行控制，不能多臺車同時運行。
　　3.技術(shù)參數(shù)
　　目前國產(chǎn)環(huán)行穿梭車的數(shù)據(jù)約為：運行速度Vx≤200m/min，車載鏈式輸送機上的輸送速度Vy≤16m/min，行走定位精度±5mm，目前載重量1200kg，穿梭車行走L形軌道長度為系統(tǒng)為L≈65m，半徑R=1200mm彎道1個，穿梭車走行軌道間距為：950mm。
　　4.應(yīng)用
　　在系統(tǒng)處理能力在100～200次/小時、輸送路線不在一條直線、輸送物料需要排序且轉(zhuǎn)送站臺較多的情況下，一般采用單軌環(huán)形穿梭車來進行系統(tǒng)總體平面布局。該系統(tǒng)原則上可替代直行穿梭車，可實現(xiàn)單軌雙向運行。
　　三、對穿梭車在自動化物流系統(tǒng)中的控制及應(yīng)用的討論
　　除了上述的兩種穿梭車外，轉(zhuǎn)軌穿梭車、多層穿梭車也在不斷得到應(yīng)用。以轉(zhuǎn)軌穿梭車為例，第一，這種穿梭車主要是由多輛轉(zhuǎn)軌穿梭車、軌道系統(tǒng)以及電控和調(diào)度系統(tǒng)等構(gòu)成。這意味著轉(zhuǎn)軌穿梭車并不能完成所有的工作，而是要在特定領(lǐng)域內(nèi)才能發(fā)揮出理想的工作成效。第二，在系統(tǒng)功能方面，轉(zhuǎn)軌穿梭車能夠?qū)崿F(xiàn)往復式穿梭車以及單軌環(huán)行穿梭車搬運的一切功能哦，其中包含直行、轉(zhuǎn)彎、分叉行走以及物料搬運。在岔道需改變前進方向時，由穿梭車自行處理，利用轉(zhuǎn)向機來完改變行走方向，進而實現(xiàn)自主換軌、轉(zhuǎn)向。和地面換軌的裝置相比，轉(zhuǎn)軌穿梭車軌道系統(tǒng)未使用換軌機構(gòu)或者扳道機構(gòu)，使用的卻是單車獨立控制，自行選用路線，具有高效性。在不同行業(yè)的自動化系統(tǒng)中，按照總體工藝以及能力需求，在系統(tǒng)能力大于200次/小時且轉(zhuǎn)送站臺較多時，使用單軌環(huán)行穿梭車將很難使調(diào)度系統(tǒng)的難度系數(shù)有所增加，而且穿梭車的交通容易堵塞，將會導致系統(tǒng)整體能力的下降，這種大流量高密度站臺的系統(tǒng)中使用轉(zhuǎn)軌穿梭車是必要的選擇。
　　結(jié)語：
　　穿梭車在自動化物流系統(tǒng)中的使用，對物流系統(tǒng)工作效率的提升和工作質(zhì)量的保障，具有重要作用。在今后的自動化物流系統(tǒng)，仍然會進一步發(fā)揮出穿梭車的各項功能及特點。結(jié)合以上幾種穿梭車在物流系統(tǒng)中的技術(shù)特點，在自動化物流系統(tǒng)設(shè)計和設(shè)備選型時，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的使用要求，選擇可靠、使用、經(jīng)濟的穿梭車設(shè)備。
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