以起重机作为执行单元的无人仓储方案的研究.pdf

第 3 期 2 0 1 1年 3月 工矿 自 动化 I n dus t r y a nd M i ne Au t oma t i o n No ． 3 M a r ．2 0 l 1 文章编 号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 1 1 0 3 0 0 1 6 --0 3 以起重机作为执行单元的无入仓储方案的研究 朱承 建 ， 李 东晓 ， 赵 志利 天地 常州 自动化 股份有 限公 司北京研 发 中心 ， 北 京1 O O O 1 3 摘要 针对传 统的仓储 将起 重机控 制与仓储 管理 分开进 行 ， 存在 效 率低 下的 问题 ， 以垃圾 储存 仓 管理 为 例， 提 出了一种 以起重机作为执行单元的无人仓储 方案。该方案通过 P L C采集不同位置处垃圾的高度、 搬 运 时间 、 搅拌 时 间， 由工控机 处理数 据 ， 并根 据 生产 工 艺决定何 处垃圾 需要 搬 运 、 搅拌 、 投料 等 ； 工控机 再将 运 动触发 指令发送 给 P L C， 由 P L C控 制起 重机 的运 动 。工 艺性试验 结果表 明， 该方案 能够 实现 无人化 仓储 ， 大 大提 高 了生产效率 。 关键 词 仓储 管理 ； 无人 仓储 ； 起 重机 ；垃圾储存 仓 中图分 类号 T D 6 7 文献 标识码 B Re s e a r c h o f a Sc he me o f Un ma n n e d St o r a g e o f Ta k i n g Cr a n e a s Ex e c u t i o n Uni t Z HU Ch e n g j i a n ， LI Do n g ～ x i a o， ZHAO Z h i l i B e i j i n g De v e l o p me n t Ce n t e r o f Ti a n d i Ch a n g z h 0 u Au t o ma t i o n Co ． ， Lt d ． ，Be i j i n g 1 0 0 0 1 3 ，Ch i n a Ab s t r a c t I n v i e w o f pr ob l e m of l O W e f f i c i e n c y e x i s t e d i n t r a d i t i on a l s t o r a g e whi c h s e p a r a t e s c r a ne c o n t r ol a n d s t o r a g e m a na ge me nt ，t he p a p e r pr o p os e d a s c h e me of un ma nn e d s t o r a g e whi c h t a ke s c r a n e a s e x e c ut i on uni t ba s e d o n a n e x a m p l e o f wa s t e s t o r a g e ma n a ge me n t ．The s c he m e us e s PLC t o c ol l e c t he i gh t ， t r a n s po r t t i me a n d s t i r r i n g t i me o f wa s t e a t d i f f e r e nt l o c a t i on s a n d us e s I PC t o pr oc e s s d a t a a nd d e t e r mi n e wh e r e wa s t e s ho u l d b e t r a ns po r t e d，s t i r r e d a nd c h a r ge d，a nd t h e n I PC s e n ds a c t i o n t r i gg e r i n g i ns t r u c t i o n t o PLC whi c h c o nt r ol s mot i o n o f c r a ne ． The r e s u l t of t e c hn i c a l t e s t s h o we d t ha t t he s c h e me c a n r e a l i z e u nma n ne d s t o r a g e a nd i m p r o ve pr o du c t i o n e f f i c i e nc y g r e a t l y． Ke y wo r d s s t or a ge ma n a g e me n t ，u nma n ne d s t o r a g e，c r a n e，wa s t e s t or a ge 0引言 仓储管 理就是 对仓库及 仓库 内的物 资所进行 的 管理 ， 是仓储 机构 为 了充 分利 用 所具 有 的仓 储 资 源 提供高效的仓储服务所进行的计划 、 组织、 控制和协 调过程。具体来说， 仓储管理包括仓储资源的获得、 仓储商务管理、 仓储流程管理、 仓储作业管理、 保管 管理、 安全管理等多种管理工作及相关的操作l_ l 。 仓储 根 据物 资货 物 的不 同分 为 很多 种 ， 而一 般 出入 库 ， 如钢 卷 出入 库[ 2 ] 、 集 装 箱 出入 库 、 散 料 煤 收稿 日期 2 O 1 O ～1 1 2 9 基金项 目 天地 常州 自动化 股份 有 限公 司基金 项 目 T2 一 J J 一0 9 一C2 8 作者筒介 朱承建 1 9 8 1 一 ， 男 ， 江苏宝应人 ， 工程师， 硕士 ， 现主 要从事智 能 装 备 的研 发 工 作 。E - ma i l z h u c h e n i a n y z y a h o o ． cor n．Cn 渣、 垃圾 出入库等都是以起重机作为出入的执行设 备。传统的仓储将仓储管理作为一块 、 起重机控制 作为一块 ， 两者是分离的， 如果采取集控管理系统则 可将两 者有机 结合 起来 ， 即将 执 行单 元 直 接与 管 理 单元相结合， 可 以实现仓储信息管理、 执行单元运行 状态 监视 的 自动化 ， 从 而做到监 视 、 管理 、 控 制 、 执行 为一体 ， 有效实现无人化仓储 ， 并可大大提高生产效 率 。下面 以垃圾 抓斗起 重机在 无人化 垃圾仓储 管理 中的应用进行 详 细说 明。 1 问题提 出及相应 解 决方案 垃圾抓斗 起重机 用于城 市生 活垃圾 和危险废 弃 物焚烧发电厂或城市生活垃圾堆肥处理厂的垃圾供 料系统 ， 主要承担垃圾的投料 、 搬运 、 搅拌、 取物和称 量工作Ⅲ。结合垃圾 的堆放 时间 ， 需要对垃圾进行 搬运 、 搅拌处 理 ； 结合 垃 圾 的堆 放 高 度 ， 需 要 对 垃圾 2 0 1 1 年 第 3期 朱承 建等 以起 重机 作 为执 行 单元 的无人 仓储 方 案的研 究 1 7 的储存 进行 管理 ， 因此 ， 垃 圾储 存仓 的 管理就 显得 非 常重要 。垃圾抓 斗起 重机 参 与 的垃 圾储 存仓 管 理工 艺包括 倒垛 、 搅拌 、 投 料 。倒垛 的 目的是 将垃 圾 坑 的 进料 口的垃 圾转 移 到 垃圾 坑 其 它位 置 ， 防止 进 料 口 的堵 塞 ； 搅拌 的 目的是 将 不 同 时 间存 储 在 垃 圾 仓 里 的垃圾 进行 混合 搅拌 ， 防 止投 入 到垃 圾 焚 烧 炉 中的 垃 圾 因发酵 程度 不 一样 、 燃 烧 值 不 一 样 而 导 致 燃 烧 炉 内可 燃 比的变 化 ； 投 料 的 目的是 将 垃 圾 储 存 仓 内 的垃圾 投到燃 烧 炉 内 。对 于 进 料 口是 否 堆 积 、 垃 圾 仓 内某 一处 的 垃圾 是 否 因为 存 放 时 间 过 长 需 要 搅 拌 、 哪一 处 的垃圾 因为 堆 高过 高且 搅 拌 符 合 要 求 可 以用于投料这些问题 ， 传统 的管理方式是靠人眼睛 来 看或 者靠 人 的记 忆 来 判 断 _ 4 ] 。很 明显 ， 该 方式 效 率 低下 ， 不利 于 自动化 程度 的提 高 ， 且 人 的判 断依据 有 区别 ， 会造 成 由于垃圾 发 酵时 间不 一致 ， 投放 到燃 烧仓 中的垃圾 燃烧 不均 匀现 象 。 为此 ， 笔 者提 出一种 控 制模式 以工控 机作 为远 程 客户 端 ， 以 P L C作 为 现 场 控 制 器 。P L C负 责 指 令 的发送 以及 数 据 的采 集 处 理 ， 工 控 机 负 责 仓储 管 理 、 数 据 管理 、 多数 据控 制算 法 的实 现[ 5 ] 。 图 1为多 台起 重机组 成 的无人 化 垃圾 仓储 管理 系统 结构 。从 图 1可 看 出 ， 多 台现 场 控 制 器通 过 交 换机 连接 到一 台远 程 客 户 端 处 ， 该 系 统 即 可 实现 仓 储管 理 与现场 运动 控制 相结 合 的工作 模式 。由此可 得到垃圾储存仓管理的解决方案 通过 P L C采集不 同位置 处 垃圾 的 高度 、 搬 运 时 间 、 搅 拌 时 间 ； 由工 控 机处理 数 据 ， 并 根据 生 产 工 艺 决 定 什 么位 置 的垃 圾 需要搬 运 、 搅拌 、 投 料 等 ； 工 控 机 再 将运 动 触发 指 令 发送 给 P I C， 最终 由 P L C完 成单 台起 重机 即执 行机 构 的运动 控制 。 图 1 多 台起重机组成 的无 人化垃圾仓储管理系统结构 2垃 圾仓储 管 理 系统设 计 2 ． 1硬 件 设 计 多 台起 重机 组成 的无 人化 垃圾 仓储 管理 系统 采 用 西 门子 S 7 3 0 0 P L C作 为现 场 控 制器 ， 工 控 机 采 用 西 门子 Wi n C C作 为 监 控 、 操 作 人 机 界 面 ； 现 场 控 制 器 与 电 动 机 驱 动 单 元 、 定 位 单 元 的 通 信 采 用 P r o f i b u s D P协 议 ， 现 场控 制 器 与上 位 机 的通 信采 用 工业 以太 网 ； 起 重 机 的 电 动机 驱 动 单 元 采 用 西 门 子 变频 器实 现变频 调 速 控 制 ， 定 位 单 元 采 用 安 装 在 行走 机构 及 起 升 机 构 的从 动 轮 上 的旋 转 编码 器 实 现 。该 系 统硬 件结 构如 图 2所示 。 j 图 2 多 台起 重 机 组 成 的无 人 化 垃圾 仓 储 管 理 系 统 的 硬件结构 2 ． 2软 件设 计 多 台起重 机组 成 的无 人 化垃圾 仓储 管理 系统 软 件设 计 的核心 是定 位算 法 的实现 。起 重机 的运行 机 构分 为起 升机 构 、 平 移机 构 ， 其 中起 升机 构 分为 主起 升 、 副起 升 有 的起 重机 只有 主起升 ， 平 移机 构分 为 大车 行走 机构 、 小 车 行 走 机构 。该 系统 将 起 重 机 的 运动 控制 分解 为每 一 个 机 构 的控 制 ， 其 定 位 算 法 原 理如 图 3所示 。 图 3 多 台起 重 机 组 成 的无 人 化 垃 圾仓 储 管 理 系 统 定 位算法原理 当上位 机给 出运 行启 动 信 号 时 ， 现 场 控 制 器首 先 规划 运行 路径 ， 运行 路 径包 括机 构 的启 动段 、 匀速 运 行段 、 降速 段 以及 停 止 段 的控 制 。起 重 机 国标 设 计 规范 GB ／ T 3 8 1 1 2 O O 8要求 根 据 每 一个 机 构 的 初 始位 置 、 目标位 置 计 算 机 构运 行 过 程 中的 位置 规 划 、 速 度规划 ， 实 时 调 整 机 构 的启 动 、 变 速 、 停 止[ 6 ] 。 该 系 统 运 行 路径 控 制 由 P L C、 变 频 器 、 配合 位 置 检 测 单元 图 3中的位置 传感 器 完成 。在 电动 机处安 装速度传感器实现变频器速度闭环控制以达到快速 响应 的 目的 ； 在传 动 机 构处 安装 位 置 传 感 器 实现 位 置 闭环 以达 到精 确定位 的 目的。