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双轨智能搬运车系统的设计与研究

双轨智能搬运车系统的设计与研究

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作者:
来源:
2019/09/24 12:47
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【摘要】:
本文设计了一种双轨智能搬运车系统,阐述了系统的硬件组成、软件组成以及工作原理,对地面双轨搬运车及岔道进行研究,设计转弯半径合适的地面轨道车及岔道,减小轨道搬运车系统占地面积,对双轨智能搬运车系统的应用案例做了具体介绍。

目前,双轨搬运车系统主要有直行搬运车系统和环形搬运车系统,这两种系统主要针对标准工艺流程,流程不能随着工艺需求时刻变更,而双轨智能搬运车系统能够很好地弥补这一缺点。双轨智能搬运车系统具备转弯半径小、双轨、轨道路径可定制、同轨多车等特点,通过合理的岔道布置和路径规划能满足系统占地面积小、地面平面度低要求、路线灵活、大流量搬运能力的需求,应用于复杂可变顺序流程,涉及日用百货、医药、烟草以及包装(瓶装、盒装)产品等多种行业,实现优化流程路线、提高效率。

本文首先对双轨智能搬运车系统的硬件系统和软件系统的组成及其功能进行详细说明,然后详细介绍其重要组成部分,如双轨搬运车的设计、岔道的设计和智能调试系统的组成及功能,接着阐述了双轨智能搬运车系统的工作原理,最后对此系统的应用案例进行介绍。

一、硬件系统组成

双轨智能搬运车系统的硬件系统主要由双轨搬运车、岔道及轨道相关组件等组成,轨道相关组件主要包括型材铝轨及铝轨支架等,其硬件系统的关键设备如下。

1.双轨搬运车主要结构

经典的地面双轨搬运车采用的是弹簧结构形式调整走行轮与轨道的偏心距离,但该形式只适应偏心距离较小的双轨搬运车。双轨智能搬运车系统中的搬运车偏心问题的解决方案为滚动直线导轨副的调整方式,此结构形式已获国家专利授权。该双轨搬运车主要由主动轮组件、从动轮组件、输送装置、车架等组成,如图1。

(1)车架:主要由钢管焊接而成,用于连接主动轮、支撑轮、输送装置、电控系统、缓冲装置等,是支撑所有零部件的基础,穿梭车的所有执行机构及控制系统都安装在车架上。

(2)走行驱动部件:走行部件由前后驱动装置组成,驱动马达是两台同步交流电机,在变频器的控制下可同时平稳的控制加减速度,通过制动使制动力在小车停止时始终起作用,以保证穿梭车更高的安全性,采用直接驱动使机构更为简化。本装置的无罩化设计有利于操作人员能够很容易的解除制动,无需去罩和将穿梭车脱离轨道等即可进行设备维修。

(3)输送装置:由链条、链轮、铝型材和减速电机等组成,结构紧凑、美观。

(4)从动轮组件:主要由轮箱、导轮、走行轮等组成,配合驱动走行轮支撑穿梭车,使穿梭车沿轨道水平运动,走行轮是两个聚氨酯万向轮,转动灵活,直接在轨道上行走。

(5)供电装置:由集电器、安装支架、罩板、接线端子等组成,为穿梭车在运行过程中提供动力电源。

(6)定位检测装置:主要由安装支架、检测器件等组成,使穿梭车到站停止获得较高的定位精度。

(7)通讯装置:主要由安装支架、通讯器件等组成,使每辆穿梭车与上位管理机始终保持通讯畅通。

(8)防碰撞装置:主要由缓冲器等组成,防止刚性碰撞。

(9)吊装装置:由四个吊环螺钉组成,用于安全起吊穿梭车,吊装方便可靠。

(10)控制器:集成走行控制器和输送控制器。

2.岔道主要结构

左岔道及右岔道是转轨穿梭车系统的辅助设备,主要功能是改变转轨穿梭车的运行轨迹路线,在特殊情况下将转轨穿梭车驶入维修轨道。左岔道实现轨道左交叉口的分合,右岔道实现轨道右交叉口的分合。调度系统根据接收到的物料搬运任务,合理分配任务,以任务最快被完成为原则调度搬运车,以及为搬运车规划路径,选择出最合理的路口。

左右岔道分别主要由旋转台、底台、驱动装置及轨道组成,见图2、图3,其中:

(1)旋转台:由矩形管和钢板焊接而成,上表面安装有铝轨及轨道支座,四周有脚轮,脚轮直接在底台上行走。

(2)底台:由矩形管和钢板焊接而成,通过调试螺杆支腿直接安装在地面上,上表面上安装有支撑脚轮行走的导轨。

(3)驱动装置:由驱动电机、驱动支架组成,是岔道的动力源,确保岔道能够实现左或右的转动。

(4)轨道:由两根直轨和两根弯轨组成,与轨道系统组成一个封闭的轨道环,是岔道上的重要零部件。

(5)连杆组件:由连杆和关节轴承及支座组成,是岔道实现转动原理的重要组件。

二、软件系统组成

软件系统由单机控制系统及地面调度系统组成,搬运车单机控制系统主要用于完成车辆的行走控制,并与站台协调动作,完成物料的输入、输出动作,智能轨道搬运车地面调度系统(简称“RTIS”)采用平台化思想设计,能够实现不同规模、复杂或简单(环行)轨道形式的搬运车的调度。

1.搬运车单机控制系统

搬运车单机控制系统:包括区域控制器、LSI运行监控触摸屏、MOVIVISION server调度软件、波导通讯系统、MOVIPRO车载控制系统等控制单元;区域控制器为MAXOLUTION系统核心单元,对车辆进行底层的运行管理(包括运动定位、车辆跟随及避碰),车辆状态的数据汇总、车辆参数配置、轨道参数的配置;负责与智能轨道EMS小车地面调度系统进行信息的交换,并且发送指令给车载控制器,实现对不同的EMS小车的控制,根据工艺的要求,比如目标位置,起停指令等由PLC通过UDP-IP协议发送给车辆控制器,现场的LSI运行监控触摸屏对整个系统的状态进行显示监控,并提供相应系统、车辆参数的设置和修改接口;车载控制单元主要负责根据区域控制器对单台EMS进行控制,行走电机驱动采MoviPro控制;输送电机驱动采用MOVIFIT控制;并采用条码定位系统。另外,穿梭车的运行安全由若干个安全检测器件(对射式光电开关)来保证。

2.地面调度系统

智能轨道搬运车地面调度系统包括调度系统和监控系统两部分,实现智能调度和管理多辆搬运车,使搬运车能够安全、高效地在多种形式的轨道中执行物料搬运任务。智能轨道搬运车地面调度系统具备智能运算和处理能力,提供如车辆动态分配、最短路径计算、任务优先级调度等灵活、高效、安全的搬运车调度策略。调度子系统根据接收到的物料搬运任务,合理分配任务、以任务最快被完成为原则调度搬运车及为搬运车规划路径,提供智能交通管理控制搬运车前后间距防止搬运车相互碰撞,使搬运车沿规定的路线自动、高效、安全地完成物料搬运任务。系统采用基于多优先级的任务调度,可实现远端站台优先,能够有效地减少因等候前方搬运车执行操作而引起的车辆阻塞,能够按任务的紧急程度动态调整任务优先级;基于最短路径的车辆调度,保证任务的高效执行;搬运车动态分配,保证任务能够得到最快响应,提高车辆利用率,在搬运车故障时能够使任务顺利转移。

系统控制结构可分为三层:调度系统层、轨道控制层和车载控制层。

调度系统层主要包括:轨道搬运车调度工控服务器和监控系统,轨道搬运车调度工控服务器部署在现场电控柜内,通过以太网UDP标准通信协议与区域控制器通信,获取搬运车位置和状态信息,同时下发走行和操作指令给对应车辆,通过PROFINET与现场PLC通信,获取必要的现场IO状态,包括急停开关、安全门等;监控系统,可在现场部署,也可在中控室部署独立的监控计算机,其通过以太网连接到现场调度工控服务器对搬运车实现图形化监控、报警和故障处理。物流上位调度计算机通过TCP/IP协议向地面调度平台发送搬运任务请求。地面调度系统指挥搬运车完成装卸货、检修、进行故障处理,由任务管理、车辆管理、交通管理、IO管理、通信管理、车辆驱动、监控等模块构成。在运行过程中,任务管理负责多任务多优先级的合理调度;车辆管理为各任务分配合适的搬运车,以保证任务尽快完成;交通管理负责指挥搬运车间的相互避让,以保证任务能够安全地完成;IO管理负责任务执行过程中,在必要时控制外界的IO设备;通信管理负责任务执行过程中地面调度系统与搬运车、WCS等外围系统的交互。具体功能结构,如图4。

三、工作原理

当调度系统将任务下达给搬运车后,搬运车的控制系统驱动搬运车向指定的站台位置移动,行走过程中为了提高效率,调度系统需要根据实际情况利用岔道控制搬运车的行驶路线,搬运车到达指定输入站台后通过输送装置将物料从站台移载到车内,然后利用条码定位行走至输出站台将物料输送到输出站台,结束任务,等待下次任务的下达。

四、典型案例介绍

昆船自主研发的双轨智能搬运车系统,作为XX电商平台仓库的托盘输送系统提供的最佳方案,如图5。

此图仅为实际系统中一部分,该系统包含20多台搬运车、8个岔道、通信与调度系统等,其系统性能介绍如下:

1.运行速度快,直线速度160米/分钟,弯道速度40米/分钟,通过增加搬运车数量可提高系统流量,满足更高的实际使用工况需求。

2.采用双轨道系统,保证小车的平稳运行,降低对地面平面度等要求。

3.地面调度系统接受任务后,自动调动系统内的小车,合理分配小车任务,确保小车能够在最短最快的时间内完成生产任务。

4.运行监控触摸屏实时动态显示系统运行情况、任务分配和执行情况,修改系统参数配置,可以灵活掌控变更生产情况。

5.操作面板显示故障信息,出现故障随时调取故障信息,以便分析解决处理。

6.故障报警,每台小车都带有声光报警灯,当小车发生故障时,自动提示生产管理人员,以便尽快组织处理后恢复生产。

7.载重量最大可到1500kg。

8.专有技术的道岔变轨,实现快速轨道转换。

9.设备出现故障,只需要打开驱动的制动杆,维护人员在平台上人工牵引到维修区或自动运行至维修区。

10.设备运行的噪音低于75分贝,为降低噪音,降低设备接触的震动,设备驱动轮采用包胶处理,包胶保证5年使用寿命。

11.输送系统内是封闭的,设置安全门,人员进入后设备自动降低运行速度,以确保人员的安全。

五、结论

双轨智能轨道搬运车系统具备转弯半径小、双轨、轨道路径可定制、同轨多车等优点,故通过合理的岔道布置和路径规划,可最大幅度优化系统占地面积,减少搬运车空跑时间,提高系统搬运能力,适应复杂的工艺路径需求。本文提供了应用于双轨智能搬运车系统的一种搬运车及岔道,对双轨智能搬运车系统的设计具有一定的参考价值,介绍了地面调度系统的组成,功能和应用案例,为双轨智能轨道搬运车系统的开发提供参考。

 

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