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摘要：智慧物流的蓬勃發(fā)展，使得自動化立體倉庫迅速擴張，廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。堆垛機作為自動化立體倉庫中最重要的設(shè)備，各類傳感器在其上的精準應(yīng)用，對于提高倉儲生產(chǎn)效率、增強搬運準確性、提升系統(tǒng)安全防護性能、保障設(shè)備穩(wěn)定運行起到了至關(guān)重要的作用。

本文以各類傳感器組建的感知系統(tǒng)為切入點，詳細介紹了傳感器在立體倉庫堆垛機系統(tǒng)中的應(yīng)用和功能。基于各類傳感器的特點，進行定制化應(yīng)用，實現(xiàn)了堆垛機的定位檢測、關(guān)鍵節(jié)點監(jiān)控、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控、物料流量統(tǒng)計等功能，提升了貨物搬運的準確性和監(jiān)控的實時性；解決了定位復(fù)核、安全防護、機械防撞等諸多安全問題，保證堆垛機和系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。

關(guān)鍵詞：智慧物流；傳感器；堆垛機

作者：杜健 黃婷 陳琳 邵延鋒

普天物流技術(shù)有限公司

一

引言

國內(nèi)物流行業(yè)的蓬勃發(fā)展，帶動了智慧物流技術(shù)的迭代升級，眾多感知技術(shù)的加持為智慧物流穩(wěn)定運行保駕護航，其中關(guān)鍵的技術(shù)之一便是傳感器。傳感器作為基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)采集源頭，在物流行業(yè)的作用逐漸顯著，尤其是在堆垛機系統(tǒng)中應(yīng)用，使得貨位識別、超限檢測、貨物搬運、位置檢測、精準定位、動態(tài)檢測、安全檢測、實時通訊、設(shè)備之間安全聯(lián)動等環(huán)節(jié)更加精準高效。

二

堆垛機控制系統(tǒng)架構(gòu)

堆垛機是在立體倉庫巷道間的軌道上運動的起重運輸機械設(shè)備，能在三維空間上按照一定的順序組合進行重復(fù)運動。堆垛機根據(jù)控制系統(tǒng)下發(fā)的命令，將入庫平臺上的貨物存入貨架指定貨位，完成入庫作業(yè)；或?qū)⒅付ㄘ浳恢械呢浳锇徇\到出庫平臺，完成出庫作業(yè)。

堆垛機控制系統(tǒng)是驅(qū)動機械本體行走的大腦，以可編程邏輯控制器（PLC）為核心中樞。包含行走、起升、貨叉驅(qū)動器組成的驅(qū)動系統(tǒng)及配套電機組成的執(zhí)行器件，各類傳感器、編碼器組成的信號采集系統(tǒng)，總線通訊傳輸系統(tǒng)，光通訊、交換機等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成的以太網(wǎng)通訊系統(tǒng)，PC、觸摸屏組成的人機交互系統(tǒng)。

圖1 堆垛機控制系統(tǒng)構(gòu)架

圖1是以PLC為核心組建的堆垛機控制系統(tǒng)構(gòu)架，由眾多傳感器組成的感知層是金字塔的基石，猶如堆垛機的眼睛和耳朵，幫助堆垛機“眼觀六路、耳聽八方、聽聲辨位、觸類旁通”。

三

傳感器在堆垛機系統(tǒng)中的應(yīng)用

堆垛機系統(tǒng)中使用到的傳感器主要包括光電傳感器（漫反射光電、對射光電、鏡反射光電、U型檢測光電傳感器）、接近開關(guān)、超聲波傳感器、激光測距儀、條碼測距儀、絕對值編碼器、增量型編碼器、區(qū)域防護掃描儀、磁性開關(guān)、限位開關(guān)、拉力傳感器、安全門鎖、拉繩開關(guān)等。不同類型傳感器根據(jù)其各自特點在堆垛機控制系統(tǒng)中起著不同作用。

1.漫反射光電傳感器

圖2為探貨檢測與貨叉保護開關(guān)在堆垛機中的應(yīng)用。漫反射光電安裝在堆垛機載貨臺兩側(cè)，用于檢測貨架兩側(cè)貨位占用情況，此為探貨檢測；貨叉保護由上下兩組開關(guān)組成，用于探測橫梁邊緣，當(dāng)兩組開關(guān)同時觸發(fā)后，為正常狀態(tài)，貨叉可正常伸叉，保護貨叉及貨架橫梁安全。

圖2 探貨和貨叉保護光電在堆垛機中的應(yīng)用

雙伸位堆垛機常使用帶模擬量信號的漫反射光電，用于判斷托盤與貨叉的距離，更精確地檢測貨架遠端儲位的狀態(tài)。上位系統(tǒng)發(fā)送入庫指令后，堆垛機可以利用左、右探貨開關(guān)來判斷目標貨位有無貨物，防止貨叉誤動作損傷貨叉、貨架或貨物，避免發(fā)生安全事故，防患于未然。

2.對射、鏡反射光電

圖3為對射開關(guān)組成的載貨臺有貨檢測和尺寸超限檢測，一般安裝在堆垛機載貨臺鋁型材上，尺寸超限檢測可避免堆垛機運行時貨物超出載貨臺安全區(qū)域發(fā)生碰撞的風(fēng)險；載貨臺有貨檢測，防止有貨取貨造成的碰撞風(fēng)險。

圖3 對射開關(guān)組成的尺寸超限檢測、有貨檢測

鏡反開關(guān)廣泛用于層、列方向定位復(fù)核，保證貨叉動作安全，避免定位錯誤導(dǎo)致的撞貨風(fēng)險，增強定位容錯率，保證貨物和設(shè)備安全。

3．接近開關(guān)

圖4為接近開關(guān)在堆垛機中的應(yīng)用，通常安裝在堆垛機貨叉兩側(cè)和中心，即可用于貨叉中位、左右端位置檢測，也可用于定位復(fù)核。

圖4 接近開關(guān)在堆垛機中的應(yīng)用

現(xiàn)階段堆垛機應(yīng)用日益廣泛，安全生產(chǎn)顯得尤為重要。當(dāng)前主流應(yīng)用為貨叉定位依靠絕對值編碼器，接近開關(guān)用于復(fù)核位置，雙重安全確認，保證堆垛機安全作業(yè)。

4.磁性開關(guān)或U型檢測光電

圖5為磁性開關(guān)在堆垛機中的應(yīng)用，一般設(shè)置在巷道前后或升降末端的位置，作為強制減速檢測開關(guān)使用。

圖5 磁性開關(guān)在堆垛機中的應(yīng)用

U型檢測光電和磁性開關(guān)雖然工作原理不同，但均可作為堆垛機行駛到末端的強減速開關(guān)。堆垛機前后或升降各設(shè)置兩級減速開關(guān)，堆垛機運行到磁性開關(guān)磁鐵或U型開關(guān)檢測片位置時觸發(fā)，PLC命令堆垛機強制降低速度運行，降低運動勢能，防止堆垛機在兩端失速，保證堆垛機行駛安全。

5.激光測距與條碼測距傳感器

圖6為激光測距在堆垛機中的應(yīng)用，通常安裝在堆垛機本體上，跟隨堆垛機行走，用于檢測堆垛機行走方向與起升方向的位置，相當(dāng)于堆垛機的眼睛，通過總線通訊將實時位置信息傳輸至控制系統(tǒng)，實現(xiàn)精準位置定位。

圖6 激光測距在堆垛機中的應(yīng)用

條碼測距不同于激光測距配置反光板實現(xiàn)測距功能，條碼測距需配置條碼紙實現(xiàn)測距功能。通常巷道距離較遠的情況下，因軌道安裝誤差、地面水平度等原因?qū)е录す恻c容易偏出反光板，致使位置丟失。因此在巷道較遠的情況下建議使用條碼測距避免這些問題的出現(xiàn)。

另外一個巷道中配置兩個以上的堆垛機時，建議行走方向采用條碼測距傳感器，這樣多臺堆垛機可以建立同一個坐標系，方便電控編寫避障程序。

6.絕對值編碼器

圖7為絕對值編碼器在堆垛機中的應(yīng)用，一般安裝在貨叉電機減速機軸輸出端，隨著電機正反向轉(zhuǎn)動同步轉(zhuǎn)動，將監(jiān)控到的實際位置數(shù)據(jù)上報至PLC，控制系統(tǒng)通過當(dāng)前位置信息判定貨叉取貨、放貨的左右端位置。

圖7 絕對值編碼器在堆垛機中的應(yīng)用

7.增量型編碼器

圖8為增量型編碼器在堆垛機中的應(yīng)用，通常安裝在行走或升降電機軸上，用于監(jiān)測電機轉(zhuǎn)速，配合變頻器完成速度閉環(huán)矢量控制。實時向變頻器反饋當(dāng)前電機轉(zhuǎn)速，變頻器根據(jù)反饋速度實時調(diào)整轉(zhuǎn)速，完成的速度閉環(huán)控制。

圖8 增量型編碼器在堆垛機中的應(yīng)用

8.超聲波傳感器

圖9為超聲波開關(guān)在堆垛機中的應(yīng)用，當(dāng)堆垛機與AGV直接交互時，在堆垛機取放貨平臺上安裝超聲波傳感器，用于檢測AGV上貨或卸貨動作以及AGV位置，當(dāng)檢測AGV動作完成且到達指定位置后，將安全信號傳遞至堆垛機，堆垛機通過信號實現(xiàn)動作互鎖，確保堆垛機取放貨安全。

圖9 超聲波開關(guān)在堆垛機中的應(yīng)用

當(dāng)一個巷道有兩臺以上堆垛機時，通常在堆垛機前后位置安裝超聲波傳感器，實時保持與其他堆垛機的安全距離，當(dāng)檢測距離異常時，堆垛機緊急停止，保證作業(yè)和設(shè)備的安全。

9.區(qū)域掃描儀

圖10為區(qū)域掃描儀在堆垛機中的應(yīng)用，區(qū)域掃描儀一般用于巷道貨物掉落監(jiān)測、巷道內(nèi)障礙物或人員檢測，檢測到異常后堆垛機緊急停止，保護人員、堆垛機及貨物安全。

圖10 區(qū)域掃描儀在堆垛機中的應(yīng)用

10.安全門鎖

圖11為安全門鎖在堆垛機中的應(yīng)用，安全門鎖安裝在堆垛機巷道口的安全門上，安全門通常處于關(guān)閉狀態(tài)，當(dāng)維修人員進入巷道檢修設(shè)備時，需打開安全門，安全門鎖開門信號觸發(fā)，堆垛機停止動作，確保維修人員安全。

圖11 安全門鎖在堆垛機中的應(yīng)用

11.拉繩開關(guān)

圖12為拉繩開關(guān)在堆垛機中的應(yīng)用，安裝在巷道內(nèi)部與軌道平行，當(dāng)人員進入堆垛機巷道內(nèi)檢修，堆垛機失控啟動時，及時拖拽拉繩開關(guān)將安全信號傳遞至控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)控制堆垛機緊急停止，保障人身安全。

圖12 拉繩開關(guān)在堆垛機中的應(yīng)用

12.限位開關(guān)

圖13為限位開關(guān)在堆垛機中的應(yīng)用，一般作為堆垛機行走、升降、左右方向的安全限位裝置，用于檢測堆垛機處于端口終端位置的信息。限位開關(guān)與控制電路串聯(lián)，觸發(fā)后驅(qū)動機構(gòu)斷電，堆垛機急停剎車，保證運行安全及設(shè)備不受損傷。

圖13 限位開關(guān)在堆垛機中的應(yīng)用

13.拉力傳感器

圖14為拉力傳感器在堆垛機中的應(yīng)用，拉力傳感器作用在牽引堆垛機載貨臺的鋼絲繩上，和配套儀表組成了堆垛機松繩過載裝置。通過儀表顯示重量，根據(jù)預(yù)設(shè)的重量和標定信息，判斷鋼絲繩松動或超載的情況，并將安全信息傳遞至控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)驅(qū)動堆垛機緊急停止，防止鋼絲繩徹底脫離起升輥筒，導(dǎo)致鋼絲繩扭打成團或過載造成鋼絲繩斷裂及損傷。

圖14 拉力傳感器在堆垛機中的應(yīng)用

四

結(jié)語

傳感器是立體倉庫堆垛機系統(tǒng)自動化、可視化、智能化的重要組成部分，其在不同場景的成熟應(yīng)用，為現(xiàn)代工業(yè)和智慧物流的發(fā)展提供了可靠保障和數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。除了應(yīng)用在堆垛機系統(tǒng)中，也廣泛應(yīng)用于輸送系統(tǒng)、分揀系統(tǒng)、穿梭車、提升機、AGV等智慧物流設(shè)備以及其他智能制造領(lǐng)域。

參考文獻:

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———— 物流技術(shù)與應(yīng)用 ————

編輯、排版：王茜

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