1研究背景

隨著自動化設(shè)備的廣泛應(yīng)用,越來越多的搬運工作已經(jīng)交給機器完成。常見的搬運工具,如叉車和拖車,要求操作人員具備相關(guān)的操作證書,并且定期進行安全培訓(xùn),落實設(shè)備點檢措施,避免事故的發(fā)生,而AGV（AutomatedGuidedVehicle）采用控制程序控制,但運輸效率低,在滿足同等運輸量的條件下投資成本高。

新型無人看護的軌道式穿梭車作為自動化物流系統(tǒng)中的一種固定軌道搬運設(shè)備,采用程序控制,如何在運行過程中保證人員及設(shè)備的安全,受到了人們廣泛的關(guān)注。本文對往復(fù)式穿梭車特點及安全問題進行了研究,并提出了個人見解。

2軌道式穿梭車的特點

軌道式穿梭車又稱"往復(fù)式穿梭車",即在一段直線軌道上進行往復(fù)運動,通過直線軌道路徑將物品運輸?shù)皆O(shè)定位置。該模式的穿梭車具有無人看護、系統(tǒng)簡單、設(shè)備小、運輸系統(tǒng)占地面積小、輸送快捷等優(yōu)點,缺點是只能在指定軌道進行運輸且設(shè)備充電需要固定區(qū)域。同時,因設(shè)備的應(yīng)用場合限制,系統(tǒng)的復(fù)雜性及安全性很大程度上取決于單臺穿梭車的可靠性。

3軌道式穿梭車存在的安全問題及改造措施

3.1全自動投料系統(tǒng)工序

我司提取車間的全自動投料工序是自動選擇收取物料后,穿梭車搬運物料桶進行自動取料及配比稱重,通過提升機到三樓,不銹鋼空桶經(jīng)隧道式清洗機進行清洗后再次取料。該工序?qū)⑻幚砗玫闹兴幉耐ㄟ^機械輸送至不銹鋼物料桶裝載,并使用軌道式穿梭車進行物料搬運（圖1）,穿梭車采用遠程通信控制方式,通過上位機將參數(shù)指令傳送到安裝在穿梭車上的PLC模塊內(nèi),再通過PLC模塊控制穿梭車完成對應(yīng)動作。

圖1軌道式穿梭車

在正常使用過程中,人員可通過安裝在操作面板上的急停按鈕對穿梭車進行緊急剎車。因操作面板安裝在固定位置,而中藥材自動運輸環(huán)節(jié)設(shè)計存在很多視覺盲區(qū),且不銹鋼物料桶裝載中藥材后質(zhì)量最大能達到l.5t,若出現(xiàn)異常需緊急停止,或者由于遠程控制人員誤操作等情況,現(xiàn)場人員無法及時觸碰急停按鈕或程序未設(shè)計補救措施,就可能導(dǎo)致輸送線和不銹鋼物料桶損壞,最壞可能導(dǎo)致操作人員安全事故。

同時穿梭車需?？慷嗾军c進行物料桶搬運或轉(zhuǎn)運,常規(guī)的定位方式采用定位片控制,當(dāng)穿梭車移動至定位片進行停車及對應(yīng)動作時,在使用過程中定位片因碰撞、震動等原因容易出現(xiàn)定位錯誤,造成穿梭車誤動作或偏差動作,從而影響生產(chǎn)線效率,提升設(shè)備故障率。

為解決以上問題并保證穿梭車運行過程中人員的安全,兼顧操作簡單、可靠防呆的設(shè)計理念,對穿梭車進行技術(shù)改造,具體措施如下:

（1）穿梭車新增在線條形碼讀碼器（圖2）替代站點物理定位片,僅保留兩端極限物理定位片,穿梭車的一條軌道內(nèi)側(cè)面安裝條形碼（圖3）,采用程序控制定位,減少人員操作,防范誤操作。

圖2穿梭車的在線條形碼讀碼器

圖3穿梭車右側(cè)軌道條形碼

(2）在線條形碼讀碼器具備讓穿梭車低速穩(wěn)定運行的功能,同時在穿梭車四周加裝機械式防撞開關(guān)和物料滾輪輸送軌道的激光定位裝置,實現(xiàn)遠近距離雙重保護,在誤動作時能及時切斷穿梭車供電電源。

條形碼讀碼器相對于定位片而言,可實時測定穿梭車的位置,具有精度高和壽命長的特點,適用于慢速直線運動定位控制,所以條形碼的安裝位置一定要非常精準。原方案采用定位片定位,因為精度差,所以穿梭車輸送物料桶至各站點時會出現(xiàn)偏位,需要人員到現(xiàn)場查看,現(xiàn)場人員通知控制室人員對穿梭車進行微調(diào)移動,可能會出現(xiàn)操作人員誤操作導(dǎo)致的偶發(fā)安全問題。采用條形碼讀碼器替換定位片后,只保留定位片前后極限位定位,各停車站點采用條形碼讀碼器進行定位,改造后無須人員微調(diào)穿梭車,減少了人員微調(diào)造成的隱患。

條形碼讀碼器作為穿梭車定位的依據(jù),需要軌道上的條形碼位置準確無誤且能100%讀出,所以條形碼讀碼器適用于環(huán)境相對干凈和干燥的車間,以使條形碼保持清晰的狀態(tài)。

3.2吊籃提取系統(tǒng)工序

我司提取車間吊籃提取系統(tǒng)工序是將吊籃經(jīng)機械手提升進行組籃,穿梭車和伸縮桿通過定位,將成組的物料抓入提取罐。自動投料生產(chǎn)中的吊籃使用軌道式穿梭車進行物料搬運,穿梭車采用遠程通信控制方式,通過上位機將參數(shù)指令傳送到安裝在穿梭車上的PLC模塊內(nèi),再通過PLC模塊控制穿梭車完成投料和出藥渣動作。

在正常使用過程中,人員可通過安裝在操作面板上的急停按鈕對穿梭車進行緊急剎車。因操作面板安裝在固定位置,若出現(xiàn)異常需緊急停止,或者由于遠程控制人員誤操作穿梭車啟動,現(xiàn)場人員無法及時觸碰急停按鈕或程序未設(shè)計補救措施,此時極易發(fā)生安全事故。

同時穿梭車需?？?0個站點(10個提取罐）進行吊籃的轉(zhuǎn)運,常規(guī)的定位方式采用定位片控制,當(dāng)穿梭車移動至定位片時進行停車及對應(yīng)動作,在使用過程中因定位片碰撞、震動等原因容易出現(xiàn)定位錯誤,造成穿梭車誤動作,從而影響提取工序效率,增加設(shè)備故障率。

為解決以上問題并保證穿梭車運行過程中人員的安全,兼顧操作簡單、可靠防呆的設(shè)計理念,對穿梭車進行技術(shù)改造,具體措施如下:

(1）穿梭車新增激光測距設(shè)備(圖4、圖5）替代站點物理定位片,僅保留兩端極限物理定位片,采用程序控制定位,減少人員操作,防范誤操作。

圖4穿梭車上的激光測距儀

圖5激光測距儀

(2）激光測距儀具備感應(yīng)穿梭車四周異物的功能,同時在穿梭車四周加裝機械式防撞開關(guān),實現(xiàn)遠近距離雙重保護,在誤動作時能及時切斷穿梭車供電電源。

激光測距儀相對于定位片而言,可實現(xiàn)被測目標(biāo)與測距儀之間距離的實時測定圖6）,具有精度高和壽命長的特點,也可作為安全光柵使用,適用于快速直線運動定位控制。原方案采用定位片定位,定位精度差,導(dǎo)致穿梭車輸送物料桶至各站點時易出現(xiàn)偏位,需要人員到現(xiàn)場查看,現(xiàn)場人員通知控制室人員對穿梭車進行微調(diào)移動,可能會出現(xiàn)操作人員誤操作導(dǎo)致的偶發(fā)安全問題。采用激光測距儀替換定位片后,只保留定位片前后極限位定位,各停車站點采用激光測距儀進行定位,改造后無須人員微調(diào)穿梭車,減少了人員微調(diào)造成的隱患。

圖6激光測距的0點面板

激光測距儀作為安全光柵使用時,若人員誤闖入正在運動的穿梭車區(qū)域,穿梭車會通過設(shè)定程序進行停車保護,避免撞上人員。但激光測距儀作為安全光柵使用時,安全范圍具有局限性,只能掃描反光板與激光頭之間的區(qū)域,其他區(qū)域無法掃描,且無法掃描放置在穿梭車運動區(qū)域不規(guī)則的重物?；诩す鉁y距儀安全光柵的局限性,在穿梭車上加裝一圈機械防撞條,機械防撞條控制變頻器輸出與電機之間的交流接觸器,為防止控制程序出現(xiàn)異常,采用機械防撞條物理觸點控制交流接觸器線圈,在穿梭車電氣元件出現(xiàn)異常無法停車時,切斷電機電源可避免危險擴大化。

4改造后的效果

改造后經(jīng)過10個月的效果跟蹤可知:

(1）全自動投料系統(tǒng)工序:條形碼讀碼器定位方案定位精度更高,上電后無須回零,且維護成本更低,投入使用的10個月內(nèi)從未發(fā)生不銹鋼物料桶倒塌和錯位現(xiàn)象:但因安裝條碼難度大,現(xiàn)場灰塵多,容易造成條碼沾灰,閱讀器讀數(shù)不準的情況。

(2）吊籃提取系統(tǒng)工序:現(xiàn)場曾出現(xiàn)夜班人員誤將登高梯放置在穿梭車運動區(qū)域的意外,白班人員在未發(fā)現(xiàn)的情況下啟動穿梭車,當(dāng)穿梭車碰撞到登高梯后機械防撞條觸發(fā)保護,穿梭車及時停車,未造成設(shè)備損壞:投入使用的10個月內(nèi)吊籃與提取罐投料口對應(yīng)位置從未發(fā)生偏差。

5經(jīng)濟和社會效益

改造完成后,應(yīng)用程序及操作流程可固化,具備自動化、安全、無人操作等特點,節(jié)約了人工勞動,解決了頻繁維修的問題,具有良好的經(jīng)濟和社會效益。

6推廣應(yīng)用或行業(yè)帶動作用

改造完成后,解決了穿梭車精準定位問題。經(jīng)過10個月的運行,自動穿梭車未出現(xiàn)過異常故障。以上技術(shù)改進措施可復(fù)制推廣到大宗物料輸送、自動化倉庫、物流中心和醫(yī)藥零售等領(lǐng)域應(yīng)用,例如密集庫或者高架庫采用穿梭車作為運輸工具時（圖7、圖8）,采用上述技術(shù)成果可有效解決穿梭車自動運輸和自動充電等安全問題:物流中心和醫(yī)藥零售采用的穿梭車如具備地軌、激光測距儀和條形碼讀碼器功能（圖9）,可實現(xiàn)貨物自動分揀和輸送。

圖7穿梭車四向運行軌道

圖8密集庫貨架及穿梭車

圖9物流中心的智慧分揀輸送

7結(jié)語

筆者和團隊通過努力完成了對穿梭車的技術(shù)改造,解決了現(xiàn)場存在的安全隱患,提高了穿梭車輸送系統(tǒng)的定位精度,為設(shè)備的安全高效運轉(zhuǎn)提供了有力保障。本次改造簡單,投資少,設(shè)備運行穩(wěn)定高效,對于軌道式穿梭車設(shè)備安全性改造具有一定的參考價值。