穿梭车在自动化物流系统中的控制及应用

【摘 要】我国工业、信息自动化、物流仓储等行业发展迅速，尤其是物流仓储行业的发展速度较为显著，自动化物流系统在电力、服装加工、食品、烟草、机械制造等领域的应用渐趋广泛，相关的物流设备也呈现出多元化的发展趋势，其技术水平也不断得到提升。在自动化物流系统中，物料主要采用带式、辊道、链式、积放、链板输送机等机械设备进行输送，通常都是固定于地面上。若是把上述机械设备安装上走行轮，并按照固定的路径进行移动，做成了穿梭车。穿梭车一般具有动态移载的特点，可以使物料在不同工位间的传送以及输送线布局更为便捷和紧凑，实现了物料传输的高效性。

【关键词】穿梭车；往复式；环行；自动化；控制与应用

穿梭车又称为轨道式自动导引车（rail guide vehicle），具有速度快、可靠性高、成本低等特点，主要用于物料输送、车间装配等，穿梭车是伴随着自动化物流系统和自动化仓库而产生的设备，它既可作为立体仓库的周边设备，也可作为独立系统。穿梭车可以便捷地与其他物流系统实现自动连接，如出入库站台、各种缓冲站、输送机、升降机和机器人等，按照计划进行物料的输送。正常运行时穿梭车无需人员操作，运行速度快，显著降低了仓库管理人员的工作量，提高了劳动生产率，同时它的应用可使物流系统变得非常简捷。穿梭车是全自动化立体仓库中搬运转送货物的主要单机设备，具有节省人力、作业迅速准确等优点。它由上位线控PLC调度、与站台输送设备连锁动作，实现物料托盘的准确搬运，和其它设备共同组成完整的物流系统，从不同的轨道形式来看，穿梭车可具体分为环形穿梭车和往复式直行穿梭车，而环形穿梭车可以在相同的轨道上同时运行多辆车，这样能提升系统的出入库能力，同时这也是未来穿梭车的一个重要发展趋势。以下笔者将结合自身多年实践工作经验，并通过本文，针对穿梭车在自动化物流系统中的控制及应用进行集中阐述。

一、直行穿梭车

往复式直行穿梭车主要是应用于自动化物流系统中智能型轨道搬运的机械设备。由穿梭车自身的控制系统通过车体所带的测距传感器、编码器、条码认址等检测传感器定位车身位置和各个装、卸工位，接收和输出任务后以直线往复方式运行，主要执行自动化物流系统中单元物料的高速平面自动化输送，是一种高效、灵活的物流设备。

1.构成要素

往复式直行穿梭车由机械系统、电气系统两大部份组成。

1.1机械部分

往复式直行穿梭车机械部分由车体和输送装置、走行部件、导轨部件等组成。

1.1.1走行部件

走行装置由车架和走行驱动装置等组成，实现穿梭车的走行功能，并承载其它的部件。行走驱动装置主要由电动机、传动轴、驱动轮等组成。走行驱动装置的走行轮采用非金属软性材料，能够减少运行噪音和振动，也可以延长轮子的使用寿命。车体可根据总体工艺流量需要设计成双车体，以适应双工位的需求，可提高总体输送能力。

1.1.2输送装置

输送装置在穿梭车设备中的主要作用是输送物料，安装在车体上，框架部分主要使用钢结构。按照物料的不同形式，可以选择皮带输送、链式输送、辊道输送或是货叉等形式。

1.1.3导轨部件

导轨部件，穿梭车轨道上的滑触线是穿梭车电力的来源。它也是承载穿梭车基础与行走的导向。导轨具体分为专用铝型材导轨和外购型钢轨两种类型。两种导轨均配置了停止器，包含了支架和缓冲器等，安装在轨道两端位置，避免穿梭车发生意外状况而脱离轨道。

1.2电气系统

穿梭车电气系统由本地计算机管理系统、可编程控制器（PLC）、物料检测、位置检测、电机驱动器、检测传感器、声光报警装置等组成，根据不同的车型和用户个性化需求，往复式直行穿梭车可自带计算机调度管理系统。

1.2.1本地计算机管理系统

主要由一台本地计算机及相应的信号发射、接收、处理单元构成，其中本地计算机安装有一套数据库管理软件，用来管理穿梭车的各项数据参数，并与其他外围计算机进行数据交换后，发出指令来调度穿梭车的接货、送货。

1.2.2可编程控制器（PLC）

通过预先编制的程序，结合分布在穿梭车上的条码识别、编码器、光电开关等传感器和上位指令控制穿梭车的一切动作。

1.2.3轨道电源供给系统

本地电控柜主要负责轨道电源供给，并与安装在轨道附近的若干个本地操作盒一起为现场区域的运行安全提供基本的保护。

1.2.4电机驱动器和安全检测

穿梭车行走电机和输送电机各采用一台变频器控制，并采用激光测距、编码器或条码认址和认址检测控制走行定位精度，货物检测开关控制输送电机启停，另外，穿梭车的运行安全由若干个安全检测器件来保证。

2.技术参数

目前国产穿梭车的数据约为：运行速度Vx≤200m/min，车载链式输送机上的输送速度

3.应用

自动物流系统在规划方案设计中，须从系统的出入库能力、总体结构、功能要求为设计依据。设备选型时，首先要计算系统处理的流量、路线布局图，再经过能力仿真和计算后，才能确定采用的模式。根据输送能力和工作形式的不同，在相同的速度、控制模式下可选单工位往复式直行穿梭车、双工位往复式直行穿梭车、一轨双车双工位往复式穿梭车，再者，物料体积、外形也决定了移载和输送的形式。

二、环行穿梭车

环行穿梭车主要是应用于自动化物流系统中智能型轨道搬运的机械设备。由穿梭车自身的控制系统通过车体所带的编码器、条码认址等检测传感器定位车身位置和各个装、卸工位，接收和输出任务后以环行方式运行，主要执行自动化物流系统中单元物料的高速平面自动化环行单向输送设备。

1.构成要素

环形穿梭车由机械系统、电气系统两大部份组成。

1.1机械部分

环形穿梭车机械部分由车体和输送装置、走行部件、导轨部件、万向轮等组成。

1.1.1车体和输送装置根据总体工艺流量需要可设计成双车体，以适应双工位的需求，可提高总体输送能力。输送装置可以选择皮带输送、链式输送或辊道输送等形式。

1.1.2走行部件由前后驱动装置组成，驱动电机在变频器的控制下可同时平稳的控制加减速。通过弹簧加载制动，使制动力在小车停止时始终起作用。与链条驱动或皮带驱动相比，采用直接驱动使机构更为简化。

1.1.3导轨部件，穿梭车轨道上的滑触线是穿梭车电力的来源，它也是承载穿梭车基础与行走的导向。导轨具体分为专用铝型材导轨和外购型钢轨两种类型。环行穿梭车配有维修站台方便对穿梭车的维修、更换。

1.2电气系统

环行穿梭车电气系统由轨道电源供给系统、本地计算机管理系统、可编程控制器（PLC）、物料检测、位置检测、电机驱动器、检测传感器、声光报警装置等组成，根据不同的车型和用户个性化需求，环行穿梭车可自带计算机调度管理系统。

1.2.1轨道电源供给系统，本地电控柜主要负责轨道电源供给，并与安装在轨道附近的若干个本地操作盒一起为现场区域的运行安全提供基本的保护

1.2.2本地计算机管理系统，主要由一台本地计算机及相应的信号发射、接收、处理单元构成，其中本地计算机安装有一套数据库管理软件，用来管理穿梭车的各项数据参数，并与其他外围计算机进行数据交换后，发出指令来调度穿梭车的接货、送货。

1.2.3可编程控制器（PLC），通过预先编制的程序，结合分布在穿梭车上的条码识别、编码器、光电开关等传感器和上位指令控制穿梭车的一切动作。

1.2.4电机驱动器和安全检测，穿梭车行走电机和输送电机各采用一台变频器控制，行走电机采用条码认址和认址检测控制定位精度。另外，穿梭车的运行安全由若干个安全检测器件来保证。

2.环行穿梭车工作模式

环行穿梭车有两种工作模式，本地计算机管理工作模式、本地遥控模式。

本地计算机管理工作模式，上位计算机通过安装在现场附近的数据总线接口发出送货和取货指令，穿梭车通过安装在车上的数据总线接口接收到指令，执行送货和取货操作。操作完成后，再把完成情况通过数据总线接口发送给上位计算机。车辆处在完全自动的状态，每辆车通过安装在车头和车尾的检测器件检测与前面车辆的距离，自动加减速、停车。送货和取货操作。

本地遥控模式当使用遥控器将穿梭车切换到本地模式后，穿梭车不再受本地计算机控制。此时，只能使用遥控器操作穿梭车的动作。这个工作状态下，穿梭车可完成多段速前进、后退、送货和取货操作。但此时，只能对一台车辆进行控制，不能多台车同时运行。

3.技术参数

目前国产环行穿梭车的数据约为：运行速度Vx≤200m/min，车载链式输送机上的输送速度Vy≤16m/min，行走定位精度±5mm，目前载重量1200kg，穿梭车行走L形轨道长度为系统为L≈65m，半径R=1200mm弯道1个，穿梭车走行轨道间距为：950mm。

4.应用

在系统处理能力在100～200次/小时、输送路线不在一条直线、输送物料需要排序且转送站台较多的情况下，一般采用单轨环形穿梭车来进行系统总体平面布局。该系统原则上可替代直行穿梭车，可实现单轨双向运行。

三、对穿梭车在自动化物流系统中的控制及应用的讨论

除了上述的两种穿梭车外，转轨穿梭车、多层穿梭车也在不断得到应用。以转轨穿梭车为例，第一，这种穿梭车主要是由多辆转轨穿梭车、轨道系统以及电控和调度系统等构成。这意味着转轨穿梭车并不能完成所有的工作，而是要在特定领域内才能发挥出理想的工作成效。第二，在系统功能方面，转轨穿梭车能够实现往复式穿梭车以及单轨环行穿梭车搬运的一切功能哦，其中包含直行、转弯、分叉行走以及物料搬运。在岔道需改变前进方向时，由穿梭车自行处理，利用转向机来完改变行走方向，进而实现自主换轨、转向。和地面换轨的装置相比，转轨穿梭车轨道系统未使用换轨机构或者扳道机构，使用的却是单车独立控制，自行选用路线，具有高效性。在不同行业的自动化系统中，按照总体工艺以及能力需求，在系统能力大于200次/小时且转送站台较多时，使用单轨环行穿梭车将很难使调度系统的难度系数有所增加，而且穿梭车的交通容易堵塞，将会导致系统整体能力的下降，这种大流量高密度站台的系统中使用转轨穿梭车是必要的选择。

结语：

穿梭车在自动化物流系统中的使用，对物流系统工作效率的提升和工作质量的保障，具有重要作用。在今后的自动化物流系统，仍然会进一步发挥出穿梭车的各项功能及特点。结合以上几种穿梭车在物流系统中的技术特点，在自动化物流系统设计和设备选型时，应根据系统的使用要求，选择可靠、使用、经济的穿梭车设备。

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