1研究背景

隨著自動(dòng)化設(shè)備的廣泛應(yīng)用,越來越多的搬運(yùn)工作已經(jīng)交給機(jī)器完成。常見的搬運(yùn)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(jìn)行安全培訓(xùn),落實(shí)設(shè)備點(diǎn)檢措施,避免事故的發(fā)生,而AGV（AutomatedGuidedVehicle）采用控制程序控制,但運(yùn)輸效率低,在滿足同等運(yùn)輸量的條件下投資成本高。

新型無人看護(hù)的軌道式穿梭車作為自動(dòng)化物流系統(tǒng)中的一種固定軌道搬運(yùn)設(shè)備,采用程序控制,如何在運(yùn)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(duì)往復(fù)式穿梭車特點(diǎn)及安全問題進(jìn)行了研究,并提出了個(gè)人見解。

2軌道式穿梭車的特點(diǎn)

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(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng),通過直線軌道路徑將物品運(yùn)輸?shù)皆O(shè)定位置。該模式的穿梭車具有無人看護(hù)、系統(tǒng)簡(jiǎn)單、設(shè)備小、運(yùn)輸系統(tǒng)占地面積小、輸送快捷等優(yōu)點(diǎn),缺點(diǎn)是只能在指定軌道進(jìn)行運(yùn)輸且設(shè)備充電需要固定區(qū)域。同時(shí),因設(shè)備的應(yīng)用場(chǎng)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(tái)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(dòng)投料系統(tǒng)工序

我司提取車間的全自動(dòng)投料工序是自動(dòng)選擇收取物料后,穿梭車搬運(yùn)物料桶進(jìn)行自動(dòng)取料及配比稱重,通過提升機(jī)到三樓,不銹鋼空桶經(jīng)隧道式清洗機(jī)進(jìn)行清洗后再次取料。該工序?qū)⑻幚砗玫闹兴幉耐ㄟ^機(jī)械輸送至不銹鋼物料桶裝載,并使用軌道式穿梭車進(jìn)行物料搬運(yùn)（圖1）,穿梭車采用遠(yuǎn)程通信控制方式,通過上位機(jī)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(duì)應(yīng)動(dòng)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(duì)穿梭車進(jìn)行緊急剎車。因操作面板安裝在固定位置,而中藥材自動(dòng)運(yùn)輸環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)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(dá)到l.5t,若出現(xiàn)異常需緊急停止,或者由于遠(yuǎn)程控制人員誤操作等情況,現(xiàn)場(chǎng)人員無法及時(shí)觸碰急停按鈕或程序未設(shè)計(jì)補(bǔ)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(shí)穿梭車需?？慷嗾军c(diǎn)進(jìn)行物料桶搬運(yùn)或轉(zhuǎn)運(yùn),常規(guī)的定位方式采用定位片控制,當(dāng)穿梭車移動(dòng)至定位片進(jìn)行停車及對(duì)應(yīng)動(dòng)作時(shí),在使用過程中定位片因碰撞、震動(dòng)等原因容易出現(xiàn)定位錯(cuò)誤,造成穿梭車誤動(dòng)作或偏差動(dòng)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(yùn)行過程中人員的安全,兼顧操作簡(jiǎn)單、可靠防呆的設(shè)計(jì)理念,對(duì)穿梭車進(jìn)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(diǎn)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(yùn)行的功能,同時(shí)在穿梭車四周加裝機(jī)械式防撞開關(guān)和物料滾輪輸送軌道的激光定位裝置,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)近距離雙重保護(hù),在誤動(dòng)作時(shí)能及時(shí)切斷穿梭車供電電源。

條形碼讀碼器相對(duì)于定位片而言,可實(shí)時(shí)測(cè)定穿梭車的位置,具有精度高和壽命長(zhǎng)的特點(diǎn),適用于慢速直線運(yùn)動(dòng)定位控制,所以條形碼的安裝位置一定要非常精準(zhǔn)。原方案采用定位片定位,因?yàn)榫炔?所以穿梭車輸送物料桶至各站點(diǎn)時(shí)會(huì)出現(xiàn)偏位,需要人員到現(xiàn)場(chǎng)查看,現(xiàn)場(chǎng)人員通知控制室人員對(duì)穿梭車進(jìn)行微調(diào)移動(dòng),可能會(huì)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(diǎn)采用條形碼讀碼器進(jìn)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(zhǔn)確無誤且能100%讀出,所以條形碼讀碼器適用于環(huán)境相對(duì)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(jī)械手提升進(jìn)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(dòng)投料生產(chǎn)中的吊籃使用軌道式穿梭車進(jìn)行物料搬運(yùn),穿梭車采用遠(yuǎn)程通信控制方式,通過上位機(jī)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(dòng)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(duì)穿梭車進(jìn)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(yuǎn)程控制人員誤操作穿梭車啟動(dòng),現(xiàn)場(chǎng)人員無法及時(shí)觸碰急停按鈕或程序未設(shè)計(jì)補(bǔ)救措施,此時(shí)極易發(fā)生安全事故。

同時(shí)穿梭車需停靠10個(gè)站點(diǎn)(10個(gè)提取罐）進(jìn)行吊籃的轉(zhuǎn)運(yùn),常規(guī)的定位方式采用定位片控制,當(dāng)穿梭車移動(dòng)至定位片時(shí)進(jìn)行停車及對(duì)應(yīng)動(dòng)作,在使用過程中因定位片碰撞、震動(dòng)等原因容易出現(xiàn)定位錯(cuò)誤,造成穿梭車誤動(dòng)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(yùn)行過程中人員的安全,兼顧操作簡(jiǎn)單、可靠防呆的設(shè)計(jì)理念,對(duì)穿梭車進(jìn)行技術(shù)改造,具體措施如下:

(1）穿梭車新增激光測(cè)距設(shè)備(圖4、圖5）替代站點(diǎn)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(cè)距儀

圖5激光測(cè)距儀

(2）激光測(cè)距儀具備感應(yīng)穿梭車四周異物的功能,同時(shí)在穿梭車四周加裝機(jī)械式防撞開關(guān),實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)近距離雙重保護(hù),在誤動(dòng)作時(shí)能及時(shí)切斷穿梭車供電電源。

激光測(cè)距儀相對(duì)于定位片而言,可實(shí)現(xiàn)被測(cè)目標(biāo)與測(cè)距儀之間距離的實(shí)時(shí)測(cè)定圖6）,具有精度高和壽命長(zhǎng)的特點(diǎn),也可作為安全光柵使用,適用于快速直線運(yùn)動(dòng)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(diǎn)時(shí)易出現(xiàn)偏位,需要人員到現(xiàn)場(chǎng)查看,現(xiàn)場(chǎng)人員通知控制室人員對(duì)穿梭車進(jìn)行微調(diào)移動(dòng),可能會(huì)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(cè)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(diǎn)采用激光測(cè)距儀進(jìn)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(cè)距的0點(diǎn)面板

激光測(cè)距儀作為安全光柵使用時(shí),若人員誤闖入正在運(yùn)動(dòng)的穿梭車區(qū)域,穿梭車會(huì)通過設(shè)定程序進(jìn)行停車保護(hù),避免撞上人員。但激光測(cè)距儀作為安全光柵使用時(shí),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(yùn)動(dòng)區(qū)域不規(guī)則的重物?；诩す鉁y(cè)距儀安全光柵的局限性,在穿梭車上加裝一圈機(jī)械防撞條,機(jī)械防撞條控制變頻器輸出與電機(jī)之間的交流接觸器,為防止控制程序出現(xiàn)異常,采用機(jī)械防撞條物理觸點(diǎn)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(shí),切斷電機(jī)電源可避免危險(xiǎn)擴(kuò)大化。

4改造后的效果

改造后經(jīng)過10個(gè)月的效果跟蹤可知:

(1）全自動(dòng)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(hù)成本更低,投入使用的10個(gè)月內(nèi)從未發(fā)生不銹鋼物料桶倒塌和錯(cuò)位現(xiàn)象:但因安裝條碼難度大,現(xiàn)場(chǎng)灰塵多,容易造成條碼沾灰,閱讀器讀數(shù)不準(zhǔn)的情況。

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

5經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益

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

6推廣應(yīng)用或行業(yè)帶動(dòng)作用

改造完成后,解決了穿梭車精準(zhǔn)定位問題。經(jīng)過10個(gè)月的運(yùn)行,自動(dòng)穿梭車未出現(xiàn)過異常故障。以上技術(shù)改進(jìn)措施可復(fù)制推廣到大宗物料輸送、自動(dòng)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(yùn)輸工具時(shí)（圖7、圖8）,采用上述技術(shù)成果可有效解決穿梭車自動(dòng)運(yùn)輸和自動(dòng)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(cè)距儀和條形碼讀碼器功能（圖9）,可實(shí)現(xiàn)貨物自動(dòng)分揀和輸送。

圖7穿梭車四向運(yùn)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(tuán)隊(duì)通過努力完成了對(duì)穿梭車的技術(shù)改造,解決了現(xiàn)場(chǎng)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(yùn)轉(zhuǎn)提供了有力保障。本次改造簡(jiǎn)單,投資少,設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定高效,對(duì)于軌道式穿梭車設(shè)備安全性改造具有一定的參考價(jià)值。