1 引言
自行小車輸送系統(tǒng)是一種通過空中軌道實(shí)現(xiàn)物料輸送的自動(dòng)化系統(tǒng),主要由自行小車組、環(huán)鏈葫蘆、吊具、承載梁、軌道、滑觸線、道岔、地面控制系統(tǒng)及車組控制系統(tǒng)等組成。自行小車組懸掛于承載梁上,并通過鋁合金軌道內(nèi)的滑觸線反饋狀態(tài)信號(hào),地面控制系統(tǒng)根據(jù)小車的位置及工位狀態(tài)輸出動(dòng)作信號(hào),動(dòng)作信號(hào)通過滑觸線輸出,控制小車行走,吊具升降及道岔的切換。自行小車輸送系統(tǒng),是一種高度集成化的自動(dòng)控制系統(tǒng),根據(jù)輸送線工藝需求,設(shè)定不同的動(dòng)作流程及工藝參數(shù),可實(shí)現(xiàn)電動(dòng)自行小車在不同標(biāo)高軌道層以及不同線路之間的轉(zhuǎn)換,實(shí)現(xiàn)工藝裝配,物料輸送和裝卸的要求。其控制部件主要包括地面控制系統(tǒng)、滑觸線及程控小車。地面控制系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)小車的狀態(tài)監(jiān)控及調(diào)度控制,滑觸線主要實(shí)現(xiàn)地面控制系統(tǒng)與小車控制系統(tǒng)的信號(hào)交互功能,程控小車自帶升降裝置,可以在設(shè)定位置實(shí)現(xiàn)垂直方向的升降。與其他空中輸送線相比,因其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)廣泛應(yīng)用于各類工業(yè)生產(chǎn)中[1]。
2 滑觸線功能分配及分段原理
自行小車輸送系統(tǒng)的設(shè)計(jì)難點(diǎn)在于其地面控制系統(tǒng)利用滑觸線為自行小車進(jìn)行供電,狀態(tài)監(jiān)控及調(diào)度控制。根據(jù)小車控制系統(tǒng)為滑觸線分配不同的功能是設(shè)計(jì)的基本原則,遵循這一原則,本文通過幾個(gè)典型應(yīng)用對(duì)滑觸線功能分配及分段原理進(jìn)行了歸納說明。
2. 1 小車通過電源分段式滑觸線進(jìn)行控制
電源分段式小車控制,是指地面站利用滑觸線為小車提供動(dòng)作電源,同時(shí),小車的狀態(tài)信號(hào)通過滑觸線反饋給地面站。小車只作為執(zhí)行元件,其控制元件在地面控制系統(tǒng)內(nèi)。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是采用集中控制方式,成本較低,抗干擾能力強(qiáng),易于維護(hù),適用于環(huán)境比較惡劣的場(chǎng)合,缺點(diǎn)是功能單一,靈活性較差。
通過一個(gè)簡(jiǎn)單案例介紹電源分段式滑觸線分配功能的基本流程。
1)畫出一組小車的控制原理圖,如圖 1 所示。
在本案例中,R、S、T 為 3 相電源,小車具備基本的行走及升降功能,均為常規(guī)電機(jī)控制,且具備正反轉(zhuǎn)功能,在其控制原理的基礎(chǔ)上,為其分配滑觸線功能,原則上每一根輸出線分配一根滑觸線,編號(hào)分別為 A、B、C、D 及 E,對(duì)應(yīng)如圖 2 所示。
其中,R、S、T 為 3 相電源,n 代表工位,A、B、C 3 根滑觸線用于小車的行走機(jī)構(gòu),A、D、E 3 根滑觸線用于小車的升降機(jī)構(gòu),通過 2 組接觸器的切換實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)功能。在行走機(jī)構(gòu)及升降機(jī)構(gòu)中都用了滑觸線 A,在實(shí)際應(yīng)用中,滑觸線在不存在干涉時(shí)適當(dāng)?shù)貜?fù)用,可以有效地降低成本。
2)地面站在控制小車運(yùn)行時(shí),需要知道小車的位置及升降是否有干涉,因此,需要通過小車反饋位置信號(hào)及高位信號(hào),分別為位置信號(hào)及高位信號(hào)分配一根滑觸線,編號(hào)分別為F、G,如圖 2 所示。
其中,F(xiàn) 為小車高位信號(hào),當(dāng)小車處于高位時(shí),地面站允許小車運(yùn)行,當(dāng) F 信號(hào)丟失時(shí),地面站禁止小車運(yùn)行,G 為小車位置信號(hào),地面站通過位置信號(hào)判斷小車位置,控制小車運(yùn)行或升降。
2. 2 小車通過信號(hào)分段式滑觸線進(jìn)行控制
信號(hào)分段式小車控制,是指地面站通過滑觸線為小車提供電源及動(dòng)作信號(hào),同時(shí),小車的狀態(tài)信號(hào)也通過滑觸線反饋給地面站。小車自帶基本控制元件,其控制元件受地面系統(tǒng)控制。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是采用集散式控制方式,抗干擾能力強(qiáng),易于維護(hù),適用于環(huán)境比較惡劣的場(chǎng)合,缺點(diǎn)是控制線路較復(fù)雜,成本較高。
通過一個(gè)簡(jiǎn)單案例介紹信號(hào)分段式滑觸線分配功能的基本流程。
1)畫出一組小車的控制原理圖,如圖 1 所示。
在本案例中,滑觸線為小車提供電源及控制信號(hào),小車自帶控制回路,通過滑觸線信號(hào)控制小車前進(jìn),后退,上升,下降等動(dòng)作,需要為動(dòng)作信號(hào)單獨(dú)分配滑觸線,編號(hào)為 N、D、E、F和 G,在控制原理圖基礎(chǔ)上根據(jù)小車的功能分配滑觸線,編號(hào)為 A、B、C,如圖 3 所示。
其中,滑觸線 A、B、C 為車組提供電源,滑觸線 N、D、E、F及 G 為車組控制信號(hào),D 為行走前進(jìn),E 為行走后退,F(xiàn) 為吊具上升,G 為吊具下降。
2)地面站在控制小車運(yùn)行時(shí),仍需要知道小車的位置及升降是否有干涉,分別為位置信號(hào)及高位信號(hào)分配一根滑觸線,編號(hào)為 H、I,如圖 3 所示。
其中,滑觸線 I 為小車高位信號(hào),當(dāng)小車處于高位時(shí),地面站允許小車運(yùn)行,當(dāng)高位信號(hào)丟失時(shí),地面站禁止小車運(yùn)行,滑觸線 H 為小車位置信號(hào),地面站通過位置信號(hào)判斷小車位置,控制小車運(yùn)行或升降。
2. 3 小車通過編碼分段式滑觸線進(jìn)行控制
編碼分段式小車控制,是指地面站通過滑觸線為小車提供電源及動(dòng)作編碼信號(hào),同時(shí),小車的狀態(tài)信號(hào)也通過滑觸線反饋給地面站。小車自帶可編程控制元件,通過滑觸線接受地面系統(tǒng)編碼。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是采用集散式控制方式,可進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì),容易擴(kuò)展靈活性較好,抗干擾能力強(qiáng),適用于環(huán)境比較惡劣的場(chǎng)合,缺點(diǎn)是邏輯控制較復(fù)雜,成本較高。編碼分段式滑觸線的功能分配與信號(hào)分段式的功能分配基本相同,但在控制方式上有所不同,編碼可理解為間接控制信號(hào),而信號(hào)分段中的信號(hào)可以理解為直接信號(hào)。其控制原理如圖 4 所示。
滑觸線 A、B、C 為小車提供電源,滑觸線 D、E、F、G 為小車接收編碼信號(hào),滑觸線 H 為小車吊具高位信號(hào),滑觸線 I 為小車位置信號(hào)。
編碼信號(hào)采用 16 進(jìn)制編碼,如 01H,02H,03H,04H 等,在 PLC 中定義編碼對(duì)應(yīng)的動(dòng)作,如 01H 定義為行走正轉(zhuǎn),02H定義為行走反轉(zhuǎn),03H 定義為上升,04 定義為下降等,PLC 接受到編碼信號(hào)后,執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。
采用編碼式分段可以設(shè)計(jì)更復(fù)雜的小車應(yīng)用。實(shí)際應(yīng)用中要求小車行走機(jī)構(gòu)能夠緩起緩?fù)#?*定位,需要在行走機(jī)構(gòu)加裝變頻功能,采用變頻控制后小車可實(shí)現(xiàn)快速前進(jìn),低速前進(jìn),快速后退,慢速后退 4 種功能。為了提高生產(chǎn)效率,縮短運(yùn)行節(jié)拍,吊具升降機(jī)構(gòu)會(huì)采用雙速控制,在干涉區(qū)外高速運(yùn)行,在干涉區(qū)內(nèi)低速運(yùn)行,配合上升下降功能,可實(shí)現(xiàn)吊具快速上升、慢速上升、快速下降及慢速下降 4種功能。
如果采用信號(hào)分段式進(jìn)行控制,至少需要 8 根滑觸線,采用編碼分段式則只需要 4 根,可實(shí)現(xiàn) 15 種功能,其中,8 用 7備,極大地簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu),另外,小車自帶可編程功能元件,小車配置新功能時(shí),只需設(shè)定一組備用編碼,設(shè)計(jì)更靈活,可實(shí)現(xiàn)模塊化設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)化編程等功能,也可設(shè)置無線遙控裝
置,封鎖地面控制系統(tǒng),通過遙控直接控制小車的運(yùn)行[2]。
3 結(jié)語(yǔ)
自行小車輸送系統(tǒng)設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜的過程,涉及工藝規(guī)劃、功能設(shè)計(jì)、小車控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、滑觸線功能設(shè)計(jì)及地面調(diào)度系統(tǒng)設(shè)計(jì)等內(nèi)容。其中,滑觸線的功能分配及分段,在自行小車輸送系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中是一個(gè)難點(diǎn),在項(xiàng)目的規(guī)劃階段,應(yīng)對(duì)工藝布局及需求進(jìn)行分析,通過工藝流程確定地面調(diào)度系統(tǒng)及小車的功能及控制方式,根據(jù)小車的控制原理,對(duì)滑觸線進(jìn)行功能分配及分段。合理的功能分配及分段,可以簡(jiǎn)化控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),提升自行小車的易用性及可靠性。完善的自行小車的功能設(shè)計(jì),是對(duì)滑觸線進(jìn)行功能分配及分段的關(guān)鍵。
本文通過對(duì)電源分段式,信號(hào)分段式及編碼分段式電動(dòng)小車功能的分析,介紹了滑觸線功能劃分及分段的基本思路和方法。在實(shí)際應(yīng)用中,應(yīng)根據(jù)車組數(shù)量、小車功能、工位數(shù)量及工位功能等具體情況具體分析,從穩(wěn)定性、靈活性及項(xiàng)目成本等多方面考慮,選用*合適的方式。根據(jù)這些基本的思路及方法,可以設(shè)計(jì)出更多工業(yè)場(chǎng)景下的應(yīng)用,為電動(dòng)自行小車的多樣化發(fā)展提供了更多的可能。