1研究背景

隨著自動化設備的廣泛應用,越來越多的搬運工作已經交給機器完成。常見的搬運工具,如叉車和拖車,要求操作人員具備相關的操作證書,并且定期進行安全培訓,落實設備點檢措施,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備,采用程序控制,如何在運行過程中保證人員及設備的安全,受到了人們廣泛的關注。本文對往復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"往復式穿梭車",即在一段直線軌道上進行往復運動,通過直線軌道路徑將物品運輸到設定位置。該模式的穿梭車具有無人看護、系統(tǒng)簡單、設備小、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備充電需要固定區(qū)域。同時,因設備的應用場合限制,系統(tǒng)的復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,不銹鋼空桶經隧道式清洗機進行清洗后再次取料。該工序將處理好的中藥材通過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,通過上位機將參數指令傳送到安裝在穿梭車上的PLC模塊內,再通過PLC模塊控制穿梭車完成對應動作。

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)設計存在很多視覺盲區(qū),且不銹鋼物料桶裝載中藥材后質量最大能達到l.5t,若出現異常需緊急停止,或者由于遠程控制人員誤操作等情況,現場人員無法及時觸碰急停按鈕或程序未設計補救措施,就可能導致輸送線和不銹鋼物料桶損壞,最壞可能導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運,常規(guī)的定位方式采用定位片控制,當穿梭車移動至定位片進行停車及對應動作時,在使用過程中定位片因碰撞、震動等原因容易出現定位錯誤,造成穿梭車誤動作或偏差動作,從而影響生產線效率,提升設備故障率。

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、可靠防呆的設計理念,對穿梭車進行技術改造,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側面安裝條形碼（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和物料滾輪輸送軌道的激光定位裝置,實現遠近距離雙重保護,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偏位,需要人員到現場查看,現場人員通知控制室人員對穿梭車進行微調移動,可能會出現操作人員誤操作導致的偶發(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穿梭車,減少了人員微調造成的隱患。

條形碼讀碼器作為穿梭車定位的依據,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,通過上位機將參數指令傳送到安裝在穿梭車上的PLC模塊內,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,現場人員無法及時觸碰急停按鈕或程序未設計補救措施,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）進行吊籃的轉運,常規(guī)的定位方式采用定位片控制,當穿梭車移動至定位片時進行停車及對應動作,在使用過程中因定位片碰撞、震動等原因容易出現定位錯誤,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、可靠防呆的設計理念,對穿梭車進行技術改造,具體措施如下:

(1）穿梭車新增激光測距設備(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,實現遠近距離雙重保護,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,可實現被測目標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,導致穿梭車輸送物料桶至各站點時易出現偏位,需要人員到現場查看,現場人員通知控制室人員對穿梭車進行微調移動,可能會出現操作人員誤操作導致的偶發(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穿梭車,減少了人員微調造成的隱患。

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個月內從未發(fā)生不銹鋼物料桶倒塌和錯位現象:但因安裝條碼難度大,現場灰塵多,容易造成條碼沾灰,閱讀器讀數不準的情況。

(2）吊籃提取系統(tǒng)工序:現場曾出現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)現的情況下啟動穿梭車,當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,未造成設備損壞:投入使用的10個月內吊籃與提取罐投料口對應位置從未發(fā)生偏差。

5經濟和社會效益

改造完成后,應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,具有良好的經濟和社會效益。

6推廣應用或行業(yè)帶動作用

改造完成后,解決了穿梭車精準定位問題。經過10個月的運行,自動穿梭車未出現過異常故障。以上技術改進措施可復制推廣到大宗物料輸送、自動化倉庫、物流中心和醫(yī)藥零售等領域應用,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結語

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