激光测距器在立体仓库穿梭车定位控制中的应用
激光测距器在立体仓库穿梭车定位控制中的应用
作者:汤伟文
1、系统背景介绍
立体仓库配套的出入库输送系统的总体布局关键设备是一台立体仓库穿梭台车, 台车通过激光测距仪沿导轨来回于入库站台、 出库站台、 入库输送线、 出库输送线之间, 实现的功能有:
(1) 从入库站台取货, 并送到指定的入库输送线(#11-#18);
(2)把指定的出库输送线 (#1-#8) 上的货物取出放到出库站台上;
(3)在货物调剂时, 把指定的出库输送线 (例如 #6)上的货物送到指定的入库输送线 (例如 #14)上。
台车要达到以下的技术参数:
(1)最高运行速度: 2m/s;
(2)定位精度: ±5mm;
(3)输送货物外形: 托盘输送 1200mm×1000mm×960mm;
(4)载重量 (含托盘): ≤1000kg/托盘。
2、系统的配置方案
要在如此高的运行速度下保证有高的定位精度, 采用了激光测距器进行水平位移检测, 配合可编程控制器的控制算法求得速度设定值, 发给变频器, 进行位移闭环控制。 同时还为电机配上旋转编码器, 与变频器一起构成速度闭环控制。
3、激光测距器与可编程控制器的配置配合
激光测距器与可编程控制器之间采用 PROFIBUS-DP 现场总线进行连接。
4、位移定位控制的算法介绍
位移定位控制的过程如下。
(1)测量输入值的处理: 激光测距器的输入内容有两部分, 一是位移测量值, 一是故障信号。 PLC 接收到激光测距器的数值输入后, 首先要进行数据的分离, 并分别存放。
(2)测量值的零点校正。 为了方便计算, 要把测量输入值进行零点校正, 即由绝对距离通过与参考零点位置值相加, 从而得出一个相对距离, 以方便后续的运算。
(3)测量值的监控: 在任何情况下, 测量值都不允许超过设定的最大值、 最小值及指定时间内的变化值, 一旦有异常情况发生, 则立刻停机并报警。 再结合从激光测距器上来的故障信号, 可随时监控台车的工作情况。
(4)操作人员在地面控制柜上的出入库操作终端上输入取货或放货的列数及排数。
操作人员输入了目标列数并确认后, PLC 将据此计算出运算用的水平目标值, 并与当前的水平位置实际值相减, 求出位移差值 (ΔS0)。
(5) 运行速度控制算法设计。 在求得了位移差值, 并接到运行指令后, PLC 将根据预设的速度计算方法在运行过程中不断地计算出下一个速度给定值 , 以提供给变频器。 控制的过程大概可分为三个阶段来进行控制。
1)根据初始位移差值 (ΔS0) 来计算初始运行速度值
(V0) [5]:
当 ΔS0≥Smax 时, V0=Vmax(1)
当 ΔS0<L 时, V0=Vmin(2)
当 L≤ΔS0< Smax 时, 则采用查表法来实现 ΔS0 与 V0 的对应关系。 但是, 表的初始值则要参考以下的公式来进行设定:
V0 = A?ΔS0+B(3)
其中: L 为两个入库输送线之间的距离; Li 为 #1 出库输送线到入库站台的距离; Smax 为台车减速的最大位移, 在本项目中
Smax = 6?L+Li(4)
Vmax 为最高允许运行速度;
Vmin 为最低允许运行速度;
A、 B 均为调整系数, 要根据激光测距器、 PLC、 变频器的转换关系而定。
2)台车以初始速度 V0 开始运行后,
当 ΔS>0.5ΔS0 时, 则 V=V0(5)
3)当 ΔS≤0.5ΔS0 时, 则开始进行减速的过程。
5、速度闭环控制简介
位移差值通过运算后, 算出的速度设定值将以 0 ~ 20mA 的信号方式发给变频器。 变频器则结合旋转编码器测得的速度实际值来进行速度闭环控制。
6、系统运行情况介绍
应用以上的控制配置及算法, 在实际运行中取得了良好的效果, 主要表现为:
(1)台车定位快速准确, 无过冲现象;
(2)台车在运行, 特别是启动、 减速、 停止的过程中, 速度变化连续, 无突变, 从而避免了设备及货物的震动, 保证了输送的平稳;
(3)激光测距器具有绝对值测量、 线性好、 反应速度高等特点, 从而能实现高速定位的控制要求。
8 结束语
在输送设备的高速定位控制中, 使用激光测距器作为绝对位置的测量手段, 再配合适当的运行速度算法, 控制变频器驱动设备的运行, 则能实现设备的准确、 高速、 平稳的运行。
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