仓储输送系统拆盘机创新设计

随着工程自动化程度的不断推进, 物流仓储系统的前端与自动生产线末端的连接越来越紧密。存储单元的标准化, 使得生产、存储的自动化水平逐步提高。以往由人工码垛的工作目前可由机械手代替, 而人工搬运托盘的效率难以满足机械手作业需求, 为解决该问题, 开发了拆盘机。全自动拆盘机可以将整垛8～10个托盘, 按照指定的节奏, 拆成一个一个托盘, 顺序供给机械手, 为机械手码垛提供可靠的前端保障, 并可以将信息和托盘绑定, 实现成品由生产线到仓库的全自动入库及生产量和库存数据的实时同步。

如图1, 拆盘机的机械结构主要分3部分:顶升机构、货叉收集机构和托盘输送机。顶升机构负责将整垛托盘顶起, 有高、中、低3个位置。货叉收集机构负责将单独托盘从整垛托盘中分离, 有原位和工作位定位。托盘输送机连接输送系统, 负责将拆分出来的单个托盘传送给机械手。

如图2, 电气系统的控制核心为可编程控制器, 选用SIEMENS公司S7-200 CN系列中的CPU 222 CN。该CPU集成8输入/6输出共14个数字量I/O点, 可连接2个扩展模块, 最大可扩展至78路数字量I/O点或10路模拟量I/O点, 6K字节程序和数据存储空间, 4个独立的30 kHz高速计数器, 2路独立的20 kHz高速脉冲输出, 具有PID控制器, 一个RS485通讯/编程口, 具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力, 是具有扩展能力、适应性更广泛的全功能控制器。人机界面HMI选用SIEMENS 公司的 TP177 MICO, 该操作屏是SIEMENS公司功能较强、性价比较高的触摸屏产品, 基于Windows CE操作系统, 采用WinCC Flexible组态, 自带RS485接口, 可通过MPI、Profibus-DP与控制器相连, 尺寸为212 mm×156 mm, 前后面板防护等级为IP65、IP20, 采用MPI协议实现人机对话。控制器采用SIEMENS的M420型变频器。

当需要与仓储其他系统进行连接时, 可以在PLC中增加扩展通讯模块 (EM277) , 通过Profibus网络实现通讯功能。

具有自动和手动两种操作方式, 实现顶升机构和货叉机构的有机结合, 完成托盘垛的拆分。

设备自检:在拆盘机使用前或者出现故障时, 可以通过自检将拆盘机恢复到初始状态。

设备自动:现场传感器的信号通过输入模块输入PLC, 经过CPU程序控制, 由输出模块输出数字信号, 通过控制器, 使执行机构动作, 实现拆盘功能。

设备手动:操作人员通过HMI设备进行人为干预, 实现拆盘机的自检、手动动作与故障的排除。

信息传输:通过Profibus现场总线或Profinet以太网连接到输送系统, 与机械手、输送机实现指令对接, 实现成品和托盘号码的绑定, 以利于生产和库存的数据管理。上位机监控设备状态, 实现托盘的正确传送。

拆盘机系统运行时会自动进行系统自检, 要求双货叉位置保持一致, 否则, 系统报警, HMI显示“货叉位错”错误, 需要人为干预, 排除故障。此外, 拆盘机系统可以在单独工作状态 (即拆盘机与其他系统无命令通讯传递) 中自检, 恢复初始状态。工作时, 输送系统向拆盘机传送整空托盘垛和拆盘机将拆分的单个托盘向输送系统传递时, 要进行动作申请, 以保证系统正常运行。作业流程见图3。

本系统采用SIEMENS公司的TP177 MICO屏, 通过MPI协议与CPU进行通讯。CPU通过输入和输出模块接收和输出信号, 控制执行电机动作, 根据操作人员需要驱动拆盘机进行准确动作。

在HMI屏中开发有“点动”、“保持”、“高速”、“低速”功能, 设有各位置传感器的状态显示, 通过屏幕中图像指导来判断拆盘机的即时状态。另外设置有升降机构和货叉伸缩驱动按键, 通过屏幕设置功能, 实现设备的手动控制。

图4为HMI开机界面, 具有电报显示功能, 以及手动、故障显示、总清 (自检操作) 与HMI程序下载功能键, 满足客户功能需求。

图5为拆盘机具体操作界面。QS01为顶升装置驱动按钮, 可显示所到达的高位、中位和低位位置。

HC1、HC2为双货叉伸缩驱动按钮, 可以显示所到达的原位和端位位置。S1、S2为附属传送设备托盘位置对准传感器。客户可以通过图中所示功能完成拆盘机的手动控制, 实现系统智能化、自动化运行。