立体库堆垛机的安全设计
导语
大家好，我是智能仓储物流技术研习社的社长，你的老朋友，老K。行业群
新书《智能物流系统构成与技术实践》
作者：季华实验室盛飞龙
来源:<<工业设计>>
新能源电池生产工艺复杂，其中常见的高温浸润、常温分容、高温老化和常温静置等工艺需要用到安全堆垛机设备。
1.1 堆垛机安全要求
在整个电池生产线的设备当中，堆垛机和输送线充当其中的搬运和传输工具，相较于输送线简单的平面动作，作为高速行驶的三维动作堆垛机更加凸显其安全生产的重要性。
在保证安全生产的同时，更要保证操作人员的安全。设备要有自锁、互锁、连锁的安全功能，在人员误操作或者故意错误操作、设备故障报警、车间联动报警的时候亦能够保证人员的安全。
开发新的功能和策略进行前期预防，能快速操作将损失伤亡降到最低。
安全器件
在堆垛机上涉及到安全的器件非常多，以下分为电气和机械两类进行描述。
2.1 电气器件
西门子安全PLC搭配安全模块，安全模块采用双通道模式进行检测，若器件异常则安全模块报警钝化；安全PLC和安全模块之间是采用比profinet更加安全的profisafe通讯，每个安全模块拥有唯一的profisafe地址。
常规光通讯的使用环境温度为50℃，超温使用时会出现通讯中断的情况，且其使用寿命大大降低；可采用无线通讯的方式，将无线通讯模块置于带有空调的电柜内，只将天线露出即可解决光通讯存在的问题。
三阶使能开关，此开关手握部分包含三个档位，只有握到中间档位才有信号输出。为人员站在设备上操作的时候给出驱动器使能信号。在检修时候能够有效对人员进行操作防呆。
在人员需要进入巷道在非紧急情况下可按“请求”按钮，堆垛机在完成当前任务后停止动作，电磁门锁脱扣可以打开；在紧急情况下可以拍下“急停”按钮，设备立即停止所有动作。在人员进入巷道处理完事情后，关好安全门，将所有开关恢复原位，并长按几秒“复位”，安全门锁自动锁定，设备可以重新接受上位机命令恢复正常工作。
如图1为三阶使能开关和安全门锁。
图1 开关和安全门锁
2.2 机械器件
如下图2为堆垛机的前后方向防撞装置和安装在立柱上的替罪羊。
图2 防撞装置和替罪羊
机械防撞装置其由左侧的撞块和上下两个弹簧件组成，当遇到异物撞块受到挤压进而压缩弹簧，在堆垛机上安装有接近开关检测到撞块后信号触发，设备即停止运行。此设计是在维护模式水平行走过程中，保证维护人员安全。
替罪羊平时放置在载荷台上下升级立柱外侧，通过接近开关检测其是否在位。当人员在载荷台下作业时，取下替罪羊卡在立柱上预先开好的孔里，让载荷台落在替罪羊上，以确保维护人员的安全。
安全应用
3.1 原理逻辑
消防安全逻辑：若堆垛机载荷台上出现火情或者正在取货的过程中发生火情，堆垛机判断取货完成后启动灭火器并关闭载荷台左右两侧的消防卷帘，同时堆垛机自动运行将起火的电池托盘放到消防水槽中。
若电池托盘在分容柜或者货架库位中，DTS检测到有火警信号，堆垛机执行消防避让程序，根据火情发生时当前所在位置的不同而执行不同的避让位置。
在堆垛机运行时候，通过激光扫描的配置软件设置扫描的范围，并将其信号传递给控制器，使得堆垛机在不同的距离范围设置不同的响应方式。如可在第一减速区减速到70%、第二减速区减速到30%、在核心区立即停止。
现场要求地面柜和机载柜一柜一屏需要在使用时双屏互锁，禁止一人多机操作。当地面柜触摸屏使用时候，机载柜上的钥匙开关置0位置，屏幕用黄色的屏保遮盖，在此触摸屏对设备进行自动、半自动、手动操作。
当机载柜的钥匙开关打到1位置，地面柜触摸屏锁定，借助于三阶使能开关，才能在机载柜上进行半自动和手动、维修操作。
3.2 功能设计
转矩设置如图3所示，控制器采集变频器上该电机的实际扭矩值。图中电机扭矩实际值反映实际实时电机扭矩大小，实际扭矩值超过电机扭矩额定值时会警告，超过电机扭矩阈值会报警停机。
电机扭矩最大值为程序中采集到的电机扭矩的实际最大。清除按钮可以清除屏幕设置值和实际的采集值。
图3 转矩设置
鉴于此设备安装了诸如急停、安全门、替罪羊、激光扫描仪、防撞装置等安全器件，安全地图显示各器件的位置和状态，能有效减少操作人员的维护时间如图4所示。
图4 安全地图
结语
通过以上的安全设计，能够有效避免绝大多数意外情况的发生，同时能够方便地进行操作和维护，提高了设备的工作效率并降低了故障率。现在设备已经通过客户的测试和验收，投入到高强度、快节拍、严要求、多环境的电池生产线当中，满足了生产和应用的需求。
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