浅谈安全措施在自动化立体仓库中的应用

王洪娇，孙贝贝，颜路军

（青岛地铁集团有限公司运营分公司，山东青岛 266000）

0 概述

自动化立体仓库是一种可以利用仓库高层空间，降低土地成本，并且可以实现全自动存取货物并进行相关记录，操作简单的大型工艺设备。基本组成有货架、货筐或托盘、天轨、地轨、滑触线、堆垛机、输送机计算机管理系统等组成（图1）。计算机管理系统包括两种系统，分别为仓储管理系统（WMS）与仓储控制系统（WCS），两者作用各不相同、互相配合。仓储管理系统将各个系统统一融合、贯通和集成，是一套独立的信息管理和控制系统，配有独立的专用服务器和数据库。仓储控制系统实现扫码识别、称重及尺寸（长、宽、高）检测、自动出入库、LED 大屏显示、作业记录、故障报警提示及其他自动检测等功能。

图1 自动化立体仓库

1 工作原理

运行在专用的局域网内，仓储管理系统可通过路由器与用户既有网络进行无缝连接和通信，只有固定端口的数据请求才能进行通信，其他请求都会被自动屏蔽。路由器本身也具有严格的安全防护措施，其他与仓储管理系统无关的终端不会直接接入仓储管理系统的专用网络，只有通过管理员授权才能允许其他设备的接入。仓储系统服务器配有专用的UPS 电源，可防止意外断电造成的数据的丢失。自动化立体仓库自动将装载货物的周转箱就近存放到货架中，仓储管理系统中具备货位分配权限，使得在周转箱（料箱、托盘、储物箱）入库时根据权限和存放规则就近存放，可以大大提高存储的效率，节能环保。系统的拓扑结构如图2 所示。

图2 系统拓扑结构

货物入库时输送机尺寸、重量检测系统会检查入库货物是否符合要求，并将结果反馈给仓储管理系统，仓储管理系统根据反馈的结果判断是否可以正常入库，对不符合尺寸和重量要求的货物不准予入库，需要重新摆放和分配。载货台同样配有尺寸检测系统，对货物尺寸及摆放位置进行检测，如果尺寸检测不合格或货物发生歪斜，将停止作业、无法入库。

2 主要安全装置

2.1 整体安全设计

（1）有轨巷道堆垛机具有过行程保护装置，并提供相应的联锁保护功能，在运行过程中出现异常情况或触发联锁保护内容后设备将立即停止，在异常未恢复前设备禁止运行。

（2）安全门设计：护栏安全门锁与堆垛机安全门锁设计为安全联锁装置，保证人员安全及堆垛机安全运行。堆垛机在待机状态下打开安全门堆垛机自动切换到主界面，此时堆垛机不能切换到联机模式。当设备在工作状态下打开安全门，堆垛机执行完当前任务后切换到主界面，此时同样不能切换到联机模式，即无法下达自动送货、取货指令，防止有人员进入设备区时其他操作人员进行对设备进行操作，威胁进入人员生命安全。急停按钮用于紧急情况下使堆垛机停止动作。

（3）急停按钮及故障报警提示：堆垛机电气柜、输送机电气柜、现场操作员终端、安全护栏操作盒、输送机操作盒上均设有急停按钮，在任何位置按下该按钮后，设备立即断电，停止全部动作。

2.2 输送机安全装置

（1）链条输送线两侧装有导向保护装置，防止货物运输时偏离运输线。

（2）输送系统各端口设置机械挡块，防止货物冲出输送机。

（3）叉车向输送机放货位置设有托盘导向架，在放货位置和取货位置设有叉车挡，防止叉车与输送机碰撞。

（4）输送机装有光电开关，可以感应叉车及堆垛机货叉是否在进行叉货，如果在进行叉货，货叉会遮挡光电开关，信号反馈至输送机，输送机禁止运行。防止互相干涉，危机人员、货物及设备安全。

（5）输送机两端设置强迫换速与停止光电开关，使货物能在终端到位时自动停止。

（6）输送机中端设置尺寸检测框架，在入库时对货物进行尺寸检测，如果出现超高、超长、超宽，输送机电气柜屏幕上会出现相应提示，同时将货物返回至入口处，不予入库。防止货物超过限界，在入库过程中发生坠落。

（7）输送机入库段设有称重系统，入库时需将称重显示器开启，对货物进行称重。超重或者称重显示器未开启时，货物会退回至入库端，无法入库。

2.3 堆垛机安装置介绍

堆垛机安全装置分为3 个方向，分别为运行方向、起升方向、货叉伸缩方向（表1）。

表1 堆垛机安全装置

2.3.1 运行方向

（1）强制换速开关。开关装于下横梁底部，配套的撞尺位于轨道终端的终端限位开关前。当操作失误，设备处于异常状态情况时，如接近终点时仍在高速运行状态，当开关触发可以使堆垛机强制降速。若该开关电气部分损坏，堆垛机无法高速运行，始终以低速运行。机械部分损坏时，在安全区发生异常情况会自动报警提示。

（2）终端限位开关。该开关装于下横梁底部，配套撞尺设于两运行终端处，与强制换速开关位置错开，当触发时堆垛机立即停车。

（3）终端限位车挡。该止挡设于堆垛机下横梁两端及在地面轨道两终端装，防止堆垛机水平运行失控而冲出轨道端部。材料为聚氨酯，当堆垛机电气限位开关失效水平撞上车挡时，撞头能够吸收能量，起到缓冲作用，保护设备。

2.3.2 起升方向

（1）强制换速开关：感应检测片装与立柱最高及最低终端限位以内的位置，载货台上安装检测开关，以保证起升时载货台接近顶端或下端时强制载货台减速，在该开关起作用时以低速垂直运行，保证载货台在接近极限位置时缓慢上升或下降。

（2）终端限位开关：该开关设于堆垛机立柱导轨上、下两端的极限位置设有撞尺，开关设置于载货台上。当载货台处于极限位置时即会触发开关，电机自动停止运行，载货台停止运动，防止载货台升降超过极限。

（3）过载、松绳保护：该装置触发条件为起升钢丝绳张力，当堆垛机钢丝绳张力异常、不在正常范围时，该装置将发出信号，电机立即断电，载货台停止运动。

（4）断绳保护装置：当起升钢丝绳断裂或卷筒内钢丝绳缠绕排列混乱等原因造成载货台无法控制的下落时，在载货台与立柱之间的安全装置即会启动。楔块在杠杆和弹簧及载货台与楔块下降速度差等的作用下能使载货台紧急抱死在立柱上，钳住两条升降导轨，防止载货台下落，保证人员、货物、设备的安全。

2.3.3 货叉伸缩方向

（1）货物探测保护：载货台装有入库目标货位或出库输送机是否有货探测开关，堆垛机货叉将货物放到货架的相应货位及输送机出库段前均需先探测该位置否有货，防止双重入库。当发现目标位置有货时报警并通知上位机，等待上位下发新货位入库指令。

（2）交叉联锁保护：货叉设有中位及伸出是否到位检测开关，当货叉处于非中位或非伸叉到位状态时，堆垛机只能进行货叉动作，无法走行或起升。在自动或半自动模式下，堆垛机只有在货格停准区域内货叉才能伸出，堆垛机水平或垂直运行过程中无法对货叉进行动作。

（3）货叉伸缩挡块：在货叉左右两端伸缩极限处均设有机械挡块，防止电气限位开关失效时货叉伸出过度。

2.4 滑触线安装位置安全分析

现阶段堆垛机滑触线安装位置主要分为两种，高空滑触线和地面滑触线，安全风险及优点见表2。

表2 滑触线安装位置安全风险对比

3 总结

综上所述，自动化立体仓库分利用了建筑物的高度，提升仓库存储量、降低土地成本，降低仓库管理人员的作业强度。对于城市轨道交通行业，尤其车辆段需要建在繁华地段的情况下，降低运营成本效果明显。随着科技的发展，自动化立体仓库存在的安全风险几乎可以完全规避，具有可靠全面的保障措施保证在正常情况下的安全使用。即使出现特殊紧急的危险情况，同样能可靠地保证人员、设备、货物安全。