起重设备在港口备件智能化仓储系统中的应用
张琼 刘畅 赵旭朝
摘要：随着社会的进步，各行各业对仓储系统的智能化要求越来越高，系统控制要求越来越复杂。传统的起重设备已经难以满足目前仓储作业的智能化需要。本文以港口设备备品备件仓储为背景，阐述了起重设备在智能化仓储系统复杂控制要求下的应用。不仅解决了仓储起重设备选择的难题，也解决了如何利用起重设备实现高效智能仓储的问题，为备品备件智能化仓储系统的实现提供了全新的解决方案。
关键词：起重设备；仓储；PLC；智能化
中图分类号：U693+.5 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2016）03-0064-03
随着港口的不断建设与快速发展，港口的规模不断扩大，设备种类不断增多。通常散货港口系统设备工艺流程复杂，参与运行的设备数量多，备品备件数量规格较多，存储场地占用面积大，需要智能化仓储系统及相应的采购、配送等体系，来提高效率节约成本。在智能化仓储系统中，起重设备是不可或缺的组成部分，而针对港口备件的智能仓储系统中，起重设备的选用及控制有自身的特点。本文主要阐述了在港口备件智能化仓储系统中起重设备的选择及应用，结合起重设备电控系统的发展方向，分析其在港口备件仓储系统中的前景。
1背景
随着社会经济的发展，现代化港口中各种设备及技术的应用越来越广泛，自动化程度越来越高。通常散货港口的工艺流程比较复杂，涉及到的系统多、设备多、技術要求高。港口设备一般要求能够连续作业，一旦出现故障停机，时间越长经济损失越大。在现代化港口的管理工作中，设备的维修与管理是保证设备运行效率和安全的基本条件，各大港口企业高度重视，因而突显了港口设备备品备件在港口运行过程中的重要性。
港口设备备品备件要求专业性和及时性，通过建立港口备件智能化仓储系统，满足港口设备维修对备品备件的需求，缩短响应周期，提高工作效率。
2总体工艺设计
港口备件智能化仓储系统是将智能仓储系统运用到港口备件的存储上，针对于港口备件的特点，选择合适的存储方式和设备，制定合理高效安全的管理调度策略。典型的仓储系统主要由货物储存系统、货物存取和传送系统、控制和管理等三大系统组成，还有与之配套的供电系统、空调系统、消防报警系统、称重系统、信息系统等。广义上说，港口的集装箱堆场智能化管理也属于智能仓储的一方面，而针对港口备件的智能仓储，主要是自动化立体仓库、垂直升降智能货柜等，以及条码技术、ERP系统、GPS/GIS、RFID等技术的使用。
起重设备在货物传送中起着重要的作用。港口设备的备品备件，大到电机、机械结构，小到螺丝、垫片，存储的要求各不相同的。对于大型的设备，需要用到的起重设备一般是传统的电动葫芦、桥式起重机等。对于小型设备，运用不同的包装运输容器，能够存储在自动化立体仓库中，起重设备主要是堆垛起重机。
3主要起重设备介绍
起重设备是一种以间歇的作业方式对物料进行起升、下降和水平移动的装卸机械设备，以满足货物的装卸、转载等作业要求。起重运输设备贯穿着仓储系统的整个工艺流程，货物入库运输至指定存放位置，再从存放位置取出，都是由起重运输设备执行的。前面提到了针对不同类型的货物，存储要求不同，起重设备的需求也不尽相同，常见的起重设备主要有悬挂式起重机、桥式起重机和堆垛起重机等。在备件仓储中使用的起重设备主要参数有起重量、起升高度、跨度、起升速度、运行速度、生产率、工作级别等。
3.1电动葫芦
3.1.1主要特点
电动葫芦是一种特种轻小型起重设备，电动葫芦具有体积小，自重轻，操作简单，使用方便等特点，在仓储场所有着广泛的应用。起重量一般为0.1～80吨，起升高度为3～30米，工作级别为M3/M4。
电动葫芦结构紧凑，将电动机、制动装置和运行小车等结构集成为一个整体，采用机电一体化设计。电动葫芦起重量有限，水平移动在横梁的范围内，主要是由线控、遥控等人工手动操作，一般无精确定位要求。
3.1.2实际应用
因为电动葫芦的起重量局限及自动化智能化程度较低，在港口备件智能化仓储系统中并非主要的起重设备，更多是在其他起重设备不适用的情况下，作为桥式起重机与堆垛起重机的补充，通过人工控制进行货物起重运输的工具。
3.2桥式起重机
3.2.1主要特点
桥式起重机是横架于仓库、料场上空进行物料吊运的起重设备，依靠起升机构和在水平面内两个相互垂直方向移动的运行机构，能在矩形场地及其上空作业，是一种广泛使用的起重运输机械。它具有承载能力大，工作可靠性高，制造工艺相对简单等优点。
桥式起重机一般由大车运行机构、起升机构和小车运行机构组成，具有独立的电控系统，设有司机室。起升机构用来垂直升降物品，小车用来带着载荷作横向移动，以达到在跨度内和规定高度内组成的三维空间里做搬运和装卸货物用，其额定起重量可到500吨。桥式起重机相对于电动葫芦，起重量、跨度等参数都较大，工作级别较高。
3.2.2实际应用
桥式起重机在仓储系统中，主要用来运输吨位高的货物，运用吊具，进行大型设备或整装货物的装卸。桥式起重机需要根据仓储场所的实际需要、建筑结构进行设计、安装，并不是所有的仓储场合都适合配备桥式起重机。
通过起重量等需求，计算轮压，结合建筑结构，确定是否需要配备桥式起重机、以及桥式起重机的具体参数。根据智能化的需要，桥式起重机的控制能够实现无人化、遥控操作，起升机构、大车运行机构、小车运行机构都能够实现精确定位。
3.3堆垛起重机
3.3.1主要特点
堆垛起重机是用货叉或串杆攫取、搬运和堆垛以及从高层货架上存取单元货物的专用起重机。它是一种仓储专用设备，主要分为桥式堆垛起重机和巷道式堆垛起重机两种。针对于仓储系统的特点和要求，堆垛起重机的自动化程度一般较高。
桥式堆垛起重机是在桥式起重机的基础上结合叉车的特点发展起来的一种机械设备。在从小车悬垂下来的刚性立柱上有可升降的货叉，立柱可绕垂直中心线性转动，因此货架间需要的巷道宽度比叉车作业时所需要的小。这种起重机支承在两侧高架轨道上运行，除一般单元货物外还可堆运长物件。立柱可以是单节或多节伸缩式。单节立柱结构简单、较轻，但不能跨越货垛和其他障碍物，主要适用于有货架的仓库。多节伸缩式一般有2～4节立柱，可以跨越货垛，因此也可用于单元货物直接堆码成垛的无架仓库。额定起重量一般为0.5～5吨，有的可达20吨，主要用于高度在12米以下、跨度在20米以内的仓库。
巷道式堆垛起重机专用于高架仓库，有轨巷道堆垛起重机是随着立体仓库的出现而发展起来的专用起重机。堆垛机是立体仓库中最重要的起重运输设备，是代表立体仓库特征的标志。采用这种起重机的仓库高度可达45米。起重机在货架之间的巷道内运行，主要用于搬运装在托盘上或货箱内的单元货物；也可开到相应的货格前，按出库要求拣选货物出库。巷道式堆垛起重机由起升机构、运行机构、控制系统和机架等组成。机架有一根或两根立柱，货台沿立柱升降。货台上的货叉可以伸向巷道两侧的货格存取物品，巷道宽度比货物或起重机宽度大15～20厘米。起重量一般在2吨以下，最大达10吨。起升速度为15～25米，分，有的可达50米份。起重机运行速度为60～100米份，最大达180米份。货叉伸缩速度为5～15米/分，最大可达30米/分。
3.3.2实际应用
堆垛起重机是整个自动化立体仓库的核心设备，也是智能化仓储系统的重要组件。通过手动操作、半自动操作或全自动操作实现货物的运输。
根据仓储的需要，结合立体仓库的设计，确定堆垛机的形式、参数。根据仓库的流量要求，计算出堆垛机的水平速度、提升速度及货叉速度。根据要求和需要选定堆垛机的定位、通讯方式，配置可高可低，视具体情况而定。
运用堆垛起重机能够实现高速堆垛，自由位置设定，无中断的连续堆垛。减少人工参与，提高生产效率。
4起重设备与智能化仓储管理的接口
4.1起重设备控制系统
所有的起重设备都有控制系统，通过控制系统，可以改变起重机的运动特性，实现各机构的起动、变速、变向、制动、停止，从而完成起重机的工作任务。
如桥式起重机、堆垛起重机，早期都需要配置司机室，通过人工操作控制系统，实现起重机的控制。随着科学技术的发展，自动监控、自动跟踪、检测智能化、高效自动定位运行，起重设备从司机在司机室操作，逐步实现遥控操作，甚至是现场无人化操作。
4.2管控一体化
智能化仓储管理系统是物流输送的核心，通过仓储量、库位等数据建立数学模型，不断优化算法、模型，使得物流输送的智能化水平越来越高。何时、何地存取何种货物，智能化仓储管理系统发出管理命令，起重设备可以直接接受命令，通过其控制系统，实现自动存取。智能化不仅是通过出入库管理、优化算法、大数据分析来实现的管理智能化，还包括控制的自动化。控制系统化由管理系统对起重设备的控制来实现，是实现智能化仓储不可或缺的环节。
管理系统下达将货物将A处货物运载至B处的命令，起重设备的控制系统将命令转化为起升机构、行走机构的位移，通过行走认址器、提升认址器等定位系统，结合安全保护装置，以特定的速率运行至目标位置存取，实现起重设备运行的自动化、智能化。
5起重设备电控系统的发展
随着科技的发展，越来越多的先进技术逐渐在起重设备的电控系统中使用。起重设备由最早的人工滑轮，到如今各式大型起重机械。电控系统以电机调速起动来说，从较早的转子切电阻到变频器的使用，多传动技术、交流伺服电机等等各种新技术的使用，系统的稳定性也大大提高。定位从人工观察，到接近开关、刻度标尺、射频识别定位，技术不断发展中，生产效率不断提高。操作控制由传统的继电器硬线联锁，到单片机、PLC，DCS与集中控制相结合。
起重设备电控系统向着精确控制、节能环保的大方向發展，自动化程度越来越高。
6结束语
起重设备的能力直接影响着仓储系统的周转效率。针对港口备件仓库的特点在智能化仓储系统中使用合适的起重设备，将起重设备的控制系统结合到智能仓储的管理中，能够使仓储系统的效益最大化。将起重行业、工控行业的新技术、新产品运用到仓储起重设备中，能够进一步提高生产效率，节约成本。港口备件智能仓储是新思路下的产物，需要结合不同领域的设备特点来实现，最终目标是建成适合于生产运行的智能化仓储系统。
