高溫電池車間自動庫堆垛機安全設計

一、前言

1.1 行業背景

低碳排放是當前世界共同的主題，碳達峰和碳中和已經成為了各個國家關注的重點。新能源行業是未來降低碳排放達到碳中和的重要手段；中國國內的目標是2030年之前碳達峰，***要求2050年世界達到碳中和。在國際形勢和國內政策的雙重影響下，新能源行業蓬勃發展，步入了高速發展的快車道。

新能源電池生產工藝復雜，其中常見的高溫浸潤、常溫分容、高溫老化和常溫靜置等工藝需要用到安全堆垛機設備。

1.2 堆垛機安全要求

在整個電池生產線的設備當中，堆垛機和輸送線充當其中的搬運和傳輸工具，相較于輸送線簡單的平面動作，作為高速行駛的三維動作堆垛機更加凸顯其安全生產的重要性。

在保證安全生產的同時，更要保證操作人員的安全。設備要有自鎖、互鎖、連鎖的安全功能，在人員誤操作或者故意錯誤操作、設備故障報警、車間聯動報警的時候亦能夠保證人員的安全。開發新的功能和策略進行前期預防，能快速操作將損失傷亡降到較低。

二、安全器件

在堆垛機上涉及到安全的器件非常多，以下分為電氣和機械兩類進行描述。

2.1 電氣器件

西門子安全PLC搭配安全模塊，安全模塊采用雙通道模式進行檢測，若器件異常則安全模塊報警鈍化；安全PLC和安全模塊之間是采用比profinet更加安全的profisafe通訊，每個安全模塊擁有**的profisafe地址。

常規光通訊的使用環境溫度為50℃，超溫使用時會出現通訊中斷的情況，且其使用壽命較大降低；可采用無線通訊的方式，將無線通訊模塊置于帶有空調的電柜內，只將天線露出即可解決光通訊存在的問題。

三階使能開關，此開關手握部分包含三個檔位，只有握到中間檔位才有信號輸出。為人員站在設備上操作的時候給出驅動器使能信號。在檢修時候能夠有效對人員進行操作防呆。

在人員需要進入巷道在非緊急情況下可按“請求”按鈕，堆垛機在完成當前任務后停止動作，電磁門鎖脫扣可以打開；在緊急情況下可以拍下“急?！卑粹o，設備立即停止所有動作。在人員進入巷道處理完事情后，關好安全門，將所有開關恢復原位，并長按幾秒“復位”，安全門鎖自動鎖定，設備可以重新接受上位機命令恢復正常工作。

如圖1為三階使能開關和安全門鎖。

圖1 開關和安全門鎖

2.2 機械器件

如下圖2為堆垛機的前后方向防撞裝置和安裝在立柱上的替罪羊。

圖2 防撞裝置和替罪羊

機械防撞裝置其由左側的撞塊和上下兩個彈簧件組成，當遇到異物撞塊受到擠壓進而壓縮彈簧，在堆垛機上安裝有接近開關檢測到撞塊后信號觸發，設備即停止運行。此設計是在維護模式水平行走過程中，保證維護人員安全。

替罪羊平時放置在載荷臺上下升級立柱外側，通過接近開關檢測其是否在位。當人員在載荷臺下作業時，取下替罪羊卡在立柱上預先開好的孔里，讓載荷臺落在替罪羊上，以確保維護人員的安全。

三、安全應用

3.1 原理邏輯

消防安全邏輯：若堆垛機載荷臺上出現火情或者正在取貨的過程中發生火情，堆垛機判斷取貨完成后啟動滅火器并關閉載荷臺左右兩側的消防卷簾，同時堆垛機自動運行將起火的電池托盤放到消防水槽中。若電池托盤在分容柜或者貨架庫位中，DTS檢測到有火警信號，堆垛機執行消防避讓程序，根據火情發生時當前所在位置的不同而執行不同的避讓位置。

在堆垛機運行時候，通過激光掃描的配置軟件設置掃描的范圍，并將其信號傳遞給控制器，使得堆垛機在不同的距離范圍設置不同的響應方式。如可在**減速區減速到70%、第二減速區減速到30%、在**區立即停止。

現場要求地面柜和機載柜一柜一屏需要在使用時雙屏互鎖，禁止一人多機操作。當地面柜觸摸屏使用時候，機載柜上的鑰匙開關置0位置，屏幕用黃色的屏保遮蓋，在此觸摸屏對設備進行自動、半自動、手動操作。當機載柜的鑰匙開關打到1位置，地面柜觸摸屏鎖定，借助于三階使能開關，才能在機載柜上進行半自動和手動、維修操作。

3.2 功能設計

轉矩設置如圖3所示，控制器采集變頻器上該電機的實際扭矩值。圖中電機扭矩實際值反映實際實時電機扭矩大小，實際扭矩值超過電機扭矩額定值時會警告，超過電機扭矩閾值會報警停機。電機扭矩較大值為程序中采集到的電機扭矩的實際較大。清理按鈕可以清理屏幕設置值和實際的采集值。

圖3 轉矩設置

鑒于此設備安裝了諸如急停、安全門、替罪羊、激光掃描儀、防撞裝置等安全器件，安全地圖顯示各器件的位置和狀態，能有效減少操作人員的維護時間如圖4所示。

圖4 安全地圖

四、結語

通過以上的安全設計，能夠有效避免絕大多數意外情況的發生，同時能夠方便地進行操作和維護，提高了設備的工作效率并降低了故障率。現在設備已經通過客戶的測試和驗收，投入到**度、快節拍、嚴要求、多環境的電池生產線當中，滿足了生產和應用的需求。

江蘇鶴奇工業自動化設備有限公司主要經營自動化控制系統及設備的制造加工、研發、銷售，電子元器件、機械設備零部件的制造、銷售，計算機網絡工程施工，計算機軟件研發、銷售，機械設備、電子產品的銷售，從事貨物及技術的進出口設備等多項業務，主營業務涵蓋自動化立體倉庫，堆垛機，穿梭車，AGV小車生產廠家。江蘇鶴奇工業自動化設備有限公司主營業務涵蓋自動化立體倉庫，堆垛機，穿梭車，AGV小車生產廠家，堅持“質量保證、良好服務、顧客滿意”的質量方針，贏得廣大客戶的支持和信賴。

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