DE102005005358A1

DE102005005358A1 - Bediengerät für ein Regallager, insbesondere ein Regalbediengerät für ein Hochregallager, sowie ein Verfahren zur Steuerung des Bediengerätes

Info

Publication number: DE102005005358A1
Application number: DE102005005358A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Forster; Dominik Graefer; Jens Dr. Hamann; Uwe Ladra; Gerhard Lehmann; Elmar Dr. Schäfers
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Dematic GmbH
Priority date: 2005-02-02
Filing date: 2005-02-02
Publication date: 2006-08-10
Also published as: WO2006082168A1; DE502006003991D1; ATE433945T1; EP1843967B1; EP1843967A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bediengerät für ein Regallager, insbesondere ein Regalbediengerät für ein Hochregallager, sowie ein Verfahren zur Steuerung des Bediengerätes, mit einem verfahrbaren Element, das einen Antrieb (2) zum Anfahren einer vorgegebenen Regallagerposition aufweist, wobei der Antrieb (2) einen Antriebsmotor (1) umfasst, der durch Vorgabe des zeitlichen Verlaufs einer Führungsgröße (Xsoll) gesteuert ist, und wobei das Element während des Verfahrens zu in Verfahrrichtung verlaufenden Eigenschwingungen neigt. Um das Ein- und Auslagern von Gütern in und aus einem Regalfach zu beschleunigen, wird vorgeschlagen, dass der zeitliche Verlauf der Führungsgröße (Xsoll) so an das verfahrbare Element angepasst ist, dass im Frequenzspektrum des zeitlichen Verlaufs zumindest die Grundfrequenz der Eigenschwingungen fehlt oder zumindest unterhalb eines vorgegebenen Grenzwerts liegt, so dass von der Führungsgröße keine Eigenschwingungen des verfahrbaren Elements angeregt werden bzw. deren Schwingungsamplituden im Vergleich zum nicht angepassten Verlauf wesentlich verringert sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Bediengerät für ein Regallager, insbesondere ein Regalbediengerät für ein Hochregallager, sowie ein Verfahren zur Steuerung des Bediengerätes gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 11.

Regalbediengeräte für Hochregallager sind bekannt und können eine Höhe von bis zu 40 m aufweisen. Sie bestehen aus einem Mast, der aus einer einzigen Säule oder zwei Säulen gebildet ist, mit einem daran verfahrbaren Hubwagen. Der Mast ist unten mit einer Traverse verbunden, an der Laufräder drehgelagert sind. Die Laufräder rollen auf einer Fahrschiene ab und sind von einem Antriebsmotor angetrieben, mit dessen Hilfe der Mast quer zu seiner Längsrichtung verfahrbar ist. Zur Steuerung des Antriebsmotors wird diesem eine zeitlich veränderliche Sollgröße (Führungsgröße) vorgegeben. Auf diese Weise wird das Regalbediengerät so beschleunigt und wieder abgebremst, dass es an der jeweils gewünschten Regallagerposition nach Möglichkeit zeitoptimal zum Stehen kommt. Zusätzlich wird der Hubwagen in der Höhe verfahren, d. h. durch Vorgabe des zeitlichen Verlaufs einer Hubwagen-Sollgröße (Hubwagen-Führungsgröße), um jeweils das gewünschte Regalfach des Hochregallagers anzufahren. Mast und Hubwagen der bekannten Regalbediengeräte neigen beim Verfahren zu jeweils in Verfahrrichtung verlaufenden Eigenschwingungen. Aus diesem Grunde wird nach dem Anfahren eines Regalfachs so lange gewartet, bis sich die beim Verfahren hervorgerufenen Schwin- gungen wieder beruhigt haben. Bei einem 40 m langen Mast liegt die Grundfrequenz der Schwingungen bei etwa 1 Hz.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, das Ein- und Auslagern von Gütern in und aus einem Regalfach zu beschleunigen, d. h. das Anfahren einschließlich Ein- und Auslagerung jeweils zeitoptimal durchzuführen.

Die Lösung der Aufgabe ist bezogen auf das Bediengerät und auf das Verfahren zur Steuerung des Bediengeräts durch die in den Ansprüchen 1 und 11 angegebenen Merkmale gegeben. Die kennzeichnenden Merkmale der Unteransprüche enthalten jeweils vorteilhafte Ausgestaltungen.

Die Lösung sieht bezogen auf das Bediengerät vor, dass der zeitliche Verlauf der Führungsgröße so an das verfahrbare Element angepasst ist, dass im Frequenzspektrum des zeitlichen Verlaufs zumindest die Grundfrequenz der Eigenschwingungen fehlt oder zumindest unterhalb eines vorgegebenen Grenzwerts liegt, so dass von der Führungsgröße keine Eigenschwingungen des verfahrbaren Elements angeregt werden bzw. deren Schwingungsamplituden im Vergleich zum nicht angepassten Verlauf wesentlich verringert sind. Der zeitliche Verlauf der Führungsgröße wird also so gewählt, dass es zu keiner oder so gut wie zu keiner Anregung von Eigenschwingungen kommt. Praktisch kommt es zu keiner Anregung von Eigenschwingungen, wenn die Amplitude der Grundfrequenz unterhalb eines vorgegebenen Grenzwertes liegt. Der Grenzwert kann unterhalb der Messgenauigkeit liegen; in diesem Fall ist die Grundfrequenz der Eigenschwingungen im Frequenzspektrum des zeitlichen Verlaufs der Führungsgröße praktisch nicht vorhanden.

Eine einfache Anpassung sieht eine Vorgabe von Maximalwerten für die Geschwindigkeit, die Beschleunigung und die erste zeitliche Ableitung der Beschleunigung (des Rucks) vor.

Eine weitere einfache Anpassung erfolgt durch Vorgabe von Maximalwerten für die Geschwindigkeit, die Beschleunigung und durch Umschaltung der Beschleunigung.

Vorteilhafterweise ist das Element ein Mast, der an seinem bodenseitigen Ende mit Hilfe des Antriebs quer zur Mastlängsrichtung verfahrbar ist, wobei die Eigenschwingungen in Verfahrrichtung quer zum Mast verlaufen Mit Vorteil ist das Element ein am Mast Höhen verfahrbarer Hubwagen, dessen Eigenschwingungen in Mastlängsrichtung verlaufen.

Kostengünstig ist es, wenn der zeitliche Verlauf der Führungsgröße mittels eines Rechners vorab berechnet wird.

Zweckmäßigerweise wird der zeitliche Verlauf der Führungsgröße anhand der Ist-Position des Bediengeräts und der vorgegebenen anzufahrenden Position berechnet.

Das Verhindern von Eigenschwingungen wird besser verhindert, wenn bei einem Mast mit an diesem verfahrbaren Hubwagen die Grundfrequenz der Eigenschwingung in Abhängigkeit von der Stellung des Hubwagens am Mast verwendet wird.

Eine weitere Verbesserung wird erzielt, wenn bei einem Mast mit an diesem verfahrbaren Hubwagen die Grundfrequenz der Eigenschwingung in Abhängigkeit von der Masse der Hubwagenbeladung verwendet wird.

Zweckmäßigerweise werden die Stellung des Hubwagens am Mast und die Masse der Hubwagenbeladung ermittelt und als Messgrößen für die Bestimmung der Frequenzen der jeweiligen Eigenschwingung verwendet.

Die Lösung sieht bezogen auf das Verfahren vor, dass der zeitliche Verlauf der Führungsgröße so an das verfahrbare Element angepasst wird, dass im Frequenzspektrum des zeitlichen Verlaufs zumindest die Grundfrequenz der Eigenschwingungen fehlt oder zumindest unterhalb eines vorgegebenen Grenzwerts liegt, so dass von der Führungsgröße keine Eigenschwingungen des verfahrbaren Elements angeregt werden bzw. deren Schwingungsamplituden im Vergleich zum nicht angepassten Verlauf wesentlich verringert sind.

Die Führungsgrößen können also so generiert werden, dass eine Anregung kritischer Frequenzen weitestgehend unterbleibt. Die Generierung der einer Führungsgröße zugrunde liegenden Maximalwerte für Ruck, Beschleunigung und Geschwindigkeit sowie die Form des Ruckverlaufs (beispielsweise sinusquadratförmig) werden z.B. so verändert, dass im Bereich kritischer Frequenzen (keine oder) nur noch geringe spektrale Anteile vorliegen. Dies kann mittels eines so genannten ruckäquivalenten Filters erfolgen, das in Abhängigkeit von den genannten Größen sowie des Verfahrwegs bestimmt wird. Durch die Anpassung der Maximalwerte von Beschleunigung und Geschwindigkeit wird bei dieser Vorgehensweise zumindest eine schwingungsarme Anregung durch die Führungsgröße erreicht. Dies führt jedoch nicht immer zu einem zeitoptimalen Anfahren des Regalfachs. Denkbar ist hier die Kombination aus zeitoptimalen Anfahr-Verfahrprofilen und deren Abstimmung auf die niedrigste Eigenfrequenz des Systems. Unter Beibehaltung der Maximalwerte von Beschleunigung und Geschwindigkeit geschieht das z.B. durch Umschalten der Beschleunigung.

Bei Regalbediengeräten ist bei der Bestimmung der Führungsgröße folgendes zu beachten: Die Frequenz der Schwingung bei Regalbediengeräten hängt von der Stellung des Hubwagens und von der Beladung (Leerfahrt bzw. Palettenfahrt) ab. Da die Hubhöhe bekannt ist (mittels Gebersignal), kann die kritische Eigenfrequenz daraus berechnet werden. Die Beladung kann durch die Erfassung der Stromaufnahme des Hubmotors im Stillstand ermittelt werden. Neben diesen Parametern ist der Verfahrweg und der spezielle Verfahrvorgang (Positionieren bzw. Anfahren auf konstante Geschwindigkeit bei großen Wegen) zu berücksichtigen.

Der besondere Nutzen der Erfindung liegt in folgendem:

1. Deutlich reduziertes Überschwingen (nicht mehr sichtbar) der Regalbediengerätesäule in Längsrichtung bzw. des Hubwagens in Vertikalrichtung.
2. Wesentlich geringere mechanische Beanspruchung
3. Zeitersparnis durch Wegfall von Beruhigungszeiten.
4. Zeitoptimale Positionierung durch Auswahl entsprechender Verfahrprofile.
5. Es sind keine zusätzlichen Sensoren notwendig (Beladungsermittlung erfolgt anhand des Motorstroms, die Hubhöhe durch vorhandenen Geber).

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Steuerung für ein Regalbediengerät eines Hochregallagers und
2 ein Schwingungsdiagramm eines Regalbediengerätes bei unterschiedlicher Stellung des Hubwagens.
1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Steuerung für ein Regalbediengerät eines Hochregallagers (beide nicht dargestellt). Das Regalbediengerät weist einen Mast auf, der von einem am Mastfuß angeordneten Antriebsmotor 1 quer zu seiner Längsrichtung verfahrbar ist. Mittels der Steuerung wird einer Antriebsregelung 2 für den Antriebsmotor 1 eine Führungsgröße Xsoll als zeitlich veränderlicher Sollwert vorgegeben, welche das Anfahren einer vorgegebenen Regallagerposition bewirkt. Die Antriebsregelung 2 steuert dazu über eine nicht gezeigte Leistungselektronik die Drehzahl i des elektrischen Antriebsmotors 1, der ein entsprechendes Drehmoment Mmot abgibt. Der zeitliche Verlauf der Führungsgröße Xsoll wird dabei jeweils so gewählt, dass der Mast des Regalbediengerätes an der vorgegebenen Regallagerposition zum Stehen kommt, d.h. die Führungsgröße Xsoll ist an der vorgegebenen Regallagerposition gleich Null. Zur Regelung werden mittels einer Sensorik 3 unterschiedliche Messdaten als Regelgröße zur Antriebsregelung 2 zurückgeführt, was in 1 schematisch durch Pfeile 3a, 4 und eine Rückführungslinie 5 dargestellt ist. Die Sensorik 3 wirkt dabei auch mit der Verfahrachse zusammen, wobei die Ortsposition und/oder der Verfahrweg des Regalbediengerätes jeweils erfasst werden.
Am Mast des Regalbediengerätes ist ein Hubwagen mittels eines am Regalbediengerät angeordneten Hubwagenmotors in der Höhe verfahrbar. Anhand der Stromaufnahme des Hubwagenmotors wird bei stillstehendem Motor jeweils die Beladung des Hubwagens ermittelt. Entsprechende Sensoren (Sensorik 3) am Hubwagen erfassen dessen jeweils aktuelle Höhenposition. Der Pfeil 6 in 1 entspricht der Beladung des Hubwagens und der Pfeil 7 der Hubhöhe.
Beide Pfeile 6,7 zeigen in 1 auf eine Berechnungseinheit 8, wodurch schematisch dargestellt ist, dass beide Werte jeweils in die Berechnungseinheit 8 eingegeben werden. Der Verfahrweg, welcher ebenfalls durch einen Pfeil 9 dargestellt ist, wird als vorzugebender Sollwert ebenfalls in die Berechnungseinheit 8 eingegeben.
2 zeigt ein Diagramm der freien Schwingungen eines Regalbediengerätes bei unterschiedlicher Stellung des Hubwagens, nämlich in seiner unteren und in seiner oberen Stellung. Man sieht, dass das das System „Mast mit Hubwagen und Ladung" während des Verfahrens zu in Verfahrrichtung, also quer zum Mast verlaufenden Eigenschwingungen neigt und die Grundfrequenz f der Eigenschwingungen von der Höhe oder Stellung des Hubwagens abhängig ist. Diese Abhängigkeit wird von der Berechnungseinheit 8 berücksichtigt. Weiter zeigt 2 gedämpfte Schwingungen. Die Dämpfung (im Wesentlichen die Eigendämpfung des Systems „Mast mit Hubwagen und Ladung" bzw. des Mastes) bewirkt dabei noch eine leichte Verschiebung der Grundfrequenz f gegenüber der ungedämpften Schwingung des Systems „Mast mit Hubwagen und Ladung".
Die Berechnungseinheit 8 passt den zeitlichen Verlauf der Führungsgröße Xsoll so an den verfahrbaren Mast mit dem Hubwagen an, dass das System „Mast mit Hubwagen und Ladung" durch das Verfahren nicht zu (Eigen-)Schwingungen angeregt wird. Der zeitliche Verlauf der Führungsgröße Xsoll wird mittels der Berechnungseinheit 8 jeweils vorab berechnet. Bei großen Wegen ist ein Anfahren auf konstante Geschwindigkeit zu berücksichtigen.
Dazu wird der zeitliche Verlauf so gewählt, dass in dessen Frequenzspektrum zumindest die Grundfrequenz der Eigenschwingungen fehlt oder zumindest unterhalb eines entsprechend klein gewählten Werts (Grenzwerts) liegt. Speziell kann der Grenzwert so gewählt werden, dass es aufgrund der Dämpfung (Eigendämpfung des Systems „Mast mit Hubwagen und Ladung" bzw. des Mastes) zu keinen nachweisbaren, von der Führungsgröße Xsoll bewirkten Eigenschwingungen kommt. Praktisch ist es oft ausreichend, wenn die Schwingungsamplituden bei vorgegebenem Grenzwert so klein sind, dass sie beim Ein- und Auslagern von Gütern nicht mehr stören, immer im Vergleich zum nicht angepassten zeitlichen Verlauf der Führungsgröße Xsoll.
Die Wahl des zeitlichen Verlaufs kann so erfolgen, dass ein vorgegebener beispielsweise bereits zeitoptimierter Verlauf, verändert und dabei an das System „Mast mit Hubwagen und Ladung" angepasst wird, indem der zeitliche Verlauf der Führungsgröße durch Änderung der Maximalwerte für die Geschwindigkeit, die Beschleunigung und die erste zeitliche Ableitung der Beschleunigung, den Ruck, angepasst wird. Anstelle einer Änderung des vorgegebenen Maximalwerts für die erste zeitliche Ableitung der Beschleunigung können auch jeweils Umschaltungen der Beschleunigung erfolgen.
Die Anpassung kann auch mit einem entsprechend dimensionierten Bandpassfilter erfolgen, welches nach Art eines Bandpasses aus einem vorgegebenen zeitlichen Verlauf zumindest die Grundfrequenz der Eigenschwingungen herausfiltert, sprich die Grundfrequenz beim Filterdurchlauf hinreichend dämpft.
Die Führungsgröße Xsoll wird also so generiert, dass eine Anregung kritischer Frequenzen weitestgehend unterbleibt. Die Generierung der Führungsgröße Xsoll erfolgt so, dass im Bereich kritischer Frequenzen (keine oder) nur noch geringe spektrale Anteile vorliegen. Die Kombination aus zeitoptimalem Verlauf und dessen Abstimmung auf die niedrigste Eigenfrequenz des Systems ergibt oft die beste Lösung für den zeitlichen Verlauf der Führungsgröße Xsoll.

Claims

Bediengerät für ein Regallager, insbesondere ein Regalbediengerät für ein Hochregallager, mit einem verfahrbaren Element, das einen Antrieb (2) zum Anfahren einer vorgegebenen Regallagerposition aufweist, wobei der Antrieb (2) einen Antriebsmotor (1) umfasst, der durch Vorgabe des zeitlichen Verlaufs einer Führungsgröße (Xsoll) gesteuert ist, und wobei das Element während des Verfahrens zu in Verfahrrichtung verlaufenden Eigenschwingungen neigt, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Verlauf der Führungsgröße (Xsoll) so an das verfahrbare Element angepasst ist, dass im Frequenzspektrum des zeitlichen Verlaufs zumindest die Grundfrequenz der Eigenschwingungen fehlt oder zumindest unterhalb eines vorgegebenen Grenzwerts liegt, so dass von der Führungsgröße keine Eigenschwingungen des verfahrbaren Elements angeregt werden bzw. deren Schwingungsamplituden im Vergleich zum nicht angepassten Verlauf wesentlich verringert sind.
Bediengerät, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Verlauf der Führungsgröße (Xsoll) durch Vorgabe von Maximalwerten für die Geschwindigkeit, die Beschleunigung und die erste zeitliche Ableitung der Beschleunigung angepasst ist.
Bediengerät, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpassung des zeitlichen Verlaufs der Führungs größe (Xsoll) durch Vorgabe von Maximalwerten für die Geschwindigkeit, die Beschleunigung und durch Umschaltung der Beschleunigung erfolgt.
Bediengerät, dadurch gekennzeichnet, dass das Element ein Mast ist, der an seinem bodenseitigen Ende mit Hilfe des Antriebs quer zur Mastlängsrichtung verfahrbar ist, wobei die Eigenschwingungen in Verfahrrichtung quer zum Mast verlaufen.
Bediengerät, dadurch gekennzeichnet, dass das Element ein am Mast Höhen verfahrbarer Hubwagen ist, dessen Eigenschwingungen in Mastlängsrichtung verlaufen.
Bediengerät, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Verlauf der Führungsgröße (Xsoll) mittels einer Berechnungseinheit (8) vorab berechnet wird.
Bediengerät, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Verlauf der Führungsgröße (Xsoll) anhand der Ist-Position des Bediengeräts und der anzufahrenden Vorgabeposition berechnet wird.
Bediengerät, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Mast mit an diesem verfahrbaren Hubwagen die Grundfrequenz der Eigenschwingung in Abhängigkeit von der Stellung des Hubwagens am Mast verwendet wird.
Bediengerät, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Mast mit an diesem verfahrbaren Hubwagen die Grundfrequenz der Eigenschwingung in Abhängigkeit von der Masse der Hubwagenbeladung verwendet wird.
Bediengerät, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellung des Hubwagens am Mast und die Masse der Hubwagenbeladung ermittelt und als Messgrößen für die Bestimmung der Frequenzen der jeweiligen Eigenschwingung verwendet werden.
Verfahren zur Steuerung eines angetriebenen Bediengeräts für ein Regallager, insbesondere ein Regalbediengerät für ein Hochregallager, das ein verfahrbares zu in Verfahrrichtung verlaufenden Eigenschwingungen neigendes Element aufweist, das einen Antrieb (2) zum Anfahren einer vorgegebenen Regallagerposition umfasst, wobei dem Antriebsmotor (1) des Antriebs ein zeitlicher Verlauf einer Führungsgröße (Xsoll) vorgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Verlauf der Führungsgröße (Xsoll) so an das verfahrbare Element angepasst wird, dass im Frequenzspektrum des zeitlichen Verlaufs zumindest die Grundfrequenz der Eigenschwingungen fehlt oder zumindest unterhalb eines vorgegebenen Grenzwerts liegt, so dass von der Führungsgröße (Xsoll) keine Eigenschwingungen des verfahrbaren Elements angeregt werden bzw. deren Schwingungsamplituden im Vergleich zum nicht angepassten Verlauf wesentlich verringert sind.