摘要：在自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)中，堆垛機(jī)是實(shí)現(xiàn)貨物存取的關(guān)鍵設(shè)備；輕載堆垛機(jī)對(duì)加速度和速度的要求日益提升，高端伺服系統(tǒng)在該行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。以下以Lenze的實(shí)際應(yīng)用案例為例，介紹Lenze 9400伺服系統(tǒng)在堆垛機(jī)運(yùn)行中的應(yīng)用。

關(guān)鍵字：9400伺服系統(tǒng) 堆垛機(jī) 防搖擺驅(qū)動(dòng) 軸間智能管理

1    前言

傳統(tǒng)的堆垛機(jī)大多采用變頻器控制，利用外部IO點(diǎn)停車(chē)，或者將外部編碼器接至PLC，再通過(guò)PLC給變頻器不同的速度指令。這樣帶來(lái)的弊端就是定位動(dòng)作無(wú)法實(shí)現(xiàn)高速度以及高加速度，且PLC需要干預(yù)定位的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，為現(xiàn)場(chǎng)的編程調(diào)試帶來(lái)了巨大的麻煩。

隨著物流行業(yè)的快速發(fā)展，高速堆垛機(jī)已成為倉(cāng)儲(chǔ)物流的重要組成部分，這也促進(jìn)了伺服系統(tǒng)特別是高端伺服系統(tǒng)在堆垛機(jī)行業(yè)的廣泛應(yīng)用。

Lenze在該行業(yè)積累了極為豐富的經(jīng)驗(yàn)。為達(dá)到堆垛機(jī)的高速穩(wěn)定控制，Lenze提供了完美的產(chǎn)品和解決方案以及專家級(jí)的服務(wù)。本文主要以電氣控制為主，介紹Lenze在堆垛機(jī)行業(yè)的解決方案及其特點(diǎn)。

2    夾抱式堆垛機(jī)設(shè)備結(jié)構(gòu)

設(shè)備在機(jī)械上：行走采用夾輪結(jié)構(gòu)，由一臺(tái)9400伺服控制器同時(shí)控制兩臺(tái)MCA行星減速伺服電機(jī)；軌道長(zhǎng)度為40m，高度為18m；安裝結(jié)構(gòu)如圖1及圖2所示。上端安裝有防搖擺電機(jī)，安裝夾輪類似行走驅(qū)動(dòng)端；提升采用齒輪同步帶結(jié)構(gòu)；貨叉可兩端出叉；貨叉控制器安裝在載貨臺(tái)上，由滑觸線供電。

圖1系統(tǒng)整體示意圖

圖2 行走及防搖擺設(shè)備結(jié)構(gòu)圖

電氣上，9400伺服系統(tǒng)與上位系統(tǒng)采用Profinet進(jìn)行通信，行走、提升與防搖擺之間通過(guò)內(nèi)部運(yùn)動(dòng)控制總線相連。行走和提升均采用雙閉環(huán)形式，外部測(cè)距采用SSI激光測(cè)距傳感器。

3    Lenze解決方案

Lenze堆垛機(jī)解決方案，如圖3所示。配置產(chǎn)品主要包括：9400伺服控制器、MCA伺服減速電機(jī)及電纜等附件。9400伺服控制器負(fù)責(zé)設(shè)備的定位動(dòng)作，安全保護(hù)以及軸間管理。智能化的單軸結(jié)構(gòu)大大提高了設(shè)備了運(yùn)行效率、安全性以及維護(hù)性。與上位PLC的數(shù)據(jù)交換可達(dá)到32個(gè)WORD，控制信息和反饋信息均可自由定義。系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)的速度與加速度指標(biāo)參見(jiàn)表1。

圖3 系統(tǒng)電氣結(jié)構(gòu)示意圖

3.1 伺服9400HL

9400HL是Lenze高性能伺服控制器，具備強(qiáng)大的可編程能力以及豐富的聯(lián)網(wǎng)可能，本身內(nèi)嵌了系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制總線，可用于各軸之間的互聯(lián)。功率段從0.37kW至370kW，可滿足現(xiàn)場(chǎng)絕大多數(shù)應(yīng)用。9400采用創(chuàng)新的模塊化設(shè)計(jì)，具備專門(mén)的程序存儲(chǔ)卡，為最終用戶的使用及更換等帶來(lái)了極大的便利。9400HL特有的背板安裝方式和全快速插拔式接口設(shè)計(jì)，讓驅(qū)動(dòng)器的維護(hù)或替換更加靈活方便，無(wú)需專業(yè)知識(shí)即可快速正確地完成驅(qū)動(dòng)器的更換或診斷。

3.2 MCA伺服減速電機(jī)

Lenze提供的伺服減速電機(jī)具備精度高、耐沖擊和效率高等特點(diǎn)，非常適合往返定位等應(yīng)用場(chǎng)合。

3.3 電纜等附件

由于電機(jī)動(dòng)力電纜和抱閘電纜是同一根電纜，因此必須采用混合電纜的形式，以避免現(xiàn)場(chǎng)可能的干擾。反饋電纜推薦使用Lenze的雙絞屏蔽電纜，同時(shí)有柔性電纜可選。

4    Lenze系統(tǒng)解決方案特點(diǎn)

4.1 防搖擺驅(qū)動(dòng)

鑒于提升立柱高度較高，在未加入防搖擺驅(qū)動(dòng)時(shí)，行走在下方到達(dá)位置后，立柱通常需要晃動(dòng)2至3秒的時(shí)間才能穩(wěn)定下來(lái)；加入防搖擺驅(qū)動(dòng)后，系統(tǒng)幾乎沒(méi)有搖擺，節(jié)省了行走定位花費(fèi)的時(shí)間。

防搖擺驅(qū)動(dòng)與行走驅(qū)動(dòng)采用內(nèi)部運(yùn)動(dòng)控制總線連接，實(shí)時(shí)跟蹤行走的速度。

4.2 軸間智能管理

普通堆垛機(jī)的行走和提升是獨(dú)立的，即不管定位距離大小，兩軸分別做定位，這在實(shí)際應(yīng)用中有時(shí)是不必要的，或不經(jīng)濟(jì)的；為了滿足各種不同現(xiàn)場(chǎng)的不同需求，Lenze專門(mén)為堆垛機(jī)開(kāi)發(fā)了軸間智能管理模板，即根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定的速度、加速度以及定位距離，系統(tǒng)自動(dòng)插補(bǔ)計(jì)算出合理的曲線，按照優(yōu)化的曲線運(yùn)行。

例如，系統(tǒng)可以通過(guò)插補(bǔ)計(jì)算實(shí)現(xiàn)同時(shí)啟動(dòng)，同時(shí)到達(dá)；或者錯(cuò)峰啟動(dòng)，同時(shí)到達(dá)。

同時(shí)，各軸之間通過(guò)直流母線共聯(lián)實(shí)現(xiàn)了能量的交互，例如提升在發(fā)電狀態(tài)下反饋的能量，可以被行走使用，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了綠色節(jié)能。

4.3 抱閘自動(dòng)控制邏輯

Lenze在需要抱閘應(yīng)用的場(chǎng)合提供專門(mén)的抱閘控制模塊以及相應(yīng)的配合邏輯。不需要用戶外接繼電器，抱閘控制模塊可以直接輸出電機(jī)抱閘需要的電壓，這樣不僅避免了繼電器帶來(lái)的時(shí)間延遲以及粘連危險(xiǎn)，同時(shí)可以由驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部設(shè)置相對(duì)應(yīng)的抱閘控制邏輯，例如設(shè)置抱閘的打開(kāi)時(shí)間以及關(guān)閉時(shí)間。

抱閘模塊同時(shí)具備斷路檢測(cè)功能，斷路時(shí)系統(tǒng)報(bào)錯(cuò)停機(jī)。

4.4 獨(dú)立驅(qū)動(dòng)及安全聯(lián)鎖

電機(jī)端反饋和外部反饋可以同時(shí)接至9400，實(shí)現(xiàn)全閉環(huán)；定位過(guò)程中的曲線計(jì)算由9400單獨(dú)完成。

電機(jī)溫度反饋、制動(dòng)電阻溫度反饋、極限開(kāi)關(guān)、斷帶開(kāi)關(guān)等安全保護(hù)點(diǎn)都可以直接接至驅(qū)動(dòng)器，不僅可以快速響應(yīng)外部觸發(fā)，同時(shí)也可以通過(guò)總線上傳至上位。

防搖擺驅(qū)動(dòng)、提升驅(qū)動(dòng)與行走驅(qū)動(dòng)之間需要一定的安全聯(lián)鎖，這些均可在驅(qū)動(dòng)器內(nèi)編程實(shí)現(xiàn)，無(wú)須外部PLC的干預(yù)。

4.5 系統(tǒng)零位

全閉環(huán)系統(tǒng)采集外部編碼器位置，可以直接作為系統(tǒng)的當(dāng)前位置，無(wú)需再次尋零；同時(shí)可以設(shè)置零點(diǎn)的偏移量。

對(duì)于采用單反饋的貨叉電機(jī)，第一次尋零后可以將零點(diǎn)保存在驅(qū)動(dòng)器中，再次上電無(wú)需尋零。

5    小結(jié)

Lenze 9400伺服系統(tǒng)以其強(qiáng)大的伺服控制能力，邏輯編程能力，保證了該堆垛機(jī)在現(xiàn)場(chǎng)的高速穩(wěn)定運(yùn)行。