★深圳市英威騰電氣股份有限公司 李勇

關(guān)鍵詞：堆垛機；大慣量；防搖擺；GD350-19

1 引言

堆垛機是自動(dòng)化立體倉庫的標志，其作用是在巷道內進(jìn)行水平往復直線(xiàn)運動(dòng)、垂直升降、貨叉左右伸縮叉取等一系列協(xié)調動(dòng)作，實(shí)現單元貨物在巷道端口輸送機與指定貨位的出入庫作業(yè)。

為了滿(mǎn)足物流行業(yè)的快速發(fā)展需要，堆垛機正朝著(zhù)更快的行走速度與更高的設計高度發(fā)展，用以實(shí)現更高的進(jìn)出貨效率及更高的空間利用率。而由此產(chǎn)生的堆垛機立柱頂部晃動(dòng)也就成了首先需要解決的問(wèn)題。圖1為自動(dòng)化立體倉庫中的堆垛機。

圖1 自動(dòng)化立體倉庫中的堆垛機

2 堆垛機性能要求

堆垛機一般由行走電機通過(guò)驅動(dòng)軸帶動(dòng)車(chē)輪在下導軌上做水平行走，由提升電機通過(guò)鋼絲繩帶動(dòng)載貨臺做垂直升降運動(dòng)，由載貨臺上的貨叉做伸縮運動(dòng)。

堆垛機因其本體機械結構的特殊性，運行過(guò)程中載貨臺和貨物對立柱的彎矩、堆垛機加減速產(chǎn)生的水平慣性力等都會(huì )使立柱在巷道平面內產(chǎn)生撓曲變形，影響堆垛機運行的穩定性、可靠性，使堆垛機行走方向的定位控制變得復雜。

該項目堆垛機作為核心機械高度為15m、軌道長(cháng)度100m、行走速度200m/min、加速度1m/s2、定位精度＜2mm，其對變頻器的具體性能要求如下：

（1）系統總線(xiàn)：控制器采用西門(mén)子PLC，變頻器需要支持PROFINET總線(xiàn)；

（2）貨叉控制：貨叉電機無(wú)編碼器反饋，變頻器采用開(kāi)環(huán)速度控制，由PLC控制貨叉的速度給定和啟停；

（3）提升控制：提升電機為雙閉環(huán)控制方式，速度閉環(huán)采用HTL雙極性電機編碼器作為速度反饋；位置閉環(huán)采用SSI激光測距作為位置反饋，位置定位由變頻器完成；

（4）行走控制：行走電機為雙閉環(huán)控制方式，速度閉環(huán)采用HTL雙極性電機編碼器作為速度反饋；位置閉環(huán)采用SSI條碼定位作為位置反饋，位置定位由變頻器完成；

（5）防搖控制：該項目堆垛機立柱高、慣量大、定位要求快，需要避免堆垛機在加減速過(guò)程中出現晃動(dòng)，解決行走電機停止后因為頂部晃動(dòng)而帶來(lái)的不利影響。

3 控制系統實(shí)現

根據以上技術(shù)要求，選擇起重專(zhuān)用GD350-19變頻器，該變頻器通過(guò)以下方式實(shí)現客戶(hù)技術(shù)要求：

（1）系統總線(xiàn)：配置PROFINET通訊卡，支持PROFINET總線(xiàn)，可完全兼容西門(mén)子PLC總線(xiàn)系統；

（2）貨叉控制：產(chǎn)品采用技術(shù)領(lǐng)先的矢量控制技術(shù)和最新的電機控制專(zhuān)用數字處理器，有優(yōu)異的電機開(kāi)環(huán)控制性能；

（3）提升控制：配置增量式PG卡做速度閉環(huán)控制，配置SSI編碼器卡做全閉環(huán)位置控制，同時(shí)GD350-19作為起重專(zhuān)用變頻器，有完整的抱閘控邏輯及開(kāi)閘轉矩檢測，可保證啟動(dòng)及停機不溜車(chē)；

（4）行走控制：配置增量式PG卡做速度閉環(huán)控制，配置SSI編碼器卡，通過(guò)SSI信號讀取條碼絕對位置做全閉環(huán)位置控制；

（5）防搖控制：GD350-19采用內置集成動(dòng)態(tài)自適應的ANTI-SWAY軟件算法，通過(guò)調整阻尼系數，減小機械震動(dòng)，避免堆垛機在加減速過(guò)程中出現晃動(dòng)，可實(shí)現堆垛機行走啟停平穩及快速定位，從而節省行走軸停止后因為頂部晃動(dòng)而多花費的定位時(shí)間。系統拓撲圖如圖2所示。

圖2 系統拓撲圖

4 產(chǎn)品調試效果

具有如下優(yōu)勢：英威騰GD350-19是一款高性能多功能變頻器，具有如下優(yōu)勢：

（1）具備極強的擴展性，有三個(gè)擴展卡槽（7.5kW及以上），可選配PLC卡、I/O卡、通訊卡、PG卡、供電卡等，支持多種類(lèi)型擴展卡同時(shí)安裝，擴展卡尺寸一致，支持任意卡槽安裝；

（2）標配多功能液晶操作面板，人性化設計，帶來(lái)友好的用戶(hù)體驗；

（3）內置SIL2等級的STO安全轉矩截止功能，通過(guò)硬件封鎖驅動(dòng)信號來(lái)關(guān)閉驅動(dòng)器PWM脈沖輸出以避免電機意外啟動(dòng)，應用更安全，更可靠；

（4）英威騰為堆垛機這類(lèi)大慣量負載系統動(dòng)力學(xué)模型的數學(xué)表達式為控制函數設計的具有自適應魯棒控制的ANTI-SWAY軟件算法，能夠依靠簡(jiǎn)單的參數設置，從而有效減小高重心與大慣量帶來(lái)的機械震蕩。依靠GD350-19上述的諸多優(yōu)勢，該項目最終調試效果能達到行走速度200m/min、加速度1m/s2、定位精度±1mm?，F場(chǎng)實(shí)測該堆垛機定位時(shí)的速度轉矩曲線(xiàn)如圖3所示。

圖3 速度轉矩曲線(xiàn)

5 結束語(yǔ)

該臺設備從調試完成以來(lái)，經(jīng)過(guò)客戶(hù)長(cháng)時(shí)間運行的可靠性驗證，堆垛機的平穩性、響應性及可靠性都能完全滿(mǎn)足客戶(hù)的要求，驗證了英威騰Goodrive350-19型變頻器在性能與可靠性方面完全可以滿(mǎn)足堆垛機的要求，在客戶(hù)端贏(yíng)得了廣泛認可。

摘自《自動(dòng)化博覽》2022年9月刊