摘要：在自動化立體倉庫中，堆垛機是實現(xiàn)貨物存取的關(guān)鍵設(shè)備；輕載堆垛機對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的實際應(yīng)用案例為例，介紹Lenze 9400伺服系統(tǒng)在堆垛機運行中的應(yīng)用。

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

1    前言

傳統(tǒng)的堆垛機大多采用變頻器控制，利用外部IO點停車，或者將外部編碼器接至PLC，再通過PLC給變頻器不同的速度指令。這樣帶來的弊端就是定位動作無法實現(xiàn)高速度以及高加速度，且PLC需要干預(yù)定位的運動過程，為現(xiàn)場的編程調(diào)試帶來了巨大的麻煩。

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

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

2    夾抱式堆垛機設(shè)備結(jié)構(gòu)

設(shè)備在機械上：行走采用夾輪結(jié)構(gòu)，由一臺9400伺服控制器同時控制兩臺MCA行星減速伺服電機；軌道長度為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，安裝夾輪類似行走驅(qū)動端；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進行通信，行走、提升與防搖擺之間通過內(nèi)部運動控制總線相連。行走和提升均采用雙閉環(huán)形式，外部測距采用SSI激光測距傳感器。

3    Lenze解決方案

Lenze堆垛機解決方案，如圖3所示。配置產(chǎn)品主要包括：9400伺服控制器、MCA伺服減速電機及電纜等附件。9400伺服控制器負責(zé)設(shè)備的定位動作，安全保護以及軸間管理。智能化的單軸結(jié)構(gòu)大大提高了設(shè)備了運行效率、安全性以及維護性。與上位PLC的數(shù)據(jù)交換可達到32個WORD，控制信息和反饋信息均可自由定義。系統(tǒng)可實現(xiàn)的速度與加速度指標參見表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)運動控制總線，可用于各軸之間的互聯(lián)。功率段從0.37kW至370kW，可滿足現(xiàn)場絕大多數(shù)應(yīng)用。9400采用創(chuàng)新的模塊化設(shè)計，具備專門的程序存儲卡，為最終用戶的使用及更換等帶來了極大的便利。9400HL特有的背板安裝方式和全快速插拔式接口設(shè)計，讓驅(qū)動器的維護或替換更加靈活方便，無需專業(yè)知識即可快速正確地完成驅(qū)動器的更換或診斷。

3.2 MCA伺服減速電機

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

3.3 電纜等附件

由于電機動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)場可能的干擾。反饋電纜推薦使用Lenze的雙絞屏蔽電纜，同時有柔性電纜可選。

4    Lenze系統(tǒng)解決方案特點

4.1 防搖擺驅(qū)動

鑒于提升立柱高度較高，在未加入防搖擺驅(qū)動時，行走在下方到達位置后，立柱通常需要晃動2至3秒的時間才能穩(wěn)定下來；加入防搖擺驅(qū)動后，系統(tǒng)幾乎沒有搖擺，節(jié)省了行走定位花費的時間。

防搖擺驅(qū)動與行走驅(qū)動采用內(nèi)部運動控制總線連接，實時跟蹤行走的速度。

4.2 軸間智能管理

普通堆垛機的行走和提升是獨立的，即不管定位距離大小，兩軸分別做定位，這在實際應(yīng)用中有時是不必要的，或不經(jīng)濟的；為了滿足各種不同現(xiàn)場的不同需求，Lenze專門為堆垛機開發(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)自動插補計算出合理的曲線，按照優(yōu)化的曲線運行。

例如，系統(tǒng)可以通過插補計算實現(xiàn)同時啟動，同時到達；或者錯峰啟動，同時到達。

同時，各軸之間通過直流母線共聯(lián)實現(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，進一步實現(xiàn)了綠色節(jié)能。

4.3 抱閘自動控制邏輯

Lenze在需要抱閘應(yīng)用的場合提供專門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抱閘需要的電壓，這樣不僅避免了繼電器帶來的時間延遲以及粘連危險，同時可以由驅(qū)動器內(nèi)部設(shè)置相對應(yīng)的抱閘控制邏輯，例如設(shè)置抱閘的打開時間以及關(guān)閉時間。

抱閘模塊同時具備斷路檢測功能，斷路時系統(tǒng)報錯停機。

4.4 獨立驅(qū)動及安全聯(lián)鎖

電機端反饋和外部反饋可以同時接至9400，實現(xiàn)全閉環(huán)；定位過程中的曲線計算由9400單獨完成。

電機溫度反饋、制動電阻溫度反饋、極限開關(guān)、斷帶開關(guān)等安全保護點都可以直接接至驅(qū)動器，不僅可以快速響應(yīng)外部觸發(fā)，同時也可以通過總線上傳至上位。

防搖擺驅(qū)動、提升驅(qū)動與行走驅(qū)動之間需要一定的安全聯(lián)鎖，這些均可在驅(qū)動器內(nèi)編程實現(xiàn)，無須外部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，無需再次尋零；同時可以設(shè)置零點的偏移量。

對于采用單反饋的貨叉電機，第一次尋零后可以將零點保存在驅(qū)動器中，再次上電無需尋零。

5    小結(jié)

Lenze 9400伺服系統(tǒng)以其強大的伺服控制能力，邏輯編程能力，保證了該堆垛機在現(xiàn)場的高速穩(wěn)定運行。