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★深圳市英威騰電氣股份有限公司 李勇

關鍵詞：堆垛機；大慣量；防搖擺；GD350-19

1 引言

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

為了滿足物流行業(yè)的快速發(fā)展需要，堆垛機正朝著更快的行走速度與更高的設計高度發(fā)展，用以實現(xiàn)更高的進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也就成了首先需要解決的問題。圖1為自動化立體倉庫中的堆垛機。

圖1 自動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驅(qū)動軸帶動車輪在下導軌上做水平行走，由提升電機通過鋼絲繩帶動載貨臺做垂直升降運動，由載貨臺上的貨叉做伸縮運動。

堆垛機因其本體機械結(jié)構(gòu)的特殊性，運行過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使立柱在巷道平面內(nèi)產(chǎn)生撓曲變形，影響堆垛機運行的穩(wěn)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(tǒng)總線：控制器采用西門子PLC，變頻器需要支持PROFINET總線；

（2）貨叉控制：貨叉電機無編碼器反饋，變頻器采用開環(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程中出現(xiàn)晃動，解決行走電機停止后因為頂部晃動而帶來的不利影響。

3 控制系統(tǒng)實現(xiàn)

根據(jù)以上技術要求，選擇起重專用GD350-19變頻器，該變頻器通過以下方式實現(xiàn)客戶技術要求：

（1）系統(tǒng)總線：配置PROFINET通訊卡，支持PROFINET總線，可完全兼容西門子PLC總線系統(tǒng)；

（2）貨叉控制：產(chǎn)品采用技術領先的矢量控制技術和最新的電機控制專用數(shù)字處理器，有優(yōu)異的電機開環(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GD350-19作為起重專用變頻器，有完整的抱閘控邏輯及開閘轉(zhuǎn)矩檢測，可保證啟動及停機不溜車；

（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(nèi)置集成動態(tài)自適應的ANTI-SWAY軟件算法，通過調(diào)整阻尼系數(shù)，減小機械震動，避免堆垛機在加減速過程中出現(xiàn)晃動，可實現(xiàn)堆垛機行走啟停平穩(wěn)及快速定位，從而節(jié)省行走軸停止后因為頂部晃動而多花費的定位時間。系統(tǒng)拓撲圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)拓撲圖

4 產(chǎn)品調(diào)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，支持多種類型擴展卡同時安裝，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，帶來友好的用戶體驗；

（3）內(nèi)置SIL2等級的STO安全轉(zhuǎn)矩截止功能，通過硬件封鎖驅(qū)動信號來關閉驅(qū)動器PWM脈沖輸出以避免電機意外啟動，應用更安全，更可靠；

（4）英威騰為堆垛機這類大慣量負載系統(tǒng)動力學模型的數(shù)學表達式為控制函數(shù)設計的具有自適應魯棒控制的ANTI-SWAY軟件算法，能夠依靠簡單的參數(shù)設置，從而有效減小高重心與大慣量帶來的機械震蕩。依靠GD350-19上述的諸多優(yōu)勢，該項目最終調(diào)試效果能達到行走速度200m/min、加速度1m/s2、定位精度±1mm。現(xiàn)場實測該堆垛機定位時的速度轉(zhuǎn)矩曲線如圖3所示。

圖3 速度轉(zhuǎn)矩曲線

5 結(jié)束語

該臺設備從調(diào)試完成以來，經(jīng)過客戶長時間運行的可靠性驗證，堆垛機的平穩(wěn)性、響應性及可靠性都能完全滿足客戶的要求，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足堆垛機的要求，在客戶端贏得了廣泛認可。

摘自《自動化博覽》2022年9月刊