★深圳市英威腾电气股份有限公司 李勇

关键词：堆垛机；大惯量；防摇摆；GD350-19

1 引言

堆垛机是自动化立体仓库的标志，其作用是在巷道内进行水平往复直线运动、垂直升降、货叉左右伸缩叉取等一系列协调动作，实现单元货物在巷道端口输送机与指定货位的出入库作业。

为了满足物流行业的快速发展需要，堆垛机正朝着更快的行走速度与更高的设计高度发展，用以实现更高的进出货效率及更高的空间利用率。而由此产生的堆垛机立柱顶部晃动也就成了首先需要解决的问题。图1为自动化立体仓库中的堆垛机。

图1 自动化立体仓库中的堆垛机

2 堆垛机性能要求

堆垛机一般由行走电机通过驱动轴带动车轮在下导轨上做水平行走，由提升电机通过钢丝绳带动载货台做垂直升降运动，由载货台上的货叉做伸缩运动。

堆垛机因其本体机械结构的特殊性，运行过程中载货台和货物对立柱的弯矩、堆垛机加减速产生的水平惯性力等都会使立柱在巷道平面内产生挠曲变形，影响堆垛机运行的稳定性、可靠性，使堆垛机行走方向的定位控制变得复杂。

该项目堆垛机作为核心机械高度为15m、轨道长度100m、行走速度200m/min、加速度1m/s²、定位精度＜2mm，其对变频器的具体性能要求如下：

（1）系统总线：控制器采用西门子PLC，变频器需要支持PROFINET总线；

（2）货叉控制：货叉电机无编码器反馈，变频器采用开环速度控制，由PLC控制货叉的速度给定和启停；

（3）提升控制：提升电机为双闭环控制方式，速度闭环采用HTL双极性电机编码器作为速度反馈；位置闭环采用SSI激光测距作为位置反馈，位置定位由变频器完成；

（4）行走控制：行走电机为双闭环控制方式，速度闭环采用HTL双极性电机编码器作为速度反馈；位置闭环采用SSI条码定位作为位置反馈，位置定位由变频器完成；

（5）防摇控制：该项目堆垛机立柱高、惯量大、定位要求快，需要避免堆垛机在加减速过程中出现晃动，解决行走电机停止后因为顶部晃动而带来的不利影响。

3 控制系统实现

根据以上技术要求，选择起重专用GD350-19变频器，该变频器通过以下方式实现客户技术要求：

（1）系统总线：配置PROFINET通讯卡，支持PROFINET总线，可完全兼容西门子PLC总线系统；

（2）货叉控制：产品采用技术领先的矢量控制技术和最新的电机控制专用数字处理器，有优异的电机开环控制性能；

（3）提升控制：配置增量式PG卡做速度闭环控制，配置SSI编码器卡做全闭环位置控制，同时GD350-19作为起重专用变频器，有完整的抱闸控逻辑及开闸转矩检测，可保证启动及停机不溜车；

（4）行走控制：配置增量式PG卡做速度闭环控制，配置SSI编码器卡，通过SSI信号读取条码绝对位置做全闭环位置控制；

（5）防摇控制：GD350-19采用内置集成动态自适应的ANTI-SWAY软件算法，通过调整阻尼系数，减小机械震动，避免堆垛机在加减速过程中出现晃动，可实现堆垛机行走启停平稳及快速定位，从而节省行走轴停止后因为顶部晃动而多花费的定位时间。系统拓扑图如图2所示。

图2 系统拓扑图

4 产品调试效果

具有如下优势：英威腾GD350-19是一款高性能多功能变频器，具有如下优势：

（1）具备极强的扩展性，有三个扩展卡槽（7.5kW及以上），可选配PLC卡、I/O卡、通讯卡、PG卡、供电卡等，支持多种类型扩展卡同时安装，扩展卡尺寸一致，支持任意卡槽安装；

（2）标配多功能液晶操作面板，人性化设计，带来友好的用户体验；

（3）内置SIL2等级的STO安全转矩截止功能，通过硬件封锁驱动信号来关闭驱动器PWM脉冲输出以避免电机意外启动，应用更安全，更可靠；

（4）英威腾为堆垛机这类大惯量负载系统动力学模型的数学表达式为控制函数设计的具有自适应鲁棒控制的ANTI-SWAY软件算法，能够依靠简单的参数设置，从而有效减小高重心与大惯量带来的机械震荡。依靠GD350-19上述的诸多优势，该项目最终调试效果能达到行走速度200m/min、加速度1m/s²、定位精度±1mm。现场实测该堆垛机定位时的速度转矩曲线如图3所示。

图3 速度转矩曲线

5 结束语

该台设备从调试完成以来，经过客户长时间运行的可靠性验证，堆垛机的平稳性、响应性及可靠性都能完全满足客户的要求，验证了英威腾Goodrive350-19型变频器在性能与可靠性方面完全可以满足堆垛机的要求，在客户端赢得了广泛认可。

摘自《自动化博览》2022年9月刊