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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調動作，實現單元貨物在巷道端口輸送機與指定貨位的出入庫作業。

為了滿足物流行業的快速發展需要，堆垛機正朝著更快的行走速度與更高的設計高度發展，用以實現更高的進出貨效率及更高的空間利用率。而由此產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構的特殊性，運行過程中載貨臺和貨物對立柱的彎矩、堆垛機加減速產生的水平慣性力等都會使立柱在巷道平面內產生撓曲變形，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：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：提升電機為雙閉環控制方式，速度閉環采用HTL雙極性電機編碼器作為速度反饋；位置閉環采用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：行走電機為雙閉環控制方式，速度閉環采用HTL雙極性電機編碼器作為速度反饋；位置閉環采用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 控制系統實現

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

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

（2）貨叉控制：產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字處理器，有優異的電機開環控制性能；

（3）提升控制：配置增量式PG卡做速度閉環控制，配置SSI編碼器卡做全閉環位置控制，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位置控制；

（5）防搖控制：GD350-19采用內置集成動態自適應的ANTI-SWAY軟件算法，通過調整阻尼系數，減小機械震動，避免堆垛機在加減速過程中出現晃動，可實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而多花費的定位時間。系統拓撲圖如圖2所示。

圖2 系統拓撲圖

4 產品調試效果

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

（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）內置SIL2等級的STO安全轉矩截止功能，通過硬件封鎖驅動信號來關閉驅動器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動力學模型的數學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，能夠依靠簡單的參數設置，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。現場實測該堆垛機定位時的速度轉矩曲線如圖3所示。

圖3 速度轉矩曲線

5 結束語

該臺設備從調試完成以來，經過客戶長時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