閆俊清

摘要：現(xiàn)如今，我國(guó)是自動(dòng)化快速發(fā)展的新時(shí)期，自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)因其高效、便捷被廣泛地應(yīng)用到現(xiàn)代物流業(yè)中，而堆垛機(jī)作為核心設(shè)備，其電機(jī)變頻器的位置環(huán)和速度環(huán)設(shè)定是否合理，直接影響著堆垛機(jī)的運(yùn)行效率。通過(guò)對(duì)電機(jī)變頻器速度環(huán)比例系數(shù)和積分時(shí)間的合理調(diào)節(jié)，能夠使電機(jī)快速響應(yīng)且平穩(wěn)運(yùn)行;從而使堆垛機(jī)能夠精確、快速地定位。本文以新能源立庫(kù)中使用的某型號(hào)堆垛機(jī)為研究對(duì)象，分析電機(jī)變頻器速度環(huán)和位置環(huán)參數(shù)確定的方法。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)、堆垛機(jī)、位置環(huán)、速度環(huán)

引言

變頻器是應(yīng)用變頻技術(shù)與微電子技術(shù)，通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)工作電源頻率方式來(lái)控制交流電動(dòng)機(jī)的電力控制設(shè)備。通過(guò)改變電源的頻率來(lái)達(dá)到改變電源電壓的目的，根據(jù)電動(dòng)機(jī)的實(shí)際需要來(lái)提供其所需要的電源電壓，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能、調(diào)速的目的。

1堆垛機(jī)主要結(jié)構(gòu)和工作原理

堆垛機(jī)主要由地上軌道、上部導(dǎo)軌、副梁、載貨臺(tái)、滑觸線(xiàn)路、操作面板、升降和行走電動(dòng)機(jī)、各種檢測(cè)開(kāi)關(guān)等組成。堆垛機(jī)通過(guò)與上位管理、控制系統(tǒng)連接，全面實(shí)現(xiàn)貨物入庫(kù)和出庫(kù)存放作業(yè)自動(dòng)化。堆垛機(jī)與立體貨架的通訊采用了紅外通訊的方式。這樣既避免了在車(chē)間中布太多的導(dǎo)線(xiàn)，又具有相對(duì)較強(qiáng)的抗干擾能力。單片機(jī)作為測(cè)控核心的堆垛機(jī)控制系統(tǒng)，與上層管理系統(tǒng)（計(jì)算機(jī)或手持盒）的通訊都通過(guò)RS485的方式進(jìn)行，為了及時(shí)對(duì)上層管理計(jì)算機(jī)或手持盒發(fā)來(lái)的指令進(jìn)行響應(yīng)，系統(tǒng)軟件應(yīng)用了串行口通訊中斷的方式，這種方式能以最短的時(shí)間與上層計(jì)算機(jī)或手持盒建立通訊。

2堆垛機(jī)變頻器位置環(huán)和速度環(huán)參數(shù)調(diào)節(jié)方法

2.1位置環(huán)系數(shù)的確定

在實(shí)際的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，發(fā)現(xiàn)多數(shù)堆垛機(jī)運(yùn)行效率總是達(dá)不到設(shè)計(jì)目標(biāo)。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)很多堆垛機(jī)定位時(shí)間長(zhǎng)，而有些設(shè)備則在目標(biāo)位置過(guò)沖，往復(fù)較長(zhǎng)時(shí)間來(lái)定位。這就是典型的位置環(huán)比例系數(shù)和積分時(shí)間設(shè)置不合理造成的。通過(guò)長(zhǎng)期的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，首先提高位置環(huán)增益直到在目標(biāo)位置過(guò)沖、往復(fù)運(yùn)動(dòng)，之后把當(dāng)前比例系數(shù)85%確定為位置環(huán)比例系數(shù)。確定比例系數(shù)后，同樣的方法確定積分時(shí)間，減小積分時(shí)間讓堆垛機(jī)快速定位直到出現(xiàn)過(guò)沖時(shí)，將當(dāng)前積分時(shí)間的110%確定為位置環(huán)積分時(shí)間。但是位置環(huán)定位還需要確定好堆垛機(jī)的靜態(tài)窗口大小和時(shí)間以及定位窗口大小和時(shí)間。當(dāng)堆垛機(jī)運(yùn)行位置進(jìn)入靜態(tài)窗口后，在設(shè)定的定位調(diào)節(jié)時(shí)間內(nèi)到達(dá)定位窗口，如圖1。如果靜態(tài)窗口定位時(shí)間設(shè)定不合適，就會(huì)造成在之前確定的位置環(huán)增益和積分時(shí)間內(nèi)調(diào)節(jié)不到，也會(huì)影響堆垛機(jī)定位時(shí)間。通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到將堆垛機(jī)運(yùn)行到合適的靜態(tài)窗口后讓堆垛機(jī)開(kāi)始尋址，然后算出靜態(tài)窗口內(nèi)所需時(shí)間，將其定為定位時(shí)間。

2.2變頻器與電動(dòng)機(jī)的額定電壓不符時(shí)的處理

有一個(gè)三相220V的同步永磁電動(dòng)機(jī)，用富士FRN3.7G11S-4變頻器控制，設(shè)定額定電壓時(shí)，變頻器設(shè)定最小只能到320V，不能達(dá)到220V的要求，電動(dòng)機(jī)無(wú)法啟動(dòng)。在這種情況下，只能通過(guò)提高基本頻率的方法來(lái)解決。把基本頻率設(shè)置為86Hz即可。問(wèn)題迎刃解決，電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行。在低頻運(yùn)行的情況下，由于變頻器的u/f線(xiàn)是可以任意調(diào)整的，要降低電壓，只需正確設(shè)置u/f線(xiàn)即可。但是在額定頻率的情況下，我們是不可能通過(guò)改變u/f線(xiàn)來(lái)調(diào)整電壓的，只有通過(guò)加大基本頻率來(lái)調(diào)整與額定頻率對(duì)應(yīng)的電壓。這里的改變頻率是指基本頻率，因?yàn)樽冾l器采用了V/F控制模式，改變了頻率就改變了相應(yīng)的電壓，而與實(shí)際運(yùn)行頻率無(wú)關(guān)。

2.3實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)30min內(nèi)采用電機(jī)變頻器默認(rèn)參數(shù)和調(diào)后參數(shù)進(jìn)行取貨對(duì)比實(shí)驗(yàn)。所用變頻器為西門(mén)子G120CU250S-2型變頻器，所設(shè)參數(shù)如表1。為使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更加直觀，設(shè)計(jì)堆垛機(jī)在最長(zhǎng)的運(yùn)行距離下，進(jìn)行取貨對(duì)比實(shí)驗(yàn)，如圖2。對(duì)比變頻器在默認(rèn)參數(shù)和參數(shù)調(diào)整后，在控制室內(nèi)進(jìn)行堆垛機(jī)30min內(nèi)的取貨實(shí)驗(yàn)，如圖3。通過(guò)實(shí)驗(yàn)可驗(yàn)證出變頻器參數(shù)調(diào)整后是否會(huì)提高取貨效率、縮短定位時(shí)間、提高定位精度。

2.4堆垛機(jī)電氣或者機(jī)械原因?qū)е鹿收蠄?bào)警

（1）輔料庫(kù)3#堆垛機(jī)在運(yùn)行中頻繁報(bào)“1011”故障。故障現(xiàn)象：3#堆垛機(jī)在正常入庫(kù)、出庫(kù)運(yùn)行中，堆垛機(jī)突然停止運(yùn)行，故障指示燈閃爍，查詢(xún)觸摸屏顯示報(bào)警代碼為“1011”，查詢(xún)故障代碼表“1011”為變頻器異常，在堆垛機(jī)操作屏上復(fù)位后，堆垛機(jī)繼續(xù)報(bào)警，報(bào)警代碼為“1077”或者“2506”，查詢(xún)故障代碼表“1077”為行走制動(dòng)單元故障，“2506”為行走編碼器異常。經(jīng)過(guò)仔細(xì)分析，發(fā)現(xiàn)造成此故障主要由以下幾點(diǎn)原因，同時(shí)歸納總結(jié)出相對(duì)應(yīng)的處理措施：①變頻器報(bào)警：參數(shù)調(diào)整不當(dāng)，根據(jù)報(bào)警代碼重新調(diào)整參數(shù);②檢查堆垛機(jī)軌道螺釘是否緊固，檢查堆垛機(jī)供電線(xiàn)路（滑觸線(xiàn)）是否水平，是否有明顯變形和損傷，檢查堆垛機(jī)集電器與滑觸線(xiàn)接觸是否良好，檢查集電器電刷磨損情況，發(fā)現(xiàn)磨損嚴(yán)重時(shí)，需更換電刷;③檢查堆垛機(jī)行走、升降電機(jī)的接觸器觸點(diǎn)有無(wú)過(guò)度磨耗，如果有明顯磨耗，將會(huì)引起電機(jī)電流不穩(wěn)定而導(dǎo)致變頻器啟動(dòng)保護(hù)功能，必須更換接觸器排除故障;④測(cè)量行走、升降電機(jī)的變頻器主電路電源輸入端子（R/S/T）之間電壓是否正常，檢查變頻器控制電路的接線(xiàn)有無(wú)損傷;⑤檢查變頻器輸出端子（U/V/W）之間有無(wú)短路，如果任何一組之間有短路也會(huì)導(dǎo)致變頻器故障;⑥確認(rèn)電機(jī)電磁剎車(chē)的開(kāi)放狀態(tài)，便于判斷堆垛機(jī)有無(wú)因機(jī)械方面原因而導(dǎo)致超負(fù)荷;⑦檢查電機(jī)電阻值，測(cè)量電機(jī)線(xiàn)路完好;⑧檢查行走電機(jī)剎車(chē)裝置，按標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整剎車(chē)間隙（0.3～1.2mm）;⑨檢查裝載的貨物重量是否超過(guò)額定值;⑩更換行走編碼器，確認(rèn)堆垛機(jī)接口板是否接觸不良或者損壞。（2）成品庫(kù)4#堆垛機(jī)報(bào)“1941”故障。故障現(xiàn)象：4#堆垛機(jī)出庫(kù)時(shí)報(bào)警，報(bào)警代碼為“1941”，升降位偏離。經(jīng)過(guò)全面仔細(xì)分析，造成此故障原因和處理措施歸納為以下幾點(diǎn)：①檢查堆垛機(jī)定位光電開(kāi)關(guān)是否正常工作，調(diào)整定位光電位置;②用水平儀檢查貨位橫梁是否水平、是否變形，不在水平方向時(shí)需要調(diào)整或更換橫梁;③檢查堆垛機(jī)升降位置光電開(kāi)關(guān)工作是否正常;④檢查升降定位擋塊是否松動(dòng)脫落，調(diào)整并緊固;⑤更換升降編碼器，確認(rèn)堆垛機(jī)接口板是否損壞。

2.5各參數(shù)單元時(shí)間修改

下面以某企業(yè)堆垛機(jī)運(yùn)行遇到的堆垛機(jī)垂直自由落體故障問(wèn)題進(jìn)行分析。堆垛機(jī)載貨臺(tái)上下升降電動(dòng)機(jī)采用的是SEW型，額定功率是11kW，額定電流是13.6A，額定電壓380V，額定轉(zhuǎn)速是1440r/min。在試運(yùn)行階段，該設(shè)備處于正常的輸出頻率范圍內(nèi)運(yùn)行，由于經(jīng)常出現(xiàn)失速誤報(bào)警，懷疑是載貨臺(tái)超速運(yùn)行所致，把頻率降低后出現(xiàn)了載貨臺(tái)從15層直接下滑到地面的嚴(yán)重事故。分析下滑的原因是什么呢？應(yīng)該是由于頻率降低，在電動(dòng)機(jī)還沒(méi)有完全達(dá)到轉(zhuǎn)速時(shí)、電動(dòng)機(jī)的抱閘已打開(kāi)，造成設(shè)備產(chǎn)生向下的力，造成載貨臺(tái)拽著電動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)，造成失速。查閱說(shuō)明書(shū)，對(duì)S1-02（啟動(dòng)時(shí)直流制動(dòng)電流）、S1-04（啟動(dòng)時(shí)直流制動(dòng)時(shí)間）、S1-06（z制動(dòng)器打開(kāi)延遲時(shí)間，三個(gè)參數(shù)進(jìn)行了修改，堆垛機(jī)恢復(fù)正常工作。

結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)，并通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析，得到以下結(jié)論：1.位置環(huán)增益是決定堆垛機(jī)位置跟隨性的參數(shù)，電機(jī)的響應(yīng)速度取決于位置環(huán)增益，位置環(huán)比例系數(shù)和積分時(shí)間的準(zhǔn)確確定，能夠使堆垛機(jī)精確而快速定位。2.速度環(huán)比例系數(shù)和積分時(shí)間將決定電機(jī)加減速度的快慢，它的準(zhǔn)確與否，直接影響著電機(jī)能否快速響應(yīng)、平穩(wěn)運(yùn)行。3.電機(jī)的速度環(huán)和位置環(huán)比例增益調(diào)到出現(xiàn)超調(diào)的85%時(shí)，電機(jī)響應(yīng)快且不晃悠。在確定了比例系數(shù)的前提下，把積分時(shí)間調(diào)到出現(xiàn)震蕩的110%和比例系數(shù)剛匹配時(shí)，堆垛機(jī)相應(yīng)的運(yùn)行效率最高。

參考文獻(xiàn)

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