盛飛龍

（季華實(shí)驗(yàn)室，廣東 佛山 528299）

1 研發(fā)背景

傳統(tǒng)立體倉(cāng)儲(chǔ)倉(cāng)庫(kù)高度較高、巷道長(zhǎng)、載貨重、定位精度不高。現(xiàn)隨著快遞、物流、新能源等新興行業(yè)的興起，一種新型高速輕載堆垛機(jī)急需被研發(fā)和應(yīng)用[1]。新型堆垛機(jī)的高度較低，最高一般5 m左右，載重150 kg，加速度1 m/s2以上，其機(jī)身質(zhì)量設(shè)計(jì)大大減輕，且選用更輕便、美觀、噪聲少的鋁導(dǎo)軌，整個(gè)設(shè)備在鋁導(dǎo)軌行走時(shí)也更加平穩(wěn)。

2 雙驅(qū)高速的輕載堆垛機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)介紹

新型輕載高速堆垛機(jī)為了達(dá)到加速度大和速度塊的雙重指標(biāo)，需要對(duì)傳統(tǒng)單電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)[2]。經(jīng)過(guò)多方調(diào)研、器件選型和參數(shù)計(jì)算，采用行走雙電機(jī)配合驅(qū)動(dòng)才能更好滿足設(shè)計(jì)要求。

本文主要就SEW行走雙驅(qū)系統(tǒng)進(jìn)行介紹，所以其行走驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括：行走異步伺服電機(jī)2臺(tái)、編碼器2個(gè)、電抗器1個(gè)、編碼器卡1張、電源模塊1個(gè)、制動(dòng)電阻1個(gè)、終端電阻插頭1個(gè)、控制模塊1個(gè)、行走軸模塊2個(gè)及調(diào)試電纜、直流母線連接件、通訊連接件若干。

3 設(shè)計(jì)原理

堆垛機(jī)行走雙驅(qū)系統(tǒng)，在行走方向的雙電機(jī)同時(shí)啟動(dòng)要保證運(yùn)行同步[3]；因此雙電機(jī)需分為主、從機(jī)，主機(jī)與PLC進(jìn)行交互指令，從機(jī)的通訊報(bào)文關(guān)聯(lián)主機(jī)報(bào)文，兩電機(jī)之間采用轉(zhuǎn)矩限幅的方式聯(lián)動(dòng)，若轉(zhuǎn)速之間相差5%范圍內(nèi)則認(rèn)為兩電機(jī)處于同步狀態(tài)[4]。

如圖1所示，PLC控制器通過(guò)ProfiNet與SEW的控制模塊MXM進(jìn)行報(bào)文交換；通入電源模塊MXP的三相電需先經(jīng)電抗器進(jìn)行濾波，降低三相電壓帶來(lái)的干擾，電源模塊將三相交流電整流成高壓直流電，通過(guò)共直流母線方式，將高壓直流電壓傳給兩個(gè)軸模塊MXA，在軸模塊中逆變成交流電來(lái)驅(qū)動(dòng)異步伺服電機(jī)。

作為連接主機(jī)的軸模塊，其比從機(jī)軸模塊多一塊編碼器卡，用來(lái)接收測(cè)距儀傳遞的SSI長(zhǎng)度數(shù)據(jù)信號(hào)，作為驅(qū)動(dòng)控制雙閉環(huán)之中的位置環(huán)；SEW編碼器卡通常采用標(biāo)準(zhǔn)化接口的方式可插拔在對(duì)應(yīng)模塊上。兩個(gè)MXA軸模塊都包含有速度編碼器接口測(cè)量從機(jī)和主機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)，作為驅(qū)動(dòng)控制雙閉環(huán)中的速度環(huán)。

4 功能實(shí)現(xiàn)

4.1 雙驅(qū)調(diào)試

調(diào)試堆垛機(jī)的SEW多軸驅(qū)動(dòng)器，需要預(yù)先安裝Movitools，其配置的整個(gè)步驟可以細(xì)分如下：

1）分配IP地址。其有多種方式，可用Movitools的Sbus或Ethernet進(jìn)行在線搜索，找到MXM中網(wǎng)關(guān)的IP地址。

2）配置速度模式參數(shù)。從Startup頁(yè)面先配置主機(jī)的參數(shù)，逐步按說(shuō)明把異步伺服電機(jī)銘牌和電機(jī)編碼器參數(shù)填入，設(shè)置加減速時(shí)間；用Manuel方式，低速點(diǎn)動(dòng)確認(rèn)其正、反轉(zhuǎn)方向，讓其正轉(zhuǎn)方向與前進(jìn)方向保持一致。采用同樣的方式配置從機(jī)的參數(shù)。

3）配置位置編碼器。在Startup中打開(kāi)配置位置編碼器的頁(yè)面，拖拽實(shí)際應(yīng)用的位置編碼器到External Encoder1中，配置其輪子直徑、減速比、加速度等參數(shù)。

4）配置網(wǎng)關(guān)。配置網(wǎng)關(guān)需將MXM的IP修改的與PLC中硬件配置的IP一致，并配置其后搭載的其它模塊的數(shù)量、型號(hào)、參數(shù)。

5）配置位置模式。控制模塊MXM與軸模塊MXA之間是通過(guò)SEW自身CAN總線進(jìn)行通訊，因此位置模式需要配置CAN地址、傳輸速率、報(bào)文結(jié)構(gòu)、尋參方式、跟隨誤差、遲滯誤差等。

6）配同步PDO。需要詳細(xì)配置主從機(jī)PDO的輸入過(guò)程字、狀態(tài)字，并將從機(jī)和主機(jī)之間的控制字相關(guān)聯(lián)。

7）報(bào)文檢驗(yàn)。配置完報(bào)文以后，需要驗(yàn)證PLC的報(bào)文是否與配置的SEW驅(qū)動(dòng)器報(bào)文相對(duì)應(yīng)[5]。可打開(kāi)Monitor of single-axis positioning界面進(jìn)行觀察。

8）位置環(huán)運(yùn)行。在畫好的觸摸屏上，給定輸出條件并設(shè)定限制范圍，從低速到高速有序漸進(jìn)循環(huán)測(cè)試。

4.2 自動(dòng)運(yùn)行

圖2是雙驅(qū)高速輕載堆垛機(jī)柜內(nèi)SEW驅(qū)動(dòng)器件的安裝接線情況。圖中從左到右分別為MXM控制模塊、MXP電源模塊、2個(gè)MXA軸模塊。

圖3為用Movitools的Scope功能抓取的曲線，從上到下的四條曲線分別代表實(shí)際轉(zhuǎn)速、設(shè)定轉(zhuǎn)速、激活電流、輸出電流。從圖中可以看出，在高速運(yùn)行的情況下，實(shí)際的轉(zhuǎn)速和電流能夠很好地跟隨轉(zhuǎn)速和電流的設(shè)置值。

5 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)實(shí)際速度測(cè)試和連續(xù)高強(qiáng)度運(yùn)轉(zhuǎn)測(cè)試表明，SEW多軸模塊驅(qū)動(dòng)器控制行走雙電機(jī)的雙驅(qū)系統(tǒng)達(dá)到了速度快、加速度大、定位精度高等設(shè)計(jì)要求，可在新興產(chǎn)業(yè)被廣泛運(yùn)用。同時(shí)，可以擴(kuò)展SEW的多軸模塊控制提升軸的雙驅(qū)電機(jī)而不需要額外增加控制模塊和電源模塊，不僅可以節(jié)約設(shè)備的成本，而且能讓堆垛機(jī)的速度、性能、節(jié)拍再上一個(gè)新臺(tái)階。