Lenze伺服产品在高速堆垛机上的应用

2015年08月25日

　　摘要：在自动化立体仓库中，堆垛机是实现货物存取的关键设备;轻载堆垛机对加速度和速度的要求日益提升，高端伺服系统在该行业中得到了广泛的应用。以下以Lenze的实际应用案例为例，介绍Lenze 9400伺服系统在堆垛机运行中的应用。

　　关键字：9400伺服系统堆垛机防摇摆驱动轴间智能管理

　　1、前言

　　传统的堆垛机大多采用变频器控制，利用外部IO点停车，或者将外部编码器接至PLC，再通过PLC给变频器不同的速度指令。这样带来的弊端就是定位动作无法实现高速度以及高加速度，且PLC需要干预定位的运动过程，为现场的编程调试带来了巨大的麻烦。

　　随着物流行业的快速发展，高速堆垛机已成为仓储物流的重要组成部分，这也促进了伺服系统特别是高端伺服系统在堆垛机行业的广泛应用。

　　Lenze在该行业积累了极为丰富的经验。为达到堆垛机的高速稳定控制，Lenze提供了完美的产品和解决方案以及专家级的服务。本文主要以电气控制为主，介绍Lenze在堆垛机行业的解决方案及其特点。

　　2、夹抱式堆垛机设备结构

　　设备在机械上：行走采用夹轮结构，由一台9400伺服控制器同时控制两台MCA行星减速伺服电机;轨道长度为40m，高度为18m;安装结构如图1及图2所示。上端安装有防摇摆电机，安装夹轮类似行走驱动端;提升采用齿轮同步带结构;货叉可两端出叉;货叉控制器安装在载货台上，由滑触线供电。

图1系统整体示意图

图2 行走及防摇摆设备结构图

　　电气上，9400伺服系统与上位系统采用Profinet进行通信，行走、提升与防摇摆之间通过内部运动控制总线相连。行走和提升均采用双闭环形式，外部测距采用SSI激光测距传感器。

　　3、Lenze解决方案

　　Lenze堆垛机解决方案，如图3所示。配置产品主要包括：9400伺服控制器、MCA伺服减速电机及电缆等附件。9400伺服控制器负责设备的定位动作，安全保护以及轴间管理。智能化的单轴结构大大提高了设备了运行效率、安全性以及维护性。与上位PLC的数据交换可达到32个WORD，控制信息和反馈信息均可自由定义。系统可实现的速度与加速度指标参见表1。

图3 系统电气结构示意图

　　3.1 伺服9400HL

　　9400HL是Lenze高性能伺服控制器，具备强大的可编程能力以及丰富的联网可能，本身内嵌了系统运动控制总线，可用于各轴之间的互联。功率段从0.37kW至370kW，可满足现场绝大多数应用。9400采用创新的模块化设计，具备专门的程序存储卡，为最终用户的使用及更换等带来了极大的便利。9400HL特有的背板安装方式和全快速插拔式接口设计，让驱动器的维护或替换更加灵活方便，无需专业知识即可快速正确地完成驱动器的更换或诊断。

　　3.2 MCA伺服减速电机

　　Lenze提供的伺服减速电机具备精度高、耐冲击和效率高等特点，非常适合往返定位等应用场合。

　　3.3 电缆等附件

　　由于电机动力电缆和抱闸电缆是同一根电缆，因此必须采用混合电缆的形式，以避免现场可能的干扰。反馈电缆推荐使用Lenze的双绞屏蔽电缆，同时有柔性电缆可选。

　　4、Lenze系统解决方案特点

　　4.1 防摇摆驱动

　　鉴于提升立柱高度较高，在未加入防摇摆驱动时，行走在下方到达位置后，立柱通常需要晃动2至3秒的时间才能稳定下来;加入防摇摆驱动后，系统几乎没有摇摆，节省了行走定位花费的时间。

　　防摇摆驱动与行走驱动采用内部运动控制总线连接，实时跟踪行走的速度。

　　4.2 轴间智能管理

　　普通堆垛机的行走和提升是独立的，即不管定位距离大小，两轴分别做定位，这在实际应用中有时是不必要的，或不经济的;为了满足各种不同现场的不同需求，Lenze专门为堆垛机开发了轴间智能管理模板，即根据系统设定的速度、加速度以及定位距离，系统自动插补计算出合理的曲线，按照优化的曲线运行。

　　例如，系统可以通过插补计算实现同时启动，同时到达;或者错峰启动，同时到达。

　　同时，各轴之间通过直流母线共联实现了能量的交互，例如提升在发电状态下反馈的能量，可以被行走使用，进一步实现了绿色节能。