自(zi)動化三(san)維倉庫在中國發展迅速，從(cong)終端存儲到生產過程，自(zi)動化程度(du)更高(gao)，物聯網信息高(gao)度(du)整合。廣泛應用于(yu)制藥行業(ye)(ye)、汽車制造業(ye)(ye)、機械制造業(ye)(ye)、煙草行業(ye)(ye)、機場貨運(yun)業(ye)(ye)、紡織(zhi)行業(ye)(ye)、印刷(shua)業(ye)(ye)、化工行業(ye)(ye)等領域(yu)。
自動化立(li)體倉(cang)庫的(de)(de)應用(yong)越(yue)來越(yue)廣泛，而堆垛(duo)機(ji)作為自動化立(li)體倉(cang)庫的(de)(de)關鍵(jian)設備，在(zai)產品(pin)存儲與配送(song)的(de)(de)過(guo)程(cheng)中起(qi)著(zhu)關鍵(jian)作用(yong)。企業(ye)生產效(xiao)率(lv)越(yue)高，意味著(zhu)對巷道內堆垛(duo)機(ji)存取效(xiao)率(lv)以及(ji)堆垛(duo)機(ji)的(de)(de)精(jing)細化程(cheng)度(du)要求更高。
堆(dui)垛(duo)機(ji)(ji)(ji)系統由機(ji)(ji)(ji)械、電氣、軟件組(zu)成，三者高(gao)(gao)效融(rong)合(he)。通過軟件調(diao)度(du)系統下發指令(ling)到堆(dui)垛(duo)機(ji)(ji)(ji)，堆(dui)垛(duo)機(ji)(ji)(ji)PLC 控制系統根據收到的作業(ye)命令(ling)、存儲地址，在貨(huo)架(jia)巷道內來回(hui)穿梭，在輸(shu)送(song)機(ji)(ji)(ji)上取貨(huo)或是(shi)將貨(huo)物(wu)送(song)至輸(shu)送(song)機(ji)(ji)(ji)。如何保證堆(dui)垛(duo)機(ji)(ji)(ji)運行(xing)更高(gao)(gao)效、安(an)全、環保成為專業(ye)工(gong)程師研(yan)究的重點(dian)。
1 項目背景
公司集(ji)產(chan)品(pin)研發(fa)、工(gong)程設(she)計、制造、安裝(zhuang)與服務為(wei)一體(ti)，承(cheng)建(jian)的標準化(hua)(hua)、自動化(hua)(hua)、規模化(hua)(hua)的肉雞(ji)、種雞(ji)、蛋雞(ji)、養豬場工(gong)程以(yi)及(ji)溫室調溫工(gong)程具(ju)有國際(ji)先進(jin)水平(ping)。企業(ye)為(wei)促進(jin)產(chan)能(neng)、完(wan)善物流體(ti)系，特邀我院為(wei)新建(jian)制造中心及(ji)研發(fa)中心項(xiang)目規劃建(jian)設(she)自動化(hua)(hua)立體(ti)倉庫。
自(zi)動化立體(ti)倉庫堆垛機(ji)(ji)(ji)由(you)機(ji)(ji)(ji)械結構(gou)( 包括上下橫梁及立柱(zhu))、載(zai)貨臺(tai)、運行機(ji)(ji)(ji)構(gou)、起升機(ji)(ji)(ji)構(gou)、貨叉(cha)伸縮(suo)機(ji)(ji)(ji)構(gou)及電控裝置構(gou)成。
2 堆垛機水平(ping)軸調(diao)速要求(qiu)
堆(dui)垛(duo)(duo)機因其本體機械結構的(de)特殊(shu)性，運行(xing)(xing)過程中(zhong)載貨(huo)臺和貨(huo)物(wu)對立(li)柱(zhu)的(de)彎(wan)矩、堆(dui)垛(duo)(duo)機加減(jian)速(su)產(chan)生的(de)水(shui)平慣性力等都會使(shi)立(li)柱(zhu)在巷道平面內(nei)產(chan)生撓曲變(bian)(bian)形(xing)，影響(xiang)堆(dui)垛(duo)(duo)機運行(xing)(xing)的(de)穩定(ding)性、可靠性，使(shi)堆(dui)垛(duo)(duo)機水(shui)平軸方向的(de)運行(xing)(xing)速(su)度(du)、運行(xing)(xing)加速(su)度(du)的(de)調試(shi)也(ye)變(bian)(bian)得復雜。
水平軸變頻器(qi)調速(su)要滿足(zu)堆垛(duo)機(ji)加速(su)過(guo)程平穩、短(duan)時間內(nei)加到(dao)更(geng)大速(su)度(du)(du)且高速(su)運(yun)行(xing)到(dao)目的地址(zhi)時以最短(duan)的減速(su)距離精準停車，整個(ge)過(guo)程堆垛(duo)機(ji)運(yun)行(xing)要可(ke)靠、平穩。堆垛(duo)機(ji)性能參數 ：更(geng)大載(zai)重量1 000 kg，運(yun)行(xing)軸更(geng)大速(su)度(du)(du)160 m/min，運(yun)行(xing)軸加速(su)度(du)(du)0.5 m/s2。
3 堆垛機控制系統
堆垛(duo)機的控制系統下(xia)位控制由變頻(pin)器驅動異(yi)(yi)步電動機實現，堆垛(duo)機水平軸、垂直軸、貨叉運行均采用(yong)變頻(pin)器控制異(yi)(yi)步電機調速，通過激光(guang)測距傳感器、條(tiao)碼定(ding)位器、值編碼器反饋(kui)的位置值來定(ding)位。
3.1 控制系統的網(wang)絡拓撲
通過(guo)PN/IE(Profinet) 網絡(luo)協議(yi)將PLC 與變(bian)頻(pin)器(qi)(qi)、編(bian)碼器(qi)(qi)、激(ji)光測距(ju)傳感(gan)器(qi)(qi)連接，變(bian)頻(pin)器(qi)(qi)通過(guo)現場總(zong)線接收PLC 發(fa)出(chu)的啟(qi)動停(ting)(ting)止命令，同時將變(bian)頻(pin)器(qi)(qi)在線數據電(dian)流、電(dian)壓、電(dian)機(ji)的運(yun)行狀態(tai)反饋(kui)至上(shang)位(wei)控制(zhi)系統。本項(xiang)目將變(bian)頻(pin)器(qi)(qi)的運(yun)行信號采集到(dao)PLC 作(zuo)為判斷堆垛機(ji)水平軸完全停(ting)(ting)車的保護程序。
3.2 變頻器總(zong)線(xian)參數配置
堆垛機控制系統硬(ying)件(jian)(jian)配置(zhi)完成后，將變(bian)頻器(qi)(qi)的輸(shu)入(ru)與輸(shu)出（I/O）配置(zhi)文(wen)件(jian)(jian)與PLC 輸(shu)入(ru)與輸(shu)出映像區匹配，將PLC 的輸(shu)出區對應變(bian)頻器(qi)(qi)的輸(shu)入(ru)區，PLC 的輸(shu)入(ru)區對應變(bian)頻器(qi)(qi)的輸(shu)出區，變(bian)頻器(qi)(qi)通過(guo)改(gai)變(bian)參數狀(zhuang)態字來接收(shou)頻率脈沖調(diao)速(su)或(huo)轉速(su)調(diao)速(su)并反(fan)饋信息。
4 堆垛(duo)機控制系統功能
堆(dui)垛(duo)機(ji)控(kong)制系統水平軸調(diao)(diao)速(su)(su)(su)(su)分為(wei)手(shou)動(dong)運(yun)(yun)行調(diao)(diao)速(su)(su)(su)(su)與自動(dong)運(yun)(yun)行調(diao)(diao)速(su)(su)(su)(su)，手(shou)動(dong)調(diao)(diao)速(su)(su)(su)(su)是在堆(dui)垛(duo)機(ji)上，用(yong)操作手(shou)柄(bing)控(kong)制堆(dui)垛(duo)機(ji)低速(su)(su)(su)(su)前進、低速(su)(su)(su)(su)后退、高速(su)(su)(su)(su)前進、高速(su)(su)(su)(su)后退，在地(di)面設有強(qiang)制換速(su)(su)(su)(su)開關(guan)，高速(su)(su)(su)(su)運(yun)(yun)行到(dao)巷(xiang)道端頭后切換到(dao)低速(su)(su)(su)(su)運(yun)(yun)行。自動(dong)調(diao)(diao)速(su)(su)(su)(su)是堆(dui)垛(duo)機(ji)在聯機(ji)模式(shi)下收到(dao)入(ru)庫、出(chu)庫等指(zhi)令(ling)后根據運(yun)(yun)行距(ju)離自動(dong)由靜止(zhi)狀(zhuang)態開始加速(su)(su)(su)(su)到(dao)高速(su)(su)(su)(su)運(yun)(yun)行，然(ran)后到(dao)目標(biao)貨位后減速(su)(su)(su)(su)運(yun)(yun)行到(dao)準(zhun)確(que)停車。
4.1 斜坡設置(zhi)完(wan)成后，調試勻(yun)速(su)(su)(su)(su)段的(de)平(ping)滑和減(jian)(jian)速(su)(su)(su)(su)停(ting)(ting)車，通過改變比(bi)例增益SPG、時(shi)間常數SIT、濾波(bo)系數SFC數值使勻(yun)速(su)(su)(su)(su)段平(ping)穩(wen)。調試中發現(xian)在均速(su)(su)(su)(su)穩(wen)定(ding)的(de)PID 參數運行下，水(shui)平(ping)軸(zhou)啟動(dong)初(chu)期(qi)、勻(yun)速(su)(su)(su)(su)運行、減(jian)(jian)速(su)(su)(su)(su)初(chu)期(qi)平(ping)穩(wen)，但是(shi)水(shui)平(ping)軸(zhou)的(de)減(jian)(jian)速(su)(su)(su)(su)距離拉(la)長，在相(xiang)同的(de)速(su)(su)(su)(su)度下，減(jian)(jian)速(su)(su)(su)(su)停(ting)(ting)車距離波(bo)動(dong)大(da)，在停(ting)(ting)車的(de)最后階段減(jian)(jian)速(su)(su)(su)(su)不夠。
為了(le)解決這個問題(ti)，通過(guo)調(diao)整(zheng)速(su)度環(huan)PID 參數提(ti)高水平軸調(diao)速(su)效率(lv)，達到精準停車，速(su)度環(huan)PID 的調(diao)節效果(guo)。
5 應用
堆垛機立柱的擺動情況與水(shui)平軸(zhou)調速參數有很大(da)關系，水(shui)平軸(zhou)調速啟動過(guo)猛或是(shi)停(ting)車太硬，都會(hui)導致堆垛機立柱擺動幅度大(da)，造(zao)成載貨臺貨物(wu)移位和水(shui)平軸(zhou)驅動機構磨損(sun)嚴(yan)重，降低(di)堆垛機的安(an)全性，縮短(duan)其使用時間。
因此，為了滿足生產效率的(de)要求，必須在調(diao)速(su)完成后(hou)確保堆垛機水平軸調(diao)速(su)過(guo)程(cheng)的(de)穩定(ding)(ding)性。利用矢量變頻器(qi)調(diao)試軟件及其調(diao)速(su)運行的(de)穩定(ding)(ding)性，可以(yi)提(ti)高水平軸調(diao)速(su)效率，方便維護，為后(hou)期(qi)穩定(ding)(ding)應用打下良好的(de)基(ji)礎。
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