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自動(dòng)化三維倉庫在中國發(fā)展迅速，從終端存儲(chǔ)到生產(chǎn)過程，自動(dòng)化程度更高，物聯(lián)網(wǎng)信息高度整合。廣泛應(yīng)用于制藥行業(yè)、汽車制造業(yè)、機(jī)械制造業(yè)、煙草行業(yè)、機(jī)場(chǎng)貨運(yùn)業(yè)、紡織行業(yè)、印刷業(yè)、化工行業(yè)等領(lǐng)域。

自動(dòng)化立體倉庫的應(yīng)用越來越廣泛，而堆垛機(jī)作為自動(dòng)化立體倉庫的關(guān)鍵設(shè)備，在產(chǎn)品存儲(chǔ)與配送的過程中起著關(guān)鍵作用。企業(yè)生產(chǎn)效率越高，意味著對(duì)巷道內(nèi)堆垛機(jī)存取效率以及堆垛機(jī)的精細(xì)化程度要求更高。

堆垛機(jī)系統(tǒng)由機(jī)械、電氣、軟件組成，三者高效融合。通過軟件調(diào)度系統(tǒng)下發(fā)指令到堆垛機(jī)，堆垛機(jī)PLC 控制系統(tǒng)根據(jù)收到的作業(yè)命令、存儲(chǔ)地址，在貨架巷道內(nèi)來回穿梭，在輸送機(jī)上取貨或是將貨物送至輸送機(jī)。如何保證堆垛機(jī)運(yùn)行更高效、安全、環(huán)保成為專業(yè)工程師研究的重點(diǎn)。

1. 項(xiàng)目背景

公司集產(chǎn)品研發(fā)、工程設(shè)計(jì)、制造、安裝與服務(wù)為一體，承建的標(biāo)準(zhǔn)化、自動(dòng)化、規(guī)?；娜怆u、種雞、蛋雞、養(yǎng)豬場(chǎng)工程以及溫室調(diào)溫工程具有國際先進(jìn)水平。企業(yè)為促進(jìn)產(chǎn)能、完善物流體系，特邀我院為新建制造中心及研發(fā)中心項(xiàng)目規(guī)劃建設(shè)自動(dòng)化立體倉庫。

自動(dòng)化立體倉庫堆垛機(jī)由機(jī)械結(jié)構(gòu)( 包括上下橫梁及立柱)、載貨臺(tái)、運(yùn)行機(jī)構(gòu)、起升機(jī)構(gòu)、貨叉伸縮機(jī)構(gòu)及電控裝置構(gòu)成。

2. 堆垛機(jī)水平軸調(diào)速要求

堆垛機(jī)因其本體機(jī)械結(jié)構(gòu)的特殊性，運(yùn)行過程中載貨臺(tái)和貨物對(duì)立柱的彎矩、堆垛機(jī)加減速產(chǎn)生的水平慣性力等都會(huì)使立柱在巷道平面內(nèi)產(chǎn)生撓曲變形，影響堆垛機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性、可靠性，使堆垛機(jī)水平軸方向的運(yùn)行速度、運(yùn)行加速度的調(diào)試也變得復(fù)雜。

水平軸變頻器調(diào)速要滿足堆垛機(jī)加速過程平穩(wěn)、短時(shí)間內(nèi)加到更大速度且高速運(yùn)行到目的地址時(shí)以最短的減速距離精準(zhǔn)停車，整個(gè)過程堆垛機(jī)運(yùn)行要可靠、平穩(wěn)。堆垛機(jī)性能參數(shù) ：更大載重量1 000 kg，運(yùn)行軸更大速度160 m/min，運(yùn)行軸加速度0.5 m/s2。

3. 堆垛機(jī)控制系統(tǒng)

堆垛機(jī)的控制系統(tǒng)下位控制由變頻器驅(qū)動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)，堆垛機(jī)水平軸、垂直軸、貨叉運(yùn)行均采用變頻器控制異步電機(jī)調(diào)速，通過激光測(cè)距傳感器、條碼定位器、值編碼器反饋的位置值來定位。

3.1 控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/em>

通過PN/IE(Profinet) 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議將PLC 與變頻器、編碼器、激光測(cè)距傳感器連接，變頻器通過現(xiàn)場(chǎng)總線接收PLC 發(fā)出的啟動(dòng)停止命令，同時(shí)將變頻器在線數(shù)據(jù)電流、電壓、電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)反饋至上位控制系統(tǒng)。本項(xiàng)目將變頻器的運(yùn)行信號(hào)采集到PLC 作為判斷堆垛機(jī)水平軸完全停車的保護(hù)程序。

3.2 變頻器總線參數(shù)配置

堆垛機(jī)控制系統(tǒng)硬件配置完成后，將變頻器的輸入與輸出（I/O）配置文件與PLC 輸入與輸出映像區(qū)匹配，將PLC 的輸出區(qū)對(duì)應(yīng)變頻器的輸入?yún)^(qū)，PLC 的輸入?yún)^(qū)對(duì)應(yīng)變頻器的輸出區(qū)，變頻器通過改變參數(shù)狀態(tài)字來接收頻率脈沖調(diào)速或轉(zhuǎn)速調(diào)速并反饋信息。

4. 堆垛機(jī)控制系統(tǒng)功能

堆垛機(jī)控制系統(tǒng)水平軸調(diào)速分為手動(dòng)運(yùn)行調(diào)速與自動(dòng)運(yùn)行調(diào)速，手動(dòng)調(diào)速是在堆垛機(jī)上，用操作手柄控制堆垛機(jī)低速前進(jìn)、低速后退、高速前進(jìn)、高速后退，在地面設(shè)有強(qiáng)制換速開關(guān)，高速運(yùn)行到巷道端頭后切換到低速運(yùn)行。自動(dòng)調(diào)速是堆垛機(jī)在聯(lián)機(jī)模式下收到入庫、出庫等指令后根據(jù)運(yùn)行距離自動(dòng)由靜止?fàn)顟B(tài)開始加速到高速運(yùn)行，然后到目標(biāo)貨位后減速運(yùn)行到準(zhǔn)確停車。

4.1 斜坡設(shè)置完成后，調(diào)試勻速段的平滑和減速停車，通過改變比例增益SPG、時(shí)間常數(shù)SIT、濾波系數(shù)SFC數(shù)值使勻速段平穩(wěn)。調(diào)試中發(fā)現(xiàn)在均速穩(wěn)定的PID 參數(shù)運(yùn)行下，水平軸啟動(dòng)初期、勻速運(yùn)行、減速初期平穩(wěn)，但是水平軸的減速距離拉長(zhǎng)，在相同的速度下，減速停車距離波動(dòng)大，在停車的最后階段減速不夠。

為了解決這個(gè)問題，通過調(diào)整速度環(huán)PID 參數(shù)提高水平軸調(diào)速效率，達(dá)到精準(zhǔn)停車，速度環(huán)PID 的調(diào)節(jié)效果。

5. 應(yīng)用

堆垛機(jī)立柱的擺動(dòng)情況與水平軸調(diào)速參數(shù)有很大關(guān)系，水平軸調(diào)速啟動(dòng)過猛或是停車太硬，都會(huì)導(dǎo)致堆垛機(jī)立柱擺動(dòng)幅度大，造成載貨臺(tái)貨物移位和水平軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)磨損嚴(yán)重，降低堆垛機(jī)的安全性，縮短其使用時(shí)間。

因此，為了滿足生產(chǎn)效率的要求，必須在調(diào)速完成后確保堆垛機(jī)水平軸調(diào)速過程的穩(wěn)定性。利用矢量變頻器調(diào)試軟件及其調(diào)速運(yùn)行的穩(wěn)定性，可以提高水平軸調(diào)速效率，方便維護(hù)，為后期穩(wěn)定應(yīng)用打下良好的基礎(chǔ)。