基于雙驅高速的輕載堆垛機驅動系統的設計

盛飛龍

（季華實驗室，廣東 佛山 528299）

1 研發背景

傳統立體倉儲倉庫高度較高、巷道長、載貨重、定位精度不高。現隨著快遞、物流、新能源等新興行業的興起，一種新型高速輕載堆垛機急需被研發和應用[1]。新型堆垛機的高度較低，最高一般5 m左右，載重150 kg，加速度1 m/s2以上，其機身質量設計大大減輕，且選用更輕便、美觀、噪聲少的鋁導軌，整個設備在鋁導軌行走時也更加平穩。

2 雙驅高速的輕載堆垛機驅動系統介紹

新型輕載高速堆垛機為了達到加速度大和速度塊的雙重指標，需要對傳統單電機驅動系統進行升級[2]。經過多方調研、器件選型和參數計算，采用行走雙電機配合驅動才能更好滿足設計要求。

本文主要就SEW行走雙驅系統進行介紹，所以其行走驅動系統包括：行走異步伺服電機2臺、編碼器2個、電抗器1個、編碼器卡1張、電源模塊1個、制動電阻1個、終端電阻插頭1個、控制模塊1個、行走軸模塊2個及調試電纜、直流母線連接件、通訊連接件若干。

3 設計原理

堆垛機行走雙驅系統，在行走方向的雙電機同時啟動要保證運行同步[3]；因此雙電機需分為主、從機，主機與PLC進行交互指令，從機的通訊報文關聯主機報文，兩電機之間采用轉矩限幅的方式聯動，若轉速之間相差5%范圍內則認為兩電機處于同步狀態[4]。

如圖1所示，PLC控制器通過ProfiNet與SEW的控制模塊MXM進行報文交換；通入電源模塊MXP的三相電需先經電抗器進行濾波，降低三相電壓帶來的干擾，電源模塊將三相交流電整流成高壓直流電，通過共直流母線方式，將高壓直流電壓傳給兩個軸模塊MXA，在軸模塊中逆變成交流電來驅動異步伺服電機。

作為連接主機的軸模塊，其比從機軸模塊多一塊編碼器卡，用來接收測距儀傳遞的SSI長度數據信號，作為驅動控制雙閉環之中的位置環；SEW編碼器卡通常采用標準化接口的方式可插拔在對應模塊上。兩個MXA軸模塊都包含有速度編碼器接口測量從機和主機的轉速信號，作為驅動控制雙閉環中的速度環。

4 功能實現

4.1 雙驅調試

調試堆垛機的SEW多軸驅動器，需要預先安裝Movitools，其配置的整個步驟可以細分如下：

1）分配IP地址。其有多種方式，可用Movitools的Sbus或Ethernet進行在線搜索，找到MXM中網關的IP地址。

2）配置速度模式參數。從Startup頁面先配置主機的參數，逐步按說明把異步伺服電機銘牌和電機編碼器參數填入，設置加減速時間；用Manuel方式，低速點動確認其正、反轉方向，讓其正轉方向與前進方向保持一致。采用同樣的方式配置從機的參數。

3）配置位置編碼器。在Startup中打開配置位置編碼器的頁面，拖拽實際應用的位置編碼器到External Encoder1中，配置其輪子直徑、減速比、加速度等參數。

4）配置網關。配置網關需將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量、型號、參數。

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

6）配同步PDO。需要詳細配置主從機PDO的輸入過程字、狀態字，并將從機和主機之間的控制字相關聯。

7）報文檢驗。配置完報文以后，需要驗證PLC的報文是否與配置的SEW驅動器報文相對應[5]。可打開Monitor of single-axis positioning界面進行觀察。

8）位置環運行。在畫好的觸摸屏上，給定輸出條件并設定限制范圍，從低速到高速有序漸進循環測試。

4.2 自動運行

圖2是雙驅高速輕載堆垛機柜內SEW驅動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際轉速、設定轉速、激活電流、輸出電流。從圖中可以看出，在高速運行的情況下，實際的轉速和電流能夠很好地跟隨轉速和電流的設置值。

5 結語

經過實際速度測試和連續高強度運轉測試表明，SEW多軸模塊驅動器控制行走雙電機的雙驅系統達到了速度快、加速度大、定位精度高等設計要求，可在新興產業被廣泛運用。同時，可以擴展SEW的多軸模塊控制提升軸的雙驅電機而不需要額外增加控制模塊和電源模塊，不僅可以節約設備的成本，而且能讓堆垛機的速度、性能、節拍再上一個新臺階。