摘要：在自動化立體倉庫中，堆垛機是實現貨物存取的關鍵設備；輕載堆垛機對加速度和速度的要求日益提升，高端伺服系統在該行業中得到了廣泛的應用。以下以Lenze的實際應用案例為例，介紹Lenze9400伺服系統在堆垛機運行中的應用。

關鍵字：9400  伺服系統  堆垛機  防搖擺驅動  軸間智能管理

1前言

傳統的堆垛機大多采用變頻器控制，利用外部IO點停車，或者將外部編碼器接至PLC，再通過PLC給變頻器不同的速度指令。這樣帶來的弊端就是定位動作無法實現高速度以及高加速度，且PLC需要干預定位的運動過程，為現場的編程調試帶來了巨大的麻煩。

隨著物流行業的快速發展，高速堆垛機已成為倉儲物流的重要組成部分，這也促進了伺服系統特別是高端伺服系統在堆垛機行業的廣泛應用。

Lenze在該行業積累了極為豐富的經驗。為達到堆垛機的高速穩定控制，Lenze提供了完美的產品和解決方案以及專家級的服務。本文主要以電氣控制為主，介紹Lenze在堆垛機行業的解決方案及其特點。

2夾抱式堆垛機設備結構

設備在機械上：行走采用夾輪結構，由一臺9400伺服控制器同時控制兩臺MCA行星減速伺服電機；軌道長度為40m，高度為18m；安裝結構如圖1及圖2所示。上端安裝有防搖擺電機，安裝夾輪類似行走驅動端；提升采用齒輪同步帶結構；貨叉可兩端出叉；貨叉控制器安裝在載貨臺上，由滑觸線供電。

圖1系統整體示意圖

圖2行走及防搖擺設備結構圖

電氣上，9400伺服系統與上位系統采用Profinet進行通信，行走、提升與防搖擺之間通過內部運動控制總線相連。行走和提升均采用雙閉環形式，外部測距采用SSI激光測距傳感器。

3Lenze解決方案

Lenze堆垛機解決方案，如圖3所示。配置產品主要包括：9400伺服控制器、MCA伺服減速電機及電纜等附件。9400伺服控制器負責設備的定位動作，安全保護以及軸間管理。智能化的單軸結構大大提高了設備了運行效率、安全性以及維護性。與上位PLC的數據交換可達到32個WORD，控制信息和反饋信息均可自由定義。系統可實現的速度與加速度指標參見表1。

圖3系統電氣結構示意圖

表1系統可實現的速度與加速度指標

3.1伺服9400HL

9400HL是Lenze高性能伺服控制器，具備強大的可編程能力以及豐富的聯網可能，本身內嵌了系統運動控制總線，可用于各軸之間的互聯。功率段0.37kW至370kW，可滿足現場絕大多數應用。9400采用創新的模塊化設計，具備專門的程序存儲卡，為最終用戶的使用及更換等帶來了極大的便利。9400HL特有的背板安裝方式和全快速插拔式接口設計，讓驅動器的維護或替換更加靈活方便，無需專業知識即可快速正確地完成驅動器的更換或診斷。

3.2MCA伺服減速電機

Lenze提供的伺服減速電機具備精度高、耐沖擊和效率高等特點，非常適合往返定位等應用場合。

3.3電纜等附件

由于電機動力電纜和抱閘電纜是同一根電纜，因此必須采用混合電纜的形式，以避免現場可能的干擾。反饋電纜推薦使用Lenze的雙絞屏蔽電纜，同時有柔性電纜可選。

4Lenze系統解決方案特點

4.1防搖擺驅動

鑒于提升立柱高度較高，在未加入防搖擺驅動時，行走在下方到達位置后，立柱通常需要晃動2至3秒的時間才能穩定下來；加入防搖擺驅動后，系統幾乎沒有搖擺，節省了行走定位花費的時間。

防搖擺驅動與行走驅動采用內部運動控制總線連接，實時跟蹤行走的速度。

4.2軸間智能管理

普通堆垛機的行走和提升是獨立的，即不管定位距離大小，兩軸分別做定位，這在實際應用中有時是不必要的，或不經濟的；為了滿足各種不同現場的不同需求，Lenze專門為堆垛機開發了軸間智能管理模板，即根據系統設定的速度、加速度以及定位距離，系統自動插補計算出合理的曲線，按照優化的曲線運行。

例如，系統可以通過插補計算實現同時啟動，同時到達；或者錯峰啟動，同時到達。

同時，各軸之間通過直流母線共聯實現了能量的交互，例如提升在發電狀態下反饋的能量，可以被行走使用，進一步實現了綠色節能。

4.3抱閘自動控制邏輯

Lenze在需要抱閘應用的場合提供專門的抱閘控制模塊以及相應的配合邏輯。不需要用戶外接繼電器，抱閘控制模塊可以直接輸出電機抱閘需要的電壓，這樣不僅避免了繼電器帶來的時間延遲以及粘連危險，同時可以由驅動器內部設置相對應的抱閘控制邏輯，例如設置抱閘的打開時間以及關閉時間。

抱閘模塊同時具備斷路檢測功能，斷路時系統報錯停機。

4.4獨立驅動及安全聯鎖

電機端反饋和外部反饋可以同時接至9400，實現全閉環；定位過程中的曲線計算由9400單獨完成。

電機溫度反饋、制動電阻溫度反饋、極限開關、斷帶開關等安全保護點都可以直接接至驅動器，不僅可以快速響應外部觸發，同時也可以通過總線上傳至上位。

防搖擺驅動、提升驅動與行走驅動之間需要一定的安全聯鎖，這些均可在驅動器內編程實現，無須外部PLC的干預。

4.5系統零位

全閉環系統采集外部編碼器位置，可以直接作為系統的當前位置，無需再次尋零；同時可以設置零點的偏移量。

對于采用單反饋的貨叉電機，第一次尋零后可以將零點保存在驅動器中，再次上電無需尋零。

5小結

Lenze9400伺服系統以其強大的伺服控制能力，邏輯編程能力，保證了該堆垛機在現場的高速穩定運行。