您的位置: 首頁 > 新聞中心 > 行業新聞 > 西門子 SINAMICS 系列變頻器主從控制在環形車上的應用

行業新聞

西門子 SINAMICS 系列變頻器主從控制在環形車上的應用

發布者:netwing         時間:2019-07-11         瀏覽數:

摘 要:基于西門子SINAMICS 系列變頻器的主從控制調速方法在環形車上的應用,結合環形車系統的機械結構特點,介紹了SINAMICS G120 系列與S120 系列變頻器的不同主從控制調速方法,闡釋調試過程中遇到的問題及解決方法。

關鍵詞:環形車;SINAMICS;主從控制

Abstract: Based on the application of master-slave control speed regulation method of Siemens SINAMICS series inverters in the ring shuttle, and combined with the mechanical structure characteristics of the ring suttle system, this paper introduces different master-slave control speed regulation methods of SINAMICS G120 series inverters and S120 series inverters, and explains the problems encountered in the debugging process and the solutions.

Keywords: ring shuttle; SINAMICS; master-slave control

0 引言

隨著“工業4.0”、“中國制造2025”等概念的提出,制造業對自動化、智能化生產模式的物流倉儲系統的需求量日益增長。環形車系統作為現代化的物流運輸和倉儲系統的關鍵設備之一,在搬運方面具有很高的靈活性,正逐漸應用于越來越多的自動化立體倉庫中。

本文所闡述的環形車系統已成功應用于寧波公牛電器有限公司自動化立體倉庫,目前已穩定運行兩年。該系統的應用降低了物流設備的成本,提高了物流系統中托盤貨物的輸送、揀選效率。

1 工藝設計

1.1 環形車(RGV) 系統主要組成

所述RGV 系統包括環形軌道、行走驅動單元、移載驅動單元和檢修區。系統能在兩個方向上按照一定的任務進行往復運動(運行、移載)。通過這些運動,完成對托盤貨物的入庫、出庫、揀選等搬運作業。

該RGV 系統在運行方向上采用雙電機變頻調速控制,因此加速度較大,動態響應性能高于一般的穿梭車,可以快速根據不同的指令將貨物準確地送到指定位置。見圖1。

圖1 環形車3D 圖

1.2 控制系統產品選型

在環形車系統主從調速控制中應用的Siemens 產品見表1。

圖1 環形車3D 圖

2 調速方案分析

2.1 主從控制最常見的兩種方法

1)直接給定轉矩值

主要應用于電機之間是硬連接方式,如齒輪、同軸等,電機之間通過連接器保持相同的轉速。此方法使負載保持以穩定的力矩運轉,不控制傳動設備速度。但是如果負載突然消失,如斷帶,會造成飛車。

2)速度環飽和轉矩限幅

其實質仍是速度控制,對于雙閉環控制系統,速度環是外環,電流環是內環,速度環的輸出作為電流環的輸入。當速度環達到最大,速度控制器以最大值輸出,這時電流環獲得最大值,變頻器控制電機輸出最大轉矩,可通過調節轉矩限幅控制輸出轉矩。

該方法的優勢在于當速度環飽和時可通過轉矩限幅控制傳動設備輸出力矩,在出現負載故障時速度環立刻退飽和,速度環起作用,以有效防止飛車。

2.2 系統運行調速分析

環形車系統為達到既定的加速度,使用雙電機來驅動車體,實現主從控制。機械結構為主從軸同側且之間無硬軸連接,在實際運行中,按照要求的加速度車輪和軌道之間很難保證不打滑,故在保證主從軸相同的運行速度以及轉矩平均分配的同時,需要選定合適的方法。見圖2。

圖2 環形車運行軌跡示意圖

通過現場重載高速反復試驗,選擇速度環飽和轉矩限幅方法作為最終調速方案。該方法可避免特殊情況下可能引發從機飛車的風險,增大了運行安全系數。

3 G120 變頻器主從調速方案分析

3.1 G120 變頻器主從控制硬件配置簡介

ET200S CPU151-8 做主站,兩個CU240E-2PN 分別做從站,通過PROFINET 網絡連接,主站下發運動控制指令協調兩從站的輸出。見圖3。

圖3 硬件配置

3.2 G120 變頻器主從控制拓撲結構

ET200S CPU151-8 通過PROFINET 協議與兩個CU240E-2PN 通訊,主機與從機之間的轉矩值、轉速值的通信傳遞通過模擬量來實現,主機與從機的啟停命令通過PROFINET 由CPU151-8 直接給定。見圖4。

4 G120 變頻器主從控制參數設置與接線

4.1 G120 變頻器速度環飽和轉矩限幅參數設置

G120 變頻器速度環飽和轉矩限幅參數設置見表2和表3。

圖4 系統網絡拓撲圖

表2 主變頻器參數

表3 從變頻器參數

4.2 G120 變頻器速度環飽和轉矩限幅的接線方式

主變頻器的AO0 和AO1 輸出端口(12、13)和(26、27)連接;從變頻器的AI0 和AI1 輸入端口(3、4)和(10、11)連接。

4.3 運行效果曲線圖

主機:監視變量r60 和r63;加速度達到了1.0 m/s。見圖5。

圖5 主機速度運行曲線

從機:監視變量r63;加速度達到了1.0 m/s。見圖6。

圖6 從機速度運行曲線

5 S120 變頻器主從調速方案分析

S120 變頻器主從控制方案硬件配置見圖7。ET200S CPU151-8 做主站,1 個CU320-2PN 做從站,通過PFOFINET 協議通訊, S120 通過Drive_CliQ 來控制主、從兩軸的運動輸出。

圖7 硬件配置圖

S120 變頻器主從控制方案網絡拓撲見圖8??刂茊卧狢U320 通過PROFINET 協議連接兩個CUA32 進NEW PRODUCT NEW TECHNOLOGY 新產品新技術行通訊;電機編碼器通過CUA32 的SUB_D 接口反饋給變頻器形成速度閉環。

圖8 主從控制網絡拓撲圖

S120 變頻器主從控制方案優點:

1)多軸之間很容易實現通訊,各軸之間的數據能共享;

2)控制單元CU320 處理速度比CU240 快很多,響應速度快;

3)容易實現功能的擴展,如定位??梢詾楣救盗挟a品的統籌提供幫助,如優化備件、服務和調試;

4)方便實現知識產權保護;

5)此種控制方式提供了最佳的控制效果。

S120 變頻器主從控制方案缺點:

1)CU320 體積較大,占用較大空間,對于環形車系統安裝不方便;

2)相對于G120 系列變頻器CU240E,其價格偏高。

主從機運行曲線見圖9,主機監視變量r60 和r61,從機監視變量r60 和r61。

圖9 主從機運行曲線

主從機轉矩曲線見圖10,主機監視變量r79,從機監視變量r80。存在速度閉環反饋的情況下,主從機轉矩值穩定性較高。

圖10 主從機轉矩曲線

6 項目難點分析與解決

所述環形車系統性能參數:載重量1 000 kg, 運行最大速度 200 m/min, 運行加速度1 m/s2,單臺環形車效率30 托盤/h。

1)對于直接轉矩給定的主從調速方式,在反向運行或者高速時會出現車輪與軌道之間打滑現象,此時會報F07901 故障,原因是因為這種調速方式轉矩環響應過快,軌道上如有接頭或者振動,從機就會因超速而報故障。

2)對于速度環飽和的設置,通過附加給從機額外10% 的速度,使得從機在運行過程中始終達到速度環飽和,也就保證了主從軸的出力一致和負荷的平均分配。

3)對于轉矩限幅的控制,電機在加速段轉矩值為正,減速段轉矩值為負,控制主機限幅的輸出為正值,通過設定從機自由功能模塊的方式來設定從機的限幅與實際情況相對應。

4)通過方案分析與比較,可知G120 主從控制調速參數設置較繁瑣,需通過模擬量接線傳遞,運行效果一般,處理速度一般,但同時其易于安裝,能夠達到±5 mm 的精度,性價比相對較高;而S120 主從控制調速參數設備較簡單,內部互連,不需額外接線,運行效果很好,精度能達到±2 mm,處理速度較快,響應時間較短,但其尺寸相對較大,需占用較大的空間。

裙子底部的视野