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摘要：现如今，我国是自动化快速发展的新时期，自动化立体仓库因其高效、便捷被广泛地应用到现代物流业中，而堆垛机作为核心设备，其电机变频器的位置环和速度环设定是否合理，直接影响着堆垛机的运行效率。通过对电机变频器速度环比例系数和积分时间的合理调节，能够使电机快速响应且平稳运行;从而使堆垛机能够精确、快速地定位。本文以新能源立库中使用的某型号堆垛机为研究对象，分析电机变频器速度环和位置环参数确定的方法。
关键词：自动化立体仓库、堆垛机、位置环、速度环
引言
变频器是应用变频技术与微电子技术，通过改变电动机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。通过改变电源的频率来达到改变电源电压的目的，根据电动机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的。
1堆垛机主要结构和工作原理
堆垛机主要由地上轨道、上部导轨、副梁、载货台、滑触线路、操作面板、升降和行走电动机、各种检测开关等组成。堆垛机通过与上位管理、控制系统连接，全面实现货物入库和出库存放作业自动化。堆垛机与立体货架的通讯采用了红外通讯的方式。这样既避免了在车间中布太多的导线，又具有相对较强的抗干扰能力。单片机作为测控核心的堆垛机控制系统，与上层管理系统（计算机或手持盒）的通讯都通过RS485的方式进行，为了及时对上层管理计算机或手持盒发来的指令进行响应，系统软件应用了串行口通讯中断的方式，这种方式能以最短的时间与上层计算机或手持盒建立通讯。
2堆垛机变频器位置环和速度环参数调节方法
2.1位置环系数的确定
在实际的工业现场，发现多数堆垛机运行效率总是达不到设计目标。通过研究发现很多堆垛机定位时间长，而有些设备则在目标位置过冲，往复较长时间来定位。这就是典型的位置环比例系数和积分时间设置不合理造成的。通过长期的对比实验，首先提高位置环增益直到在目标位置过冲、往复运动，之后把当前比例系数85%确定为位置环比例系数。确定比例系数后，同样的方法确定积分时间，减小积分时间让堆垛机快速定位直到出现过冲时，将当前积分时间的110%确定为位置环积分时间。但是位置环定位还需要确定好堆垛机的静态窗口大小和时间以及定位窗口大小和时间。当堆垛机运行位置进入静态窗口后，在设定的定位调节时间内到达定位窗口，如图1。如果静态窗口定位时间设定不合适，就会造成在之前确定的位置环增益和积分时间内调节不到，也会影响堆垛机定位时间。通过实验得到将堆垛机运行到合适的静态窗口后让堆垛机开始寻址，然后算出静态窗口内所需时间，将其定为定位时间。
2.2变频器与电动机的额定电压不符时的处理
有一个三相220V的同步永磁电动机，用富士FRN3.7G11S-4变频器控制，设定额定电压时，变频器设定最小只能到320V，不能达到220V的要求，电动机无法启动。在这种情况下，只能通过提高基本频率的方法来解决。把基本频率设置为86Hz即可。问题迎刃解决，电动机正常运行。在低频运行的情况下，由于变频器的u/f线是可以任意调整的，要降低电压，只需正确设置u/f线即可。但是在额定频率的情况下，我们是不可能通过改变u/f线来调整电压的，只有通过加大基本频率来调整与额定频率对应的电压。这里的改变频率是指基本频率，因为变频器采用了V/F控制模式，改变了频率就改变了相应的电压，而与实际运行频率无关。
2.3实验设计
设计30min内采用电机变频器默认参数和调后参数进行取货对比实验。所用变频器为西门子G120CU250S-2型变频器，所设参数如表1。为使实验结果更加直观，设计堆垛机在最长的运行距离下，进行取货对比实验，如图2。对比变频器在默认参数和参数调整后，在控制室内进行堆垛机30min内的取货实验，如图3。通过实验可验证出变频器参数调整后是否会提高取货效率、缩短定位时间、提高定位精度。
2.4堆垛机电气或者机械原因导致故障报警
（1）辅料库3#堆垛机在运行中频繁报“1011”故障。故障现象：3#堆垛机在正常入库、出库运行中，堆垛机突然停止运行，故障指示灯闪烁，查询触摸屏显示报警代码为“1011”，查询故障代码表“1011”为变频器异常，在堆垛机操作屏上复位后，堆垛机继续报警，报警代码为“1077”或者“2506”，查询故障代码表“1077”为行走制动单元故障，“2506”为行走编码器异常。经过仔细分析，发现造成此故障主要由以下几点原因，同时归纳总结出相对应的处理措施：①变频器报警：参数调整不当，根据报警代码重新调整参数;②检查堆垛机轨道螺钉是否紧固，检查堆垛机供电线路（滑触线）是否水平，是否有明显变形和损伤，检查堆垛机集电器与滑触线接触是否良好，检查集电器电刷磨损情况，发现磨损严重时，需更換电刷;③检查堆垛机行走、升降电机的接触器触点有无过度磨耗，如果有明显磨耗，将会引起电机电流不稳定而导致变频器启动保护功能，必须更换接触器排除故障;④测量行走、升降电机的变频器主电路电源输入端子（R/S/T）之间电压是否正常，检查变频器控制电路的接线有无损伤;⑤检查变频器输出端子（U/V/W）之间有无短路，如果任何一组之间有短路也会导致变频器故障;⑥确认电机电磁刹车的开放状态，便于判断堆垛机有无因机械方面原因而导致超负荷;⑦检查电机电阻值，测量电机线路完好;⑧检查行走电机刹车装置，按标准调整刹车间隙（0.3～1.2mm）;⑨检查装载的货物重量是否超过额定值;⑩更换行走编码器，确认堆垛机接口板是否接触不良或者损坏。（2）成品库4#堆垛机报“1941”故障。故障现象：4#堆垛机出库时报警，报警代码为“1941”，升降位偏离。经过全面仔细分析，造成此故障原因和处理措施归纳为以下几点：①检查堆垛机定位光电开关是否正常工作，调整定位光电位置;②用水平仪检查货位横梁是否水平、是否变形，不在水平方向时需要调整或更换横梁;③检查堆垛机升降位置光电开关工作是否正常;④检查升降定位挡块是否松动脱落，调整并紧固;⑤更换升降编码器，确认堆垛机接口板是否损坏。
2.5各参数单元时间修改
下面以某企业堆垛机运行遇到的堆垛机垂直自由落体故障问题进行分析。堆垛机载货台上下升降电动机采用的是SEW型，额定功率是11kW，额定电流是13.6A，额定电压380V，额定转速是1440r/min。在试运行阶段，该设备处于正常的输出频率范围内运行，由于经常出现失速误报警，怀疑是载货台超速运行所致，把频率降低后出现了载货台从15层直接下滑到地面的严重事故。分析下滑的原因是什么呢？应该是由于频率降低，在电动机还没有完全达到转速时、电动机的抱闸已打开，造成设备产生向下的力，造成载货台拽着电动机运动，造成失速。查阅说明书，对S1-02（启动时直流制动电流）、S1-04（启动时直流制动时间）、S1-06（z制动器打开延迟时间，三个参数进行了修改，堆垛机恢复正常工作。
结语
本文通过实验，并通过统计分析，得到以下结论：1.位置环增益是决定堆垛机位置跟随性的参数，电机的响应速度取决于位置环增益，位置环比例系数和积分时间的准确确定，能够使堆垛机精确而快速定位。2.速度环比例系数和积分时间将决定电机加减速度的快慢，它的准确与否，直接影响着电机能否快速响应、平稳运行。3.电机的速度环和位置环比例增益调到出现超调的85%时，电机响应快且不晃悠。在确定了比例系数的前提下，把积分时间调到出现震荡的110%和比例系数刚匹配时，堆垛机相应的运行效率最高。
参考文献
[l]杨秀建，张强，林清国一种立体仓库试验台堆垛机速度控制优化方案[J]机床与液压，2007，01.
[2]杨履，江进国.自动化立体仓库堆垛机的设计[J].起重运输机械，2004，06.
[3]邢建中.施耐德变频器的应用M[].北京：机械工业出版社，2011.
关键词：自动化立体仓库、堆垛机、位置环、速度环
引言
变频器是应用变频技术与微电子技术，通过改变电动机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。通过改变电源的频率来达到改变电源电压的目的，根据电动机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的。
1堆垛机主要结构和工作原理
堆垛机主要由地上轨道、上部导轨、副梁、载货台、滑触线路、操作面板、升降和行走电动机、各种检测开关等组成。堆垛机通过与上位管理、控制系统连接，全面实现货物入库和出库存放作业自动化。堆垛机与立体货架的通讯采用了红外通讯的方式。这样既避免了在车间中布太多的导线，又具有相对较强的抗干扰能力。单片机作为测控核心的堆垛机控制系统，与上层管理系统（计算机或手持盒）的通讯都通过RS485的方式进行，为了及时对上层管理计算机或手持盒发来的指令进行响应，系统软件应用了串行口通讯中断的方式，这种方式能以最短的时间与上层计算机或手持盒建立通讯。
2堆垛机变频器位置环和速度环参数调节方法
2.1位置环系数的确定
在实际的工业现场，发现多数堆垛机运行效率总是达不到设计目标。通过研究发现很多堆垛机定位时间长，而有些设备则在目标位置过冲，往复较长时间来定位。这就是典型的位置环比例系数和积分时间设置不合理造成的。通过长期的对比实验，首先提高位置环增益直到在目标位置过冲、往复运动，之后把当前比例系数85%确定为位置环比例系数。确定比例系数后，同样的方法确定积分时间，减小积分时间让堆垛机快速定位直到出现过冲时，将当前积分时间的110%确定为位置环积分时间。但是位置环定位还需要确定好堆垛机的静态窗口大小和时间以及定位窗口大小和时间。当堆垛机运行位置进入静态窗口后，在设定的定位调节时间内到达定位窗口，如图1。如果静态窗口定位时间设定不合适，就会造成在之前确定的位置环增益和积分时间内调节不到，也会影响堆垛机定位时间。通过实验得到将堆垛机运行到合适的静态窗口后让堆垛机开始寻址，然后算出静态窗口内所需时间，将其定为定位时间。
2.2变频器与电动机的额定电压不符时的处理
有一个三相220V的同步永磁电动机，用富士FRN3.7G11S-4变频器控制，设定额定电压时，变频器设定最小只能到320V，不能达到220V的要求，电动机无法启动。在这种情况下，只能通过提高基本频率的方法来解决。把基本频率设置为86Hz即可。问题迎刃解决，电动机正常运行。在低频运行的情况下，由于变频器的u/f线是可以任意调整的，要降低电压，只需正确设置u/f线即可。但是在额定频率的情况下，我们是不可能通过改变u/f线来调整电压的，只有通过加大基本频率来调整与额定频率对应的电压。这里的改变频率是指基本频率，因为变频器采用了V/F控制模式，改变了频率就改变了相应的电压，而与实际运行频率无关。
2.3实验设计
设计30min内采用电机变频器默认参数和调后参数进行取货对比实验。所用变频器为西门子G120CU250S-2型变频器，所设参数如表1。为使实验结果更加直观，设计堆垛机在最长的运行距离下，进行取货对比实验，如图2。对比变频器在默认参数和参数调整后，在控制室内进行堆垛机30min内的取货实验，如图3。通过实验可验证出变频器参数调整后是否会提高取货效率、缩短定位时间、提高定位精度。
2.4堆垛机电气或者机械原因导致故障报警
（1）辅料库3#堆垛机在运行中频繁报“1011”故障。故障现象：3#堆垛机在正常入库、出库运行中，堆垛机突然停止运行，故障指示灯闪烁，查询触摸屏显示报警代码为“1011”，查询故障代码表“1011”为变频器异常，在堆垛机操作屏上复位后，堆垛机继续报警，报警代码为“1077”或者“2506”，查询故障代码表“1077”为行走制动单元故障，“2506”为行走编码器异常。经过仔细分析，发现造成此故障主要由以下几点原因，同时归纳总结出相对应的处理措施：①变频器报警：参数调整不当，根据报警代码重新调整参数;②检查堆垛机轨道螺钉是否紧固，检查堆垛机供电线路（滑触线）是否水平，是否有明显变形和损伤，检查堆垛机集电器与滑触线接触是否良好，检查集电器电刷磨损情况，发现磨损严重时，需更換电刷;③检查堆垛机行走、升降电机的接触器触点有无过度磨耗，如果有明显磨耗，将会引起电机电流不稳定而导致变频器启动保护功能，必须更换接触器排除故障;④测量行走、升降电机的变频器主电路电源输入端子（R/S/T）之间电压是否正常，检查变频器控制电路的接线有无损伤;⑤检查变频器输出端子（U/V/W）之间有无短路，如果任何一组之间有短路也会导致变频器故障;⑥确认电机电磁刹车的开放状态，便于判断堆垛机有无因机械方面原因而导致超负荷;⑦检查电机电阻值，测量电机线路完好;⑧检查行走电机刹车装置，按标准调整刹车间隙（0.3～1.2mm）;⑨检查装载的货物重量是否超过额定值;⑩更换行走编码器，确认堆垛机接口板是否接触不良或者损坏。（2）成品库4#堆垛机报“1941”故障。故障现象：4#堆垛机出库时报警，报警代码为“1941”，升降位偏离。经过全面仔细分析，造成此故障原因和处理措施归纳为以下几点：①检查堆垛机定位光电开关是否正常工作，调整定位光电位置;②用水平仪检查货位横梁是否水平、是否变形，不在水平方向时需要调整或更换横梁;③检查堆垛机升降位置光电开关工作是否正常;④检查升降定位挡块是否松动脱落，调整并紧固;⑤更换升降编码器，确认堆垛机接口板是否损坏。
2.5各参数单元时间修改
下面以某企业堆垛机运行遇到的堆垛机垂直自由落体故障问题进行分析。堆垛机载货台上下升降电动机采用的是SEW型，额定功率是11kW，额定电流是13.6A，额定电压380V，额定转速是1440r/min。在试运行阶段，该设备处于正常的输出频率范围内运行，由于经常出现失速误报警，怀疑是载货台超速运行所致，把频率降低后出现了载货台从15层直接下滑到地面的严重事故。分析下滑的原因是什么呢？应该是由于频率降低，在电动机还没有完全达到转速时、电动机的抱闸已打开，造成设备产生向下的力，造成载货台拽着电动机运动，造成失速。查阅说明书，对S1-02（启动时直流制动电流）、S1-04（启动时直流制动时间）、S1-06（z制动器打开延迟时间，三个参数进行了修改，堆垛机恢复正常工作。
结语
本文通过实验，并通过统计分析，得到以下结论：1.位置环增益是决定堆垛机位置跟随性的参数，电机的响应速度取决于位置环增益，位置环比例系数和积分时间的准确确定，能够使堆垛机精确而快速定位。2.速度环比例系数和积分时间将决定电机加减速度的快慢，它的准确与否，直接影响着电机能否快速响应、平稳运行。3.电机的速度环和位置环比例增益调到出现超调的85%时，电机响应快且不晃悠。在确定了比例系数的前提下，把积分时间调到出现震荡的110%和比例系数刚匹配时，堆垛机相应的运行效率最高。
参考文献
[l]杨秀建，张强，林清国一种立体仓库试验台堆垛机速度控制优化方案[J]机床与液压，2007，01.
[2]杨履，江进国.自动化立体仓库堆垛机的设计[J].起重运输机械，2004，06.
[3]邢建中.施耐德变频器的应用M[].北京：机械工业出版社，2011.