摘要：位置環(huán)增益是決定堆垛機(jī)位置跟隨性的參數(shù)，電機(jī)的響應(yīng)速度取決于位置環(huán)增益，位置環(huán)比例系數(shù)和積分時(shí)間的準(zhǔn)確確定，能夠使堆垛機(jī)精確而快速定位。本文對(duì)堆垛機(jī)變頻器位置環(huán)和速度環(huán)參數(shù)調(diào)節(jié)方法進(jìn)行分析，以供參考。

　　關(guān)鍵詞：堆垛機(jī);變頻器;位置環(huán)和速度環(huán)

　　引言

　　以鋼廠成品庫(kù)物流系統(tǒng)為核心的相關(guān)物流設(shè)備趨于多元化，市場(chǎng)對(duì)于設(shè)備技術(shù)性能的要求也不斷提高。堆垛機(jī)作為鋼廠成品庫(kù)物流的重要設(shè)備，其本身的穩(wěn)定性，快速性直接決定成品出入庫(kù)作業(yè)效率。所以，增大堆垛機(jī)運(yùn)行速度，提高堆垛機(jī)運(yùn)行過(guò)程中以及啟動(dòng)快速制動(dòng)狀態(tài)下的穩(wěn)定性，是保證成品庫(kù)物流系統(tǒng)高效率作業(yè)的關(guān)鍵因素。

　　機(jī)械論文投稿刊物：《機(jī)械制造與自動(dòng)化》1972年創(chuàng)刊，是傳播機(jī)械與電氣行業(yè)新成果、新技術(shù)、新產(chǎn)品、新材料、新工藝、新設(shè)備，以及國(guó)內(nèi)外機(jī)電行業(yè)前沿信息和企業(yè)管理、人才培養(yǎng)、教學(xué)研究與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的綜合性機(jī)電技術(shù)期刊，也是江蘇省機(jī)電行業(yè)唯一的集數(shù)控、智能化、機(jī)電一體化和敏捷制等先進(jìn)制造技術(shù)的技術(shù)期刊。

　　1、堆垛機(jī)建立故障樹(shù)的基本步驟

　　首先，對(duì)系統(tǒng)加以了解。需要準(zhǔn)備識(shí)別系統(tǒng)可能會(huì)出現(xiàn)的各種狀態(tài)模式，以及其與各個(gè)單元狀態(tài)之間所存在的對(duì)應(yīng)關(guān)系。其次，選擇頂事件。在對(duì)相關(guān)裝備及材料均熟悉的前提下，把所有故障事件的主次關(guān)系給分清楚，并全部列舉出來(lái)，然后依據(jù)分析的主要目的，將本次分析的頂事件給明確下來(lái)。最后，演繹法建立故障樹(shù)。利用代號(hào)將已經(jīng)得到明確的頂事件表示于故障樹(shù)的頂部矩形框中，把誘發(fā)頂事件的所有充分必要的直接原因事件，比如環(huán)境、人為因素、軟件環(huán)境等，均置于所對(duì)應(yīng)的原因事件代號(hào)當(dāng)中，此后，將故障樹(shù)的第2排給畫出來(lái)，依據(jù)顯示系統(tǒng)當(dāng)中所羅列的邏輯關(guān)系，利用合適的邏輯門聯(lián)結(jié)頂事件，以及連接直接原因事件，以此類推，不斷向下發(fā)展，直至故障樹(shù)最后一排的全部原因事件均為基本事件為止。

　　2、變頻器選型

　　變頻器在該系統(tǒng)中負(fù)責(zé)，以PLC為核心，編程變頻器輸出信號(hào)，通過(guò)變頻器輸出的信號(hào)控制電機(jī)的頻率，來(lái)調(diào)節(jié)電機(jī)的運(yùn)行速度。以這種方式控制堆垛機(jī)的正向切換、速度調(diào)節(jié)和啟動(dòng)停止功能。經(jīng)過(guò)綜合考慮，本文采用三菱變頻器控制堆垛機(jī)。

　　堆垛機(jī)的行走部分對(duì)變頻器有更高要求。因?yàn)槎讯鈾C(jī)是一種負(fù)載運(yùn)輸機(jī)構(gòu)，所要求的控制系統(tǒng)的負(fù)載能力好，性能好，受環(huán)境影響低，且能高效準(zhǔn)確地驅(qū)動(dòng)電機(jī)。因此，選擇了三菱FR-A700系列變頻器。三菱FR-A700系列變頻器是高性能、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)的矢量控制變頻器，具有中等負(fù)荷功能，在重型機(jī)械領(lǐng)域很出色，一般在起重機(jī)、電梯等負(fù)載高的產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用良好。

　　3、做好堆垛機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)的強(qiáng)化與處理

　　通過(guò)對(duì)堆垛機(jī)出現(xiàn)的故障進(jìn)行分析，其最嚴(yán)重的故障屬于機(jī)械故障，且多發(fā)生于堆垛機(jī)的行走機(jī)構(gòu)，堆垛機(jī)行走機(jī)構(gòu)故障將容易引起堆垛機(jī)的強(qiáng)烈振動(dòng)，從而使堆垛機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)磨損加劇，通過(guò)對(duì)堆垛機(jī)進(jìn)行檢查后發(fā)現(xiàn)，堆垛機(jī)滑動(dòng)輪會(huì)發(fā)生磨損的主要原因是作業(yè)過(guò)程中的裝置震動(dòng)，為了有效地解決這個(gè)技術(shù)性難題，就需要技術(shù)人員加大對(duì)發(fā)生磨損的原因分析，延長(zhǎng)行走輪、滑動(dòng)輪的生命周期，科學(xué)界定更換滑動(dòng)輪的幾何閾值，制定出合理的定期更換期限。通過(guò)對(duì)某鋼廠成品庫(kù)所使用的一批堆垛機(jī)行走輪進(jìn)行拆卸、測(cè)量后發(fā)現(xiàn)，使用一段時(shí)間后的行走輪使用后。

　　圓柱度、直線度都發(fā)生了很大的改變，由于重壓的作用導(dǎo)致行走輪的圓柱度改變了3～5倍，從而使堆垛機(jī)行走輪在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中與鐵軌之間產(chǎn)生了較大的沖擊，且這一沖擊現(xiàn)象在持續(xù)加重，增加了堆垛機(jī)行走輪的徑向磨損和徑向振動(dòng);堆垛機(jī)行走輪的直線度改變，引起了滑動(dòng)輪軸承振動(dòng)頻率的大幅度提升，滑動(dòng)輪界面上也出現(xiàn)了扁平摩擦痕跡，造成了滑面的不平整，這是由于重載和接觸面不平滑導(dǎo)致的，上述磨痕的存在造成了堆垛機(jī)滑動(dòng)輪和運(yùn)行軌道上出現(xiàn)了不太吻合的情況，加重了堆垛機(jī)運(yùn)行裝置的故障發(fā)生率。為了提高堆垛機(jī)行走輪的運(yùn)行效率與運(yùn)行質(zhì)量，需要對(duì)堆垛機(jī)行走輪建立技術(shù)檔案，通過(guò)記錄堆垛機(jī)行走輪的使用時(shí)間及定期巡檢所測(cè)得的行走輪的圓柱度、直線度等的數(shù)據(jù)，確定合理的堆垛機(jī)行走輪更換時(shí)間，保障堆垛機(jī)的安全運(yùn)行。

　　4、變頻器的控制故障點(diǎn)

　　4.1制動(dòng)單元、制動(dòng)電阻問(wèn)題

　　因?yàn)楦鶕?jù)磁頭動(dòng)作的狀況，磁頭下降時(shí)電機(jī)為被拖動(dòng)狀態(tài)，電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，能量反饋到直流電路，總線電壓上升，變頻器通過(guò)制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻將勢(shì)能轉(zhuǎn)換為熱能消耗，上升時(shí)制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻則只有很小的轉(zhuǎn)換工作。這個(gè)結(jié)論與故障的方向性一致，因此，檢查制動(dòng)電阻和制動(dòng)裝置的布線，測(cè)量制動(dòng)電阻的阻值，在向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，制動(dòng)裝置p，n2點(diǎn)的直流電壓(當(dāng)直流電壓達(dá)到制動(dòng)裝置開(kāi)啟的狀態(tài)時(shí)，制動(dòng)裝置的電源導(dǎo)通，電流通過(guò)制動(dòng)電阻)，檢查制動(dòng)電阻是否發(fā)熱，一系列檢查沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何問(wèn)題。

　　4.2速度反饋信號(hào)存在干擾。

　　在速度反饋信號(hào)的干擾方面，速度檢測(cè)的編碼器必須輸入直流24V電源，連接使用5芯的電纜、電源線PGP(+V)、PGM(0V)、反饋信號(hào)PA、PB和屏蔽線。旋轉(zhuǎn)時(shí)輸出不同的相位脈沖信號(hào)。原來(lái)接線通過(guò)了中間連接的端子排，測(cè)試時(shí)決定通過(guò)電纜直接連接變頻器和編碼器，減少了中間接線端子排的故障。

　　4.3故障的解決

　　ACL-74B設(shè)置基于信號(hào)干擾，并在變頻器末端安裝零序反應(yīng)器以抵抗外部干擾。使用時(shí)至少纏繞5圈以上。由于PG線的長(zhǎng)度小，故障率低，所以在實(shí)際測(cè)試中繞3圈，機(jī)構(gòu)下降時(shí)異常的聲音和振動(dòng)發(fā)生了很大的變化。默認(rèn)情況下，根據(jù)PG線長(zhǎng)度消除接頭和振動(dòng)。

　　5、位置環(huán)系數(shù)和速度環(huán)系數(shù)

　　5.1位置環(huán)系數(shù)的確定

　　在實(shí)際的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，發(fā)現(xiàn)多數(shù)堆垛機(jī)運(yùn)行效率總是達(dá)不到設(shè)計(jì)目標(biāo)。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)很多堆垛機(jī)定位時(shí)間長(zhǎng)，而有些設(shè)備則在目標(biāo)位置過(guò)沖，往復(fù)較長(zhǎng)時(shí)間來(lái)定位。這就是典型的位置環(huán)比例系數(shù)和積分時(shí)間設(shè)置不合理造成的。通過(guò)長(zhǎng)期的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，首先提高位置環(huán)增益直到在目標(biāo)位置過(guò)沖、往復(fù)運(yùn)動(dòng)，之后把當(dāng)前比例系數(shù)85%確定為位置環(huán)比例系數(shù)。確定比例系數(shù)后，同樣的方法確定積分時(shí)間，減小積分時(shí)間讓堆垛機(jī)快速定位直到出現(xiàn)過(guò)沖時(shí)，將當(dāng)前積分時(shí)間的110%確定為位置環(huán)積分時(shí)間。但是位置環(huán)定位還需要確定好堆垛機(jī)的靜態(tài)窗口大小和時(shí)間以及定位窗口大小和時(shí)間。當(dāng)堆垛機(jī)運(yùn)行位置進(jìn)入靜態(tài)窗口后，在設(shè)定的定位調(diào)節(jié)時(shí)間內(nèi)到達(dá)定位窗口。

　　5.2速度環(huán)系數(shù)的確定

　　在保證速度環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定、不振蕩的前提下，適當(dāng)增大比例增益使速度環(huán)響應(yīng)最快。通過(guò)長(zhǎng)期研究，提高速度環(huán)的比例增益，直至電機(jī)發(fā)生抖動(dòng)，然后將此時(shí)速度環(huán)比例增益系數(shù)的85%確定為當(dāng)前比例系數(shù)，即為剛度較好速度環(huán)比例增益。速度環(huán)積分時(shí)間常數(shù)對(duì)于電機(jī)來(lái)說(shuō)為延遲因素，因此設(shè)定過(guò)大會(huì)延長(zhǎng)定位時(shí)間，使響應(yīng)性變差。

　　當(dāng)慣量較大，產(chǎn)生振動(dòng)時(shí)，若不增加積分時(shí)間，機(jī)械又會(huì)出現(xiàn)震動(dòng)。在實(shí)際工作中，設(shè)定的比例較小，在定位時(shí)雖然偏差脈沖可能會(huì)更接近于0，但是達(dá)到穩(wěn)態(tài)所需的時(shí)間可能會(huì)變長(zhǎng)。測(cè)試發(fā)現(xiàn)負(fù)載慣量折算到電機(jī)軸上的值與電機(jī)轉(zhuǎn)子慣量的倍數(shù)越大，速度環(huán)積分時(shí)間常數(shù)的值應(yīng)增加越大，在確定了速度環(huán)比例增益的前提下，減小速度環(huán)積分時(shí)間，當(dāng)電機(jī)出現(xiàn)震蕩抖動(dòng)時(shí)將此時(shí)積分時(shí)間的110%確定為積分時(shí)間。

　　結(jié)束語(yǔ)

　　電機(jī)的速度環(huán)和位置環(huán)比例增益調(diào)到出現(xiàn)超調(diào)的85%時(shí)，電機(jī)響應(yīng)快且不抖動(dòng)。在確定了比例系數(shù)的前提下，把積分時(shí)間調(diào)到出現(xiàn)震蕩的110%和比例系數(shù)剛匹配時(shí)，堆垛機(jī)相應(yīng)的運(yùn)行效率最高。

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　　作者：吳同松