穩(wěn)健靈活 有"容"乃大——普爾世攜手德恩科提供穿梭車驅(qū)動(dòng)最佳解決方案
在以往諸如片煙高架配方庫、煙葉醇化庫、輔料周轉(zhuǎn)庫等煙草自動(dòng)化立體倉庫中，由于堆垛機(jī)只能上下及前后移動(dòng)不能同時(shí)左右移，導(dǎo)致每臺堆垛機(jī)要操作的左右排貨架的垛碼深度不超過一垛否則堆垛機(jī)貨叉夠不到。所以要充分利用空間并減少堆垛機(jī)的使用數(shù)量，實(shí)現(xiàn)高效立體搬運(yùn)，自動(dòng)穿梭車的使用必不可少。考慮到貨架每層每道配置一臺穿梭車成本無法接受，可以讓堆垛機(jī)把穿梭車運(yùn)到需要進(jìn)出貨的道口，后來的動(dòng)作交由穿梭車通過接收中控指令自己完成，這樣無線通訊的穿梭車成為煙草自動(dòng)化立體倉庫提高空間利用效率和工作效率的一項(xiàng)新的必要配置。
自動(dòng)穿梭車的電氣控制系統(tǒng)主要包括[1]：
① 主控器PLC一套，用于對無線自動(dòng)穿梭車的全部動(dòng)作和通訊控制;
② 充電電池2個(gè)，為無線自動(dòng)穿梭車的電氣控制系統(tǒng)提供控制和動(dòng)力電源;
③ 行走直流電機(jī)一臺，用于驅(qū)動(dòng)無線自動(dòng)穿梭車在軌道上行走;
④ 直流驅(qū)動(dòng)模塊一套，用于控制行走直流電機(jī);
⑤ 提升直流電機(jī)兩臺，用于控制左右貨物托板的升降運(yùn)動(dòng);
⑥ 無線通訊控制器一個(gè)，用于穿梭車與穿梭車管理計(jì)算機(jī)之間的通訊;
⑦ 無線搖控器一套，用于當(dāng)穿梭車出故障時(shí)進(jìn)行手動(dòng)排除。
穩(wěn)健靈活的穿梭車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)
在穿梭車上，需要配備行走和升降的驅(qū)動(dòng)設(shè)備。為確保穿梭車的靈活可控，對其直流電機(jī)急停急行有著一定的標(biāo)準(zhǔn)和要求。因?yàn)楫?dāng)貨架中的穿梭車發(fā)生故障，必須借助堆垛機(jī)把穿梭車叉到貨架外面進(jìn)行維修，造成大量時(shí)間成本和人力成本的損失。因此在直流電機(jī)方面，用戶選擇了以德國品質(zhì)而著稱的Dunkermotoren德恩科驅(qū)動(dòng)電機(jī)。
德恩科是存儲和運(yùn)輸應(yīng)用領(lǐng)域中完整驅(qū)動(dòng)解決方案的領(lǐng)先制造商，其產(chǎn)品的功率范圍為 1 至 500 瓦特。德恩科為客戶提供的存儲和運(yùn)輸驅(qū)動(dòng)解決方案能夠達(dá)到此類應(yīng)用最嚴(yán)格的要求。最重要的是，德恩科作為系統(tǒng)供應(yīng)商，其 DC、EC 和 AC 驅(qū)動(dòng)器、變速裝置、制動(dòng)器及其它器件產(chǎn)品因具有出色的設(shè)計(jì)特點(diǎn)而贏得了該市場客戶的信任。其產(chǎn)品具有結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、免維護(hù)、防護(hù)等級高、使用壽命長、動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)性能優(yōu)、設(shè)計(jì)小巧等特點(diǎn)。同時(shí)，因其產(chǎn)品均來自高度自動(dòng)化的生產(chǎn)線，高品質(zhì)與可靠性也能夠得到保障。
本案例中，客戶選用的德恩科直流電機(jī)為24V輸入，500W額定功率的直流無刷電機(jī)。電機(jī)的前端由220V交流轉(zhuǎn)24V直流電壓的電源供電，而電源的另一路輸出也應(yīng)為邏輯控制單元供電，以節(jié)省穿梭車上安裝電源的空間。
內(nèi)置大電容的電源方案化危機(jī)于無形
在急停時(shí)電機(jī)會(huì)向電源的輸出端反饋瞬時(shí)大能量，隨之而來的是高電壓沖擊。這一正常現(xiàn)象卻一度成為用戶對電源選擇的困擾。原方案中，客戶使用了某品牌的平板電源，其功率為1000W。該電源在電機(jī)平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)中表現(xiàn)也無異常，但是客戶在測試電機(jī)急停時(shí)，電源會(huì)被電機(jī)的反饋電壓中斷輸出，并自動(dòng)關(guān)機(jī)。客戶測得電源耐受反饋電壓的尖峰波形圖如圖1中所示，可以看到，最高峰值電壓達(dá)到41V，持續(xù)幾十毫秒。但該電源標(biāo)稱的耐受電壓為28V，因此會(huì)立即關(guān)斷。
圖1 電機(jī)急停時(shí)對電源輸出端的反饋電壓
德恩科和PULS普爾世工控電源的工程師結(jié)合實(shí)際應(yīng)用情況向用戶推薦了普爾世DIMENSION產(chǎn)品線的電源產(chǎn)品CPS20.241為電機(jī)驅(qū)動(dòng)供電，成功解決了電機(jī)急停時(shí)電源自動(dòng)關(guān)斷的問題。
圖2 CPS20.241應(yīng)用示意圖
對比原電源方案，普爾世CPS20.241的優(yōu)勢在于：
1) 對反饋電壓和電能的耐受力
電機(jī)的電感線圈在使用中會(huì)反饋一定的電壓或能量到前端輸入電源。CPS20.241的耐受能力尤其強(qiáng)大，最大可以耐受的反饋電壓為35V。而由于CPS20.241內(nèi)置輸出端的電容為7000uF，足以耐受和消化電機(jī)停轉(zhuǎn)或剎車瞬間的高能反饋。客戶測試了普爾世電源方案，當(dāng)電機(jī)急停反饋高能量給電源時(shí)，大部分能量能被其強(qiáng)大的輸出電容所消納，使電源輸出端的電壓不至于上升過高，且穩(wěn)定保持在35V以下。各種測試條件下，CPS20.241在電機(jī)急停時(shí)仍然持續(xù)的工作，為電機(jī)提供穩(wěn)定的輸出電壓。
2) 尖峰電流的輸出能力
電機(jī)在啟動(dòng)時(shí)都會(huì)產(chǎn)生一定的尖峰電流，而普爾世電源產(chǎn)品的承受能力都比較強(qiáng)勁。圖3和圖4詳細(xì)地描述了CPS20.241的尖峰電流能力。
圖3 尖峰負(fù)載40A(阻性)50ms內(nèi) 電源輸出電壓從24V跌落至16V
圖4 尖峰負(fù)載100A(阻性)5ms內(nèi) 電源輸出電壓從24V跌落至18V
因此相對于500W的電機(jī)，原方案需要使用額定輸出功率為1000W的平板電源來解決電機(jī)啟動(dòng)時(shí)帶來的電壓驟降問題。而使用普爾世電源時(shí)只需要使用480W的電源CPS20.241，其強(qiáng)大的尖峰電流輸出能力足以滿足電機(jī)的啟動(dòng)過程。
3) 超高的效率和預(yù)期使用壽命
CPS20.241相比市場上同輸出的其它電源產(chǎn)品在各負(fù)載段均具有最高的轉(zhuǎn)換效率，滿載時(shí)高達(dá)94%(參見圖5)。這也使得從空載、輕載到滿載時(shí)，電源的發(fā)熱都能達(dá)到最小。這對于對高溫敏感的煙草環(huán)境應(yīng)用至關(guān)重要。更高的轉(zhuǎn)換效率意味著更少的發(fā)熱及散熱，從而帶來更安全的保障。
圖5 CPS20.241在各負(fù)載段和競爭對手的轉(zhuǎn)換效率比較圖
此外，CPS20.241的預(yù)期使用壽命達(dá)到249,000小時(shí)(輸入為230V，輸出24V/20A，環(huán)境溫度25°C條件下)。高可靠性也是客戶鐘愛普爾世電源的原因之一。
4) 最小的體積與最輕的重量
CPS20.241的尺寸為65x124x127mm(寬x高x深)，在同類產(chǎn)品中體積最小，重量僅為1000克。如此小巧的體積可以為客戶節(jié)省大量空間，使控制柜設(shè)計(jì)小型化，輕盈化，為客戶節(jié)省更多的成本和空間。在穿梭車應(yīng)用中，CPS20.241減輕車體負(fù)擔(dān)，使得穿梭車的行動(dòng)更靈活。
圖6 小巧輕便的CPS20.241
結(jié)語
PULS普爾世工控電源作為“高頻化”、“數(shù)字化”、“低功耗”的技術(shù)革命先驅(qū)，自成立伊始一直持續(xù)專注于工控行業(yè)的導(dǎo)軌式電源的研發(fā)和應(yīng)用。隨著中國現(xiàn)代工廠自動(dòng)化的不斷發(fā)展，自動(dòng)化設(shè)備對于可靠性的要求也將進(jìn)一步提高。普爾世電源集團(tuán)(中國)秉承“精于電?致于心”的理念，致力將更多可靠、先進(jìn)的電源技術(shù)與方案帶到中國，與中國工業(yè)自動(dòng)化行業(yè)共同成長。
參考文獻(xiàn)：
[1] 陳祖述, 徐清華. 煙草自動(dòng)化立體倉庫的無線自動(dòng)穿梭車設(shè)計(jì)[J]. 自動(dòng)化信息 AUTOMATION INFORMATION, 2006, 8(8): 67-68.
