发布时间 : 星期三 文章巷道式双立柱堆垛机控制系统设计更新完毕开始阅读
见图上相关文字说明。
3.3.4 变频器的容量计算
变频器作为电机的供电电源时，其最好要有很高的容量，此时允许电机像工频供电那样，可以直接启动（在变频器的输出侧通断电机）。然而，考虑到变频器的经济性及尺寸大小等因素，过高地提高变频器的容量是不可取的。变频器容量的优化选择，会使其无故障完成驱动电机操作，这里首先要清楚以下内容?19?。
(1)变频器的容量
驱动电机的变频器容量可以从操作方法决定的能量流动变化情况来进行理解。 ①加速或恒速操作时
变频器的效能是输出电流，也就是变频器能够给电机提供多大电流。变频器这种输出电流的效能可以由额定输出电流或过载能力来表示。
②减速操作时
由于变频器在减速操作时其驱动的电机变成发电机，能量的流动是从电机流向变频 器，同变频器的加速或恒速操作相反。变频器的作用是要消耗这些能量。减速时电机负 载返回的部分能量由电机消耗，而其余部分由变频器消耗。另外，由于这些返回的能量 使变频器中平滑电容的电压升高，当电压升到某一特定值时，就会产生再生能量消耗或 能量返回供电电源侧。
(2)变频器容量的确定
变频器的容量应该与其驱动的电机容量相匹配，另外变频器的选择要依据负载特性、操作方法等情况来决定。
首先，根据电机的容量来选择变频器的容量。
其次，对于单个变频器驱动单个电机的操作方法，可按下式来选择： 变频器额定输出电流≥电机最大负载电流×1.1
变频器规格给定值实际测量考虑畸波的增加系数
最后，还要根据电机的基本操作模式（启动、加速、恒速、减速及停止）进行变频器的选择[51]。
在单台变频器驱动单台电机的情况下，变频器的容量选择要保证变频器的额定电流大于该电动机的最大电流，或者是变频器所适配的电动机功率大于当前该电动机的功率。容量选择最好是采用大一个数量级选配。电动机若选11kW或15kW的异步电动机，即11kW的电动机选15kW的变频器，15kW的电动机选18kW的变频器比较好。我们选取了容量为11kW的异步电动机，其额定电流In?15.2A
一般情况下，在果蔬气调立体库堆垛机系统中，控制运行电机的变频器是连续工作的，其额定输出电流：
Ilnv?1.1Imax式 (3.3)
式中：Ilnv为变频器额定输出电流，Imax为电动机实际最大负载电流。
根据现场测试的数据，升降电机的最大负载电流Imax约为17A,代入上式（3.3）则有：
Ilnv≥17?1.1=18.1（A）即变频器的额定输出电流必须大于18.1A。参考如下列表，我 们选择VS-616G5系列的CIMR-G5A 4015型变频器，它的额定输出电流为34A，最大适用 电机功率为15Kw，完全可以满足本系统的要求。
表3－2 CIMR-G5A型号变频器参数表
CIMR-G5A 额定输出 电源 型号最大适用 额定输出 最大输出 额定输出 电压(V) 允许 允许 CIMR-G5A 电机功率 输出功率 电流（A） 电压(V) 频率（HZ）频率(HZ) 电压 频率 型号 （KW） (KW) 波动 波动 40P7 0.75 2.6 3.4 41P5 1.5 3.7 4.8 42P2 2.2 4.7 6.2 43P7 3.7 6.1 8 45P5 5.5 11 14 47P5 7.5 14 18 4011 11 21 27 4015 15 26 34 4018 18.5 31 41 三相 380/ 400/ 415/ 440/ 46 由参数设 定，最高 400Hz可对 应 三相380/ ± 400/ 415/ 10% 440/ ～ 460V， 15% 50/60Hz ±5% 3.3.5 PG速度控制卡的选择
变频器的PG速度控制卡是使用了PG（脉冲发生器）来对电机的转速进行控制的。当旋转编码器的输出信号送到PG速度控制卡后，由速度卡将其转换成与实际转速相对应的数字信号，再送给变频器进行速度控制。同时，将两相脉冲分频后（分频的程度可以设置）作为两相脉冲的监视输出，我们利用脉冲的监视输出进行堆垛机的位置控制。CIMR-G5A 4015型变频器的PG速度控制卡有四种，应根据用途正确选择。
对于本系统，考虑到变频器有时需要在较低的频率下运行，为保证电机在低频运行时也能提供足够的转矩，保证垂直运行的堆垛机载货台不会因转矩不够而下坠，垂直电机必须使用恒转矩或矢量控制的方法进行变频。因此，我们选择PG-B2型PG速度控制卡。
表3－3 PG型号说明
PG型号 应用特点
PG-A2 A相（单）脉冲输入，开路集电极或补码输出，V/f控制专用 PG-B2 A相/B相脉冲输入，补码输出对应，矢量控制专用 PG-D2 A相（单）脉冲输入，线驱动对应，V/f控制专用 PG-X2 A相/B相/Z相脉冲输入，线驱动对应，矢量控制专用
3.3.6变频器制动电阻参数的计算
当采用变频器传动的堆垛机电机急减速或向下运转时，异步电动机将处于再生发电状态。变频器逆变器中的六个回馈二极管将传动机构的机械能转换成电能回馈到中间直流回路，并引起储能电容两端电压升高。若不采取必要的措施，当中间直流回路电容电压升到保护极限值后变频器将过电压跳闸。所以，变频调速装置还应具有一定的制动功能。
在高性能的工程型变频器中，对连续再生能量的处理大体有以下两种方案： (1)采用动力制动的方式
在中间直流回路设置电阻器，让连续再生能量通过电阻器以发热的形式消耗掉。 (2)采用再生整流器的方式
它是将连续再生能量送回电网，这种方式又称为回馈制动。
分析以上两种制动方式，采用动力制动的方式，其控制简单、成本低，但节能效果不如回馈制动。回馈制动方式虽然节能效果好，能连续长时制动，但控制复杂、成本较高考虑到节省技改投资，提高设备的可维修性和可靠性，我们采用动力制动方式。
在选择能耗制动电阻时，制动电阻Rs的大小应使制动电流Is的值不超过变频器额 定电流的一半，即
Iz?Ud/Rz?Ilnv/2?34/2?17(A)
其中，Ud为额定情况下变频器的直流母线电压。
考虑到立体库内的温度湿度条件，按照制动单元和制动电阻选型及计算公式进行换算，CIMR-G5A 4015型变频器配用1个RX20型耐潮被釉线绕电阻器，可以满足本设计的要求。
3.4 PLC的选型
目前，市场上存在着种类繁多的大、中、小型PLC，小到作为少量的继电器装置的替代品，大到作为分布式系统中的上位机，几乎可以满足工业控制的各种需要。那么，针对我们的实际情况，如何给本系统选择一个合适的PLC呢?30?？
PLC选型的一般流程如下：
(1)定义PLC的I/O点数，包括开关量的I/O点数、模拟量的I/O点数以及特殊功能模块；
(2)建立I/O分配表，绘制PLC的输入、输出接线图；
(3)根据控制要求绘制程序的流程图，绘制用户程序，装入PLC的用户程序存储器并进行初步测试，从而选择满足要求的PLC。
3.4.1 FX-2N系列PLC的特点
三菱FX-2N系列PLC采用紧凑的箱体式结构，安装方便。它可由不同点数的基本单 元和扩展单元构成，主单元的输入输出点数比为1：1，并可按照实际需要，灵活进行配 置和扩展。FX-2N系列还有很多的特殊功能单元，如：高速计数单元、位置控制单元、模
拟量I/O单元等等，可通过扩展口等方式与主机相连。FX-2N系列的最大I/O点数为256点。程式容量为8000步，并可以扩展至16000步。对于本设计来说，完全可以满足要求。
环境规格是指PLC能正常工作的外部环境条件，FX-2N系列PLC能适应工业现场的 恶劣条件，对环境的要求很低，一般的工业现场均可满足这些要求。对于本库来讲，其内部的环境是低温潮湿，而FX-2N系列PLC可在温度为－20℃，相对湿度为35%～85%RH（不结露）的环境下正常工作。故本设计选取三菱FX-2N系列PLC作为系统的主控制器。
3.4.2机型的配置
本设计中，共有3台电机、2台变频器、6个限位开关、货架采用6层6列。需要40个数字量输入点，25个数字量输出点，共计65个I/O点。
考虑到PLC输出需接电磁阀和接触器线圈，要求大电流输出，宜选择继电器输出型，这里选择三菱FX2N-80MR-001型PLC，其I/O点总数为80个，可以满足系统的需求。
3.5 堆垛机控制系统其它主要硬件的选取
3.5.1旋转编码器
堆垛机工作时所处的位置，需由电机旋转所发出的脉冲个数来反映。脉冲的发生一般由旋转编码器完成，也就是说，在堆垛机运行的PLC控制中，可以使用旋转编码器测取堆垛机运行过程中所处的实际位置，从而确定理想的换速点。旋转编码器的输出信号送给变频器PG速度卡，由速度卡将其转换成与实际转速相对应的数字信号再送到变频器内部进行速度控制，同时将两相脉冲分频后（分频的程度可以设置）作为脉冲的监视输出，输入到PLC中，进行堆垛机的位置控制。为提高检测位置的精度，应选用每转脉冲数较多的旋转编码器，一般选500（脉冲/旋转）以上的产品。要保证堆垛机的位置精度和换速距离的要求，每个脉冲对应的位移（计数精度）S≤0.5mm/脉冲，旋转编码器将电机转速转化为脉冲信号在PLC内进行计数。
由于本立体库的货格设计为每层和每列均为1米，根据其它硬件的选取情况，按式(3.4)转化成脉冲数计算如下：
I=h/S式（3.4）
式中：I——脉冲数
h——每层或每列的距离（mm） S——计数精度（mm/脉冲） S的值由式(3.5)计算
s??D/(i1i2P)式（3.5）
式中：D——曳引轮节圆直径（mm）
i1——曳引减速箱减速比 i2——曳引比
P——电动机每转脉冲数（它等于旋转编码器的分辨率除以分频比）