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)庫等煙草自動化立體倉庫中，由于堆垛機(jī)只能上下及前后移動不能同時左右移，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化立體倉庫提高空間利用效率和工作效率的一項新的必要配置。
自動穿梭車的電氣控制系統(tǒng)主要包括[1]：
① 主控器PLC一套，用于對無線自動穿梭車的全部動作和通訊控制;
② 充電電池2個，為無線自動穿梭車的電氣控制系統(tǒng)提供控制和動力電源;
③ 行走直流電機(jī)一臺，用于驅(qū)動無線自動穿梭車在軌道上行走;
④ 直流驅(qū)動模塊一套，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;
⑥ 無線通訊控制器一個，用于穿梭車與穿梭車管理計算機(jī)之間的通訊;
⑦ 無線搖控器一套，用于當(dāng)穿梭車出故障時進(jìn)行手動排除。
穩(wěn)健靈活的穿梭車驅(qū)動系統(tǒng)
在穿梭車上，需要配備行走和升降的驅(qū)動設(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。因為當(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)動器、變速裝置、制動器及其它器件產(chǎn)品因具有出色的設(shè)計特點(diǎn)而贏得了該市場客戶的信任。其產(chǎn)品具有結(jié)構(gòu)堅固、免維護(hù)、防護(hù)等級高、使用壽命長、動態(tài)調(diào)節(jié)性能優(yōu)、設(shè)計小巧等特點(diǎn)。同時，因其產(chǎn)品均來自高度自動化的生產(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
在急停時電機(jī)會向電源的輸出端反饋瞬時大能量，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，電源會被電機(jī)的反饋電壓中斷輸出，并自動關(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，因此會立即關(guān)斷。
圖1 電機(jī)急停時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)動供電，成功解決了電機(jī)急停時電源自動關(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，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)在啟動時都會產(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)啟動時帶來的電壓驟降問題。而使用普爾世電源時只需要使用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，滿載時高達(dá)94%(參見圖5)。這也使得從空載、輕載到滿載時，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(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)代工廠自動化的不斷發(fā)展，自動化設(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)自動化行業(yè)共同成長。
參考文獻(xiàn)：
[1] 陳祖述, 徐清華. 煙草自動化立體倉庫的無線自動穿梭車設(shè)計[J]. 自動化信息 AUTOMATION INFORMATION, 2006, 8(8): 67-68.
