在以往諸如片煙高架配方庫(kù)、煙葉醇化庫(kù)、輔料周轉(zhuǎn)庫(kù)等煙草自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)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(tái)堆垛機(jī)要操作的左右排貨架的垛碼深度不超過(guò)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(chē)的使用必不可少。考慮到貨架每層每道配置一臺(tái)穿梭車(chē)成本無(wú)法接受，可以讓堆垛機(jī)把穿梭車(chē)運(yùn)到需要進(jìn)出貨的道口，后來(lái)的動(dòng)作交由穿梭車(chē)通過(guò)接收中控指令自己完成，這樣無(wú)線通訊的穿梭車(chē)成為煙草自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)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(chē)的電氣控制系統(tǒng)主要包括[1]：
① 主控器PLC一套，用于對(duì)無(wú)線自動(dòng)穿梭車(chē)的全部動(dòng)作和通訊控制；
② 充電電池2個(gè)，為無(wú)線自動(dòng)穿梭車(chē)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(tái)，用于驅(qū)動(dòng)無(wú)線自動(dòng)穿梭車(chē)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(tái)，用于控制左右貨物托板的升降運(yùn)動(dòng)；
⑥ 無(wú)線通訊控制器一個(gè)，用于穿梭車(chē)與穿梭車(chē)管理計(jì)算機(jī)之間的通訊；
⑦ 無(wú)線搖控器一套，用于當(dāng)穿梭車(chē)出故障時(shí)進(jìn)行手動(dòng)排除。
穩(wěn)健靈活的穿梭車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)
在穿梭車(chē)上，需要配備行走和升降的驅(qū)動(dòng)設(shè)備。為確保穿梭車(chē)的靈活可控，對(duì)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(chē)發(fā)生故障，必須借助堆垛機(jī)把穿梭車(chē)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(guó)品質(zhì)而著稱(chēng)的Dunkermotoren德恩科驅(qū)動(dòng)電機(jī)。
德恩科是存儲(chǔ)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(chǔ)和運(yùn)輸驅(qū)動(dòng)解決方案能夠達(dá)到此類(lèi)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(chǎng)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(jí)高、使用壽命長(zhǎng)、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(lái)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(wú)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(chē)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(wú)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(lái)的是高電壓沖擊。這一正常現(xiàn)象卻一度成為用戶對(duì)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(wú)異常，但是客戶在測(cè)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(cè)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(chēng)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(duì)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(wèn)題。
圖2 CPS20.241應(yīng)用示意圖
對(duì)比原電源方案，普爾世CPS20.241的優(yōu)勢(shì)在于：
1） 對(duì)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(chē)瞬間的高能反饋。客戶測(cè)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(guò)高，且穩(wěn)定保持在35V以下。各種測(cè)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(duì)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(lái)解決電機(jī)啟動(dòng)時(shí)帶來(lái)的電壓驟降問(wèn)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(guò)程。
3） 超高的效率和預(yù)期使用壽命
CPS20.241相比市場(chǎng)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(jiàn)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(duì)于對(duì)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(lái)更安全的保障。
圖5 CPS20.241在各負(fù)載段和競(jìng)爭(zhēng)對(duì)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(ài)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(lèi)產(chǎn)品中體積最小，重量?jī)H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(chē)應(yīng)用中，CPS20.241減輕車(chē)體負(fù)擔(dān)，使得穿梭車(chē)的行動(dòng)更靈活。
圖6 小巧輕便的CPS20.241
結(jié)語(yǔ)
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(zhuān)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(guó)現(xiàn)代工廠自動(dòng)化的不斷發(fā)展，自動(dòng)化設(shè)備對(duì)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(guó)）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(guó)，與中國(guó)工業(yè)自動(dòng)化行業(yè)共同成長(zhǎng)。
