未來智能工廠必爭之地——西門子AGV驅動解決方案

文:西門子2022年第四期

  每一個江湖都有自己的武林至寶。在未來工業的江湖里,近幾年發展最為迅猛的智能物流設備——AGV就是未來智能工廠的必爭之地。自動導航小車AGV (Automated Guided Vehicle)用于對物料或設備的搬運、分揀、裝配等,是智能物流體系當中最為核心也是串聯整廠的自動化設備。

  作為AGV重要組成部分的驅動系統是實現小車行駛和轉向的裝置,包括伺服驅動器和電機,減速箱等部件。通常對驅動系統的要求是:體積小功率密度大;性能優越,可頻繁進行啟停、制動等;控制精度高偏差小;安全可靠,確保使用的安全性;操作和維修方便等。

  1 西門子驅動解決方案

  直流驅動器MICRO-DRIVE PDC是西門子開發的低壓新型伺服驅動系統,是AGV理想的驅動器解決方案,采用24/48V直流供電,最大功率1000W。它的主要特性是:

  l 基于PROFINET通信接口,與西門子PLC控制器無縫連接無需通訊轉換模塊;

  l 動態特性優越,支持3倍過載,集成能量回饋功能,無需外接制動電阻;

  l STO,SS1,SSM,SSL等安全功能,可實現PLd的安全等級;

  l 調試和維護方便,帶有旋轉測量功能實現參數自動優化;

  l 電機兼容性高,可以不同品牌的電機匹配,實現最佳控制性能。

  2 PDC支持的電機類型

  MICRO-DRIVE PDC 驅動器支持的電機類型包括永磁同步電機(PMSM),直流無刷電機和部分直流有刷電機,幾乎覆蓋了AGV電機的所有類型。PDC不僅支持合作伙伴的電機,同時也容易與其它品牌的電機兼容具有極強的適用性。下面分別介紹這兩類電機的調試流程。

  (1) 合作伙伴電機——EBM,DUNKER

  目前合作伙伴的電機品牌是EBM——papst,Dunkermotoren等,這些電機都使用智能編碼器技術(IQ-Encoder technology),如圖1所示,電機和傳感器參數保存在編碼器的電子銘牌中。調試時可通過在線讀取或選擇預組態數據等簡單操作即可完成電機參數配置,如圖2所示,簡化調試流程,降低出錯概率。具體流程請參照西門子手冊。

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圖1 智能編碼器

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圖2 電機參數獲取

  (2) 其它品牌電機

  如前所述PDC支持的第三方電機類型有直流無刷電機、永磁同步電機和部分有刷直流電機。支持的電機傳感器包括IQ-Encoder,霍爾傳感器(支持單端推挽和開漏輸出),增量編碼器(方波且ABZ差分輸入)和絕對值編碼器等。

  不同的傳感器組合可實現不同的運動和安全功能,如圖3所示。可根據需要達到的安全功能選擇不同的電機和傳感器組合,增加系統的靈活性。比如電機同時配備了增量編碼器和霍爾傳感器則可實現全部的安全功能,無需額外的安全硬件(比如安全編碼器),因此可減少安全方面的硬件成本。

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圖3 電機和傳感器組合

  以國內某品牌的伺服電機為例(SMC40S),其測試主要步驟如下:

  第一步:按照圖紙完成驅動器和與伺服電機的接線,包括編碼器和霍爾傳感器等;

  第二步:系統上電并在TIA中創建新項目,開始配置電機參數,手動將電機和編碼器參數輸入到配置列表中,主要參數有電機額定電壓,額定轉速,額定扭矩,電機極對數和編碼器分辨率,電機轉動慣量,電感等,如圖4所示。

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圖4 電機參數輸入

  第三步:進行編碼器和霍爾傳感器的測量,以確定編碼器相位、霍爾角等參數。其中霍爾角度的測量是關鍵點,直接影響測試的成敗。測試前需設置霍爾角度初始值,測試過程中注意觀察霍爾相序(U/V/W變化順序),如圖5所示,如相序不正確的檢查或修改傳感器接線(通常需要將W和V的傳感器線反接)。

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圖5 霍爾傳感器相序變化圖

  第四步:編碼器測試成功即可進行旋轉測量,自動測量負載參數并計算出控制參數,同時根據需要完成安全配置,如圖6所示。

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圖6 驅動器安全參數配置

  待參數下載到驅動器后整個測試流程完成,目前測試成功的第三方電機包括步科、精納等10多個電機品牌,取得了預期的效果。

  3 總結

  PDC驅動器以其優良的性能和兼容性,特別適用于生產型AGV的驅動系統,不僅能滿足AGV對驅動系統的所有要求,而且在不增加安全硬件的情況下通過PDC集成的安全功能即可達到安全認證規定(ISO13849)的安全等級,從整體上為客戶降低系統硬件成本費用和維護費用。

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