自动化控制系统解决方案大揭秘！

近年来各个行业对物流系统的综合效率和稳定性的要求不断提高，推动了相关装备制造的技术不断的进步，装备制造品质的提高又加速了物流系统的效率和稳定性的进步。这一正向循环已经开始加速运转，而施耐德电气先进的堆垛机控制系统解决方案也在整个系统中发挥了重要作用。

该解决方案由施耐德电气OEM行业能力中心开发，基于高阶S曲线组合末端振动控制技术和位置控制技术的创新策略，实现堆垛机的更快速，精准和稳定的点到点定位。系统架构如图1所示，硬件由M262/251/241PLC，ATV340/ATV32/LXM32驱动器，GXU触摸屏，以及激光或条码测距组成。控制软件则由5次方S曲线及防摇摆专家库（PTP_AswScv）为核心程序，控制水平提升，货叉完成稳准快的定位功能。

图1

专家库可根据给定的目标位置和速度生产5次方和防摇摆S曲线，用位置闭环控制来消除定位误差。位置反馈通过传感器检测，堆垛机通常为激光测距或条码测距。分项功能如下：

运动控制功能：

juedui位置定位 / 步进（相对位置定位）

5次方加减速曲线和防摇摆

位置环PD和速度前馈

运行时降低或升高目标速度（实现2~3级减速限位）

记录定位运行时长

保护功能：

定位超时

目标位置超过前后极限

反馈位置超过前后极限

位置跟随误差过大

起动反向保护

反馈位置突变

快速停车

速度限幅

故障诊断

其中，提高定位性能的核心还在于5次方速曲线和防摇摆曲线。5次方曲线技术可以平滑加减速过程中的冲击力，从而减小机械的惯性引起的定位过冲。

图2中的蓝色曲线是普通的速度斜坡曲线，在加减速过程中其冲击很大。冲击理论上是蓝色加速度的微分，由于蓝色的加速度上升时间非常短，于是冲击也就非常大。经过5次方S曲线整形的位置和速度输出是金色的曲线，其加速度和冲击都变得光滑，冲击的峰值比速度斜坡曲线降低数倍（具体比例需要在实际工控下测定）。

图2

防摇摆和5次方S曲线的组合则是紫色曲线，防摇摆是根据双脉冲整形理论设计的，将S曲线的一个脉冲分解为两个，传递函数的表达式为：A1+ A2 = A

A：5次方S曲线的脉冲幅值

A1：防摇摆分解的第一个脉冲的幅值

A2：防摇摆分解的第二个脉冲的幅值

A1和A2相差半个机械振动周期，即T/2。

通常，在我们的功能块中激活防摇摆功能，并调试S曲线平滑时间和防摇摆振动周期就能大幅度缩短定位时间，并能获得良好的鲁棒性。这体现在S曲线和防摇摆能适应从3m~40m各种高度的堆垛机，并在各种长短定位距离下都能得到速度和加减速时间的优化，提高定位效率。

为提高定位精度和稳定性，位置闭环控制我们采用经典的PID控制以及速度前馈控制，通常我们在功能块中设置位置环比例增益Kp和速度前馈比例SpdForward就能获得良好的精度。当然，这也得益于ATV340变频器优异的速度环带宽和矢量控制模型，使电机和机械传动机构的实际速度能快速的跟随控制器规划的定位曲线。ATV340变频器还具有精准的制动逻辑控制，可以快速建立开闸力矩并做到零速抱闸，这是保证定位精度的Zui后一环。

Zui后，让我们通过施耐德电气EcoStruxure™ Machine ExpertPLC编程软件中的示波器功能看一下堆垛机在防摇摆开启和关闭时的定位效果。

图3中的定位距离，速度，加速度都相同，可以看到，防摇摆开启后整个定位过程中速度和位置波动都有了很大改善。在定位的末端，位置波动从20mm降低到2mm，减小了90%，减速时间从5.9s缩短到了4.5s，降低了24%。5次方S曲线和防摇摆功能让定位的效率和稳定性得到了质的提高，对机械的结构也起到了很好的保护作用。如果做研究，我们的加速度和电流示波器也可以为有机械的限元分析提供数据，为防摇摆对机械的保护作用做定量分析。