辽宁省锦州市西门子（授权）中国一级代理商-SIEMENS变频器总代理商

基于西门子SINAMICS 系列变频器的主从控制调速方法在环形车上的应用，结合环形车系统的机械结构特点，介绍了SINAMICS G120 系列与S120 系列变频器的不同主从控制调速方法，阐释调试过程中遇到的问题及解决方法。

关键词：环形车；SINAMICS；主从控制

Abstract: Based on the application of master-slave control speed regulation method of Siemens SINAMICS series inverters in the ring shuttle, and combined with the mechanical structure characteristics of the ring suttle system, this paper introduces different master-slave control speed regulation methods of SINAMICS G120 series inverters and S120 series inverters, and explains the problems encountered in the debugging process and the solutions.

Keywords: ring shuttle; SINAMICS; master-slave control

0 引言

随着“工业4.0”、“中国制造2025”等概念的提出，制造业对自动化、智能化生产模式的物流仓储系统的需求量日益增长。环形车系统作为现代化的物流运输和仓储系统的关键设备之一，在搬运方面具有很高的灵活性，正逐渐应用于越来越多的自动化立体仓库中。

本文所阐述的环形车系统已成功应用于宁波公牛电器有限公司自动化立体仓库，目前已稳定运行两年。该系统的应用降低了物流设备的成本，提高了物流系统中托盘货物的输送、拣选效率。

1 工艺设计

1.1 环形车(RGV) 系统主要组成

所述RGV 系统包括环形轨道、行走驱动单元、移载驱动单元和检修区。系统能在两个方向上按照一定的任务进行往复运动（运行、移载）。通过这些运动，完成对托盘货物的入库、出库、拣选等搬运作业。

该RGV 系统在运行方向上采用双电机变频调速控制，因此加速度较大，动态响应性能高于一般的穿梭车，可以快速根据不同的指令将货物准确地送到指定位置。见图1。

图1 环形车3D 图

1.2 控制系统产品选型

在环形车系统主从调速控制中应用的Siemens 产品见表1。

图1 环形车3D 图

2 调速方案分析

2.1 主从控制Zui常见的两种方法

1）直接给定转矩值

主要应用于电机之间是硬连接方式，如齿轮、同轴等，电机之间通过连接器保持相同的转速。此方法使负载保持以稳定的力矩运转，不控制传动设备速度。但是如果负载突然消失，如断带，会造成飞车。

2）速度环饱和转矩限幅

其实质仍是速度控制，对于双闭环控制系统，速度环是外环，电流环是内环，速度环的输出作为电流环的输入。当速度环达到Zui大，速度控制器以Zui大值输出，这时电流环获得Zui大值，变频器控制电机输出Zui大转矩，可通过调节转矩限幅控制输出转矩。

该方法的优势在于当速度环饱和时可通过转矩限幅控制传动设备输出力矩，在出现负载故障时速度环立刻退饱和，速度环起作用，以有效防止飞车。

2.2 系统运行调速分析

环形车系统为达到既定的加速度，使用双电机来驱动车体，实现主从控制。机械结构为主从轴同侧且之间无硬轴连接，在实际运行中，按照要求的加速度车轮和轨道之间很难保证不打滑，故在保证主从轴相同的运行速度以及转矩平均分配的同时，需要选定合适的方法。见图2。

图2 环形车运行轨迹示意图

通过现场重载高速反复试验，选择速度环饱和转矩限幅方法作为Zui终调速方案。该方法可避免特殊情况下可能引发从机飞车的风险，增大了运行安全系数。

3 G120 变频器主从调速方案分析

3.1 G120 变频器主从控制硬件配置简介

ET200S CPU151-8 做主站，两个CU240E-2PN 分别做从站，通过PROFINET 网络连接，主站下发运动控制指令协调两从站的输出。见图3。

图3 硬件配置

3.2 G120 变频器主从控制拓扑结构

ET200S CPU151-8 通过PROFINET 协议与两个CU240E-2PN 通讯，主机与从机之间的转矩值、转速值的通信传递通过模拟量来实现，主机与从机的启停命令通过PROFINET 由CPU151-8 直接给定。见图4。

4 G120 变频器主从控制参数设置与接线

4.1 G120 变频器速度环饱和转矩限幅参数设置

G120 变频器速度环饱和转矩限幅参数设置见表2和表3。

图4 系统网络拓扑图

表2 主变频器参数

表3 从变频器参数