摘要：位置環增益是決定堆垛機位置跟隨性的參數，電機的響應速度取決于位置環增益，位置環比例系數和積分時間的準確確定，能夠使堆垛機精確而快速定位。本文對堆垛機變頻器位置環和速度環參數調節方法進行分析，以供參考。

　　關鍵詞：堆垛機;變頻器;位置環和速度環

　　引言

　　以鋼廠成品庫物流系統為核心的相關物流設備趨于多元化，市場對于設備技術性能的要求也不斷提高。堆垛機作為鋼廠成品庫物流的重要設備，其本身的穩定性，快速性直接決定成品出入庫作業效率。所以，增大堆垛機運行速度，提高堆垛機運行過程中以及啟動快速制動狀態下的穩定性，是保證成品庫物流系統高效率作業的關鍵因素。

　　機械論文投稿刊物：《機械制造與自動化》1972年創刊，是傳播機械與電氣行業新成果、新技術、新產品、新材料、新工藝、新設備，以及國內外機電行業前沿信息和企業管理、人才培養、教學研究與實踐經驗的綜合性機電技術期刊，也是江蘇省機電行業唯一的集數控、智能化、機電一體化和敏捷制等先進制造技術的技術期刊。

　　1、堆垛機建立故障樹的基本步驟

　　首先，對系統加以了解。需要準備識別系統可能會出現的各種狀態模式，以及其與各個單元狀態之間所存在的對應關系。其次，選擇頂事件。在對相關裝備及材料均熟悉的前提下，把所有故障事件的主次關系給分清楚，并全部列舉出來，然后依據分析的主要目的，將本次分析的頂事件給明確下來。最后，演繹法建立故障樹。利用代號將已經得到明確的頂事件表示于故障樹的頂部矩形框中，把誘發頂事件的所有充分必要的直接原因事件，比如環境、人為因素、軟件環境等，均置于所對應的原因事件代號當中，此后，將故障樹的第2排給畫出來，依據顯示系統當中所羅列的邏輯關系，利用合適的邏輯門聯結頂事件，以及連接直接原因事件，以此類推，不斷向下發展，直至故障樹最后一排的全部原因事件均為基本事件為止。

　　2、變頻器選型

　　變頻器在該系統中負責，以PLC為核心，編程變頻器輸出信號，通過變頻器輸出的信號控制電機的頻率，來調節電機的運行速度。以這種方式控制堆垛機的正向切換、速度調節和啟動停止功能。經過綜合考慮，本文采用三菱變頻器控制堆垛機。

　　堆垛機的行走部分對變頻器有更高要求。因為堆垛機是一種負載運輸機構，所要求的控制系統的負載能力好，性能好，受環境影響低，且能高效準確地驅動電機。因此，選擇了三菱FR-A700系列變頻器。三菱FR-A700系列變頻器是高性能、環境適應性強的矢量控制變頻器，具有中等負荷功能，在重型機械領域很出色，一般在起重機、電梯等負載高的產業領域應用良好。

　　3、做好堆垛機機械結構的強化與處理

　　通過對堆垛機出現的故障進行分析，其最嚴重的故障屬于機械故障，且多發生于堆垛機的行走機構，堆垛機行走機構故障將容易引起堆垛機的強烈振動，從而使堆垛機機械結構磨損加劇，通過對堆垛機進行檢查后發現，堆垛機滑動輪會發生磨損的主要原因是作業過程中的裝置震動，為了有效地解決這個技術性難題，就需要技術人員加大對發生磨損的原因分析，延長行走輪、滑動輪的生命周期，科學界定更換滑動輪的幾何閾值，制定出合理的定期更換期限。通過對某鋼廠成品庫所使用的一批堆垛機行走輪進行拆卸、測量后發現，使用一段時間后的行走輪使用后。

　　圓柱度、直線度都發生了很大的改變，由于重壓的作用導致行走輪的圓柱度改變了3～5倍，從而使堆垛機行走輪在運動過程中與鐵軌之間產生了較大的沖擊，且這一沖擊現象在持續加重，增加了堆垛機行走輪的徑向磨損和徑向振動;堆垛機行走輪的直線度改變，引起了滑動輪軸承振動頻率的大幅度提升，滑動輪界面上也出現了扁平摩擦痕跡，造成了滑面的不平整，這是由于重載和接觸面不平滑導致的，上述磨痕的存在造成了堆垛機滑動輪和運行軌道上出現了不太吻合的情況，加重了堆垛機運行裝置的故障發生率。為了提高堆垛機行走輪的運行效率與運行質量，需要對堆垛機行走輪建立技術檔案，通過記錄堆垛機行走輪的使用時間及定期巡檢所測得的行走輪的圓柱度、直線度等的數據，確定合理的堆垛機行走輪更換時間，保障堆垛機的安全運行。

　　4、變頻器的控制故障點

　　4.1制動單元、制動電阻問題

　　因為根據磁頭動作的狀況，磁頭下降時電機為被拖動狀態，電機處于發電狀態，能量反饋到直流電路，總線電壓上升，變頻器通過制動單元和制動電阻將勢能轉換為熱能消耗，上升時制動單元和制動電阻則只有很小的轉換工作。這個結論與故障的方向性一致，因此，檢查制動電阻和制動裝置的布線，測量制動電阻的阻值，在向下運動時，制動裝置p，n2點的直流電壓(當直流電壓達到制動裝置開啟的狀態時，制動裝置的電源導通，電流通過制動電阻)，檢查制動電阻是否發熱，一系列檢查沒有發現任何問題。

　　4.2速度反饋信號存在干擾。

　　在速度反饋信號的干擾方面，速度檢測的編碼器必須輸入直流24V電源，連接使用5芯的電纜、電源線PGP(+V)、PGM(0V)、反饋信號PA、PB和屏蔽線。旋轉時輸出不同的相位脈沖信號。原來接線通過了中間連接的端子排，測試時決定通過電纜直接連接變頻器和編碼器，減少了中間接線端子排的故障。

　　4.3故障的解決

　　ACL-74B設置基于信號干擾，并在變頻器末端安裝零序反應器以抵抗外部干擾。使用時至少纏繞5圈以上。由于PG線的長度小，故障率低，所以在實際測試中繞3圈，機構下降時異常的聲音和振動發生了很大的變化。默認情況下，根據PG線長度消除接頭和振動。

　　5、位置環系數和速度環系數

　　5.1位置環系數的確定

　　在實際的工業現場，發現多數堆垛機運行效率總是達不到設計目標。通過研究發現很多堆垛機定位時間長，而有些設備則在目標位置過沖，往復較長時間來定位。這就是典型的位置環比例系數和積分時間設置不合理造成的。通過長期的對比實驗，首先提高位置環增益直到在目標位置過沖、往復運動，之后把當前比例系數85%確定為位置環比例系數。確定比例系數后，同樣的方法確定積分時間，減小積分時間讓堆垛機快速定位直到出現過沖時，將當前積分時間的110%確定為位置環積分時間。但是位置環定位還需要確定好堆垛機的靜態窗口大小和時間以及定位窗口大小和時間。當堆垛機運行位置進入靜態窗口后，在設定的定位調節時間內到達定位窗口。

　　5.2速度環系數的確定

　　在保證速度環系統穩定、不振蕩的前提下，適當增大比例增益使速度環響應最快。通過長期研究，提高速度環的比例增益，直至電機發生抖動，然后將此時速度環比例增益系數的85%確定為當前比例系數，即為剛度較好速度環比例增益。速度環積分時間常數對于電機來說為延遲因素，因此設定過大會延長定位時間，使響應性變差。

　　當慣量較大，產生振動時，若不增加積分時間，機械又會出現震動。在實際工作中，設定的比例較小，在定位時雖然偏差脈沖可能會更接近于0，但是達到穩態所需的時間可能會變長。測試發現負載慣量折算到電機軸上的值與電機轉子慣量的倍數越大，速度環積分時間常數的值應增加越大，在確定了速度環比例增益的前提下，減小速度環積分時間，當電機出現震蕩抖動時將此時積分時間的110%確定為積分時間。

　　結束語

　　電機的速度環和位置環比例增益調到出現超調的85%時，電機響應快且不抖動。在確定了比例系數的前提下，把積分時間調到出現震蕩的110%和比例系數剛匹配時，堆垛機相應的運行效率最高。

　　參考文獻

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　　作者：吳同松