无线货架自动控制系统 第4页
第二章 概要理论设计
2.1 组成部分
图2-1 为具有3个移动货架的移动货架系统的基本结构图。如图所示，移动货架系统由仓库管理计算机、地面控制台、机上运动控制柜、移动货架与搬运工具，无线控制模块等主要部分组成。
(1)仓库管理计算机:
仓库管理计算机为移动立体货架仓库系统的上层管理部件，是主要的人机交互部分，它的主要功能为:
库存管理功能 统计、记录库存信息，并能生成仓库日报表、月报表与年报表。能根据安全库存量提示补充库存。
货位管理功能 设置、记录仓库中货物所在位置(货架一货格)，输入货物的名称或者货物代号即可找到货物的存放位置。
出入库处理功能 根据输入的出入库货物名称(代号)，找到货物所在位置，并向相关货架发送控制指令，在货物位置出移出作业通道。
实时监控功能 以图形方式显示各组货架的位置状态与传感器状态、显示作业通道的位置以及作业区周边状况。
(2)地面控制台:
地面控制台为人机交互的备用设备。当仓库管理计算机出现故障时，可通过地面控制台输入(一般采用触摸屏)控制指令，控制仓库中的货架协调运动，移出作业通道。
同样，货架的位置状态与传感器状态、显示作业通道的位置以及作业区周边状况也可以在地面控制台屏幕上显示。
(3)机上运动控制柜:
机上运动控制柜为安装在货架上的运动控制单元，控制货架上的执行部件完成位移动作，同时采集货架上各种传感器的信号，实现安全检测与控制。在自动模式下，运动控制单元可通过串行通讯接口接收控制指令;在手动模式下，可通过控制柜上的按钮控制货架移动。
(4)货架部分:
用于存储物品，货架安装在底座上，底座上有多个轮子，货架可在垂直与通道的方向上自由移动。如图2.1为只有3个移动货架的仓库布局，一般情况下3个货架时紧靠在一起的。当靠近货架1方向的货架2的货物需出库(或入库)时，仓库管理计算机向移动货架2, 3发送移动指令(如图，向下移动)，而货架1保持不动，在货架1与货架2间移出作业通道。
2.1 移动货架系统结构图
2.2 实现功能
左右移动
主控对单机进行操作，先使用主控箱上的上下两个按钮选择哪台分机，这是数码管将相应的显示你想移动的分机，选择完毕，即可以按向右行和向左行两个按钮，对单个货架进行左右移动的操作。按下时相应的货架移动，松开时货架停止移动。这时如果发现货架停止不了，可以反复试着钦按左右移按钮，即可停住。如按左右移的过程中看到左右移禁止的红灯闪亮，则说明该货架被障碍物阻挡住，不能进行左右移的操作。
均等散开
均分操作就是对想移动的货架的右面的货架一起向右移动，移动3－4米的距离，方便取货。先在主控箱上的上下键选择相应的货架，数码管做相应的显示，然后钦动均分键，这时将看到货架按7－选择货架的顺序一起向右移动，数码管按启动顺序进行显示，均分到位，主控向分机发送停止命令，数码管按停止顺序分别显示，均分完成数码管将闪烁5秒钟，均分完毕，你可以进行其它操作。当需要盘点或零星作业时，全部的通道要均匀的散开，在通道内进行作业。
归位操作
按动归位操作按钮，货架将按1－7的顺序向左移动，进行归位，此时将看到数码管按起动顺序1－7显示，如跳不过去，则说明该列货架出现故障。归位快结束时，主控也将对每个货架按1－7的顺序发送停止命令，发送完毕，数码管将闪烁5秒钟，这时归位完毕，你可以进行其它操作.
经常使用的通道或当发生危险时必须打开通道，在按下按纽数秒后此通道会自动打开。
2.3 交流调速驱动方案
(一)货架驱动方案
本系统货架两侧轮子跨度达10米，如果只用一个电机驱动，两侧轮子可采用驱动轴连接。表面上看，采用一个电机驱动可以使两侧轮子的转速完全一致，但是由于货架载荷的不平衡与地面光洁度不一致，货架驱动轮与地面之间并不是纯滚动的，货架又没有导向轨道，所以会导致货架两侧的实际位移不一致。由于只用一个电机，这种位移偏差是不可控的，不能达到纠偏的目的。基于以上原因，本系统不适合采用单电机的驱动方案。本系统货架两侧驱动轮分别采用一个交流电动机单独驱动，电机驱动方式如图2-3所示，图中D1, D2两驱动电机。每个电机采用交流调速，通过适当控制算法实现同步控制。同步控制主要有以下两种方式:
(1)同等控制方式
同等方式是指:需同步的两个执行元件都同时跟踪理想输出值，两个执行元件同时受到控制并达到同步驱动的控制形式。在这种控制方式下，以同等的方式对待每一个控制电机，两台电机分别跟踪用户的给定值，而不是彼此互相跟踪，因此系统跟踪给定值的效果很好。但是因为不同的电机的动态性能不可能完全一样，并且由于受到负载干扰和噪声干扰等诸多因素的影响，各电机的动态性能也是在不断地改变的，所以两台电机之间的精确同步也会受到影响，况且采用同等控制方案会使控制算法变得更复杂。所以同等控制方式并不是最好的选择，应该考虑选择主从式控制方式。
(2)主从控制方式
主从方式是指:需同步的两个执行元件以其中的一个执行元件作为另一个执行元件的跟踪对象，控制另一个执行元件并达到同步驱动的控制形式。即选择系统中的一个电机做为主动电机，另一个电机做为从动电机。主动电机以用户给出的速度和位置给定值作为参考值，在运行过程中紧密地跟踪系统的给定值，而从动电机不是跟踪用户的给定值了，而是以主动电机的速度和位置作为自己的参考值，在运行过程中紧密地跟踪主动电机。采用主从控制方式具有控制算法简单、同步精度高的优点。
(二)交流调速系统概况
交流调速系统，就是以交流电机作为电能—机械能的转换装置，并通过对电能的控制以产生所需的转矩与转速。
交流电动机调速的发展可具体归纳为三个方面:首先，转差频率控制、矢量变换控制和直接转矩控制等新的交流调速理论的诞生，使交流调速有了新的理论基础;其次，GTR, MOSFET, IGBT等为代表的新一代大功率电力电子器件的出现，其开关频率、功率容量都有很大的提高，为交流调速装置奠定了物质基础;再者，微处理器的飞速发展，使交流调速系统许多复杂的控制算法和控制方式能得以实现。
交流异步电动机调速系统种类繁多，常见的有:降电压调速、电磁转差离合器调速、绕线转子异步电机转子串电阻调速、绕线转子异步电机串极调速、变极对数调速、变频调速等等。 按照交流异步电动机的基本原理，从定子传入转子的电磁功率Pm可分为两部分:一部分拖动负载的有效功率P=(1一S)Pm;另一部分是转差功率Ps=SPm，与转差率S成正比。从能量转换的角度上看，转差功率是否增大，是消耗还是得到回收，显然是评价调速系统效率高低的一种标志。从这一点出发，可以把异步电机的调速分为三类:
第一类:转差功率消耗型调速系统—转差功率都换成热能的形式而消耗掉。上述降电压调速、电磁转差离合器调速、绕线转子异步电机转子串电阻调速三种调速方法都属于这一类。这类调速系统的效率最低，而且它是以增加转差功率的消耗来换取转速的降低，越向下调速效率越低。但是，这类系统结构简单，因此还有一定的应用场合。
第二类:转差功率回馈型调速系统一一转差功率的一部分消耗掉，大部分则通过变流装置回馈电网或者转化为机械能量予以利用，转速越低时回收的功率也越多，上述绕线转子异步电机串极调速属于这一类。这类调速系统的效率显然比前一类要高，但增设的交流装置总要消耗一部分功率，因此不及下一类。
第三类:转差功率不变型调速系统一一转差功率中转子铜损的部分是不可避免的，但在这类系统中无论转速高低，转差功率的消耗基本不变，因此效率最高。上述变极对数调速、变频调速属于此类。其中变极对数只能有级调速，应用场合有限。只有变频调速应用最广，可以构成高动态性能的交流调速系统，取代直流调速系统，最有发展前途。
20世纪是变频调速技术由诞生到发展的时代，特别是20世纪90年代以后，IGBT,IGCT(集成门极换向性晶闸管)等新型电力电子器件的发展，DSP(数字信号处理器)和ASIC(专用集成电路技术)的快速发展以及新颖控制理论和技术(磁场定向矢量控制，直接转矩控制等)的完善，使变频调速系统在调速范围、调速精度、动态响应、功率因数、运行效率和使用方便等性能指标超过了直流调速系统，达到了取代直流调速的地步，受到各行业的欢迎，并取得显著的经济效益。目前，变频调速技术以显著的节电效果，优良的调速性能以及广泛的实用性，而成为电器传动的发展主流方向，变频调速技术涉及到电机，电力电子技术，微电子技术，信息技术与控制技术等多个领域。
变频调速的控制方法有:矢量控制、转差频率控制、转差矢量控制、直接转矩控制等。
(三)变频调速的控制方法
异步电动机变频调速系统是异步电动机的变压变频调速系统的简称。由于这种系统在调速时转差功率不变，在各种异步电动机调速系统中效率最高，同时性
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