转给身边工程师：环形穿梭车控制系统设计细节来了！

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导语

大家好，我是智能仓储物流技术研习社的社长，老K。穿梭车在自动化仓储系统中有大量的应用案例，其中尤其以环形穿梭车的复杂程度为最。今天来给大家分享一则环形穿梭车控制系统的项目实例。

一、项目介绍

1、行业背景：

环形穿梭车的轨道在平面内呈环状布置，轨道内可以循环往复的同时运行多台穿梭车。

环形RGV是从往复式穿梭车发展而来，保持了往复式穿梭车优点的同时，克服了往复式穿梭车模式可能产生的运行瓶颈的缺陷。环形RGV可根据需要既可将托盘进行横向输送，也能进行纵向输送，可以多台同时工作，输送能力较强，不仅提高了搬运能力，还提高了立体仓库系统的整体效率

2. 机型工艺介绍

工艺主要由5部分组成：

地上盘读取WCS命令和小车状态：地上盘系统和轨道内所有小车配置通信报文，读取所有小车的当前位置、任务和状态；
地上盘系统向小车发布命令：地上盘根据任务类型和目标位置，来选择最近且空闲的小车来发布命令，小车也根据收到的命令和自身状态来判定任务的合理性并反馈；
小车运动到指定货站：小车按命令去对应的目标位置，自动根据路径类型以及前方车辆按对应速度行驶；
小车取/放货：小车到位后按命令类型在货站之间进行装卸货；
小车向地上盘系统回复状态：小车完成命令或命令失败后与地上盘系统交互。

二、控制系统构成

1、系统结构网络图：

图系统网络

2、可选方案的比较

1. 低配方案：使用的是RS485通信来读取轨道条码的值，然后通过临时目标位置和当前位置来建立一条速度曲线，通过PLC来计算发送给变频器；

优点：经济；
缺点：通信速率慢，导致速度曲线的值有滞后，会影响定位精度；

2. 高配方案：使用SSI的条码，可将位置环直接置于G120内，免去在PLC中编写复杂的速度曲线；

优点：定位精度高、行走效率高、程序简单；
缺点：价格略高；

二、控制系统完成的功能

1、系能指标：

测试机(主要参数)
最高速度	2m/s
加减速都	2m/s2
定位精度	2mm
小车数量	8

表性能指标

2. 关键及难点部分的调试过程

1. 临时位置的确定

由于旧工艺太过于复杂，且如果再增加弯道数量，分类的情况将成指数量增加，因此并不具有通用性且导致程序过于复杂。

因此开发新的工艺方案，将环形轨道一分为二，将第一个弯道的入弯口到第二个弯的入弯口为一段，第二个弯道的入弯口到第一个弯道的入弯口为另一段，可在入弯前增加一段无货站宽度的缓冲区，用来方便位置计算。按此方法分割后，当目标位置和当前位置在同一个区域内且在当前位置前方时，则可将目标位置作为临时位置，否则，都将该区域的终点作为临时位置，待小车到达缓冲区内时自动进入下一个区域，则再次按同个方法判断确认临时位置，直到满足第一个情况，将目标位置作为临时位置结束。如果增加弯道数，接按此方法分割，即3个弯则分3段，而计算公式则同前。

2. 小车过弯时前后轮同步调试

通过两轴的分别静态识别和速度环优化后，使主从轴的速度环都优化完成，再手动更改主从轴的速度环参数使两轴达到速度同步。

主轴速度力矩曲线

从轴速度力矩曲线

博途中Trace的速度力矩曲线

3. 小车轨道不平减速时造成的后轮脱离轨道反向飞车

3. 控制效果

通过对两轴同步的调试及速度环的恒饱和控制使两轴在直线和弯道之间始终保持同步未出现两轴相互出力的问题。速度曲线调试平缓可精确定位。

四、应用体会

不管是使用的西门子电机还是第三方电机，SIZER都可以根据机械结构和负载状况来选出正确的电机参数，方便大家通过电机参数选择对应的电机；

G120可根据需要组态自由报文通过PLC做枢纽与其他G120通信交换信息完成两轴之间的力矩分配，非常方便；

博途可将小车项目配置导出成GSD文件，并可直接在不同的项目中导入该GSD文件进行网络组态，方便客户以后不同规模的环穿线的修改；

最终小车最高速度可达2.5m/s，定位精度在正负2mm以内，完全达到客户的要求。

五、建议

改进空间：

将环形轨道的条码改成支持SSI通信的条码，这样主轴可直接通过EPOS功能来实现当前位置到临时位置的点到点控制就，这样程序可去除速度曲线的计算，只需通过各条件修改临时目标位置即可，既简化了程序也提高了定位的精度；
组态模态轴，这样可以减少条码在最大值向最小值变化时需要对位置差进行计算的步骤，更加简化了EPOS的使用；
使用S120变频器，通过CU320-2控制单元，可通过内部BICO连接对两轴直接进行负荷分配，跳过了中间PLC的通信问题，可以简化程序并大大提高同步的实时性，使同步效果更加好。

设备之前使用日系方案，采用两变频器同时给启停命令和频率的方式同步，结果导致经常发生一台电机发烫严重；而西门子1200+G120方案，采用Profinet总线实时交换两轴变频器的参数，通过负荷分配的方式完成了两轴的同步功能。

参考文献

[1] G120_CU250S_List_Manual_0917_zh-CHS

[2] G120_CU240BE_List_Manual_0917_zh-CHS

[3] G120_fieldbus_fct_man_0917_zh-CHS

[4] SLC DI RE JSS Sales 付烨辉