旗舰产品10-轴堆垛机是我们最为复杂的设备。使用在锯木厂流水线上，堆垛机可以在木材切割线切割宽度1-2英尺的中心区域插入称为“隔断”的木制或者铝制分隔层，同时还能沿切割线堆垛木材。

通常，堆垛机的动作是由水力、变速交流电机或者两者的组合来驱动。MoCo公司已经着手考虑一种全电伺服驱动的堆垛机，以提高性能并减少能耗。几年前，我们曾经做过一个试验，它证明了伺服电机在锯木厂的工况下可以很好地工作，但是我们的公司不确定市场是否能够接受这种设备。

新机遇

合二为一

图1：线性可再生电气伺服驱动同步堆垛机旨在减少能耗和对环境的影响。

MOCO ENGINEERING公司

当今时代，不断攀升的能源价格、不断下降的木材价格以及人们对环境的越来越重视，都对木材厂的利润率造成了巨大冲击。为了维持获利，木材厂需要生产效率更高、停机时间更少、具有更先进安全特性、更高能效，以及对环境影响更少的设备。MoCo公司决定是时候向全电伺服驱动设备进军了，它可以给木材厂带来巨大的投资回报。公司的最初尝试是将一台现有的10-轴水利堆垛机系统改造成线性可再生电气伺服驱动同步堆垛机（图1）。“伺服电气概念给我们帮助，使我们得以提供更高的效率和长期成本的削减。”MoCo公司的控制专员Allan Hahn说道，“这台堆垛机减少了能耗，也减少了对环境的影响，它非常适合今天极具挑战性的市场。”

驱动与总线的结合

必须选择合适的器件才能使伺服电气的概念变成现实，为此，MoCo公司与一家当地自动化分销商Northwest Motion (www.nwmotion.com)达成合作关系，实际上，这家公司自从2000年就已经是MoCo公司的供应商了。“最初我们所考虑的供应商是Rockwell Automation公司和Rexroth公司，”Hahn解释道，“我们考虑Rexroth公司是因为我在之前的一家单位使用过他们的器件，所以我很熟悉这些器件，使用起来很方便。但是Northwest Motion公司的一个最大的卖点就是他们提供的后续支持。在第一台设备投运时，他们花了2个星期的时间与我们在一起，随后还在现场总线上给与了我们帮助。我想，我们需要这种程度的售后支持。”

基于已有的伺服设计经验，Northwest Motion公司建议使用IndraDrive系统、IndraDyn伺服电机和具有再生能力的通用直流总线，这样一来，多余的能量就可以从一轴输送至其他轴或者输送回锯木厂的主供电网络。最终的搭配包括配备有用于通过DeviceNet与第三方PLC通讯的CCD控制器的IndraDrive M数字智能伺服驱动、具有IP65外壳防护等级的IndraDyn同步和异步伺服电机，以及具有HMV-R65 kW再生电源供给的通用直流总线。

所有的运动功能和同步都由参量驱动固件控制，而非在驱动层面上的PLC代码或者编程。驱动的同步性由基于以太网的高速SERCOSIII通讯协议控制，同时，也控制设备起重叉、车架、隔断梭、隔断放置器、斜度、后拉和其他动作的同步性。

“我们在系统中增加了Web端口，所以我们可以坐在办公桌前，通过Internet来登录控制系统完成查错，进而完成诊断任务，诸如伺服同步或零点漂移，还可以从驱动中直接读取故障代码。”Hahn说道。

堆垛机比水利设备在产出率上有30-40%的提高。堆垛机可以在12周/分钟的速率和40000磅的负载下操控8英尺的切割宽度。堆垛机接收木材的同时将隔断平均地放置在木材的切割宽度内。随后木材被自动安排并堆垛在主起吊间内，准备送至干燥间。

动作的每个轴遵循其自身的板载电子运动框架集，并且虚拟控制器（VM）控制其完成与其他轴的精确同步。每个驱动器都可以装载VM，而且系统中的任何一个轴可以受系统中任何一个VM的控制。为每个轴同步自由分配和共享VM是系统的关键。驱动器之间的通讯通过Rexroth公司的Cross Communication Drives (CCD)环完成，同步数据通过SERCOS III通讯协议在5e类电缆上传输。

同步堆垛

图2：动作的每个轴遵循其自身的板载电子运动框架集，并且虚拟控制器（VM）控制其完成与其他轴的精确同步。无需限位开关、定时齿轮或者外部编码器，就可以完成轴的定位控制。

操作人员可以轻松调整堆垛机的速度，根据生产情况调整生产率，或者在运行中调整操作模式，以确保独立或同步啮合，或者将轴索引到特定位置。在自动模式下，轴仍旧是电子同步，同时将位置和驱动器状况显示在操作员显示面板上。无需限位开关、定时齿轮或者外部编码器，就可以完成轴的定位控制（图2）。PLC控制器监控系统中所有驱动器的状态，通过顺序关断来防止轴故障。

“使用水利设备的时候，如果你需要按急停开关，你就啮合了其中一个轴，而且你需要牢记它原来的位置。”Hahn说道，“既然所有的东西都与凸轮分开，那么任何一个轴你都可以啮合，而且一旦你将其恢复成自动模式，所有东西都会自动归位。”

在排放之前先回收

伺服系统让设备便于使用，而再生能源总线使伺服电子堆垛机可以节省能源。伺服驱动在任何一个运动周期内使用通用导轨和线性再生能源回收能量。如果需要，堆垛机可以从任何一个运动周期获取能量——不管是水平还是垂直——它还可以与其他轴共享能源。再生能源驱动器可以通过，例如降低起吊间，将能源送回通用能源总线，以使其他驱动器可以使用这些能源。来自不同驱动器的能源可以直接接入主干线。对于典型的水利堆垛机，这种再生能源将会流入电阻库，以热能的形式耗散掉。

MoCo公司已备案的试验证明了能量确实得到节省了。“我们可以在示波器上观察到，”Hahn说道，“我们的试验中，我们为整个伺服系统——共10轴，提供了17A的电源供给，他们电机尺寸取决于系统的尺寸——与75马力的水力设备相比，水力设备约为150A的电源供给。水利设备连续工作，而伺服系统仅在需要的时候才运转。以一天为单位，伺服电机的工作时间仅仅为40%。而且要知道，我们搭建的大多数水利系统都有多个水泵。”功率损耗由水利设备的100-180kW下降到伺服驱动设备的58kW或者更少。堆垛机在10周/分钟的速率下供电电源为35-45A，而水力设备则需要高达270A。

“这个设备可以2班倒，大约16小时/天，”Hahn说道，“在Spokane地区的比率是7.223¢/kWh。”能源损耗降低了40-75%，居查，每年可以节省45000美元。通过将主起吊间降低，线性可再生能源供给可以将大约5kW的能源在数秒的时间内回馈到交流电网。“我们可以那么做，但是我们不。”他解释道，“可再生系统在堆垛机的所有轴之间都有通用总线。”其他的垂直轴也可以节省相应的能源。

诊断和安全

除了节省能源和便于操作，全电气伺服系统可以为诊断和安全提供额外的便利。“我们可以隔离电机中的电流损耗，并快速查错，”Hahn说道，“而且，可以在每个轴上自动监控预设扭矩和扭力限，所以控制系统可以感知空载，并阻止由起吊间掉落而引发的潜在不安全条件（图3）。”

安全链

图3：可以在每个轴上自动监控预设扭矩和扭力限，所以控制系统可以感知空载，并阻止由起吊间掉落而引发的潜在不安全条件。

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任何故障都会立即导致所有驱动装置的快速停止，以避免发生危险，而水力驱动堆垛机则会继续加压，直到气缸触底或损坏。“使用伺服系统的设备可以在慢速模式下轻松重启，方便操作人员检查其他故障，确保系统运转顺畅，”Hahn说道。

从水力到电子的转变颇为顺利，Hahn解释道：“在新设备上培训5天，我们就熟悉了设置、试车和操作。当我们安装新系统时，我们对操作员做设备功能的培训，对维护人员和技工作调零的培训。我们在面板视图中增加了时间标记，方便他们调零。”