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Aufrufe: 0 Autor: Jkongmotor Veröffentlichungszeit: 20.09.2026 Herkunft: Website
Moderne Lager stehen unter ständigem Druck, mehr Waren auf weniger Raum zu lagern, Paletten schneller zu bewegen, Positionierungsfehler zu reduzieren und rund um die Uhr einen zuverlässigen Betrieb aufrechtzuerhalten . Dies ist einer der Gründe, warum automatisierte Lager- und Bereitstellungssysteme ( AS/RS ) in hochdichten Lagerhäusern, in der Fertigungslogistik, in Vertriebszentren und in automatisierten Produktionsanlagen immer wichtiger werden.
Das Herzstück vieler Paletten-Regalbediengeräte ist das Regalbediengerät . Es muss sich horizontal durch einen schmalen Gang bewegen, Lasten vertikal auf verschiedene Regalebenen heben und ein Lastaufnahmegerät bedienen, um Paletten abzusetzen oder abzurufen. Diese Bewegungen müssen genau koordiniert werden. Ein kleiner Positionierungsfehler kann dazu führen, dass eine Palette nicht richtig eingelegt wird, es zu einer Kollision mit dem Regal, unnötigen Korrekturbewegungen oder einem längeren Ein- und Auslagerungszyklus kommt.
Aus diesem Grund ist der Motor der Fahr-, Hub- und Handlingachse nicht nur eine reine Drehkraftquelle. Es ist Teil der Motion-Control-Architektur der Maschine.
Für hochdynamische AS/RS-Anwendungen, AC-Servomotoren können die Kombination aus Drehmoment, Geschwindigkeitsregelung, Rückmeldung, Beschleunigungssteuerung, Positionierungsreaktion und Kommunikation bereitstellen, die zur Koordinierung anspruchsvoller Bewegungsprofile erforderlich ist.
Ein AS/RS-Regalbediengerät , auch Stapelkran, Lager- und Bereitstellungsmaschine (SRM) oder automatisiertes Lager- und Bereitstellungskran genannt , ist eine automatisierte Materialtransportmaschine, die für den Transport von Gütern zwischen Lagerorten und bestimmten Ein-/Ausgabestationen konzipiert ist.
Ein typischer Palettenstaplerkran arbeitet in drei Hauptbewegungsrichtungen:
Horizontale Fahrt entlang der Lagergasse
Vertikales Heben zum Erreichen verschiedener Regalebenen
Lasthandhabung durch eine Teleskopgabel, eine Pendelgabel oder einen anderen Entnahmemechanismus
Die Maschine arbeitet normalerweise mit einem Lagerverwaltungssystem (WMS), einem Lagerleitsystem (WCS), einer SPS, Sensoren, Positionierungsgeräten und Bewegungsantrieben zusammen.
Im Gegensatz zu einem herkömmlichen Gabelstapler ist der Stapelkran so konzipiert, dass er innerhalb eines definierten Gangs arbeitet und automatisierte Ein- und Auslagerungsbefehle mit begrenztem menschlichen Eingriff wiederholt.
Dadurch entstehen ganz andere motorische Anforderungen.
Der Motor muss die Maschine wiederholt beschleunigen, verlangsamen, stoppen, umkehren und neu positionieren, während er wechselnde Lastbedingungen bewältigen muss. Gleichzeitig kann die Kranstruktur hoch und relativ flexibel sein, was bedeutet, dass eine starke Beschleunigung zu Mastvibrationen führen kann, die sich direkt auf die Positionierungsgenauigkeit auswirken.
Untersuchungen zur Dynamik von Regalbediengeräten haben insbesondere hohe dynamische Belastungen und Mastvibrationen als Faktoren identifiziert, die die Maschinenstabilität und Positionierungsgenauigkeit beeinträchtigen können.
Die Grundvoraussetzung klingt einfach: Eine Palette von Punkt A nach Punkt B bewegen.
In der Praxis ist das Bewegungsprofil wesentlich komplizierter.
Ein Stapelkran muss möglicherweise:
Aus dem Stand schnell beschleunigen.
Fahren Sie mit hoher Geschwindigkeit durch einen schmalen Gang.
Verlangsamen Sie die Geschwindigkeit, bevor Sie den Zielort erreichen.
Stoppen Sie innerhalb eines kleinen Positionierungsfensters.
Heben oder senken Sie eine schwere Nutzlast.
Steuern Sie das Aus- und Einfahren der Gabel.
Kompensieren Sie Lastschwankungen.
Wiederholen Sie den gleichen Zyklus tausende Male.
Koordinieren Sie mehrere Achsen ohne übermäßige Vibrationen.
Kommunizieren Sie kontinuierlich mit der Maschinensteuerung und dem Lagerautomatisierungssystem.
Kommerzielle AS/RS-Spezifikationen veranschaulichen, wie anspruchsvoll diese Systeme sein können. Abhängig von der Maschinenkonstruktion können Stapelkrane hohe Fahrgeschwindigkeiten, große Hubgeschwindigkeiten, erhebliche Nutzlasten und Positionierungsanforderungen im Millimeterbereich kombinieren.
Hier kommt der hochdynamischen Servo-Bewegungssteuerung große Bedeutung zu.
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Integrierter Gleichstrom-Servomotor mit Bremse |
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Welle |
Leitspindel |
Modul |
Lineare Bewegung |
Bremse |
Getriebe |
Schneckengetriebe |
Drähte |
Schutzstufe |
Schutzstufe |
Hochdynamische Positionierung bedeutet nicht einfach „schneller vorankommen“.
Bei einem AS/RS-Regalbediengerät bedeutet eine hochdynamische Positionierung, dass der Motor und das Antriebssystem schnell beschleunigen, die Geschwindigkeit präzise steuern, sanft abbremsen, sich an der Zielposition stabilisieren und die Wiederholbarkeit unter sich ändernden mechanischen Bedingungen aufrechterhalten können.
Ein nützlicher Bewegungsablauf kann wie folgt dargestellt werden:
Beschleunigung → Hochgeschwindigkeitsfahrt → Kontrollierte Verzögerung → Feinpositionierung → Positionsbestätigung
Der schwierige Teil ist der Übergang zwischen diesen Phasen.
Bei zu aggressiver Beschleunigung kann der Mast vibrieren.
Wenn die Verzögerung zu spät einsetzt, kann es zu einem Überschwingen des Krans kommen.
Wenn das Drehmoment des Motors nicht ausreicht, kann es sein, dass der Antrieb mit einer schweren Palette oder einer wechselnden Last Probleme hat.
Wenn die Regelung zu langsam reagiert, kann es sein, dass die Maschine zusätzliche Korrekturbewegungen benötigt.
Wenn die Rückkopplungsauflösung unzureichend ist, stehen der Steuerung weniger Informationen zur Verfügung, mit denen sie die tatsächliche Wellenposition bestimmen kann.
Das Ziel ist also nicht die Höchstgeschwindigkeit an sich. Das Ziel ist ein hoher Durchsatz mit kontrollierter Bewegung und vorhersehbarer Positionierung.
Für anspruchsvolle Stapelkrananwendungen bieten AC-Servomotoren mehrere Eigenschaften, die den Anforderungen automatisierter Bewegungen gerecht werden.
Ein Servomotor arbeitet normalerweise mit der Rückmeldung eines Encoders oder eines anderen Positionssensors.
Der Controller kann die Sollposition mit der tatsächlichen Motorposition vergleichen und die Motorreaktion kontinuierlich anpassen.
Diese Closed-Loop-Architektur unterscheidet sich grundlegend vom einfachen Anlegen einer festen Spannung oder Frequenz an einen herkömmlichen Motor.
Bei AS/RS-Geräten ist Feedback besonders nützlich bei:
Positionierung
Beschleunigung
Verzögerung
Betrieb mit niedriger Geschwindigkeit
Umkehrung
Heimkehr
Lastvariation
Feine Positionierung
Einige industrielle Servosysteme unterstützen auch zusätzliche Rückkopplungskanäle für eine präzisere Regelung und Kompensation mechanischer Mängel wie Spiel und Flexibilität.
Ein AS/RS-System erzielt Produktivität durch Zykluszeit.
Je schneller der Kran einen Ein- oder Auslagerungszyklus abschließen kann, ohne die Stabilität zu beeinträchtigen, desto mehr Transaktionen kann das Lager möglicherweise verarbeiten.
Ein AC-Servosystem kann für eine kontrollierte Beschleunigung und Verzögerung konfiguriert werden, anstatt einfach zwischen voller Geschwindigkeit und Stopp umzuschalten.
Dadurch können Ingenieure ein Bewegungsprofil rund um die mechanischen Eigenschaften des Krans erstellen.
Zum Beispiel:
0 → Beschleunigung → schnelle Fahrt → kontrollierte Verzögerung → langsame Annäherung → Stopp
Die genauen Werte hängen von Kranaufbau, Nutzlast, Getriebe, Raddurchmesser, Hubmechanismus, Zahnstangengeometrie und Sicherheitsanforderungen ab.
Ein Regalbediengerät arbeitet nicht immer unter der gleichen mechanischen Belastung.
Eine Fahrachse darf sich bewegen:
Ein leerer Ladungsträger
Ein teilweise beladener Träger
Eine volle Palette
Eine Palette mit einer außermittigen Ladung
Noch größere Veränderungen erfährt die Hubachse, da der Motor die Schwerkraft und das mechanische Übertragungssystem überwinden muss.
Aus diesem Grund sollten bei der Motorauswahl Dauerdrehmoment, Spitzendrehmoment, Beschleunigungsdrehmoment, Trägheit, Getriebeübersetzung, Arbeitszyklus und Bremsanforderungen berücksichtigt werden , anstatt sich nur auf die Motornennleistung zu verlassen.
Durch die Hochgeschwindigkeitsfahrt kommt der Kran nah an sein Ziel.
Die Steuerung bei niedriger Geschwindigkeit bringt ihn in die richtige Position.
Daher ist die abschließende Positionierungsphase äußerst wichtig.
Ein gutes Servosystem kann eine kontrollierte Bewegung bei niedriger Geschwindigkeit aufrechterhalten und einen reibungslosen Übergang von der Hochgeschwindigkeitsfahrt zur Feinpositionierung ermöglichen.
Dies reduziert die Notwendigkeit abrupter Stopps und wiederholter Korrekturbewegungen.
Eine große Herausforderung bei Hochregallagerkränen sind mechanische Vibrationen.
Ein hoher Mast ist nicht vollkommen steif. Schnelle Beschleunigung und Verzögerung können Strukturmodi anregen.
Die resultierende Schwingung kann die Einschwingzeit verlängern und die Endposition instabiler machen.
Servosysteme können Vibrationsunterdrückung, Resonanzkompensation, Kerbfilterung und sorgfältig abgestimmte Beschleunigungsprofile umfassen , um die Anregung mechanischer Resonanzen zu reduzieren.
Moderne Servoplattformen bieten explizit Vibrations- und Resonanzunterdrückungsfunktionen für Motion-Control-Anwendungen.
Allerdings kann eine Servoabstimmung eine falsch konstruierte mechanische Struktur nicht ausgleichen. Motor, Getriebe, Rad, Mast, Lastträger, Encoder und Steueralgorithmus müssen als ein System betrachtet werden.
Bei der Auswahl eines AC-Servomotors für einen AS/RS-Regalbediengerät empfehlen wir, das gesamte Antriebssystem zu bewerten und nicht nur die Motorleistung zu berücksichtigen.
Die Encoderauflösung wirkt sich direkt auf die Menge der Positionsinformationen aus, die der Steuerung zur Verfügung stehen.
Für anspruchsvolle Anwendungen sollten Käufer Folgendes bewerten:
Encoder-Auflösung
Absolutes oder inkrementelles Feedback
Single-Turn- oder Multi-Turn-Fähigkeit
Kommunikationsprotokoll
Feedback-Antwort
Umweltbeständigkeit
Kabellänge und Installationsanforderungen
Der richtige Encoder hängt von der Maschinenarchitektur und der Positionierungsmethode ab.
Das Spitzendrehmoment ist wichtig bei:
Kranbeschleunigung
Heben von Lasten
Rasche Umkehr
Notgesteuerte Verzögerung
Schwerlastanlauf
Dynamische Lastwechsel
Der Motor sollte nicht ausschließlich auf der Grundlage der Nennbetriebsbedingungen ausgewählt werden.
Die Fahrachse erfordert möglicherweise eine hohe Drehzahl bei gleichzeitig stabilem Drehmoment und stabiler Rückmeldung.
Mithilfe eines Getriebes kann die Motordrehzahl in die erforderliche Raddrehzahl und das erforderliche Drehmoment umgewandelt werden.
Die richtige Kombination ist daher:
Servomotor + Getriebe + Rad + mechanische Last + Steuerprofil
anstatt einfach einen Hochgeschwindigkeitsmotor auszuwählen.
Eine stabile Geschwindigkeit ist wichtig, da eine inkonsistente Geschwindigkeit den Zeitpunkt der Verzögerung und Positionierung beeinflusst.
Ein Servoantrieb kann den Motor entsprechend der befohlenen Geschwindigkeit und dem Rückmeldungssignal kontinuierlich regeln.
Bei automatisierten Lagersystemen ist die Positionskontrolle von zentraler Bedeutung für die Anwendung.
Der Controller kann Folgendes befehlen:
Absolute Position
Relative Bewegung
Referenzfahrt
Geschwindigkeitsprofil
Beschleunigung
Verzögerung
Positionstoleranz
Der Servoantrieb übersetzt diese Befehle dann in Motordrehmoment und -geschwindigkeit.
Ein AS/RS-Kran kommuniziert in der Regel mit einer übergeordneten Steuerungsarchitektur.
Abhängig vom System können Ingenieure Kommunikationsschnittstellen bewerten wie:
EtherCAT
CANopen
PROFINET
Modbus
EtherNet/IP
Puls und Richtung
Die richtige Schnittstelle hängt von der SPS, dem Motion Controller, der Sicherheitsarchitektur und dem Systemintegrator ab.
Vertikale Hebeanwendungen erfordern besondere Aufmerksamkeit beim Bremsen.
Möglicherweise ist eine Motorbremse erforderlich, um eine schwebende Last zu halten, wenn die Stromversorgung unterbrochen wird.
Dies ist besonders wichtig, da Safe Torque Off (STO) selbst eine schwebende Last nicht mechanisch hält . STO verhindert, dass dem Motor drehmomenterzeugende Energie zugeführt wird; Je nach System kann eine zusätzliche mechanische Haltebremse oder ein anderer Lasthaltemechanismus erforderlich sein.
Diese Unterscheidung sollte in der Entwurfsphase der Mechanik und der funktionalen Sicherheit berücksichtigt werden.
Beginnen Sie mit der tatsächlichen Anwendung und nicht mit dem Motorkatalog.
Berechnen:
Gesamte bewegte Masse
Maximale Palettenmasse
Raddurchmesser
Getriebeübersetzung
Rollwiderstand
Beschleunigungsanforderung
Gegebenenfalls Neigung
Übertragungseffizienz
Reflektierte Trägheit
Erforderlicher Arbeitszyklus
Berücksichtigen Sie für die Hubachse die Schwerkraftkomponente und die Effizienz des Hubmechanismus.
Eine vereinfachte Drehmomentbeziehung kann ausgedrückt werden als:
T = F × r / η
Wo:
T = erforderliches Abtriebsdrehmoment
F = erforderliche Kraft
r = effektiver mechanischer Radius
η = Übertragungseffizienz
Bei der endgültigen Motorauswahl sollten auch das Beschleunigungsmoment und ein angemessener technischer Spielraum berücksichtigt werden.
Die Trägheit des Motors ist wichtig, da der Servo sowohl die Last als auch seinen eigenen Rotor beschleunigen muss.
Ein zu großes Trägheitsverhältnis kann die Abstimmung des Systems erschweren.
Bei einem zu kleinen Motor kann es sein, dass die Drehmomentreserve nicht ausreicht.
Das Ziel ist eine ausgewogene Kombination aus:
Motorträgheit + Getriebeübersetzung + reflektierte Lastträgheit
Bei hochdynamischen Anwendungen ist die Trägheitsanpassung oft genauso wichtig wie die Nennleistung.
Das Getriebe verändert das Verhältnis zwischen Motordrehzahl und Ausgangsdrehmoment.
Ein höheres Untersetzungsverhältnis sorgt im Allgemeinen für ein größeres Ausgangsdrehmoment und eine niedrigere Ausgangsgeschwindigkeit.
Ein niedrigeres Untersetzungsverhältnis kann eine höhere Ausgangsgeschwindigkeit unterstützen.
Das richtige Verhältnis sollte daher ermittelt werden aus:
Erforderliche Radgeschwindigkeit + erforderliche Fahrgeschwindigkeit + erforderliche Beschleunigung + verfügbare Motorgeschwindigkeit + Lastmoment
Bei Hubwerken müssen zusätzlich Getriebe und Bremssystem auf Lasthaltigkeit und Sicherheit geprüft werden.
Ein einfaches Trapezprofil kann zu abrupten Beschleunigungsänderungen führen.
Ein S-Kurvenprofil verändert allmählich die Beschleunigung und Verzögerung.
Dies kann helfen, Folgendes zu reduzieren:
Mechanischer Schock
Palettenbewegung
Mastvibration
Radschlupf
Aufprall auf das Getriebe
Eingewöhnungszeit
Die S-Kurvensteuerung wird bereits in Bewegungssystemen von Regalbediengeräten eingesetzt, um eine gleichmäßigere Beschleunigung und Verzögerung zu erreichen.
Bei hohen Stapelkranen kann dies besonders wertvoll sein, da die mechanische Struktur möglicherweise eine relativ niedrige Eigenfrequenz aufweist.
Eine praktische Positionierungsstrategie kann zwei Stufen umfassen.
Grobe Positionierung:
Der Kran fährt schnell auf das Ziel zu.
Feinpositionierung:
Das Servo reduziert die Geschwindigkeit und nähert sich der Endkoordinate mit größerer Kontrolle.
Dadurch wird verhindert, dass die Maschine versucht, gleichzeitig maximale Geschwindigkeit und maximale Präzision zu erreichen.
Der endgültige Ansatz kann einen kleineren Geschwindigkeitsbefehl und eine engere Positionstoleranz verwenden.
Der Servo-Encoder teilt dem Antrieb mit, was an der Motorwelle passiert.
Allerdings ist die Motorwelle nicht dasselbe wie die endgültige physische Position der Palette.
Mechanische Faktoren wie:
Getriebespiel
Radschlupf
Elastizität des Riemens
Kettendehnung
Mastauslenkung
Strukturelle Vibration
Lastbewegung
kann zu Fehlern zwischen der Motorposition und der tatsächlichen Maschinenposition führen.
Aus diesem Grund kombinieren AS/RS-Systeme üblicherweise Encoderinformationen mit Positionierungstechnologien wie Barcode-Positionierung, Laser-Abstandsmessung, fotoelektrischen Sensoren oder anderen externen Referenzsystemen . Beispiele für kommerzielle AS/RS-Architekturen verwenden Kombinationen aus Encoder und Laser- oder Barcode-Positionierung für die Positionierung auf Millimeterebene.
Einer der wichtigsten Punkte beim AS/RS-Bewegungsdesign ist, dass die Servogenauigkeit nicht automatisch mit der Maschinengenauigkeit übereinstimmt.
Angenommen, ein Encoder sorgt für eine hochpräzise Rückmeldung an der Motorwelle.
Wenn das Getriebe Spiel hat, das Rad durchrutscht oder sich der Mast unter Last durchbiegt, kann die tatsächliche Palettenposition dennoch von der berechneten Motorposition abweichen.
Daher sollte die Positionierungskette wie folgt betrachtet werden:
Motor → Getriebe → Getriebe → Rad/Hebemechanismus → Kranstruktur → Last
Jedes mechanische Element kann zum endgültigen Positionierungsfehler beitragen.
Für Anwendungen mit hoher Genauigkeit werden die besten Ergebnisse durch die Kombination von Folgendem erzielt:
Hochleistungs-Servosteuerung + mechanische Präzision + externe Positionierungsrückmeldung + optimierte Bewegungsprofile.
Mastvibrationen sind eine der größten Herausforderungen bei der Erhöhung der Fahrgeschwindigkeit eines AS/RS-Regalbediengeräts. Ein Stapelkran hat normalerweise einen hohen und relativ schlanken Mast, sodass schnelle Beschleunigung, Verzögerung, plötzliche Richtungsänderungen und ungleichmäßige Lastverteilung strukturelle Vibrationen hervorrufen können. Wenn die Vibration nicht kontrolliert wird, benötigt der Kran möglicherweise eine zusätzliche Einschwingzeit, bevor die Last korrekt ein- oder ausgelagert werden kann.
Aus diesem Grund geht es bei der Konstruktion eines Hochgeschwindigkeits-AS/RS nicht einfach nur um die Auswahl einer höheren Drehzahl AC-Servomotor . Servomotor , Antrieb, Getriebe, mechanische Struktur, Encoder, Bewegungsprofil und Positionierungssystem müssen zusammenarbeiten.
Eine der wirksamsten Möglichkeiten, Mastvibrationen zu reduzieren, besteht darin, abrupte Beschleunigungsänderungen zu vermeiden.
Ein herkömmliches Bewegungsprofil kann eine relativ aggressive Beschleunigung und Verzögerung anwenden. Wenn ein großer Kran plötzlich seine Beschleunigung ändert, kann die resultierende Trägheitskraft die Eigenfrequenz des Mastes anregen.
Stattdessen S-Kurven-Beschleunigungs- und Verzögerungsprofil die Beschleunigung allmählich. verändert ein
Ein typischer Bewegungsablauf wird zu:
Beschleunigung → Fahren mit konstanter Geschwindigkeit → Kontrollierte Verzögerung → Positionierung bei niedriger Geschwindigkeit → Stopp
Anstatt den Kran so schnell wie möglich mechanisch zu stoppen, besteht das Ziel darin, die kürzeste praktische Zykluszeit zu erreichen und gleichzeitig die Strukturschwingungen in einem akzeptablen Bereich zu halten.
Dieser Ansatz kann Folgendes reduzieren:
Mastschwingung
Mechanischer Schock
Palettenbewegung
Radschlupf
Aufprall auf das Getriebe
Positionsüberschreitung
Einschwingzeit nach dem Stopp
Der AC-Servomotor sollte entsprechend den tatsächlichen mechanischen Eigenschaften des Stapelkrans abgestimmt werden.
Ein Servosystem mit übermäßig aggressiven Verstärkungseinstellungen reagiert möglicherweise schnell auf Positionsfehler, die höhere Steuerungsreaktion kann jedoch auch mechanische Resonanzen hervorrufen.
Umgekehrt können zu konservative Einstellungen dazu führen, dass sich der Kran langsam anfühlt und die Positionierzeit verlängert wird.
Der Servo-Tuning-Prozess sollte daher Folgendes berücksichtigen:
Positionsregelkreisverstärkung
Geschwindigkeitsregelkreisverstärkung
Drehmomentreaktion
Trägheitsverhältnis
Resonanzfrequenz
Lasteigenschaften
Beschleunigung und Verzögerung
Mechanische Steifigkeit
Ziel ist es, ein Gleichgewicht zwischen schneller Reaktion und stabiler Bewegung zu erreichen.
Jede mechanische Struktur hat Eigenfrequenzen, bei denen die Wahrscheinlichkeit größer ist, dass sie vibriert.
Mast, Getriebe, Radbaugruppe, Lastplattform und andere mechanische Komponenten können unterschiedliche Resonanzeigenschaften erzeugen.
Moderne AC-Servoantriebe bieten möglicherweise Funktionen wie Kerbfilter, Resonanzunterdrückung, Vibrationsunterdrückung und adaptive Abstimmung.
Ein Sperrfilter kann die Reaktion des Servosystems um eine problematische Resonanzfrequenz reduzieren und so verhindern, dass der Regelkreis die mechanische Struktur kontinuierlich anregt.
Softwarefilterung sollte jedoch nicht als Ersatz für Maschinenbau betrachtet werden.
Wenn der Mast nicht ausreichend steif ist, die Last schlecht verteilt ist oder der Antriebsstrang zu viel mechanisches Spiel aufweist, kann eine Servoabstimmung allein Vibrationen nicht vollständig beseitigen.
Das Verhältnis zwischen Motorträgheit und reflektierter Lastträgheit hat einen direkten Einfluss auf das dynamische Verhalten.
Wenn die Lastträgheit im Verhältnis zum Motor zu groß ist, benötigt das Servosystem möglicherweise mehr Drehmoment, um die gewünschte Beschleunigung zu erreichen. Die Reaktion kann langsamer werden und die Abstimmung kann schwieriger werden.
Das Getriebe verändert die auf den Motor zurückgestrahlte Trägheit. Daher sollten Motorauswahl und Getriebeauswahl gemeinsam durchgeführt werden.
Die technische Berechnung sollte Folgendes berücksichtigen:
Motorträgheit + Getriebeübersetzung + reflektierte Lastträgheit + Beschleunigungsanforderung
Bei einer AS/RS-Fahrachse sollte die Berechnung die gesamte bewegte Masse einbeziehen und nicht nur das Palettengewicht.
Die bewegte Masse kann umfassen:
Kranstruktur
Mast
Beladungswagen
Gabelmechanismus
Palette
Produkt
Kabelsystem
Rad- und Getriebekomponenten
Eine höhere Beschleunigung kann die Zeit bis zum Erreichen der maximalen Fahrgeschwindigkeit verkürzen, aber auch die mechanischen Vibrationen verstärken.
Dadurch entsteht eine wichtige Unterscheidung zwischen Höchstgeschwindigkeit und Nutzgeschwindigkeit.
Beispielsweise kann ein Kran technisch gesehen eine sehr hohe Fahrgeschwindigkeit erreichen, aber wenn er nach Erreichen der Zielposition eine lange Zeit zum Einschwingen benötigt, verbessert sich die Gesamtzykluszeit möglicherweise nicht.
Ein besseres Optimierungsziel ist:
Hohe Fahrgeschwindigkeit + kontrollierte Beschleunigung + sanfte Verzögerung + kurze Einschwingzeit
Mit anderen Worten: Der schnellste AS/RS-Kran ist nicht unbedingt derjenige mit der höchsten maximalen Drehzahl. Es ist diejenige, die den gesamten Lager- oder Bereitstellungszyklus effizient abschließen kann.
Die Verzögerungsphase ist besonders wichtig für Mastvibrationen.
Wenn die Verzögerung zu spät einsetzt, muss der Kran in der Nähe des Zielorts möglicherweise stark bremsen. Dadurch kann eine erhebliche dynamische Belastung des Mastes entstehen.
Beginnt die Verzögerung zu früh, fährt der Kran zu lange mit niedriger Geschwindigkeit.
Ein gut abgestimmtes Servosystem kann die Positionsrückmeldung vom Encoder und der Bewegungssteuerung nutzen, um zu bestimmen, wann von der Hochgeschwindigkeitsfahrt zur kontrollierten Verzögerung übergegangen werden muss.
Ziel ist es, einen vorhersehbaren Ansatz zu schaffen:
Hochgeschwindigkeitsfahrt → sanfte Verzögerung → langsame Annäherung → präziser Stopp
Dies reduziert die Notwendigkeit wiederholter Korrekturbewegungen, nachdem der Kran das Ziel erreicht hat.
Mastvibrationen werden nicht allein durch den Motor verursacht.
Die Position und Verteilung der Nutzlast kann die Krandynamik maßgeblich beeinflussen.
Eine schwere oder ungleichmäßig verteilte Palette kann den effektiven Schwerpunkt verändern und die Schwingung beim Beschleunigen und Abbremsen verstärken.
Aus diesem Grund sollten AS/RS-Designer Folgendes berücksichtigen:
Maximale Nutzlast
Mindestnutzlast
Leerwagenbetrieb
Schwerpunkt der Nutzlast
Palettenabmessungen
Ladungsstabilität
Gabelverlängerung
Ladehöhe
Das Servobewegungsprofil muss möglicherweise für den ungünstigsten dynamischen Zustand und nicht nur für die Nennnutzlast optimiert werden.
Sogar ein Ein leistungsstarker AC-Servomotor kann übermäßiges mechanisches Spiel nicht unbegrenzt ausgleichen.
Spiel im Getriebe oder Getriebe kann zu einem Unterschied zwischen der Motorbewegung und der tatsächlichen Kranbewegung führen.
Mögliche Quellen sind:
Getriebespiel
Lose Kupplungen
Abstand zwischen Rad und Schiene
Lager verschlissen
Elastizität der Kette oder des Riemens
Strukturelle Verbindungen
Montagetoleranzen
Wenn der Motor die Drehrichtung ändert, können diese mechanischen Abstände plötzlich vergrößert werden, was zu einem kleinen Stoß oder einer Positionierungsstörung führen kann.
Daher können spielarme Getriebekomponenten und eine mechanisch steife Lagerung für hochdynamische AS/RS-Anwendungen wichtig sein.
Der Servo-Encoder misst hauptsächlich die Motorwelle.
Die tatsächliche Position des Krans wird jedoch durch die komplette mechanische Übertragung bestimmt.
Zwischen Motor und Last können sein:
Motor → Getriebe → Kupplung → Rad → Schiene → Kranstruktur → Last
Jede Komponente kann einen kleinen Fehler verursachen.
Für hochgenaue AS/RS-Anwendungen kann der Servo-Encoder daher mit externen Positionierungstechnologien kombiniert werden wie:
Laserpositionierung
Barcode-Positionierung
Absolute Positionierungssysteme
Näherungssensoren
Endschalter
Referenzmarkierungen
Dadurch kann das Steuerungssystem zwischen Motorposition und tatsächlicher Maschinenposition unterscheiden.
Einer der nützlichsten Indikatoren für eine hochdynamische Positionierung ist die Einschwingzeit.
Angenommen, zwei Regalbediengeräte fahren beide mit der gleichen Geschwindigkeit.
Kran A erreicht das Ziel, schwingt aber noch 0,8 Sekunden lang weiter.
Kran B erreicht das Ziel und kommt innerhalb von 0,2 Sekunden zur Ruhe.
Obwohl ihre maximalen Fahrgeschwindigkeiten identisch sind, kann Kran B potenziell eine kürzere Gesamtzykluszeit erreichen.
Aus diesem Grund sollten AS/RS-Ingenieure Folgendes bewerten:
Reisezeit
Beschleunigungszeit
Verzögerungszeit
Positionierungszeit
Eingewöhnungszeit
Betätigungszeit der Gabel
Lastübertragungszeit
anstatt sich nur auf die Nenndrehzahl des Motors zu konzentrieren.
Die effektivste Lösung ist in der Regel eine Kombination mehrerer Maßnahmen und nicht eine einzige Technologie.
Eine praktische Hochgeschwindigkeits-AS/RS-Bewegungsstrategie kann Folgendes umfassen:
Hochleistungs-AC-Servomotor
↓
Hochauflösendes Encoder-Feedback
↓
Korrekte Getriebe- und Trägheitsanpassung
↓
S-Kurven-Beschleunigung/Verzögerung
↓
Optimierung der Servoverstärkung
↓
Resonanzunterdrückung
↓
Externe Positionierungsrückmeldung
↓
Feinpositionierungs- und Absetzkontrolle
Dieser Ansatz auf Systemebene verhilft dem Regalbediengerät zu einer höheren dynamischen Leistung, ohne die mechanische Belastung unnötig zu erhöhen.
Servotechnik kann das dynamische Verhalten eines AS/RS-Regalbediengeräts verbessern, grundlegende mechanische Probleme jedoch nicht vollständig lösen.
Bevor die Servoverstärkung oder Beschleunigung erhöht wird, sollten Ingenieure Folgendes überprüfen:
Maststeifigkeit
Schienenausrichtung
Radzustand
Lagerzustand
Getriebespiel
Kupplungsausrichtung
Lastverteilung
Strukturelle Verbindungen
Kabelbewegung
Mechanische Resonanz
Wenn Vibrationen nur bei einer bestimmten Geschwindigkeit auftreten, kann dies ein nützlicher Hinweis darauf sein, dass sich das System einer mechanischen Resonanz nähert.
In solchen Fällen kann die richtige Lösung eine Kombination aus mechanischer Verstärkung, Geschwindigkeitsprofilanpassung, Resonanzfilterung und Servo-Neuabstimmung umfassen.
Ein nützliches technisches Prinzip ist:
Geringere Vibration = richtige mechanische Steifigkeit + korrekte Trägheitsanpassung + kontrollierte Beschleunigung + optimierte Servoabstimmung + genaue Positionsrückmeldung
Bei Hochgeschwindigkeits-Regalbediengeräten besteht das Ziel nicht darin, jede physische Bewegung zu eliminieren. Vielmehr geht es darum, die dynamische Reaktion so gut zu steuern, dass der Kran schnell, sicher und wiederholbar die Zielposition erreicht.
Wenn ein AC-Servomotor richtig auf die Last, das Getriebe, den Encoder und das Steuerungssystem des Krans abgestimmt ist, kann die Maschine eine bessere Balance zwischen hoher Fahrgeschwindigkeit, gleichmäßiger Bewegung, Positionierungsgenauigkeit und kurzer Einschwingzeit erreichen.
Für AS/RS-OEMs ist dies letztendlich der Schlüssel zur Steigerung der dynamischen Leistung, ohne einfach nur die Motorleistung zu erhöhen oder den Kran dazu zu zwingen, über seine mechanischen Grenzen hinaus zu arbeiten.
Vor dem Kauf eines AC-Servomotors für ein Regalbediengerät empfehlen wir, die folgenden Parameter zu überprüfen.
Auswahlfaktor |
Was zu bewerten ist |
|---|---|
Motorleistung |
Kontinuierlicher und anwendungsspezifischer Leistungsbedarf |
Nenndrehmoment |
Dauerbetriebsdrehmoment |
Spitzendrehmoment |
Beschleunigungs- und Übergangslastanforderungen |
Nenngeschwindigkeit |
Erforderliche Fahr- bzw. Hubgeschwindigkeit |
Höchstgeschwindigkeit |
Anforderungen an Hochgeschwindigkeitsreisen |
Encoder |
Auflösung, Feedbacktyp, absolut/inkremental |
Getriebe |
Übersetzung, Abtriebsdrehmoment, Spiel, Wirkungsgrad |
Bremse |
Erforderlich für vertikale/hängende Lasten |
Kommunikation |
EtherCAT, CANopen, PROFINET usw. |
Steuermodus |
Positions-, Geschwindigkeits-, Drehmoment- oder kombinierte Steuerung |
Beschleunigung |
Erforderliche dynamische Reaktion |
Verzögerung |
Stopp- und Positionierungsanforderungen |
Arbeitszyklus |
Kontinuierlicher, intermittierender oder hoher Zyklusbetrieb |
Umfeld |
Temperatur, Staub, Vibration, Einbaubedingungen |
Sicherheit |
STO und maschinenspezifische Sicherheitsfunktionen |
Rückmeldung |
Encoder plus externe Positionssensoren |
Anpassung |
Welle, Flansch, Kabel, Stecker, Bremse, Getriebe |
Standardmotoren aus dem Katalog sind nicht immer die effizienteste Lösung für ein Regalbediengerät.
Ein AS/RS-Hersteller benötigt möglicherweise einen Motor mit einem bestimmten:
Montageflansch
Wellenabmessung
Getriebeschnittstelle
Bremskonfiguration
Encoder
Kabelausgang
Stecker
Kommunikationsschnittstelle
Nennspannung
Drehmomentbereich
Schutzstufe
Einbauausrichtung
Besonders wichtig ist die mechanische Schnittstelle.
Ein Motor verfügt möglicherweise über ausreichende Leistung, ist jedoch dennoch schwierig zu installieren, da seine Einbaumaße oder Wellenkonfiguration nicht zum vorhandenen Antriebsstrang passen.
Bei OEM-Projekten kann die Anpassung des Motors daher den Neukonstruktionsaufwand reduzieren und die Integration des Servosystems in den gesamten Kran erleichtern.
Ein häufiger Fehler besteht darin, zu glauben, dass höhere Geschwindigkeit automatisch eine höhere Produktivität bedeutet.
In einem echten AS/RS-System hängt der Durchsatz vom gesamten Zyklus ab.
Ein vereinfachter Zyklus kann Folgendes umfassen:
Fahren → Verzögerung → Positionierung → Gabelausfahren → Lastübertragung → Einfahren der Gabel → Fahren → Heben → Positionierung
Wenn der Kran schneller fährt, aber eine lange Eingewöhnungszeit am Zielort benötigt, bringt die theoretische Geschwindigkeitssteigerung möglicherweise nur wenig praktischen Nutzen.
Eine bessere Strategie besteht darin, Folgendes zu optimieren:
Beschleunigung
Verzögerung
Positionierung
Eingewöhnungszeit
Gabelbewegung
Aufzugssynchronisation
Lastübertragung
Kommunikationslatenz
Sensorreaktion
Bewegungskoordination
Aus diesem Grund ist eine Hochleistungs-Servosteuerung wertvoll: Sie berücksichtigt das dynamische Verhalten des gesamten Bewegungszyklus , nicht nur die maximale Drehzahl.
Ein AS/RS-Regalbediengerät führt nicht nur eine Bewegung aus. Es muss durch den Lagergang fahren, die Last auf verschiedene Regalebenen heben und die Gabel präzise aus- oder einfahren, um einen Einlagerungs- oder Entnahmezyklus abzuschließen.
Obwohl diese drei Bewegungen Teil derselben Maschine sind, sind ihre motorischen Anforderungen unterschiedlich. Die horizontale Fahrachse legt Wert auf dynamische Beschleunigung und präzises Anhalten, die Hubachse erfordert ein hohes Drehmoment und zuverlässiges Halten der Last, während die Gabelachse auf kompakte Integration und wiederholbare Positionierung Wert legt.
Aus diesem Grund ist die Auswahl einer Standard-AC-Servomotorkonfiguration für jede Achse nicht immer der praktischste Ansatz. Motor, Getriebe, Encoder, Bremse, Antrieb und Bewegungsprofil sollten auf die spezifischen Anforderungen jeder Achse abgestimmt sein.
Die horizontale Fahrachse bewegt das Regalbediengerät entlang der Lagergasse. In vielen Hochgeschwindigkeits-AS/RS-Systemen ist dies eine der anspruchsvollsten Bewegungsachsen, da der Motor eine große bewegte Masse beschleunigen und den Kran dann am Zielort des Regals präzise zum Stoppen bringen muss.
Die bewegte Masse kann umfassen:
Kranmast
Beladungswagen
Gabelmechanismus
Palette
Produkt
Kabel und Kabelträger
Räder
Getriebekomponenten
Der Fahrservomotor benötigt daher ausreichend Dauerdrehmoment und Spitzendrehmoment, um sowohl den Normalbetrieb als auch die Beschleunigung zu bewältigen.
Ein typischer Reiseablauf ist:
Stillstand → Beschleunigung → Hochgeschwindigkeitsfahrt → Verzögerung → Feinpositionierung → Stopp
Das Ziel besteht nicht nur darin, die Reisegeschwindigkeit zu maximieren. Der Kran muss außerdem Vibrationen und Einschwingzeiten minimieren.
Ein geeigneter AC-Servomotor für horizontale AS/RS-Fahrt erfordert möglicherweise:
Hohes Spitzendrehmoment
Hochgeschwindigkeitsbetrieb
Schnelle Drehmomentreaktion
Präzise Encoder-Rückmeldung
Sanfte Beschleunigung und Verzögerung
Positionierungsfähigkeit bei niedriger Geschwindigkeit
Hochtaktbetrieb
Getriebekompatibilität
Regenerative Bremsfähigkeit
Kompatibilität mit industrieller Kommunikation
die Getriebeübersetzung . Besonders wichtig ist Es bestimmt das Verhältnis zwischen Motordrehzahl und Radgeschwindigkeit und beeinflusst das verfügbare Ausgangsdrehmoment.
Beispielsweise kann eine Erhöhung des Untersetzungsverhältnisses das Ausgangsdrehmoment erhöhen und gleichzeitig die Radgeschwindigkeit verringern. Das richtige Verhältnis sollte daher aus der erforderlichen Fahrgeschwindigkeit, dem Raddurchmesser, der Motorgeschwindigkeit, der Beschleunigung und der gesamten bewegten Masse berechnet werden.
Ein Stapelkran muss möglicherweise an Hunderten oder Tausenden von Lagerplätzen anhalten. Das Erreichen der richtigen Gangkoordinate ist daher ein wesentlicher Bestandteil der AS/RS-Leistung.
Ein Encoder liefert eine Rückmeldung an den Servoantrieb, sodass das Steuerungssystem die befohlene Bewegung mit der tatsächlichen Motorbewegung vergleichen kann.
Allerdings ist die Motorposition nicht unbedingt identisch mit der Kranposition.
Mechanische Faktoren wie:
Getriebespiel
Radschlupf
Bahnbedingungen
Kupplungsspiel
Strukturelle Durchbiegung
Mechanischer Verschleiß
kann die Endposition beeinflussen.
Für hochgenaue Systeme kann Servo-Feedback daher mit externen Positionierungstechnologien wie Lasermessung, Barcode-Positionierung oder Referenzsensoren kombiniert werden.
Das Ergebnis ist eine mehrschichtige Positionierungsstrategie:
Servo-Encoder → Motorposition → Mechanische Übertragung → Externe Positionsreferenz → Tatsächliche Kranposition
Dies ist besonders nützlich, wenn der Kran mit hoher Geschwindigkeit arbeitet, aber langsamer fahren und sich genau positionieren muss, bevor die Gabel in das Regal einfährt.
An die Hubachse werden grundsätzlich andere Anforderungen gestellt als an die Horizontalfahrt.
Anstatt eine große Masse entlang einer horizontalen Schiene zu bewegen, muss der Hubmotor eine Last entgegen der Schwerkraft heben und senken.
Das bedeutet, dass Drehmoment und Bremsen besonders wichtig werden.
Der Hebe-Servomotor muss möglicherweise folgende Aufgaben bewältigen:
Maximales Palettengewicht
Gewicht des Schlittens beladen
Gewicht des Gabelmechanismus
Ggf. Gegengewicht
Hubgeschwindigkeit
Beschleunigung
Verzögerung
Getriebeeffizienz
Trommel-, Riemenscheiben- oder Kettenradabmessungen
Schwerkraftbelastung
Dauerbetrieb
Eine vereinfachte Hubdrehmomentbeziehung kann wie folgt ausgedrückt werden:
T = F × r / η
Wo:
T = erforderliches Abtriebsdrehmoment
F = Hubkraft
r = effektiver mechanischer Radius
η = Übertragungseffizienz
Die eigentliche Berechnung sollte auch Beschleunigungsmoment, mechanische Verluste, Trägheit und einen angemessenen technischen Spielraum umfassen.
Besondere Aufmerksamkeit erfordert die Hubachse, da die Last über dem Boden schweben kann.
Wenn der Motor stoppt oder die Stromversorgung unterbrochen wird, muss das System die Last möglicherweise mechanisch halten.
Aus diesem Grund kann ein Hub-Servomotor mit einer mechanischen Haltebremse ausgestattet werden.
Die Bremse sollte nach folgenden Kriterien bewertet werden:
Maximale Belastung
Getriebeübersetzung
Hebemechanismus
Erforderliches Haltemoment
Stoppbedingungen
Bremsreaktion
Sicherheitsarchitektur
Es ist wichtig, zwischen STO und einer mechanischen Bremse zu unterscheiden.
Safe Torque Off verhindert, dass der Motor unter den geltenden Sicherheitsbedingungen Drehmoment erzeugt, STO selbst sollte jedoch nicht als mechanischer Lasthaltemechanismus für eine schwebende Last betrachtet werden.
Das komplette Hebesystem sollte daher Motorsteuerung, mechanisches Bremsen und Maschinensicherheit gemeinsam berücksichtigen.
Die Hubachse muss nicht nur das richtige Regalniveau erreichen; es muss reibungslos dort ankommen.
Wenn der Hubmotor zu stark abbremst, kann es zu Folgendem kommen:
Lastschaukel
Mastvibration
Mechanischer Schock
Palettenbewegung
Positionsüberschreitung
Ein S-Kurven-Beschleunigungs- und Verzögerungsprofil kann dazu beitragen, abrupte Beschleunigungsänderungen zu reduzieren.
Eine praktische Reihenfolge könnte sein:
Schneller Hub → kontrollierte Verzögerung → langsame Annäherung → Positionsbestätigung
Dadurch kann sich der Kran schnell zwischen den Regalebenen bewegen und gleichzeitig während der Endpositionierungsphase eine kontrollierte Bewegung beibehalten.
Bei Regalbediengeräten mit Hochregallager kann dieses Gleichgewicht zwischen Geschwindigkeit und Stabilität einen direkten Einfluss auf den gesamten Ein- und Auslagerungszyklus haben.
Die Gabelachse ist für den Transport der Palette zwischen dem Regalbediengerät und dem Lagerregal verantwortlich.
Obwohl der Gabelmechanismus möglicherweise weniger Gesamtmasse trägt als der Kran selbst, können seine Positionierungsanforderungen sehr anspruchsvoll sein.
Die Gabel muss bis zur richtigen Tiefe ausfahren, korrekt in die Palette eingreifen und einfahren, ohne die Regalstruktur zu berühren.
Der Servomotor kann daher folgende Prioritäten setzen:
Genaue Positionierung
Wiederholbarkeit
Sanfte Bewegung bei niedriger Geschwindigkeit
Kompakte Größe
Schnelle Vorwärts-/Rückwärtsreaktion
Zuverlässige Grenzerkennung
Mechanische Kompatibilität
Die Gabelbewegung erfolgt typischerweise, nachdem der Kran bereits seine horizontale und vertikale Zielposition erreicht hat.
Das bedeutet, dass die Genauigkeit der Gabelpositionierung teilweise von der Genauigkeit der vorangehenden Fahr- und Hubachsen abhängt.
Stellen Sie sich eine Palette vor, die in einen Regalplatz eingesetzt werden muss.
Wenn der Kran falsch positioniert ist, kann es sein, dass die Gabel in der falschen Höhe oder horizontalen Koordinate einfährt.
Wenn die Gabel dann zu weit ausfährt, kann es möglicherweise zu Störungen an den Rackkomponenten kommen.
Wenn es nicht weit genug reicht, kann es sein, dass die Palette nicht richtig transportiert wird.
Das Gabelservo benötigt daher eine vorhersehbare Bewegung sowohl bei hohen als auch bei niedrigen Geschwindigkeiten.
Eine typische Gabelbewegung kann unterteilt werden in:
Schnelles Ausfahren → Kontrollierte Verzögerung → Endposition → Lastübertragung → Kontrolliertes Einfahren
Dieser Ansatz ermöglicht es dem System, die Geschwindigkeit vor der letzten Einfügungs- oder Extraktionsphase zu reduzieren.
Achse |
Primäre Funktion |
Hauptanforderungen an Servos |
|---|---|---|
Horizontale Bewegung |
Bewegen Sie den Kran durch den Gang |
Hohe Geschwindigkeit, Beschleunigung, Spitzendrehmoment, präzises Anhalten |
Vertikales Heben |
Last heben und senken |
Hohes Drehmoment, Bremse, kontrollierter Abstieg, Positionsrückmeldung |
Gabel |
Transferpalette |
Kompaktes Design, Wiederholgenauigkeit, Steuerung bei niedriger Geschwindigkeit, schnelle Umkehr |
Dieser Vergleich zeigt, warum eine achsspezifische Servokonfiguration für AS/RS-Geräte wertvoll sein kann.
Dieselbe Motorspezifikation bietet möglicherweise nicht die beste Kombination aus Drehmoment, Geschwindigkeit, Abmessungen und Steuerungsleistung für alle drei Mechanismen.
Für AS/RS-Hersteller kann die Verwendung einer gemeinsamen Servomotorplattform mit unterschiedlichen Konfigurationen eine praktische Balance zwischen Anpassung und Standardisierung bieten.
Beispielsweise kann ein Hersteller verschiedene Versionen derselben Servoplattform verwenden für:
Reiseachse
Höhere Macht
Höheres Spitzendrehmoment
Getriebe
Hochgeschwindigkeitsbetrieb
Encoder-Feedback
Hubachse
Höheres Dauerdrehmoment
Mechanische Bremse
Getriebe
Kontrollierter Abstieg
Hochauflösendes Feedback
Gabelachse
Geringere Leistung
Kompakte Abmessungen
Hohe Wiederholgenauigkeit der Positionierung
Schnelle Vorwärts-/Rückwärtsreaktion
Dieser Ansatz kann die Produktentwicklung vereinfachen und gleichzeitig den Motor an jede Achse anpassen.
Der Servomotor sollte niemals getrennt vom Getriebesystem bewertet werden.
Für die Fahrachse muss das Getriebe ausreichend Raddrehmoment bereitstellen und gleichzeitig die erforderliche maximale Fahrgeschwindigkeit aufrechterhalten.
Beim Heben muss das Getriebe genügend Drehmoment bereitstellen, um die Last anzuheben und mit dem Bremssystem zu arbeiten.
Für die Gabelachse sollte das Getriebe die erforderliche Ausfahrgeschwindigkeit und Positioniergenauigkeit ohne übermäßiges Spiel bieten.
Wichtige Getriebeparameter sind:
Untersetzungsverhältnis
Nennausgangsdrehmoment
Spitzenausgangsdrehmoment
Gegenreaktion
Effizienz
Mechanische Steifigkeit
Lebensdauer
Einbaumaße
Ein spielarmes Getriebe kann besonders nützlich sein, wenn die Anwendung eine präzise Positionierung und häufige Richtungswechsel erfordert.
Die Auswahl des Encoders sollte auf dem gesamten Bewegungssteuerungssystem basieren.
Zu den relevanten Parametern gehören:
Auflösung
Inkrementelles oder absolutes Feedback
Single-Turn- oder Multi-Turn-Fähigkeit
Feedback-Protokoll
Höchstgeschwindigkeit
Laufwerkskompatibilität
Umweltbeständigkeit
Bei Hochtakt-AS/RS-Systemen sollte der Encoder auch für die Betriebsumgebung und die erwartete Lebensdauer geeignet sein.
Ein hochauflösender Encoder kann dem Servoantrieb detailliertere Positionsinformationen liefern, die Gesamtgenauigkeit der Maschine hängt jedoch immer noch von der mechanischen Übertragung und dem externen Positionierungssystem ab.
Die drei Achsen müssen als koordiniertes System funktionieren.
Beispielsweise sollte der Kran die Gabel erst dann ausfahren, wenn die Fahr- und Hubachse die richtige Position erreicht haben.
Die Steuerungsarchitektur kann daher industrielle Netzwerke nutzen wie:
EtherCAT
PROFINET
CANopen
EtherNet/IP
Modbus
Das spezifische Protokoll hängt von der SPS, dem Motion Controller, dem Servoantrieb und dem Systemintegrator ab.
Eine schnelle Kommunikation kann bei der Koordinierung helfen:
Fahrposition + Hubposition + Gabelposition
Diese Koordination ist für ein zuverlässiges automatisiertes Palettenhandling unerlässlich.
Durch schnelles Fahren und Heben kann es zu Strukturvibrationen kommen.
Die Lösung sollte Folgendes kombinieren:
Richtige Motordimensionierung
Passende Getriebeauswahl
Trägheitsanpassung
S-Kurven-Bewegungsprofile
Tuning der Servoverstärkung
Resonanzunterdrückung
Kontrollierte Verzögerung
Mechanische Steifigkeit
Präzise Positionierungsrückmeldung
Das Ziel besteht darin, die Einschwingzeit zu verkürzen und nicht nur die Höchstgeschwindigkeit zu verringern.
Ein Kran, der sich schnell bewegt, aber viel Zeit benötigt, um zum Stillstand zu kommen, bietet möglicherweise keinen kürzeren Gesamtzyklus.
Hersteller von AS/RS-Geräten haben häufig unterschiedliche Anforderungen an Fahr-, Hub- und Gabelmechanismen.
Die OEM-Anpassung kann Folgendes ansprechen:
Motorabmessungen
Schaftgröße
Montageflansch
Encodertyp
Bremskonfiguration
Getriebeübersetzung
Kabellänge
Steckerposition
Nennspannung
Drehmomentbereich
Kommunikationsanforderungen
Beispielsweise kann ein Hubmotor eine Bremse erfordern, während dies beim Fahrmotor nicht der Fall ist. Ein Gabelmotor erfordert möglicherweise ein kompaktes Gehäuse, während der Fahrmotor möglicherweise das Spitzendrehmoment priorisiert.
Durch die Anpassung kann die Motorkonfiguration dem Maschinendesign folgen, anstatt die Maschine dazu zu zwingen, einem Standardmotor zu folgen.
Vor der Auswahl eines Motors sollten AS/RS-Hersteller Anwendungsdaten vorbereiten.
Bestimmen:
Gesamte bewegte Masse
Maximale Fahrgeschwindigkeit
Raddurchmesser
Beschleunigung
Verzögerung
Getriebeübersetzung
Schienenwiderstand
Arbeitszyklus
Erforderliche Positionierungsgenauigkeit
Bestimmen:
Maximale Nutzlast
Gewicht des Schlittens beladen
Hubgeschwindigkeit
Hubhöhe
Beschleunigung
Riemenscheiben- oder Trommeldurchmesser
Übersetzungsverhältnis
Erforderliches Haltemoment
Bremsanforderungen
Arbeitszyklus
Bestimmen:
Gabelmasse
Maximale Belastung
Verlängerungsabstand
Erforderliche Ausfahrgeschwindigkeit
Positionierungsgenauigkeit
Zyklusfrequenz
Verfügbarer Installationsraum
Übertragungsart
Diese Informationen ermöglichen es dem Motorlieferanten, die tatsächliche Anwendung zu bewerten, anstatt einen Motor nur anhand der Nennleistung auszuwählen.
Für AS/RS-Hersteller kann JKONGMOTOR AC-Servomotorlösungen anbieten, die auf anwendungsspezifische Bewegungsanforderungen zugeschnitten sind.
Die Lösung kann entsprechend den Anforderungen bewertet werden:
Fahrachse
Hubachse
Gabelachse
Die OEM-Konfiguration kann Überlegungen wie Motorleistung, Drehmoment, Abmessungen, Wellenkonfiguration, Encoder, Bremse, Getriebeanpassung, Kabelanordnung und Steuerungssystemkompatibilität umfassen.
Für neue AS/RS-Plattformen kann der Entwicklungsprozess wie folgt aussehen:
Anwendungsanalyse → Motorauswahl → Mechanisches Schnittstellendesign → Prototyp → Testen → Optimierung → Serienproduktion
Dieser Ansatz ermöglicht die Bewertung des Servomotors als Teil des gesamten Bewegungssystems und nicht als isolierte Katalogkomponente.
Ein AS/RS-Regalbediengerät ist auf mehrere koordinierte Bewegungsachsen angewiesen, und jede Achse stellt unterschiedliche Anforderungen an den Servomotor.
Die horizontale Fahrachse erfordert eine hohe Dynamik, einen Hochgeschwindigkeitsbetrieb und ein präzises Stoppen. Die Hubachse erfordert ein hohes Drehmoment, eine kontrollierte Vertikalbewegung und eine zuverlässige Lasthaltung. Die Gabelachse erfordert eine kompakte Integration, reibungslose Bewegung und eine hochwiederholbare Positionierung.
Aus diesem Grund basiert eine effektive AS/RS-Bewegungssteuerung auf der Anpassung des AC-Servomotors an die tatsächliche mechanische Funktion jeder Achse.
Wenn Motorleistung, Drehmoment, Getriebeübersetzung, Encoder, Bremse, Bewegungsprofil und Steuerungsarchitektur richtig koordiniert sind, kann das Regalbediengerät ein besseres Gleichgewicht zwischen hoher Geschwindigkeit, Positionierungsgenauigkeit, reibungslosem Betrieb, Zuverlässigkeit und Gesamtzykluszeit für die Ein- und Auslagerung erreichen.
Für AS/RS-OEMs besteht der praktischste Ansatz darin, mit einem Servomotorhersteller zusammenzuarbeiten, der sowohl standardisierte Servoplattformen als auch anwendungsspezifische OEM-Anpassungen unterstützen kann , sodass Fahr-, Hub- und Gabelachsen entsprechend den tatsächlichen Anforderungen des Krans konstruiert werden können.
Ein herkömmlicher Induktionsmotor mit frequenzgeregeltem Antrieb kann für viele industrielle Anwendungen geeignet sein.
Anspruchsvolle AS/RS-Anwendungen erfordern jedoch möglicherweise eine detailliertere Bewegungssteuerung.
Erfordernis |
Konventioneller Motor + VFD |
AC-Servosystem |
|---|---|---|
Geschwindigkeitskontrolle |
Gut |
Exzellent |
Positionsrückmeldung |
Optional/extern |
Integrierte Feedback-Architektur |
Dynamische Reaktion |
Anwendungsabhängig |
Hoch |
Feine Positionierung |
Schwieriger |
Gut geeignet |
Schnelle Beschleunigung/Verzögerung |
Möglich |
Starke Fähigkeit |
Drehmomentreaktion |
Gut |
Hohe dynamische Reaktion |
Vibrationskompensation |
Antriebsabhängig |
Allgemein verfügbar |
Präzise Bewegungsprofile |
Möglich |
Starke Fähigkeit |
Hochzyklische Positionierung |
Anwendungsabhängig |
Gut geeignet |
Integration mit Bewegungssteuerung |
Gut |
Exzellent |
Letztendlich sollte die Auswahl auf dem kompletten Maschinendesign basieren. Nicht jede AS/RS-Achse erfordert die gleiche Motortechnologie.
Ein Motor kann die richtige Nennleistung haben und in einer AS/RS-Anwendung dennoch eine schlechte Leistung erbringen.
Der Motor läuft möglicherweise normal, hat jedoch Probleme beim Beschleunigen mit einer voll beladenen Palette.
Es kann schwierig werden, den Servo abzustimmen, was zu einer langsamen dynamischen Reaktion oder einem instabilen Verhalten führen kann.
Der Kran erreicht möglicherweise die gewünschte Geschwindigkeit, verfügt aber nicht über genügend Ausgangsdrehmoment oder erzeugt eine zu hohe Geschwindigkeit am Rad.
Das System verfügt möglicherweise nicht über eine ausreichende Feedback-Auflösung für die erforderliche Positionierungsleistung.
Der Motor ist möglicherweise stark genug, aber die Kranstruktur vibriert möglicherweise übermäßig.
Bei einer Hubachse muss besonders auf die Lasterhaltung geachtet werden, wenn die Stromversorgung unterbrochen ist.
Lange bewegliche Kabel und wiederholte Kranbewegungen können zu Installations- und Zuverlässigkeitsproblemen führen, wenn das Kabel- und Steckersystem nicht richtig ausgewählt wird.
Eine nützliche Möglichkeit, über die gesamte Anwendung nachzudenken, ist:
Positionierungsleistung = Motorreaktion + Feedbackqualität + mechanische Präzision + Bewegungsprofil + Steuerungsabstimmung
Und:
Durchsatz = Fahrleistung + Beschleunigung + Verzögerung + Einschwingzeit + Lastumschlagszyklus
Dies erklärt, warum der einfache Kauf eines Servomotors mit höherer Leistung nicht unbedingt zu einem schnelleren AS/RS-System führt.
Der Motor muss korrekt auf die Mechanik und Regelungsstrategie abgestimmt sein.
Um eine hochdynamische Positionierung in einem AS/RS-Regalbediengerät zu erreichen, ist es nicht einfach eine Frage der Installation eines Hochgeschwindigkeitsmotors.
Die leistungsstärksten Systeme basieren auf der Interaktion zwischen Servomotor, Servoantrieb, Encoder, Getriebe, mechanischer Struktur, externen Positionierungssensoren, Bewegungsprofil und Lagersteuerungssystem.
Ein AC-Servomotor sorgt für die dynamische Steuerungsgrundlage. Der Encoder liefert Feedback. Der Antrieb regelt Drehmoment und Geschwindigkeit. Das Getriebe wandelt Motoreigenschaften in nutzbare mechanische Leistung um. Das Positionierungssystem bestätigt den physischen Standort der Maschine. Schließlich koordiniert der Motion Controller den gesamten Zyklus.
Bei Hochgeschwindigkeits-AS/RS-Geräten ist das praktischste Designziel daher nicht die maximale Motorgeschwindigkeit , sondern der maximale nutzbare Durchsatz mit kontrollierter Beschleunigung, kurzer Einschwingzeit, zuverlässiger Positionierung und wiederholbarem Betrieb.
Für OEM-Hersteller von Regalbediengeräten kann dieser Ansatz auf Systemebene den Unterschied zwischen einem Motor, der die Maschine lediglich bewegt, und einer Servobewegungslösung ausmachen, die für hochdynamische automatisierte Lagerung und Bereitstellung entwickelt wurde.
Der geeignete AC-Servomotor hängt von der Kranachse, der Nutzlast, der Geschwindigkeit, der Beschleunigung, dem Übersetzungsverhältnis, dem Arbeitszyklus und den Positionierungsanforderungen ab. Fahr-, Hub- und Gabelachsen erfordern normalerweise unterschiedliche Drehmoment-, Geschwindigkeits-, Bremsen- und Mechanikkonfigurationen.
AC-Servomotoren bieten eine hohe Dynamik, genaue Geschwindigkeitsregelung, Encoder-Feedback sowie kontrollierte Beschleunigung und Verzögerung . Diese Eigenschaften helfen dem Regalbediengerät, schnell durch den Gang zu fahren und gleichzeitig eine genaue Positionierung am Ziellagerort zu erreichen.
Die Hubachse erfordert im Allgemeinen ein hohes Dauer- und Spitzendrehmoment, eine genaue Positionsrückmeldung, kontrollierte Beschleunigung und Verzögerung sowie geeignete mechanische Bremsen . Bei der Motorauswahl sollten maximale Nutzlast, Hubgeschwindigkeit, Hubmechanismus, Getriebeübersetzung, Arbeitszyklus und Lasthalteanforderungen berücksichtigt werden.
Die Gabel muss präzise in das Regal ein- und ausfahren, ohne die Palette, das Regal oder den Handhabungsmechanismus zu beschädigen. Ein Servomotor sorgt für wiederholbare Positionierung, kontrollierte langsame Bewegung, schnelle Vorwärts-/Rückwärtsreaktion und genaues Stoppen , was für einen zuverlässigen Palettentransfer wichtig ist.
Bei einigen Maschinenkonstruktionen ist dies technisch möglich, die drei Achsen stellen jedoch häufig unterschiedliche Betriebsanforderungen. Fahr-, Hub- und Gabelmechanismen erfordern möglicherweise unterschiedliche Leistungs-, Drehmoment-, Geschwindigkeits-, Getriebe-, Bremsen-, Encoder- und Montagekonfigurationen. Eine gemeinsame Servoplattform mit achsspezifischen Konfigurationen kann eine praktische Lösung sein.
Ein AC-Servosystem nutzt Encoder-Feedback, um die Motorbewegung zu überwachen und Position und Geschwindigkeit zu regeln. Die endgültige Genauigkeit des Krans hängt jedoch auch vom Getriebe, der Kraftübertragung, dem Radschlupf, der mechanischen Steifigkeit, dem Spiel, externen Positionierungssensoren und dem Steuerungssystem ab . Servo-Feedback sollte daher als Teil der gesamten Positionierungsarchitektur betrachtet werden.
Eine Hubachse erfordert möglicherweise eine mechanische Haltebremse, wenn die Konstruktion eine vertikal hängende Last halten muss, wenn kein Motordrehmoment verfügbar ist. Die Bremse sollte entsprechend der Last, dem Übertragungssystem, dem erforderlichen Haltemoment und der Sicherheitskonstruktion der Maschine ausgewählt werden. STO und mechanisches Lasthalten sollten nicht als dieselbe Funktion betrachtet werden.
Vibrationen können durch geeignete Motor- und Getriebedimensionierung, Trägheitsanpassung, S-Kurven-Beschleunigung und -Verzögerung, Servoabstimmung, Resonanzunterdrückung, mechanische Steifigkeit und genaues Feedback angegangen werden . Eine Erhöhung der Motorgeschwindigkeit oder -beschleunigung allein führt nicht zwangsläufig zu einer Verbesserung der gesamten AS/RS-Zykluszeit.
Ja. Die OEM-Anpassung kann umfassen Motorabmessungen, Wellen- und Flanschkonfiguration, Encoder, Getriebe, Bremse, Kabel, Stecker, Nenndrehmoment, Geschwindigkeit und andere anwendungsspezifische Anforderungen . Eine kundenspezifische Anpassung ist besonders nützlich, wenn der Servomotor zu einem speziellen Antriebsstrang eines Regalbediengeräts passen muss.
Zu den nützlichsten Informationen gehören die bewegte Gesamtmasse, die maximale Nutzlast, Fahrgeschwindigkeit, Hubgeschwindigkeit, Beschleunigung, Verzögerung, Rad- oder Getriebeabmessungen, Getriebeübersetzung, Arbeitszyklus, Positionierungsgenauigkeit, Montageraum, Encoderanforderungen, Bremsanforderungen und Steuerprotokoll . Genaue Anwendungsdaten ermöglichen es dem Motorlieferanten, das komplette Bewegungssystem zu bewerten, anstatt einen Motor nur auf der Grundlage der Nennleistung auszuwählen.
