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重新设计的高架仓库 在杜伊斯堡-艾森大学的绳牵引高架仓库的样机中，使用了由 PC 控制系统和 TwinCAT 3 构成的可靠、经济的工业控制平台，它高效集成了 Matlab®/Simulink® 模型中实施的科 学知识 运输及物流 | 德国 运输及物流 | 德国 高性能控制柜式工业 PC C6640 和模块化 EtherCAT 端子模块系统构成了经 济、可灵活调整的控制硬件，用于研究项目 全自动仓储和检索设备（SRM）现在也可应用于内部物流领域。通过 导轨安装的驱动装置和一个举升装置将一台仓储/检索设备放置在高 架前面，它将货物放进仓库或将货物再次有的放矢地移出。在这一过 程中，当前的 SRM 要移动 1 到 2 吨重的驱动装置、桅杆和举升装置 才能传输载重仅为 20 到 50 公斤的小部件。为了避免这一现象，一个 集成有仓储/检索设备的轻型平台现在代替了整个驱动和举升装置。
这一平台在一个高架前移动，即采用 8 根张紧绳索的绳牵引机器人。 结果就是能够建造出各种尺寸机械结构简单且重量极轻的系统，在与 质量相关的高度方面没有限制，而传统的高架仓库则需要注意这一高 度限制。 新的方案大大降低能耗，提升性能潜力 绳牵引机器人技术的重量大大减轻，与传统的技术相比，重量减轻了 有超过 90%，从而在显著提升性能的同时还保持了良好的能量平衡。 该方案于 2012 年在杜伊斯堡 — 埃森大学实施，原型高为 6 米，宽 12 米，深 1 米。它由机电一体化和运输系统/物流这两个系以及计算机 应用设计系共同实施完成。倍福kl1488数字l量端子模块原装BECKHOFF倍福PLC机电一体化系的 Dr. Tobias Bruckmann 总结 道：“我们极大地提高了质量比，因为待移动的终端执行机构 — 带 有仓储/检索设备的轻型平台 — 仅重 80 公斤，且能够承重载重为 20 公斤的物体。与传统的仓储和检索设备相比，以简单的计算和理想的 假设为基础的模型计算节约了约 70 % 的能耗。
” 在有关可以达到的仓储/检索性能的方面，同样也有很高的优化潜 力。典型的 SRM 值，即平台速度为 6 m/s，平台加速度为 5 m/s2 ， 被视作为项目开始时的设计规范。同样来自机电一体化系的 Christian Sturm 补充说道：“需要一个额定功率为 7 kW 的绞盘驱动装置来实现 这些值。在我们的样机中，甚至使用了额定功率高达 14 kW 的驱动装 置，从而能够显著提升速度和加速度，因为性能更高且载重更大的驱 动装置无需像在传统的仓储和检索设备中那样需要移动，因此它们的 大质量不会带来任何不利影响。” 倍福kl1488数字l量端子模块原装BECKHOFF倍福PLC以高性能、符合工业标准的控制技术作为基础 若要确保一个系统能够随时随地安全运行，对控制系统的要求极高。 除此之外，必须同时驱动 8 个伺服驱动器，并同时读取用于所有 8 根 电缆的力传感器和角编码器。这些测得的值为一个基于模型的控制器 提供数据，这时，需要一个高性能的实时平台。Dr. Tobias Bruckmann 继续说道：“Beckhoff 的 TwinCAT 3 自动化软件是一个功能强大且经济 的解决方案，因为控制器在 Matlab®/Simulink® 中实施。它不是学术使 用的样机控制系统，因此能够利用成熟的标准组件。
” 控制柜式 PC C6640 不仅仅为整个控制技术提供了充足的计算性能。 它通过 EtherCAT 与传感器和驱动器以及轻型平台的组件进行通讯，如 仓储/检索设备和用于精确定位的激光扫描仪。由于绳牵引机器人运行要求极为可靠地测量绳子的力，研究人员使用了具有 XFC 极速控制 技术的模拟量输入端子模块 EL3356-0010。正如 Christian Sturm 解释的 那样：“为了能够精确移动轻型平台并尽可能地将振动降到**，需 要通过负载单元和 EtherCAT 端子模块 EL3356-0010 测量绳子的张力。 然后通过控制算法在 Matlab®/Simulink® 中实施这些数值。倍福kl1488数字l量端子模块原装BECKHOFF倍福PLC在这 一过程中，超采样系数为 10 的 XFC 超采样功能为我们带来了很大好 处。EL3356-0010 具有出色的采样速度，在我们当前的 1 毫秒控制周 期下，已经可以提供相当平稳的信号。这样信号就能够在控制器中得 到处理，而无需额外处理。此外，参数设置和连接也非常简单，且该 端子模块也非常节省成本。” 该控制系统的一个关键优势在于它的工业兼容性。因此，它为研究 项目的实际核心部分进行的进一步研究提供了理想的基础 — 控制算 法。Dr. Tobias Bruckmann 证实道：“我们需要的不是针对驱动和平台 的分布式控制器，而仅仅是一个具有宽数据总线的中央实时 PC，和 我们是否要传输测量值到距离仅为 1 米还是 20 米的平台无关。在较 早的原型中，数据采集，特别是长距离的电机控制相当复杂。令我们 惊奇的是，我们新的大型样机的调试工作竟然如此简单。
”另外一个 好处是：“Beckhoff 技术在实际应用方面，即批量生产方面，也有很 多优势，因为一方面我们可以使用熟悉的 Matlab®/Simulink®，另一方 面，我们能够无限使用 IEC 61131-3 语言。由于它具有良好的普遍适 用性，无需集成第二套控制系统，例如添加安全功能 — PC 控制在一 个平台上已经提供了工业应用所需的一切。” TwinCAT 3 的开放性对于开发面向未来的系统是一个里程碑 研究人员认为 TwinCAT 3 与 Matlab®/Simulink® 的简单连接是一个真正的 里程碑，因为只有这样他们才能够以简单的方式从他们的科学领域访 问符合工业标准的系统。此外，通过使用 TwinCAT 3 和 EtherCAT，整 个硬件层的结构可以变得非常简单，并可以采用模块化设计。Thomas Maier 阐释道：“所有与 EtherCAT 系统相连的组件都在 TwinCAT 3 下作 为硬件映像表示，因此所有设备都可以通过与我们软件模块通讯的方 式轻松与控制器链接。此外，系统能够使用更多的 I/O 模块简单且经 济地进行扩展，因为与传统的系统相比，可满足各种性能等级要求的 EtherCAT 系统成本只占非常小的一部分。 TwinCAT 3 同样也具有未来发展潜力。它对多核技术的支持也特别重 要，特别是在工业应用方面，因为必要时，所需的任务，如仓库管 理和安全方案，可以外包到它们自己的处理器内核。此外，根据 D