在以往諸如片煙高架配方庫、煙葉醇化庫、輔料周轉庫等煙草自動化立體倉庫中，由于堆垛機只能上下及前后移動不能同時左右移，導致每臺堆垛機要操作的左右排貨架的垛碼深度不超過一垛否則堆垛機貨叉夠不到。所以要充分利用空間并減少堆垛機的使用數量，實現高效立體搬運，自動穿梭車的使用必不可少。考慮到貨架每層每道配置一臺穿梭車成本無法接受，可以讓堆垛機把穿梭車運到需要進出貨的道口，后來的動作交由穿梭車通過接收中控指令自己完成，這樣無線通訊的穿梭車成為煙草自動化立體倉庫提高空間利用效率和工作效率的一項新的必要配置。
自動穿梭車的電氣控制系統主要包括[1]：
① 主控器PLC一套，用于對無線自動穿梭車的全部動作和通訊控制；
② 充電電池2個，為無線自動穿梭車的電氣控制系統提供控制和動力電源；
③ 行走直流電機一臺，用于驅動無線自動穿梭車在軌道上行走；
④ 直流驅動模塊一套，用于控制行走直流電機；
⑤ 提升直流電機兩臺，用于控制左右貨物托板的升降運動；
⑥ 無線通訊控制器一個，用于穿梭車與穿梭車管理計算機之間的通訊；
⑦ 無線搖控器一套，用于當穿梭車出故障時進行手動排除。
穩健靈活的穿梭車驅動系統
在穿梭車上，需要配備行走和升降的驅動設備。為確保穿梭車的靈活可控，對其直流電機急停急行有著一定的標準和要求。因為當貨架中的穿梭車發生故障，必須借助堆垛機把穿梭車叉到貨架外面進行維修，造成大量時間成本和人力成本的損失。因此在直流電機方面，用戶選擇了以德國品質而著稱的Dunkermotoren德恩科驅動電機。
德恩科是存儲和運輸應用領域中完整驅動解決方案的領先制造商，其產品的功率范圍為 1 至 500 瓦特。德恩科為客戶提供的存儲和運輸驅動解決方案能夠達到此類應用最嚴格的要求。最重要的是，德恩科作為系統供應商，其 DC、EC 和 AC 驅動器、變速裝置、制動器及其它器件產品因具有出色的設計特點而贏得了該市場客戶的信任。其產品具有結構堅固、免維護、防護等級高、使用壽命長、動態調節性能優、設計小巧等特點。同時，因其產品均來自高度自動化的生產線，高品質與可靠性也能夠得到保障。
本案例中，客戶選用的德恩科直流電機為24V輸入，500W額定功率的直流無刷電機。電機的前端由220V交流轉24V直流電壓的電源供電，而電源的另一路輸出也應為邏輯控制單元供電，以節省穿梭車上安裝電源的空間。
內置大電容的電源方案化危機于無形
在急停時電機會向電源的輸出端反饋瞬時大能量，隨之而來的是高電壓沖擊。這一正常現象卻一度成為用戶對電源選擇的困擾。原方案中，客戶使用了某品牌的平板電源，其功率為1000W。該電源在電機平穩運轉中表現也無異常，但是客戶在測試電機急停時，電源會被電機的反饋電壓中斷輸出，并自動關機。客戶測得電源耐受反饋電壓的尖峰波形圖如圖1中所示，可以看到，最高峰值電壓達到41V，持續幾十毫秒。但該電源標稱的耐受電壓為28V，因此會立即關斷。
圖1 電機急停時對電源輸出端的反饋電壓
德恩科和PULS普爾世工控電源的工程師結合實際應用情況向用戶推薦了普爾世DIMENSION產品線的電源產品CPS20.241為電機驅動供電，成功解決了電機急停時電源自動關斷的問題。
圖2 CPS20.241應用示意圖
對比原電源方案，普爾世CPS20.241的優勢在于：
1） 對反饋電壓和電能的耐受力
電機的電感線圈在使用中會反饋一定的電壓或能量到前端輸入電源。CPS20.241的耐受能力尤其強大，最大可以耐受的反饋電壓為35V。而由于CPS20.241內置輸出端的電容為7000uF，足以耐受和消化電機停轉或剎車瞬間的高能反饋。客戶測試了普爾世電源方案，當電機急停反饋高能量給電源時，大部分能量能被其強大的輸出電容所消納，使電源輸出端的電壓不至于上升過高，且穩定保持在35V以下。各種測試條件下，CPS20.241在電機急停時仍然持續的工作，為電機提供穩定的輸出電壓。
2） 尖峰電流的輸出能力
電機在啟動時都會產生一定的尖峰電流，而普爾世電源產品的承受能力都比較強勁。圖3和圖4詳細地描述了CPS20.241的尖峰電流能力。
圖3 尖峰負載40A（阻性）50ms內電源輸出電壓從24V跌落至16V
圖4 尖峰負載100A（阻性）5ms內電源輸出電壓從24V跌落至18V
因此相對于500W的電機，原方案需要使用額定輸出功率為1000W的平板電源來解決電機啟動時帶來的電壓驟降問題。而使用普爾世電源時只需要使用480W的電源CPS20.241，其強大的尖峰電流輸出能力足以滿足電機的啟動過程。
3） 超高的效率和預期使用壽命
CPS20.241相比市場上同輸出的其它電源產品在各負載段均具有最高的轉換效率，滿載時高達94%（參見圖5）。這也使得從空載、輕載到滿載時，電源的發熱都能達到最小。這對于對高溫敏感的煙草環境應用至關重要。更高的轉換效率意味著更少的發熱及散熱，從而帶來更安全的保障。
圖5 CPS20.241在各負載段和競爭對手的轉換效率比較圖
此外，CPS20.241的預期使用壽命達到249,000小時（輸入為230V，輸出24V/20A，環境溫度25°C條件下）。高可靠性也是客戶鐘愛普爾世電源的原因之一。
4） 最小的體積與最輕的重量
CPS20.241的尺寸為65x124x127mm（寬x高x深），在同類產品中體積最小，重量僅為1000克。如此小巧的體積可以為客戶節省大量空間，使控制柜設計小型化，輕盈化，為客戶節省更多的成本和空間。在穿梭車應用中，CPS20.241減輕車體負擔，使得穿梭車的行動更靈活。
圖6 小巧輕便的CPS20.241
結語
PULS普爾世工控電源作為“高頻化”、“數字化”、“低功耗”的技術革命先驅，自成立伊始一直持續專注于工控行業的導軌式電源的研發和應用。隨著中國現代工廠自動化的不斷發展，自動化設備對于可靠性的要求也將進一步提高。普爾世電源集團（中國）秉承“精于電•致于心”的理念，致力將更多可靠、先進的電源技術與方案帶到中國，與中國工業自動化行業共同成長。
參考文獻：
[1] 陳祖述, 徐清華. 煙草自動化立體倉庫的無線自動穿梭車設計[J]. 自動化信息 AUTOMATION INFORMATION, 2006, 8(8): 67-68.