在以往诸如片烟高架配方库、烟叶醇化库、辅料周转库等烟草自动化立体仓库中，由于堆垛机只能上下及前后移动不能同时左右移，导致每台堆垛机要操作的左右排货架的垛码深度不超过一垛否则堆垛机货叉够不到。所以要充分利用空间并减少堆垛机的使用数量，实现高效立体搬运，自动穿梭车的使用必不可少。考虑到货架每层每道配置一台穿梭车成本无法接受，可以让堆垛机把穿梭车运到需要进出货的道口，后来的动作交由穿梭车通过接收中控指令自己完成，这样无线通讯的穿梭车成为烟草自动化立体仓库提高空间利用效率和工作效率的一项新的必要配置。
自动穿梭车的电气控制系统主要包括[1]：
① 主控器PLC一套，用于对无线自动穿梭车的全部动作和通讯控制；
② 充电电池2个，为无线自动穿梭车的电气控制系统提供控制和动力电源；
③ 行走直流电机一台，用于驱动无线自动穿梭车在轨道上行走；
④ 直流驱动模块一套，用于控制行走直流电机；
⑤ 提升直流电机两台，用于控制左右货物托板的升降运动；
⑥ 无线通讯控制器一个，用于穿梭车与穿梭车管理计算机之间的通讯；
⑦ 无线摇控器一套，用于当穿梭车出故障时进行手动排除。
稳健灵活的穿梭车驱动系统
在穿梭车上，需要配备行走和升降的驱动设备。为确保穿梭车的灵活可控，对其直流电机急停急行有着一定的标准和要求。因为当货架中的穿梭车发生故障，必须借助堆垛机把穿梭车叉到货架外面进行维修，造成大量时间成本和人力成本的损失。因此在直流电机方面，用户选择了以德国品质而著称的Dunkermotoren德恩科驱动电机。
德恩科是存储和运输应用领域中完整驱动解决方案的领先制造商，其产品的功率范围为 1 至 500 瓦特。德恩科为客户提供的存储和运输驱动解决方案能够达到此类应用最严格的要求。最重要的是，德恩科作为系统供应商，其 DC、EC 和 AC 驱动器、变速装置、制动器及其它器件产品因具有出色的设计特点而赢得了该市场客户的信任。其产品具有结构坚固、免维护、防护等级高、使用寿命长、动态调节性能优、设计小巧等特点。同时，因其产品均来自高度自动化的生产线，高品质与可靠性也能够得到保障。
本案例中，客户选用的德恩科直流电机为24V输入，500W额定功率的直流无刷电机。电机的前端由220V交流转24V直流电压的电源供电，而电源的另一路输出也应为逻辑控制单元供电，以节省穿梭车上安装电源的空间。
内置大电容的电源方案化危机于无形
在急停时电机会向电源的输出端反馈瞬时大能量，随之而来的是高电压冲击。这一正常现象却一度成为用户对电源选择的困扰。原方案中，客户使用了某品牌的平板电源，其功率为1000W。该电源在电机平稳运转中表现也无异常，但是客户在测试电机急停时，电源会被电机的反馈电压中断输出，并自动关机。客户测得电源耐受反馈电压的尖峰波形图如图1中所示，可以看到，最高峰值电压达到41V，持续几十毫秒。但该电源标称的耐受电压为28V，因此会立即关断。
图1 电机急停时对电源输出端的反馈电压
德恩科和PULS普尔世工控电源的工程师结合实际应用情况向用户推荐了普尔世DIMENSION产品线的电源产品CPS20.241为电机驱动供电，成功解决了电机急停时电源自动关断的问题。
图2 CPS20.241应用示意图
对比原电源方案，普尔世CPS20.241的优势在于：
1） 对反馈电压和电能的耐受力
电机的电感线圈在使用中会反馈一定的电压或能量到前端输入电源。CPS20.241的耐受能力尤其强大，最大可以耐受的反馈电压为35V。而由于CPS20.241内置输出端的电容为7000uF，足以耐受和消化电机停转或刹车瞬间的高能反馈。客户测试了普尔世电源方案，当电机急停反馈高能量给电源时，大部分能量能被其强大的输出电容所消纳，使电源输出端的电压不至于上升过高，且稳定保持在35V以下。各种测试条件下，CPS20.241在电机急停时仍然持续的工作，为电机提供稳定的输出电压。
2） 尖峰电流的输出能力
电机在启动时都会产生一定的尖峰电流，而普尔世电源产品的承受能力都比较强劲。图3和图4详细地描述了CPS20.241的尖峰电流能力。
图3 尖峰负载40A（阻性）50ms内电源输出电压从24V跌落至16V
图4 尖峰负载100A（阻性）5ms内电源输出电压从24V跌落至18V
因此相对于500W的电机，原方案需要使用额定输出功率为1000W的平板电源来解决电机启动时带来的电压骤降问题。而使用普尔世电源时只需要使用480W的电源CPS20.241，其强大的尖峰电流输出能力足以满足电机的启动过程。
3） 超高的效率和预期使用寿命
CPS20.241相比市场上同输出的其它电源产品在各负载段均具有最高的转换效率，满载时高达94%（参见图5）。这也使得从空载、轻载到满载时，电源的发热都能达到最小。这对于对高温敏感的烟草环境应用至关重要。更高的转换效率意味着更少的发热及散热，从而带来更安全的保障。
图5 CPS20.241在各负载段和竞争对手的转换效率比较图
此外，CPS20.241的预期使用寿命达到249,000小时（输入为230V，输出24V/20A，环境温度25°C条件下）。高可靠性也是客户钟爱普尔世电源的原因之一。
4） 最小的体积与最轻的重量
CPS20.241的尺寸为65x124x127mm（宽x高x深），在同类产品中体积最小，重量仅为1000克。如此小巧的体积可以为客户节省大量空间，使控制柜设计小型化，轻盈化，为客户节省更多的成本和空间。在穿梭车应用中，CPS20.241减轻车体负担，使得穿梭车的行动更灵活。
图6 小巧轻便的CPS20.241
结语
PULS普尔世工控电源作为“高频化”、“数字化”、“低功耗”的技术革命先驱，自成立伊始一直持续专注于工控行业的导轨式电源的研发和应用。随着中国现代工厂自动化的不断发展，自动化设备对于可靠性的要求也将进一步提高。普尔世电源集团（中国）秉承“精于电•致于心”的理念，致力将更多可靠、先进的电源技术与方案带到中国，与中国工业自动化行业共同成长。
参考文献：
[1] 陈祖述, 徐清华. 烟草自动化立体仓库的无线自动穿梭车设计[J]. 自动化信息 AUTOMATION INFORMATION, 2006, 8(8): 67-68.