无线货架自动控制系统 第5页
能最好，是交流调速的主要发展方向。对于通用型的变频调速，采用的变压变频( Variable Voltage Variable Frequency，简称VVVF)控制算法是以电动机的稳态方程为基础推导出来的，由电机学理论知道，常用的异步电动机的转速可表示为:
式中nl---同步转速，单位r/min;fl---定子源频率，单位Hz; Pn---电机的极
对数;S---转差率。
式(2-1)表明，异步电动机调速可以通过三条途径进行:改变电源频率、改变电动机极对数以及改变转差率。改变供电源频率fl，则同步转速nl，随之变化，从而改变电动机的转速。变频调速范围宽、平滑性好、效率最高、具有优良的静态及动态特性，是应用最广的一种高性能交流调速。
变频装置的种类
交流供电电源都是恒压恒频的，必须通过变频装置进行“功率变频”，以获得变压变频的电源，这样的装置通称变压变频(VVVF )装置。
变频装置是变频调速系统的主要设备，最早的形式是用旋转发电机组作为可变频率电源，供给交流电动机。随着电力电子半导体器件的发展，静止式的变频电源成为了变频器的主要形式。
从结构上看，静止式变频装置可分为间接变频和直接变频两类。日前应用较多的是间接变频装置。
(1)直接变频装里(即交一交变频装置)
把频率固定的交流电源直接变换成频率连续可调的交流电源。但其连续可调的频率范围窄，一般为额定频率的1 /2以下，故它主要用于容量较大的低速拖动系统中。这种装置只用一个变换环节就可以把恒压恒频(CVCF)的交流电源变换成变压变频(VVVF)电源，因此又称交一交变频装置或周波变换器(Cycle-converter )。
(2)间接变频装置(即交一直一交变频装置)
先把频率固定的交流电整流成直流电，再把直流电逆变成频率可调的三相交流电。由于把直流电逆变成交流电的环节较易控制，因此，在频率的调节范围、以及改善变频后电动机特性等方面，较直接变频装置都具有明显的优势。间接变频装置的结构如图2.2所示:
图2.2 交－直－交变频装置
无论是直接变频还是间接变频，根据变频电源的性质，又可分为电压源变频器和电流源变频器两类。
(1) 电压源变频器
对于间接变频器，当中介直流环节主要采用大电容滤波时，直流电压比较平直，在理想的情况下是一种内阻抗为零的恒压源，输出交流电压时矩形波或阶梯波没，这叫做电压源变频器或电压型变频器。一般的直接变频器虽然没有滤波电容，但供电电源的低阻抗使它具有电压源的性质，也属于电压源变频器。
(2) 电流源变频器
当间接变频器的中间环节采用大电感滤波时，直流回路中的电流波形比较平直，对负载来说基本上是一个恒流源，输出交流电流是矩形或阶梯波，这叫电流源变频器或称电流型变频器。有的直接变频器用电抗器将输出电流强制成矩形波或阶梯波，具有电流源的性质，也是电流源变频器。
2.4 光电检测
作为一个位移同步控制系统，位移的检测将是必不可少。移动货架系统通过检测货架两侧轮子的实际位移，通过自动控制算法实现两侧轮子保持同步。常用的位移检测传感器有电容式位移传感器、电感式位移传感器、光栅传感器、旋转光电传感器以及激光测距传感器。电容式位移传感器、电感式位移传感器、测量距离比较短，不适合本系统应用;光栅传感器价格贵、体积大，不便于安装;激光测距传感器价格昂贵，本系统不予考虑。编码器作为检测转速、线速度、线位移、角位移的传感器，是利用码盘将这些信号转换成亮、暗光信号，再用各种光电器件的光电效应将光信号转换成电信号输出。可以说是一种最简单的数字式传感器，精度高且可靠，应用非常广泛。经比较本系统适合采用旋转式光电编码器来检测位移信息，通过对光电编码器的输出脉冲进行计数测量货架轮子的转角，轮子转角与货架的位移成正比。
编码器按照输出电平产生方式可以分为增量式编码器和绝对编码器。其中增量式编码器作用是随着转轴的旋转产生连续单一的脉冲，可以用来测量速度，转速等。增量式编码器的工作原理为:在圆盘上有规则地刻有透光和不透光的线条，在圆盘两侧，安放发光元件和光敏元件。当圆盘旋转时，光敏元件接收的光通量随透光线条同步变化，光敏元件输出波形经过整形后变为脉冲，码盘上有Z相标志，每转一圈输出一个脉冲。此外，为判断旋转方向，码盘还可提供相位相差900的两路脉冲信号，两路脉冲信号相位随着转轴旋向不同而改变。绝对值编码器的工作原理为:不同于增量式编码盘，在编码盘径向上不同的位置刻有不同透光区，光敏元件在不同的位置受到不同的光照，通过光电转化输出不同的信息代码，从而检测出编码盘的绝对位置。输出编码类型有白然二进制码与格雷码二进制码。以自然二进制码为例，自然二进制代码的位数可为8 ~ 12位。假设代码的位数为n,那么光电编码器的分度值360o/2n,n值越大，则精度越高，价格越高。通过输出的代码值可确定光电码盘的绝对位置。对于本应用系统来说，理论上两种编码器均可实现移动货架轮子位移的检测。但是增量式光电编码器成本较低，应用时只要通过简单的计数值比较即可得到轮子的位移误差，应用比较方便。所以本系统选用增量式光电编码器。
移动货架的安全检测传感器如图2.4所示。图中，S1, S2为减速检测开关，S3, S4为停止检测开光，减速检测与停止检测均采用漫反射式光电开关。减速检测开关与停止检测开关可采用相同型号，不同之处只在于光电开关的反射有效距离。光电开关的反射距离可通过光电灵敏度调节，减速检测光电开关的反射面距离比停止检测光电开关的远。图2.3中向下的箭头方向即为光电开关的反射物的探测方向。在货架移动过程中，当减速检测光电开关(S1或S2)检测到阻挡物时，货架从高速切换到低速状态;当停止检测光电开关(S3或S4)检测到阻挡物，货架立即停止驱动输出，并发出电机制动信号。如此，在非接触的情况下即可保证货架间保持一定的安全距离。为提高可靠度，减速检测开关与停止检测开关在货架两端均有布置，任何一段的光电开关检测到反射物信号均为有效。S7, S8为防撞行程开关，一般情况下S7, S8行程开关是不会被撞上的。但是，当由于S1, S2或者S3, S4失效而无法使货架在安全距离内停止时，S7, S8与前方阻挡物相撞，行程开关信号有效，控制系统立即切断控制驱动电源，强迫货架停止,从而防止事故进一步恶化。S5, S6为通道异物检测光电开关，采用对射式光电开关，图中SS为光电发射管，S6为光电接收管，光电开关光路如图中水平虚线所示。异物检测光电开关安装在距离地面5厘米高度位置，货架在移动过程中光电开关光路被异物遮挡时，移动货架停止并发出报警声。移动货架传感器清单如表2.1所示。
图2.4移动立体货架传感器布置示意图
表2.1 移动货架传感器清单
名称 品牌 型号 数量 单位 功能
漫反射光电开关 YAMATAKE HPB-D1 4 只 减速判断
漫反射光电开关 YAMATAKE HPB-D1 4 只 停止判断
对射型光电开关 YAMATAKE HPB100-T1 4 对 通道异物检测
行程开关 施耐德 XCE-118 4 只 极限停止
光电编码器 OMRON E6C2-CWZ6C 2 只 位移检测
2.5 无线智能远程控制
由于现实环境中复杂的环境，铺设线路要浪费大量的财力和时间，且由于文护不当，可能造成数据传输的中断。 因此考虑采用无线通信的方式来传输数据。 与有线通信相比，无线通信技术具有如下显著的优点：一是传输介质采用电磁波，适用于那些不宜架设电缆线的现场；二是有线通信构成的单片机多机通信系统，总线上挂接的收发器的数量受接口IC的限制，而在无线通信系统中，采用多字节地址编码，收发器的数量不受限制；三是具有电路简单、功耗小、体积小、成本低和调试方便等优点。
图2.5是通信系统的基本组成方框图。其中输入变换器的功能是将所需传输的信息变
图2.5 通信系统方框图
换成相应的电信号。当传输信息为非电量（例如，声音、文字、图像）时，输入变换器是必要的。当传输的信息本身就是电信号（例如计算机的二进制信号、传感器输出的电流或电压信号等）时，在满足发送设备的要求下，可以不用输入变换器，而直接将电信号送给发送设备。传输信道是信号传输的通道，它可以是平行线、同轴电缆和光缆等有线传输方式，也可以是利用自由空间或水等进行无线传输的方式。输出变换器是将接收设备输出的电信号变换成原来的传送信息。
无线模块分为无线发射模块和无线接收模块。
（一） 发射机的技术要求
发射机的基本功能是以足够的功率、适当的载波频率、适当的调制方式及较高的功率效率将所需传输的基带信号通过无线发射出去。
发射机调制基带信号，然后上变频到载波频率ωc(2πfc,射频),充分的功率放大,同时不能产生信号失真和邻道干扰.为最好的设计,通常需要在各种不同的调制方案之间进行权衡。
调制方案主要分为两大类：“恒定包络”和“可变包络”。恒定包络具有恒定的以调信号振幅，可由线性功率放大，如高斯滤波频移键控（Gaussian Filtered Frequency Shift Keying, GFSK）调制。可变包络信号，振幅和相位都有变化，需要线性功率放大，如正交相移键控（Quadrature Phase Shift Keying, QPSK）。
一个收发系统的设计，发射机和接收机应同步实现。选择合适的频率，可以优化发射机和接收机的设计并提高技术性能。
选择发射机体系结构，应考虑的主要技术指标如下：
1.发射（载波）频率的准确度和稳定性
发射（载波）频率的准确度及稳定度基本上就是由载波基准频率振荡器决定
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