Lenze 自动化系统在游乐设施的应用

　　林自炎, 技术支持工程师, 伦茨传动系统有限公司

　　摘要： Lenze为游乐设施不同应用提供大量的解决方案，灵活搭配的实现方式，量身定制的解決方案满足了用户的不同需求。

　　关键字： 游乐设施，多轴同步，负载均衡，安全功能，Lenze 标准模板

　　1 前言

　　在各类主题公园或旅游景点中，让人身临其境的体验式游乐设备成为游客们的追捧，通过真实场景或 3D 电影等与智能小车或平台的运动配合，虚实互动，让游客穿梭在远古探险、灾难逃生等惊险刺激场景或置身于亲子娱乐、科普教育等欢乐氛围，产生真实震撼的感官。

　　在体验这些惊险震撼的项目之余，您可曾知道这背后可能就有 Lenze 的助力支持，是的!除了扣人心弦的故事情节、精彩绝伦的特效画面，也离不开设备平台细腻的动作配合与特效的无缝结合，这也是一套完整的自动化系统，甚至是相当先进的自动化系统。其中硬件设备的、稳定、可靠是保证游客的体验效果的基本条件，同时实现不同等级的安全规范也是游乐设施的重中之重。Lenze 作为业界具创新性的企业之一，以驱动和自动化为核心竞争力，为游乐设施提供安全、高效、稳定可靠的自动化系统，针对为不同的应用要求提供灵活多变、量身定制的解决方案。

　　以下就电气及控制方面介绍在游乐设施行业几种典型应用的 Lenze 解决方案。

　　2 行走应用

　　在您体验游乐项目时，感觉身体在移动，这可能就是行走应用，行走应用为游乐平台典型的应用，根据平台不同的要求和负荷情况等有不同的机械传动形式，如轮式、Ω 驱动、摩擦轮、钢丝绳牵引等。

　　图 1：双轮或四轮驱动 图 2：Omega 同步带驱动

　　图 3：钢丝绳牵引 图 4：摩擦轮驱动

　　不同的行走传动方式，根据控制要求的不同都有其量身定制的控制方案，实现位置、速度、转矩或其组合控制。在多轴同步驱动中，可驱动器一拖多电机伺服控制，多轴同步控制，Lenze 智能驱动的控制算法实现无论在弯道、坡道等复杂路况下的各轴负载均衡。

　　图 5：驱动器一拖二转矩分配电气原理示意

　　图 6：两台驱动两台电机电气控制原理示意

　　在有一定要求的应用场合，除行走电机伺服控制外，还需接入外部位置传感器的实现全闭环控制，保证控制精度，通常外部位置传感器为激光测距、条码读取或拉绳编码器等。

　　Lenze 方案可按以下两种方式实现，外部位置传感器接入控制器和接入驱动器。

　　接入控制器：Lenze 控制器作为伺服位置环，驱动器实现速度环，形成全闭环控制。

　　接入驱动器：Lenze 驱动器可独立实现全闭环控制，驱动器接口可同时接入多路不同规格编码器。

　　图 7：外部编码器接入控制器和接入驱动器

　　3 多关节运动应用

　　串联关节运动应用是当前游乐设施应用中重要方向，能易模拟出飞行、失重、俯冲等体验效果，类似工业机器人的应用，但相比工业机器人应用，其设计的安全规范、运动路径的实时配合及与外围辅助设施联动等有较大不同，关节数量也因不同应用由一轴到多轴不等。

　　图 8：多关节平台示意图

　　Lenze 提供多种配置解决方案，根据功率和运动轴数不同，驱动器可灵活选择单轴驱动模块或多轴驱动模块，三相交流供电或直流母线供电，是否带能量返馈单元等。根据运动精度和响应特性等不同，配置三相普通电机、120HZ 高效电机、交流异步伺服电机、交流同步伺服电机等，可搭配 Lenze 全系列 GNG 和 G500 减速机产品。

　　图 9：多种供电配置示意图

　　针对项目不同的功能需求，可选择基于控制器或基于驱动的控制方式或混合搭配控制。在独立的功能区域，基于驱动控制方式可独立完成模块功能，不受上位机影响，在故障或紧急情况下保障设备运行到安全状态;基于控制器控制方式，可统筹全面集中控制，便于多轴协调运动等。

　　图 10：基于控制器控制方案 图 11：基于驱动控制方案

　　4 Lenze 解决方案亮点

　　Lenze 将其在传动及自动化行业内的应用经验转换成熟标准的应用模板服务于客户。

　　Lenze 众多驱动器系列产品支持多种现场总线，可独立完成复杂运动控制功能，支持 CIA402 协议，均带多重保护功能和高过载能力。

　　Lenze 伺服驱动器集成 STO 安全功能，其中 9400 驱动器集成 SM301 安全模块合 SIL 3 of IEC 61508 和 Category 3 / PL e of EN ISO 13849-1 认证，满足更多安全功能。

　　图 12：SM301 安全功能

　　Lenze 伺服电机可选安全编码器，单编码理念安全功能，如下表参考：

　　注：倚赖速度型安全功能与 SM301 安全模块有关，在安全应用环境中仅使用一个单

　　一反馈系统时，适用安全技术标准 IEC 61800-5-2 [调速电功驱动系统-《安全要求- 功能

　　说明》规定了反馈系统与电机轴连接的具体要求。这是因为机械系统中就这点上的双通道

　　安全系统实际上被设计为单通道系统。如果机械连接设计尺寸过大，标准应可排除故障

　　“编码器- 轴破损”或“编码器-轴串行”。因此各个驱动解决方案的加速度不应超过限定

　　值 。

　　Lenze 控制器支持 OMAC PackML 标准编程，规范编码标准，大大减少项目编程时间，提高代码重复利用率。

　　完善的工程工具软件，在项目概念阶段到设计、调试、维护全程支持，协助您粗略估算、精准选型、基本安全验证等，专业的开发调试软件和维护诊断软件适应用于不同阶段的专业技术人员和维护人员使用。