CN101025632A - 轨道式输送机控制装置 - Google Patents

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轨道式输送机控制装置，属于物料运输自动控制技术领域。该装置包括主控制单元、车载控制单元、位置标识卡，主控制单元由主控制器和主无线通信模块连接构成，每个车载控制单元由从控制器、从无线通信模块、位置识别器和小车执行装置相应连接构成，位置识别器对位置标识卡进行识别得到位置信息，主无线通信模块与从无线通信模块通过无线方式连接、以主从方式通信，使输送小车具有自主识别位置、自主控制的能力，不光摒除了现有技术中用于小车定位的大量的行程开关、连接导线，而且也摒除了主、从控制器之间的滑触线装置，简化了控制装置的结构，避免了复杂的布线，提高了控制装置的工作可靠性，降低了成本，方便调试、维护，使系统易于升级、重构。

Description

轨道式输送机控制装置
技术领域
本发明是一种轨道式输送机控制装置，属于物料运输自动控制技术领域。
背景技术
轨道式输送机系统是一种自动化物料输送系统，通过将生产、仓储等过程中需要输送的物料装载在输送小车上，然后控制输送小车进行起重、输送、搬运、积放储存、自动分流合流等操作，输送小车可以按照设定的工艺过程在不同的工位点上，按照操作指令进行自动化控制。轨道式输送机系统广泛应用于家用电器、轻工、机械制造、汽车装配、部件装配等产品组织自动化流水生产线。早期的轨道式输送机系统的控制由人工手动操作继电器控制系统来控制，随着技术发展和自动化程度的提高，PLC可编程逻辑控制器、工控机在轨道式输送机系统中也得到了大规模的运用。目前在国内外轨道式输送机系统的控制装置中，占主导地位是采用PLC可编程逻辑控制器的控制装置，这种控制装置设置一个主控PLC可编程逻辑控制器作为系统的主控制器，在每个输送小车上安装一个PLC可编程逻辑控制器作为从控制器，主控制器和小车上的从控制器之间通过现场总线进行连接，现场总线和动力线统一安装在轨道的滑触线上，输送小车和主控制器间的数据传送是通过现场总线以及电刷进行传输的。在轨道的许多位置上安装了行程开关作为输送小车的位置识别传感器，所有的位置识别传感器都用导线连接到主控制器上，主控制器把所有的信号以现场总线的方式，经过滑触线装置传递到输送小车从控制器上；在多车运行的情况下，为了区别每个小车，通过设置多组多行程开关对小车进行编码区别。在运输轨道较长、总线的走线距离较大时，还需要增加许多的总线中继器。采用PLC可编程逻辑控制器的输送机控制装置主要存在以下的问题：1、使用行程开关进行输送小车的定位和编码区别，而且每个开关都需要二至三根信号线、电源线和主控制器连接，行程开关的数量和导线数量巨大，大量的行程开关的信号线布满轨道线体的每个地方，造成布线情况复杂，容易产生故障，影响系统的可靠性；2、现场总线和动力线都安装在轨道的滑触线上，由于滑动接触情况复杂，易于磨损，易于受工业现场的油污和灰尘污染，从而造成通信中断或者错误，又进一步降低了系统工作的可靠性；3、使用了大量的行程开关、总线中继器，以及数量巨大、布线复杂的连接导线，造成安装工作量巨大、成本较高，系统的升级、重构极其困难。
发明内容
技术问题：本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的问题，提供一种轨道式输送机控制装置，简化控制装置的结构，避免繁杂的布线，提高控制装置的工作可靠性，使轨道式输送机系统易于升级、重构。
技术方案：为解决现有技术中存在的技术问题，本发明提供的轨道式输送机控制装置包括主控制单元和安装在运输小车上的车载控制单元，其特征在于它还包括多个安装在轨道不同位置上的位置标识卡，主控制单元由主控制器和主无线通信模块通过串行接口连接构成；每个车载控制单元由从控制器、从无线通信模块、位置识别器和小车执行装置构成；其中，从控制器分别通过其对应的串行接口与从无线通信模块、位置识别器连接，小车执行装置的控制接口与从控制器的数字/模拟量输出接口连接；位置识别器对位置标识卡进行识别得到位置信息；主无线通信模块与从无线通信模块的发射/接收端口通过无线方式连接。每一个从控制器有一个唯一的地址码，用于无线通信的地址识别，通过这种方式实现从控制器的唯一标识，从控制器分别对应安装在一辆输送小车上。
主控制器是轨道系统和输送小车的总调度控制器，主控制器的控制接口有：数字/模拟量输入接口、数字/模拟量输出接口、两个串行通信接口，所述的串行接口可以是：RS232、RS485、RS422、USB、SPI等串行接口形式。主控制器的一个串行接口连接主无线通信模块，另一个连接监控计算机，数字/模拟量输入接口连接轨道系统的传感器和控制按钮，轨道系统的传感器有：道岔切换传感器、转载机构传感器等；主控制器的数字/模拟量输出接口连接轨道系统的执行机构和系统电源控制部件，有：道岔切换电机的变频器、转载机构电机的变频器、系统状态显示灯、继电器、交流接触器等。从控制器，是每个输送小车的控制中心，从控制器的控制接口有：数字/模拟量输入接口、数字/模拟量输出接口、两个串行通信接口，所述的串行接口可以是：RS232、RS485、RS422、USB、SPI等串行接口形式。从控制器的一个串行接口连接从无线通信模块，另一个连接位置识别器，从控制器的数字/模拟量输入接口连接输送小车上的传感器，输送小车上的传感器有：前后防碰撞传感器、摩擦轮温度检测传感器等；从控制器的数字/模拟量输出接口连接输送小车上的执行机构，有：输送小车行走电机的控制变频器、车载提升绞盘的电机控制部件等。位置识别器，是一个可以自主识别位置标示卡的装置。每个位置标示卡具有唯一的ID号，当位置识别器和位置标示卡距离达到识别距离后，位置识别器可以迅速识别出位置标示卡的ID号，并传到从控制器。位置标示卡安装在轨道上需要对输送小车进行控制的位置上，例如：轨道的上坡段、轨道的道岔入口、轨道的工艺段入口等，当输送小车经过这些位置时，位置识别器识别标示卡的ID号，从控制器根据位置信息就可以自主控制输送小车进行变速、停止、等待等行驶状态。主控制器和从控制器均连接无线通信模块，按照主从方式进行通信，即主控制器通过轮询的方式访问每个小车，小车控制器接收到主控制器发给自己的信号后，才发送自己的信息到主控制器。输送小车在道岔、转载等处需要控制器控制的轨道机构配合同步行驶的情况下，接收主控制器的调度控制。
本发明的工作过程如下：每一辆输送小车上的位置识别器在到达轨道的某一位置时，对该位置所安装的位置标识卡进行识别得到该位置的位置信息，并将其传送至从控制器，从控制器判断信息并做出相应的输出信号，输出信号控制小车执行装置实现相应的动作，并将该输送小车的状态信号发送到主控制器；主控制器判断输送小车的状态，当发现从控制器需要主控制器控制轨道执行机构配合输送小车行驶时，主控制器就控制轨道执行装置配合输送小车的行驶。这个输送机系统在所述控制装置的控制下，实现输送小车的自动控制运行和主控制器对系统的调度控制。本发明并不排除输入输出接口连接其他自动化操作机构或者传感器。
有益效果：本发明通过在输送小车上安装位置识别器，在轨道上相应位置安装位置标识卡，使输送小车具有自主识别位置的能力，避免了现有技术中用于输送小车定位的大量行程开关和连接这些行程开关的大量导线，简化控制装置的结构，避免了复杂的布线，，降低了成本，方便调试维护，同时使轨道式输送机系统易于升级、重构；利用从控制器自主控制输送小车，以及在主控制器和从控制器之间采用无线通信方式，避免了现有技术中连接主控制器和小车从控制器的滑触线装置，保证主、从控制器之间的可靠通信，从而进一步提高了控制装置的工作可靠性。
附图说明
图1为本发明的结构框图。
图2为本发明主控制器和从控制器的硬件结构图。
图3为本发明主控制器和从控制器的软件结构图。
图4为本发明实施例的主控制器输入输出连接图。
图5为本发明实施例的从控制器输入输出连接图。
图中有：主控制单元1、车载控制单元2、位置标识卡3、主控制器11、主无线通信模块12、监控计算机13、轨道传感器14、轨道执行机构15、操作按钮16、从控制器21、从无线通信模块22、位置识别器23、小车执行装置24、小车传感器25。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
参见图1，图1为本发明的结构框图。本发明的轨道式输送机控制装置，包括：一个主控制单元1、若干个安装在每一辆运输小车上的车载控制单元2，以及多个安装在轨道不同位置上的位置标识卡3。主控制单元1由主控制器11和主无线通信模块12通过串行接口连接构成；每个车载控制单元2由从控制器21、从无线通信模块22、位置识别器23和小车执行装置24构成，并安装在一辆运输小车上；其中，从控制器21分别通过其对应的串行接口与从无线通信模块22、位置识别器23连接，从控制器21连接从无线通信模块22；位置识别器23对位置标识卡3进行识别得到位置信息；小车执行装置24的控制接口与从控制器21的数字/模拟量输出接口连接；主无线通信模块12和从无线通信模块22的发射/接收端口通过无线方式连接，每个从控制器21和主控制器11都有一个唯一的ID，在进行无线通信时用于区分无线信号的发送地和目的地。本发明的两大特征是，无线方式进行通信控制，以及采用位置识别器进行输送小车的位置识别。这两种方式极大的降低了系统各种传感器的用量，减轻了布线，大大降低成本，和提高可靠性。
主控制器11和从控制器21按照分布式控制系统结构设计，是本发明的核心部分。装置的主控制器11和从控制器21采用相同的硬件设计，硬件结构如图2，其组成有：工业级的ARM7微控制器LPC2210以及相关的Flash和Ram、输入信号光电隔离部分、RS232电平转换、无线模块、继电器输出、模拟量输出、数码管显示。Flash用于存储程序，Ram用于存储程序运行时的各种变量，数字量输入通过TP521光耦隔离后输入到LPC2210芯片的GPIO引脚上，数字量的输出通过达林顿驱动管2003驱动继电器输出，模拟量通过运算放大器LM358输入到LPC2210的AD转换引脚上，LPC2210的PWM输出经过运算放大器LM358后实现模拟量的输出，LPC2210的UARTO通过MAX2323电压转换芯片转换成RS232电平接口，LPC2210的UART1直接连接无线通信模块，通过I2C接口LPC2210连接MAX7290用来驱动数码管显示。
本发明的采用嵌入式实时操作系统uc/os-II进行软件开发。uc/os-II是可剥夺型实时多任务内核，可剥夺型的实时内核在任何时候都运行就绪最高优先级的任务。系统中，每个任务被赋予不同的优先级，当uc/os-II初始化时，最低优先级总是被赋给空闲任务IdleTask。每一个任务都有独立的堆栈空间，并有一个称为任务控制块TCB数据结构，其中第一个成员变量就是保存的任务堆栈指针。任务调度模块首先用变量OSTCBHighRdy记录当前最高级就绪任务的TCB地址，然后调用OS_TASK_SW函数来进行任务切换。如图3所示，主控制器11和从控制器21的控制软件都可以划分为多个任务。  其中，“串口接收任务”根据串口协议，每次接收一帧数据并解包，把解包后的数据放到消息队列中以送到“中心管理任务”；“中心管理任务”处理消息队列中的各种数据和命令；“无线发送任务”把当前消息队列中需要无线发送的消息进行打包和发送；“无线接收任务”把接收到的数据通过消息队列传递给“中心管理任务”；“数码显示任务”进行状态显示；“输入信号采集任务”对当前的数字量和模拟量输入信号进行采集和简单处理后存放到变量中；“输出数字量模拟量任务”用于不断更新输出状态以控制；“故障处理任务”处理系统的各种故障和保护系统。这些任务通过调用嵌入式实时操作系统uc/os-II的系统函数实现任务间的通信、同步、互斥。
作为本发明的一个具体实施例，图1中本发明所述的位置识别器23是安装在输送小车上的射频读卡器，其型号为MSR-100，该型号的射频读卡器是13.56M射频读卡器，识别距离小于8毫米，具有RS232串行接口，通过RS232连接从控制器21实现对该读卡器进行控制；所述的位置标识卡3是Philips公司生产的mifare射频卡，安装在轨道上输送小车需要进行变速、停车、等待等相应位置处，当输送小车行驶到该位置的时，射频读卡器靠近射频卡，在二者距离达到8毫米以下时，射频读卡器在从控制器21的控制下识别出射频卡的ID，并将其传送到从控制器21，从控制器21根据这个信息进行相应的控制操作。
作为本发明的另一个具体实施例，图1中本发明所述的位置识别器23是安装在输送小车上的激光条码识别器，所述的位置标识卡3是安装在轨道上的激光条码。
作为本发明的又一个具体实施例，本发明的主控制器(11)和从控制器(21)按照主从方式通过所述的主无线通信模块(12)和从无线通信模块(22)进行相互通信，基于uc/os-II实现无线通信协议。主无线通信模块12和从无线通信模块22均采用IA4420TR收发一体型模块，主控制器11和从控制器21均有一个唯一的ID用来标示自己的身份。如果主控制器11有要发送到从控制器21的数据，那么就发送数据给从控制器21；如果没有数据发送，就设置为轮询从控制器21。在这两种情况下，从控制器21需要返回两种结果，一种是数据，如从控制器没有数据需要发送给主控制器，就返回应答。主控制器11轮流发送数据到各个从控制器21，每发送一个消息后就等待该从控制器21的响应，当从站没有收到该消息、收到的消息错误，以及从控制器返回的信息主控制器11没有收到，主控制器11都会发生接收超时，主控制器11会重发上次的信息，从控制器21识别重发次数来确定接收到的是上次的数据，还是最新的数据；从控制器21接收到主控制器11发送来的数据后，如果数据是发送给自己的，那么从控制器21立刻回复应答信号或者把状态信号发给主控制器11。当从控制器21在一定的时间内响应了，主控制器11就轮询下一个从控制器21，整个无线通信过程这样有条不紊的连续进行着。主控制器11和各从控制器21在实时操作系统的保证下保持无线通信的严格同步，而不会相互干涉，协议具有出错重发、错误处理能力，从而使通信具有很高的可靠性。
参见图4，图4是本发明第四个具体实施例的主控制器输入输出连接图。在本实施例中，所述的主控制单元1还包括轨道传感器14，轨道执行机构15，操作按钮16。轨道传感器14采用行程开关用来判断道岔机构的状态和转载机构的状态，操作按钮16采用复合式的点动开关，用于在系统运行状态下进行启动、停止等操作控制，轨道传感器和操作按钮都与主控制器11的数字量输入接口连接。在本实施例中，轨道执行装置15包括道岔机构和装载机构的执行装置，道岔是实现轨道切换的机构，转载机构是在辅助输送小车爬坡的机构，道岔机构是交流接触器控制交流电机构成；转载机构是通过变频器控制转载变频电机构成，轨道执行装置15的控制接口连接主控制器11的数字/模拟量输出接口，主控制器11的一个串行接口连接主无线通信模块12，另一个串行接口连接监控计算机13，从而通过监控计算机13对系统的运行进行监控。本实施例并不排除主控制器11还连接输送机系统上的其他必要传感器或者执行装置。
参见图5，图5是本发明第五个具体实施例的从控制器输入输出连接图。在本实施例中，所述的车载控制单元2还包括小车传感器25，小车传感器25是安装在输送小车前后的防碰撞开关，防碰撞开关的信号输送到从控制器21的数字量输入接口。当输送小车之间将要发生碰撞时，防碰撞开关检测到碰撞信号并传送到从控制器21，从控制器21就控制输送小车停止前进或者后退，起到保护系统的目的。本实施例并不排除从控制器11还连接输送小车上的其他必要传感器或者执行装置。

Claims (6)

1.一种轨道式输送机控制装置，包括主控制单元(1)和安装在运输小车上的车载控制单元(2)，其特征在于它还包括多个安装在轨道不同位置上的位置标识卡(3)，主控制单元(1)由主控制器(11)和主无线通信模块(12)通过串行接口连接构成；每个车载控制单元(2)由从控制器(21)、从无线通信模块(22)、位置识别器(23)和小车执行装置(24)构成；其中，从控制器(21)分别通过其对应的串行接口与从无线通信模块(22)、位置识别器(23)连接，小车执行装置(24)的控制接口与从控制器(21)的数字/模拟量输出接口连接；位置识别器(23)对位置标识卡(3)进行识别得到位置信息；主无线通信模块(12)与从无线通信模块(22)的发射/接收端口通过无线方式连接。
2.按照权利要求1所述的轨道式输送机控制装置，其特征在于所述的位置识别器(23)是安装在输送小车上的射频读卡器，所述的位置标识卡(3)是安装在轨道上的射频卡。
3.按照权利要求1所述的轨道式输送机控制装置，其特征在于所述的位置识别器(23)是安装在输送小车上的激光条码识别器，所述的位置标识卡(3)是安装在轨道上的激光条码。
4.按照权利要求1所述的轨道式输送机控制装置，其特征在于所述的主控制器(11)和从控制器(21)按照主从方式通过所述的主无线通信模块(12)和从无线通信模块(22)进行相互通信。
5.按照权利要求1所述的轨道式输送机控制装置，其特征在于所述的车载控制单元(2)还包括小车传感器(25)，小车传感器(25)的输出接口与从控制器(21)的数字/模拟量输入接口连接。
6.按照权利要求1所述的轨道式输送机控制装置，其特征在于所述的主控单元(1)还包括与主控制器(11)连接的监控计算机(13)。
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