CN101378208B - 轨道式输送机的控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种轨道式输送机的控制系统，具体地说是属于自动化输送设备技术领域。其主要包括导轨装置、移动体、电力变频装置、数据载波器、主控制器及初级电缆，所述初级电缆安装在轨道装置上，电力变频装置输出端与数据载波器输入端连接，数据载波器输出端与初级电缆连接，主控制器输出端连接数据载波器；所述移动体上安装受电器、数据传输器、从控制器、传感器及驱动装置。采用在无接触供电电缆中加载通信数据载波信号，同时实现无接触的移动体供电和无接触的双向数据通信功能，简化输送设备控制装置的机械结构，避免繁杂的布线，提高控制装置的可靠性，使输送设备易于升级、重构，使输送设备满足高要求场合的需要。
Description
技术领域
本发明涉及一种轨道式输送机的控制系统，具体地说是属于自动化输送设备技术领域。
背景技术
导轨式输送设备是一种自动化输送系统，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。导轨式输送设备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。由于小车上安装有控制设备、驱动电机、检测传感器等部件，因此需要给移动体供电；同时，多个小车存在时还需要主控制器实时查询和调度控制每个移动小车移动，因此需要实现和移动体的实时通信功能。目前导轨式输送设备中，基本都是采用滑触线和电缆拖链方式实现移动供电和通信。滑触线移动供电是在每个移动小车上安装电刷，沿导轨布满导电铜片，在移动小车移动的时候，保持电刷始终和铜片接触。电源接到导轨上的铜片，实现移动小车供电。电缆拖链方式是通过供电电缆和通信电缆直接连接到移动小车上，在小车移动的时候电缆随着移动小车拖动。
随着技术发展和自动化程度的提高，无线局域网(WiFi)通信技术和射频技术(RFID)开始用于实现移动体和主控制器的通信功能，实现了非接触式的移动体和控制系统通信功能。
可以看出传统的轨道输送设备主要有以下缺点：
1、使用滑触线供电驱动，轨道上安装的滑触线装置暴露在空气中有安全隐患，电刷磨损需要定期维护，同时电刷会产生火花、灰尘使设备在某些高洁净防爆环境下无法使用。
2、使用滑触线方式通信，由于接触不稳，经常有数据中断和丢失，影响系统的控制的可靠性。
3、电缆拖链方式不可用于多个移动小车和长导轨方式下的应用。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足之处，从而提供一种轨道式输送机的控制系统，采用在无接触供电电缆中加载通信数据载波信号，同时实现无接触的移动体供电和无接触的双向数据通信功能，简化输送设备控制装置的机械结构，避免繁杂的布线，提高控制装置的可靠性，使输送设备易于升级、重构，使输送设备满足高要求场合的需要。
按照本发明提供的技术方案，其主要包括导轨装置、移动体，特征是还包括电力变频装置、数据载波器、主控制器及初级电缆，所述初级电缆安装在轨道装置上，电力变频装置输出端与数据载波器输入端连接，数据载波器输出端与初级电缆连接，主控制器通信接口连接数据载波器通信接口；所述移动体上安装受电器、数据传输器、从控制器、传感器及驱动装置；受电器输出端连接从控制器的电源输入端，传感器输出端连接从控制器，数据传输器输出端连接从控制器通信接口，从控制器输出端连接驱动装置；
所述电力变频装置将工频动力电源进行变频和谐振后将能量加载到初级电缆中，初级电缆通过数据载波器后，数据载波器将主控制器数据端口的数据及通信信号通过载波的方式加载到初级电缆；受电器感生初级电缆中的能量，实现电能的非接触式输送；
所述初级电缆中通过数据载波器加载了数据通信载波信号，数据传输器感生初级电缆中的载波信号，实现数据的非接触双向传递；
所述移动体上受电器感应初级电缆中的电力并转换输出为设备提供功率电源；
所述数据传输器感应数据载波信号，经过调制解调处理，获取数据，实现数据载波器和数据传输器端的双向实时异步数据传输；
所述主控制器给所有从控制器发送指令完成移动体的调度和控制功能。
所述的电力变频装置包括整流器、控制电路、驱动管、滤波器、隔离变压器、谐振电容；整流器的输出连接驱动管的输入端，驱动管的输出端连接到滤波器的输入端，滤波器的输出连接隔离变压器的初级线圈，隔离变压器的次级线圈两端分别串联谐振电容的电容C1和电容C2输出。
所述电力变频装置将输入工频电源经过整流器整流滤波变为直流电，然后经过控制电路和驱动管变频控制后变为高频交流电，经过滤波器后，再通过隔离变压器进行隔离，经过谐振电容谐振，将高频电流输送到初级电缆中。
所述的移动体中受电器可以采用两个或两个以上，两个或两个以上受电器的输出并联对外供电。
所述的数据传输器由天线和调制解调器构成。
所述的导轨装置包括有形的轨道和无形的用于导向的标志。
本发明与已有技术相比具有以下优点：
本发明在导轨装置上安装初级电缆，通过电力变频装置将工频电源变成高频电流输送到初级电缆上，通过数据载波器将数据调制后加载到初级电缆上，受电器感生出动力电源，同时数据传输器感应载波信号获取数据，在输送设备上实现非接触的移动体供电和非接触的移动体通信功能。简化控制装置的结构，取代了滑触线和拖链，实现高洁净、无磨碎、无电火花的移动供电，同时使输送装置可以用于无尘车间、防爆车间，并且易于升级、重构；通过无接触通信功能保证主、从控制器之间的可靠通信。
附图说明
图1为本发明控制系统方框原理图。
图2为本发明无接触供电硬件(电力变频装置)结构原理图。
图3为本发明无接触通信硬件(数据传输器)结构原理图。
图4本发明(实施例)控制系统方框原理图。
具体实施方式
下面本发明将结合附图中的实施例作进一步描述：
如图1所示，包括导轨装置1、移动体(移动小车)2、电力变频装置3、数据传输器4、主控制器5、从控制器21、受电器22、数据传输器23、传感器24及驱动装置25。
本发明包括导轨装置1和被该导轨装置1支撑并导向在一定路径上自由移动的移动体(移动小车)2构成，还包括电力变频装置3、数据载波器4、主控制器5及初级电缆11。导轨装置1上安装了用于供电和通信的初级电缆11，初级电缆11使用支架固定，使两个线之间以及线与导轨之间保持一定距离。电力变频装置3(柜)柜输入工频电源，经过变频和谐振，在初级电缆11中产生高频的电流，电力变频装置3出来的电缆需要并在一起进入数据载波器4的输入端，从数据载波器4的输出接导轨装置1上安装的初级电缆11，初级电缆11末端短接在一起构成闭环。数据载波器4能够获取初级电缆11上的载波信号转换成数据输出，和将输入端口的数据经过调制加载到初级电缆11上，以实现导轨上初级电缆11中载波信号和数据端口的数据双向转换功能。
所述移动体(移动小车)2是输送设备的实际输送部件，移动体2上装有受电器22、数据传输器23、从控制器21，以及传感器24和驱动装置25。受电器22位置靠近初级电缆11，但不接触初级电缆11，感生初级电缆11中的高频电流产生动力电源输出，给移动体2上安装的部件供电。数据载波器23的输出为标准的RS485接口，连接到从控制器21的RS485接口。从控制器21可以连接传感器24用于检测移动体2位置。驱动装置25由变频器和电机构成，也可以直接使用接触器控制电机。
所述移动体2上的受电器22和数据传输器23，其中，将工频动力电源进行变频和谐振后输送到初级电缆11；初级电缆11通过数据载波器4后，数据载波器4将主控制器5数据端口的数据及通信信号通过载波的方式加载到初级电缆11。所述数据传输器4感应数据载波信号，经过调制解调处理，获取数据，实现数据载波器和数据传输器端的双向实时异步数据传输；
所述初级电缆11中通过数据载波器4加载了数据通信载波信号，数据传输器23感生初级电缆11中的载波信号，实现数据的双向传递；所述电力变频装置3将能量加载到初级电缆11中，受电器22感生初级电缆11中的能量，实现电能的非接触式输送；所述从控制器21通过数据传输器23和主控制器5通信。
如图2所示，所述电力变频装置3包括整流器31、控制电路32、驱动管33、滤波器34、隔离变压器35、谐振电容36；其中，整流器31由二极管D1～D6按全桥滤波电路(二极管D1、D2、D3的阳极分别对应连接到二极管D4、D5、D6的阴极上，二极管D1、D2、D3的阴极连接到一起作为整流器31的输出正极；二极管D4、D5、D6的阳极连接到一起作为整流器31的输出负极)连接构成，驱动管33由场效应驱动管M1～M4组成(场效应驱动管M1、M2的S极分别对应连接到场效应驱动管M3、M4的D极，场效应驱动管M1、M2的D极连接到一起作为电源输入，场效应驱动管M3、M4的S极连接到一起作为电源输入，场效应驱动管M1～M4的G极连接到控制电路32的信号输出上)，整流器的输出连接驱动管33的输入端，驱动管33的输出端连接到滤波器34的输入端，滤波器34的输出连接隔离变压器35的初级线圈，隔离变压器35的次级线圈两端分别串联谐振电容36的电容C1和电容C2输出。
所述电力变频装置3将输入工频电源经过整流器31整流滤波变为直流电，然后经过控制电路32(主要组成部件为DSP处理芯片TMS320F2812和高速隔离光耦6N137)和驱动管33变频控制后变为高频(20KHz左右)交流电，经过滤波器34后，再通过隔离变压器35进行隔离，隔离后输出连接谐振电容后将高频电流输送到初级电缆11中。
如图3所示，本发明所述的无接触通信功能实现由数据传输器23、数据载波器4、初级电缆导线11组成。数据载波器4有一个标准的RS485接口，将RS485接收的数据经过调制后感应到初级电缆11中，在此，初级电缆相当于“天线”。数据传输器23由天线和调整解调器(调制解调模块)组成，一般数据传输器有2个天线，这样在经过轨道缝隙处，保证始终有一个天线靠近初级电缆11，这样可以提高通信的可靠性。数据传输器23的天线感应初级电缆11中的通信信号后，经过解调后，又转换成标准的RS485接口输出数据。同时，数据传输器23的RS485接口收到数据后，经过调制解调模块调制后，通过天线发送出去，初级线缆11感应到信号后，在数据载波器4信号被解调，得到数据从RS485口输出。从而实现非接触的数据双向异步传输。本发明并不排除，采用RS485之外的其他接口进行数据通信。
如图4所示，作为本发明的一个具体实施例，图1中本发明所述的主控制器5是由计算机和RS232转RS485模块构成。模块将计算机的RS232接口转换成可以和数据载波器4直接连接的RS485接口，实现数据通信。
受电器22的输出为400～560V的直流电源，驱动装置25由变频器和电机组成，变频器的型号是Lenze的EDK82EV222，具有LeCom接口的矢量变频器，其特点是具有直流母线供电功能，可以直接将受电器22的直流输出接入变频器。通过开关电源DC-DC模块，将受电器22的直流输出降压后，得到24V，用于供电给从控制器21，和数据传输器23。
数据载波器4的RS485接口的格式为：1起始位、1停止位、8数据位、1个校验位。而变频器LeCom的物理结构是RS485标准，但是其协议格式为：1起始位、1个停止位、7个数据位、1个校验位。所以数据传输器23的输出不能直接连接Lenze的变频器，必须通过从控制器21进行转换后实现。
本发明实施例的从控制器21，采用NXP2214开发，NXP2214是基于ARM构架的一款微处理器，内部集成了2个串口，将NXP2214的两个串口设计成RS485分别连接数据传输器23和Lence变频器的LeCom端口。编程实现协议的数据位转换。
其工作过程是：上位机将控制命令按照RS485的格式要求，发送出去。在移动体2的数据传输器23输出该数据，从控制器21根据该数据的，通过LeCom接口控制变频器的启动、停止、正反转和变速，带动移动小车沿轨道运动。
本发明的工作过程如下：电力变频装置3将工频电源转变成高频的电流输送到初级电缆11中，在移动体端的受电器22感生出动力电源给移动体2上各部件供电。数据传输器23和数据载波器4完成对初级电缆11上的载波信号的提取和加载，从而实现数据载波器4的数据接口到数据传输器23的数据接口直接透明的数据传输功能。以上实现了无接触的移动体供电和无接触的通信功能，移动体2在轨道上的移动将十分方便。从控制器21通过其连接的传感器24检测移动体的当前位置等信息，将该移动体2的状态信号通过数据传输器23发送到主控制器5端；主控制器5根据移动体的状态，发送相印的控制数据命令到数据载波器4，从控制器21通过数据传输器23接收到该数据命令后，控制驱动装置25启动、停止、前进、后退等。同时主控制器5可以控制多个移动体。
本发明并不排除移动体输入输出接口连接其他自动化操作机构或者传感器。本发明导轨装置1包括有形的轨道和无形的用于导向的标志。
Claims (5)
1.一种轨道式输送机的控制系统，包括导轨装置(1)、移动体(2)，其特征是还包括电力变频装置(3)、数据载波器(4)、主控制器(5)及初级电缆(11)，所述初级电缆(11)安装在导轨装置(1)上，电力变频装置(3)输出端与数据载波器(4)输入端连接，数据载波器(4)输出端与初级电缆(11)连接，主控制器(5)通信接口连接数据载波器(4)的通信接口；所述移动体(2)上安装受电器(22)、数据传输器(23)、从控制器(21)、传感器(24)及驱动装置(25)；受电器(22)输出端连接从控制器(21)的电源输入端，传感器(24)输出端连接从控制器(21)，数据传输器(23)输出端连接从控制器(21)通信接口，从控制器(21)输出端连接驱动装置(25)；
所述电力变频装置(3)将工频动力电源进行变频和谐振后加载到初级电缆(11)中，初级电缆(11)通过数据载波器(4)后，数据载波器(4)将主控制器(5)数据端口的数据及通信信号通过载波的方式加载到初级电缆(11)；受电器(22)感生初级电缆(11)中的能量，实现电能的非接触式输送；
所述初级电缆(11)中通过数据载波器(4)加载了数据通信载波信号，数据传输器(23)感生初级电缆(11)中的载波信号，实现数据的非接触双向传递；
所述移动体(2)上受电器(22)感应初级电缆(11)中的电力并转换输出为设备提供功率电源；
所述数据传输器(23)感应数据载波信号，经过调制解调处理，获取数据，实现数据载波器和数据传输器端的双向实时异步数据传输；
所述主控制器(5)给所有从控制器(21)发送指令完成移动体(2)的调度和控制功能。
2.根据权利要求1所述的轨道式输送机的控制系统，其特征在于所述的电力变频装置(3)包括整流器(31)、控制电路(32)、驱动管(33)、滤波器(34)、隔离变压器(35)、谐振电容(36)；整流器(31)的输出连接驱动管(33)的输入端，驱动管(33)的输出端连接到滤波器(34)的输入端，滤波器(34)的输出连接隔离变压器(35)的初级线圈，隔离变压器(35)的次级线圈两端分别串联谐振电容的电容C1和电容C2；
所述电力变频装置(3)将输入工频动力电源经过整流器(31)整流滤波变为直流电，然后经过控制电路(32)和驱动管(33)变频控制后变为高频交流电，经过滤波器(34)后，再通过隔离变压器(35)进行隔离，经过谐振电容(36)谐振，将高频电流输送到初级电缆(11)中。
3.根据权利要求1所述的轨道式输送机的控制系统，其特征在于所述的移动体(2)中受电器(22)的个数为两个以上，两个以上的受电器(22)的输出并联对外供电。
4.根据权利要求1所述的轨道式输送机的控制系统，其特征在于所述的数据传输器(23)由天线和调制解调器构成。
5.根据权利要求1所述的轨道式输送机的控制系统，其特征在于所述导轨装置(1)包括有形的轨道和无形的用于导向的标志。
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