CN102354188B

CN102354188B - 一种天车全自动调度系统

Info

Publication number: CN102354188B
Application number: CN201110257594.0A
Authority: CN
Inventors: 吴庆涛; 白秀玲; 张明川; 魏汪洋; 李冠峰; 黄涛; 郑瑞娟; 王红艺
Original assignee: Henan University of Science and Technology
Current assignee: Henan University of Science and Technology
Priority date: 2011-09-01
Filing date: 2011-09-01
Publication date: 2014-03-12
Anticipated expiration: 2031-09-01
Also published as: CN102354188A

Abstract

本发明公开的一种天车全自动调度系统，应用在工业生产车间，包括调度模块、通信模块和控制执行模块；其中，调度模块运行在车间控制室的上位机上，根据天车既定的生产工艺流程设计相应的调度算法，自动计算天车运行轨迹；并通过通信模块发送调度命令至控制执行模块；控制执行模块安装在每台天车上，接收调度模块发送的调度命令，进行命令解析，根据解析出的具体的命令控制天车执行相应的动作；并反馈执行结果至调度模块；通信模块分上位机通信模块和控制执行通信模块，完成两者间的通信；该系统能够实现车间内多台天车按系统调度自动化精确运行，相应提高了车间生产效率、节省人工成本。

Description

一种天车全自动调度系统

技术领域

本发明涉及自动化控制技术领域，具体涉及一种应用在工业生产车间的天车全自动调度系统。

背景技术

在工业生产车间内，天车需负责待加工材料在多个工作点间的运送。现有天车的控制方式一种是手动控制，即人工在现场根据具体生产情况操作相应功能按键，实现天车的前进、后退、吊起、放下等控制；另一种为驾驶员在天车驾驶室，现场工作人员根据天车运行的需要，口头或通过对讲机向驾驶员传送天车前进、后退、吊起、放下等指令，天车驾驶员对天车进行相应的控制操作；但上述两种情况下，一是由于生产车间工作环境一般比较恶劣，天车驾驶员人身安全难以保证，二是依靠驾驶员工作经验或反馈工人经验控制天车的运行，控制精度难以保证。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提出了一种天车全自动调度系统，该系统能够实现车间内多台天车按系统调度自动化精确运行，相应提高了车间生产效率、节省人工成本。

为实现上述发明目的，本发明创造采用如下技术方案：

一种天车全自动调度系统，包括调度模块、通信模块和控制执行模块；其中，

调度模块运行在车间控制室的上位机上，根据天车既定的生产工艺流程设计相应的调度算法，自动计算哪一台天车在何时应该运行到何地做何动作，以及计算某个动作的执行时间；并通过通信模块发送调度命令至控制执行模块；

控制执行模块安装在每台天车上，接收调度模块发送的调度命令，进行命令解析，根据解析出的具体的命令控制天车执行相应的动作；并反馈执行结果至调度模块；

通信模块分上位机通信模块和控制执行通信模块，上位机通信模块运行在上位机上，完成由上位机上的调度模块向控制执行模块发送调度命令和接收控制执行模块反馈的执行结果；控制执行通信模块运行在控制执行模块上，接收调度模块发送的调度命令，并向上位机发送控制执行模块的执行结果。

为更好的实施本发明创造，还包括运行在上位机上的仿真显示模块，其根据调度模块发送的调度命令和控制执行模块反馈的执行结果信息，仿真显示现场天车的运行情况。

为更好的实施本发明创造，所述通信模块将电压信号转换为电流信号实现通信线路上稳定传输的抗干扰信号。

为更好的实施本发明创造，所述控制执行模块还包括天车动作控制模块，天车防撞模块和误差补偿模块；其中，天车动作控制模块进一步包括天车行进模块、天车钩子开合模块和天车钩子升降模块。

为更好的实施本发明创造，所述控制执行模块接收天车防撞模块探测到的防撞信息，并接收天车动作控制模块的动作执行结果信息。

为更好的实施本发明创造，调度系统开始运行时，需确定车间内天车数量以及每台天车的零点位置，确定每台天车的零点与实际0位置相差距离；确定生产线中共有多少个需要停靠的位置点，以及每个位置点距离实际0位置的距离；根据处理工艺确定天车需要停靠进行处理的点，以及在处理点需要处理的时间。

为更好的实施本发明创造，调度模块通过通信模块向控制执行模块发送控制命令时，上位机通信模块电流源U6的电流输出连接上位机通信模块的端子J_Slave，通过J_Slave连接到控制执行通信模块光耦U4的1针，控制执行通信模块光耦U4的4针接控制执行模块的18针；上位机通信模块电流源U6的电流输出同时连接光耦U7的4针，U7的2针连接发光二极管HTX_LED2的正向，HTX_LED2的另一端接光耦U3的4针，U3的2针接调度模块发送端J_Com的HTX针。

为更好的实施本发明创造，调度模块接收控制执行模块的反馈信息时，上位机通信模块电流源U1的电流输出连接发光二极管HRX_LED的正向，HRX_LED另一端接上位机通信模块光耦U2的1针，上位机通信模块光耦U2的4针接+12V电压，上位机通信模块光耦U2的3针接调度模块接收端J_Com的HRX针，R3的一端同时通过R4接-12V电压；上位机通信模块电流源U1的电流输出同时连接上位机通信模块的端子J_Host，通过J_Host连接到控制执行通信模块的发光二极管TX_LED正向，TX_LED另一端接控制执行通信模块光耦U2的4针，控制执行通信模块光耦U2的1针接控制执行模块的17针。

由于采用如上所述的技术方案，本发明创造具有如下优越性：

1、系统开始工作后，天车按照既定路线寻找自己的零点，当台天车找到零点后机停在零点位置，系统进入自动调度状态。

2、由于防撞模块的设置，解决了一个车间内多台天车工作之间相互协调时的碰撞问题。

3、该自动调度方案的实施，使每台天车处于最高效的工作方式，从而提高了车间的生产效率。

4、由于自动调度的实施，相应节省了人工成本。

附图说明

图1是本发明调度系统的模块结构图；

图2是本发明通信模块的电路原理图；

图3是本发明控制执行模块的电路原理图；

图4是本发明天车前后运动处理程序流程图；

图5是本发明天车钩子升降处理程序流程图；

图6是本发明天车钩子开合处理程序流程图；

具体实施方式

以下结合附图对本发明创造进一步说明：

结合图1，本实施例的天车全自动调度系统，具体包括以下模块：

上位机有全自动调度模块和上位机监控模块，其中全自动调度模块根据既定生产工艺产生相应调度命令；上位机监控模块根据控制执行模块反馈的执行结果仿真显示车间实际生产状况；通信模块负责上位机与天车间的通信，通信采用统一编码形式；天车上装有控制执行模块、动作控制模块、防撞控制模块和误差补偿模块，其中防撞控制模块自动探测影响天车运行的障碍物，并反馈给控制执行模块，由控制执行模块进行处理；控制执行模块接收全自动调度模块发送的调度命令，进行命令解析后，根据具体命令控制动作控制模块做出相应动作；误差补偿模块根据不同情况下对天车动作进行误差补偿。

调度模块：根据天车的既定的生产工艺流程决定的运动轨迹，采用多维预约表调度算法，自动计算哪一台天车在什么时间应该到什么地方做什么动作，并且计算某个动作做长时间。下面以4台天车为例介绍。

天车的数量及位差、位置点、工艺流程均有配置文件给出：

①天车数量及位差配置文件的作用是给出生产线中天车的数量，自动调度时需要知道每个天车的准确位置，因此开始前需要每天天车寻找各自的零点。都停在零点开始工作，位差是各台天车的实际0位置差值。格式如下：

4

0 20000 40000 60000

第一行表示生产线有4台天车。第二行0表示第一台天车的零点与实际0位置相差是0米，20表示第二台天车的零点与实际0位置相差20米，40表示第三台天车的零点与实际0位置相差40米，60表示第四台天车的零点与实际0位置相差60米。配置文件中的单位为毫米。

②位置点表示生产线中共有多少个需要停靠的位置点，配置文件格式如下：

15

0 7000 15000 20000 26000 32000 35000 39000 46000 50000 58000 6700075000 80000 90000

第一行15表示生产线共有15个位置点。第二行的第i个数值x表示第i个位置点距离实际0位置的距离为x米。配置文件中的单位为毫米。

③工艺流程给出一个特定处理工艺的信息，配置文件格式如下：

1 5 7 9 13 15

300 600 450 900 240 300

第一行表示处理工艺需要停在1、5、7、9、13、15个处理点

第二行表示在1、5、7、9、13、15处理点需要处理的时间，单位秒。

仿真显示模块：在控制室反应显示天车运行情况。

结合图2，通信模块：通信模块分上位机通信模块和控制执行通信模块。

上位机通信模块主要完成上位机向控制执行模块发送信息、接收控制执行模块反馈的信息，端子J_com的HTX连接监控机Com口得TX针，HRX连接RX针。端子J_Power提供+12V和-12V电源(+5V、-5V也可)。J_Power1提供12V电源。J_Host的1、2、3、4针分别连接接收控制执行通信模块的发送端，接收控制执行模块发送的反馈信息。采用轮询方式，4个控制执行模块不会同时反馈信息，因此在上位机通信模块中将1、2、3、4针连接在一起。J_Slave的1、2、3、4针分别接1、2、3、4号天车控制执行通信模块的接收端，J_Slave的5针和控制执行通信模块的地线连接在一起。上位机通信模块通过J_Slave的1、2、3、4针向各台天车发送控制命令信息。U1、U4、U6、U8、U10为LM317，在LM317的3端输入12V电压，则在其1、2端输出核定的1.25V电压，在1、2端连接一个200欧的电阻，则产生恒定电流，目的是将串口产生的电压信号转变成电流信号，以提高通信的传输距离和抗干扰能力。

每个天车的控制执行模块具有该通信模块，接收控制命令，并向上位机发送反馈和其它信息。1号天车Head1的1针连接上位机通信模块J_Host的1针；1号天车Head1的2针连接上位机通信模块J_Slave的1针，Head1的3针上位机通信模块J_Slave的5针。

下面介绍电路上位机通信信号和控制执行通信模块通信信号的转变过程。

结合图2，如果上位机通过串口的RX端发送“1”，则在J_com的HTX端产生-3～-15V电压，U3(光耦PC817)的1、2端导通，则U3的4、3端也导通。于是U5的1、2端导通，于是U4产生的电流从U5的4、3端消耗掉，不会通过J_Slave的1针向外流出。于是，控制执行通信模块的Head1的2针没有电流，于是U4的1、2端不导通，则4、3端不导通，于是PIC16F873A的18针接收到5V，即为“1”。如果上位机通过串口的RX端发送“0”，则在J_com的HTX端产生3-15V电压，U3(光耦PC817)的1、2端不导通，则U3的4、3端也不导通。于是U5的1、2端不导通，U5的4、3也不导通，于是U4产生的电流从J_Slave的1针向外流出。于是，控制执行通信模块的Head1的2针有电流，于是U4的1、2端导通，则4、3端导通，于是PIC16F873A的18针接收到低电压，即为“0”。

如果控制执行通信模块通过PIC16F873A的17针发送“1”，则U2的1、2端导通，4、3端也导通。上位机通信模块的U1产生的电流从J_Host的1针流出，U2的1、2端不导通，U2的4、3端不导通，J_Com的HRX端输入-12V，即为接收到“1”。如果控制执行通信模块通过PIC16F873A的17针发送“0”，则U2的1、2端不导通，4、3端也不导通。上位机通信模块的U1产生的电流不能从J_Host的1针流出，U2的1、2端导通，U2的4、3端导通，J_Com的HRX端输入3V以上电压，即为接收到“0”。

结合图3：控制执行模块，用于接收调度模块发出的控制命令，进行命令解析，并根据解析出的具体命令控制天车进行相应动作；同时向调度模块反馈动作执行结果；模块1是控制执行通信模块，接收调度模块发送的调度命令；模块2是电源模块，为控制执行模块提供标注+5V电压；模块3是时钟电路，为模块4提供时钟信号；模块4是控制核心；模块5是复位电路；模块6是动作执行模块，完成天车具体动作的控制。

结合图4：天车前后运动处理流程，模块等待天车动作控制模块发送的控制命令，当接收到命令后对命令进行解析，命令是1001表示天车A端前进，1002表示A端后退，1003表示B端前进，1004表示B端后退，1005表示两端前进，1006表示两端后退；确定运动方式后，再计算运动距离、控制时间等，接着向A、B端伺服电机发送控制命令，则本次动作控制结束，如果系统工作结束，则停止，否则继续等待下一命令。

结合图5：天车钩子升降处理流程，模块等待天车动作控制模块发送的控制命令，当接收到命令后对命令进行解析，命令是2001表示天车A端升，2002表示A端降，2003表示B端升，2004表示B端降，2005表示两端升降，2006表示两端降；确定升降方式后，再计算升降距离、控制时间等，接着向A、B端变频电机发送控制命令，则本次升降动作控制结束，如果系统工作结束，则停止，否则继续等待下一命令。

结合图6：天车钩子开合处理流程，模块等待天车动作控制模块发送的控制命令，当接收到命令后对命令进行解析，命令是3001表示两端开，3002表示两端合；确定开合方式后，获取控制时间，发送控制命令，则本次开合动作控制结束，如果系统工作结束，则停止，否则继续等待下一命令。

Claims

1.一种天车全自动调度系统，其特征是：包括调度模块、通信模块和控制执行模块；其中，

通信模块分上位机通信模块和控制执行通信模块，上位机通信模块运行在上位机上，完成由上位机上的调度模块向控制执行模块发送调度命令和接收控制执行模块反馈的执行结果；控制执行通信模块运行在控制执行模块上，接收调度模块发送的调度命令，并向上位机发送控制执行模块的执行结果；所述通信模块将电压信号转换为电流信号实现通信线路上稳定传输的抗干扰信号；

还包括运行在上位机上的仿真显示模块，其根据调度模块发送的调度命令和控制执行模块反馈的执行结果信息，仿真显示现场天车的运行情况；

还包括天车动作控制模块，天车防撞模块和误差补偿模块；其中，天车动作控制模块进一步包括天车行进模块、天车钩子开合模块和天车钩子升降模块；所述控制执行模块接收天车防撞模块探测到的防撞信息，并接收天车动作控制模块的动作执行结果信息；

调度模块通过通信模块向控制执行模块发送控制命令时，上位机通信模块电流源U6的电流输出连接上位机通信模块的端子J_Slave，通过J_Slave连接到控制执行通信模块光耦U4的发光器件的正极，控制执行通信模块光耦U4的光敏器件的集电极接控制执行模块的数据接收引脚；上位机通信模块电流源U6的电流输出同时连接光耦U7的光敏器件的集电极，U7的发光器件的负极连接发光二极管HTX_LED2的正极，HTX_LED2的另一端接光耦U3的光敏器件的集电极， U3的发光器件的负极接调度模块发送端J_Com的HTX引脚；

调度模块接收控制执行模块的反馈信息时，上位机通信模块电流源U1的电流输出连接发光二极管HRX_LED的正向，HRX_LED另一端接上位机通信模块光耦U2的发光器件的正极，上位机通信模块光耦U2的光敏器件的集电极接+12V电压，上位机通信模块光耦U2的光敏器件的发射极接调度模块接收端J_Com的HRX引脚，R3的一端同时通过R4接-12V电压；上位机通信模块电流源U1的电流输出同时连接上位机通信模块的端子J_Host，通过J_Host连接到控制执行通信模块发光二极管TX_LED正向，TX_LED另一端接控制执行通信模块光耦U2的光敏器件的集电极，控制执行通信模块光耦U2的发光器件的正极接控制执行模块的数据发送引脚。

2.根据权利要求1所述的天车全自动调度系统，其特征是：调度系统开始运行时，需确定车间内天车数量以及每台天车的零点位置，确定每台天车的零点与实际0位置相差距离；确定生产线中共有多少个需要停靠的位置点，以及每个位置点距离实际0位置的距离；根据处理工艺确定天车需要停靠进行处理的点，以及在处理点需要处理的时间。