CN105399006B - 一种无人驾驶堆垛机组控制系统 - Google Patents

Abstract

一种无人驾驶堆垛机组控制系统属于远程驾驶起重机的控制技术领域，尤其涉及一种无人驾驶堆垛机组控制系统。本发明提供一种效率高、安全性高、使用效果好的无人驾驶堆垛机组控制系统。本发明包括后台管控部分、无线数据交换装置、堆垛机组PLC控制部分、水平位置检测与采集装置、大车变频器、大车行走电机、垂直位置检测与采集装置、阳极变频器和阳极提升电机；其结构要点所述堆垛机组PLC控制部分的信号传输端口分别与水平位置检测与采集装置的信号传输端口、大车变频器的信号传输端口、垂直位置检测与采集装置的信号传输端口、阳极变频器的信号传输端口相连。

Description

一种无人驾驶堆垛机组控制系统

技术领域

本发明属于远程驾驶起重机的控制技术领域，尤其涉及一种无人驾驶堆垛机组控制系统。

背景技术

堆垛多功能起重机组是碳素行业炭块仓库车间的专用设备，其主要用途是夹持炭块在车间内往返堆垛、装车，以及车间内零星的吊运工作。目前，国内堆垛多功能起重机组都是由操作者在机组的驾驶室进行驾驶的，这种方式的好处是直观，居高临下方便操作。但对操作者技能要求较高，并且生产效率较低，还存在安全隐患，如果堆垛误差较大有可能造成炭块堆坍塌的事故性后果。随着国内制铝行业等炭块消耗行业的快速发展以及国家对安全生产的越发重视，传统的堆垛多功能起重机组及其控制方式急需向高效率、自动化的方向发展。

发明内容

本发明就是针对上述问题，提供一种效率高、安全性高、使用效果好的无人驾驶堆垛机组控制系统。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案，本发明包括后台管控部分、无线数据交换装置、堆垛机组PLC控制部分、水平位置检测与采集装置、大车变频器、大车行走电机、垂直位置检测与采集装置、阳极变频器和阳极提升电机；其结构要点所述堆垛机组PLC控制部分的信号传输端口分别与水平位置检测与采集装置的信号传输端口、大车变频器的信号传输端口、垂直位置检测与采集装置的信号传输端口、阳极变频器的信号传输端口相连，大车变频器的信号传输端口与大车行走电机的控制部分的信号传输端口相连，阳极变频器的信号传输端口与阳极提升电机的控制部分的信号传输端口相连。

所述无线数据交换装置包括与后台管控部分连接的作为AP的无线数据交换装置和与堆垛机组PLC控制部分连接的作为Client的无线数据交换装置。

作为一种优选方案，本发明所述后台管控部分完成堆垛机组命令发布、状态显示、部分参数设置、数据处理与存储；所述数据处理为按区域与生快熟块区分记录各垛位数据，包括垛位坐标及堆垛层数,通过每层炭块数量计算出库存生、熟炭块总量，再结合一次堆垛炭块数量以及出入库请求及完成统计，建立一个实时动态炭块库存管理系统。

作为另一种优选方案，本发明所述作为AP的无线数据交换装置与作为Client的无线数据交换装置通过SSID建立无线局域网络。

作为另一种优选方案，本发明所述堆垛机组PLC控制部分接收到后台管控部分的请求后，判断该请求的合法性，并将结果反馈给后台管控部分；请求非法时，后台管控部分撤销请求，并通知操作人员；请求合法时，堆垛机组PLC控制部分通过目标位置数据与目前机组位置数据进行比较，该位置数据由水平位置传感检测与采集装置实时监测提供，并根据比较结果按PLC控制系统预设的水平运动模型参数顺序进行加减速、停车、位置矫正；PLC控制系统命令大车变频器驱动大车行走电机运行，完成定位；水平定位完成后，机组取、放炭块，通过垂直位置传感监测与采集装置，PLC控制系统计算该水平位置处所要取、放炭块的层数与高度位置数值，通过阳极变频器驱动阳极提升电机将阳极下降到指定高度；机组完成一次吊运作业后，提升阳极到上限位置，并向后台管控部分发出任务完成信号，进入空闲状态，等待下一个命令或运行周期；同时，机组PLC控制系统将定位数据和炭块信息通过无线传输给监后台管控部分，后台管控部分将对数据分类、计算、记录并存储。

作为另一种优选方案，本发明所述判断步骤为：根据指令目标的位置信息与自身所处位置信息进行比较来判断请求的合法性。

所述比较为：按条码数据增大方向规定为机组前进方向，若目标位置数据大于目前机组位置数据，机组向前进方向即数据增大方向运行。

所述分类、计算、记录为：按区域与生快熟块区分记录各垛位数据，包括垛位坐标及堆垛层数,通过每层炭块数量计算出库存生、熟炭块总量，再结合一次堆垛炭块数量以及出入库请求完成统计，建立实时动态炭块库存管理系统。

所述PLC控制系统计算该水平位置处所要取、放炭块的层数与高度位置数值为：通过后台监控系统将目标位置记录的坐标数据、炭块垛层数信息传送给机组PLC系统，PLC计算出机构要下降的高度和对应的层数，并在作业完成后将层数和高度值返回后台管控系统记录保存。

作为另一种优选方案，本发明还包括检测炭块夹具是否夹持炭块的压力传感器，压力传感器的信号输出端口与所述PLC控制部分的信号输入端口相连。

作为另一种优选方案，本发明还包括测量机组距垛顶层炭块距离的设置在机组大梁两侧的激光测距传感器，激光测距传感器的信号输出端口与所述PLC控制部分的信号输入端口相连。

作为另一种优选方案，本发明所述水平位置检测与采集装置包括度量标尺和条码定位传感器，度量标尺铺设在车间大轨道梁处，条码定位传感器安装在堆垛机组与度量标尺对应的固定位置。

其次，本发明所述垂直位置检测与采集装置包括码盘、光电传感器和机械制动器，所述堆垛机组PLC控制部分分别与光电传感器、机械制动器相连，码盘安装在所述阳极提升电机的卷筒的转动轴上，光电传感器检测码盘的转动频率，并将脉冲信号发送给堆垛机组PLC控制部分。

另外，本发明所述码盘和光电传感器设置在安全罩中，光电传感器通过立板固定在底座上。

本发明有益效果。

由于车间各机组均为独立设备，之间无硬性连接，且各有一套控制系统，并且车间空间障碍较多，要实现多台设备的协同工作及与管控中心通讯就需要采取适当的通讯方式。而通过无线网络可方便的将各机组控制系统与后台管理系统组网，甚至可连接至车间炭块编组、解组系统，实现信息互联互通与协同控制。

堆垛机组PLC控制系统用于堆垛机组的信息采集与运动控制。通过PLC控制系统接入各种形式的限位开关，并可读取位置检测装置采集的数据信息，这些信息为运动控制提供依据。PLC控制系统通过无线数据交换装置接收后台管控系统发出的运动指令，并根据PLC程序的控制模型发出相应的动作输出，输出经过相应的驱动电路驱动电机等执行机构运行，最终完成运行控制过程。

本发明通过各部分的配合使用，可根据远程后台管控系统发布的命令，自动抵达指定工作区域，智能优化运行模式，完成精确定位和炭块堆垛，减少了吊运过程中对炭块的损坏，减少了安全隐患。提高了生产效率，降低了人工成本，实现了炭块生产的信息化。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。本发明保护范围不仅局限于以下内容的表述。

图1为本发明的系统组成原理图。

图2为本发明的车间网络结构图。

图3为本发明的后台管控系统功能框图。

图4-1、4-2为本发明机组取、放炭块流程图。

图5为本发明码盘与光电传感器相对位置结构示意图。

图6为本发明码盘和光电传感器与卷扬机起升机构连接示意图。

图5、6中，1为底座、2为立板、3为安全罩、4为光电传感器、5为码盘、6为转动轴。

具体实施方式

如图所示，本发明包括后台管控部分、无线数据交换装置、堆垛机组PLC控制部分、水平位置检测与采集装置、大车变频器、大车行走电机、垂直位置检测与采集装置、阳极变频器和阳极提升电机。

所述堆垛机组PLC控制部分的信号传输端口分别与水平位置检测与采集装置的信号传输端口、大车变频器的信号传输端口、垂直位置检测与采集装置的信号传输端口、阳极变频器的信号传输端口相连，大车变频器的信号传输端口与大车行走电机的控制部分的信号传输端口相连，阳极变频器的信号传输端口与阳极提升电机的控制部分的信号传输端口相连。

所述无线数据交换装置包括与后台管控部分连接的作为AP的无线数据交换装置和与堆垛机组PLC控制部分连接的作为Client的无线数据交换装置。可使用IEEE802.11a及IEEE802.11i协议，输出功率远高，可达54Mbps；接收灵敏度高，通讯距离远。可忍受恶劣环境、高电磁干扰、射频干扰或高温环境。

所述后台管控部分完成堆垛机组命令发布、状态显示、部分参数设置、数据处理与存储；所述数据处理为按区域与生快熟块区分记录各垛位数据，包括垛位坐标及堆垛层数,通过每层炭块数量计算出库存生、熟炭块总量，再结合一次堆垛炭块数量以及出入库请求及完成统计，建立一个实时动态炭块库存管理系统。

所述作为AP的无线数据交换装置与作为Client的无线数据交换装置通过SSID建立无线局域网络。

所述堆垛机组PLC控制部分接收到后台管控部分的请求后，判断该请求的合法性，并将结果反馈给后台管控部分；请求非法时，后台管控部分撤销请求，并通知操作人员；请求合法时，堆垛机组PLC控制部分通过目标位置数据与目前机组位置数据进行比较，该位置数据由水平位置传感检测与采集装置实时监测提供，并根据比较结果按PLC控制系统预设的水平运动模型参数（参数可包括运行方向、启动速度、加速时间、减速时间、按与目标点距离确定高速运行距离、减速运行距离、低速运行距离以及停止距离、允许偏离差值等）顺序进行加减速、停车、位置矫正；PLC控制系统命令大车变频器驱动大车行走电机运行，完成定位；水平定位完成后，机组取、放炭块，通过垂直位置传感监测与采集装置，PLC控制系统计算该水平位置处所要取、放炭块的层数与高度位置数值，通过阳极变频器驱动阳极提升电机将阳极下降到指定高度；机组完成一次吊运作业后，提升阳极到上限位置，并向后台管控部分发出任务完成信号，进入空闲状态，等待下一个命令或运行周期；同时，机组PLC控制系统将定位数据和炭块信息通过无线传输给监后台管控部分，后台管控部分将对数据分类、计算、记录并存储。

所述判断步骤为：根据指令目标的位置信息与自身所处位置信息进行比较来判断请求的合法性；如指令目标堆垛层数已满，则机组拒绝进行入库或装垛作业。

所述比较为：按条码数据增大方向规定为机组前进方向，若目标位置数据大于目前机组位置数据，机组向前进方向即数据增大方向运行。

所述分类、计算、记录为：按区域与生快熟块区分记录各垛位数据，包括垛位坐标及堆垛层数,通过每层炭块数量计算出库存生、熟炭块总量，再结合一次堆垛炭块数量以及出入库请求完成统计，建立实时动态炭块库存管理系统。

所述PLC控制系统计算该水平位置处所要取、放炭块的层数与高度位置数值为：通过后台监控系统将目标位置记录的坐标数据、炭块垛层数信息传送给机组PLC系统，PLC计算出机构要下降的高度和对应的层数，并在作业完成后将层数和高度值返回后台管控系统记录保存。

本发明还包括检测炭块夹具是否夹持炭块的压力传感器，压力传感器的信号输出端口与所述PLC控制部分的信号输入端口相连。

本发明还包括测量机组距垛顶层炭块距离的设置在机组大梁两侧的激光测距传感器，激光测距传感器的信号输出端口与所述PLC控制部分的信号输入端口相连。

所述水平位置检测与采集装置包括度量标尺和条码定位传感器，度量标尺铺设在车间大轨道梁处，条码定位传感器安装在堆垛机组与度量标尺对应的固定位置。本发明水平位置检测与采集装置检测数据准确，不受机械传动本身的误差影响。

所述垂直位置检测与采集装置包括码盘5、光电传感器4和机械制动器，所述堆垛机组PLC控制部分分别与光电传感器4、机械制动器相连，码盘5安装在所述阳极提升电机的卷筒的转动轴6上，光电传感器4检测码盘5的转动频率，并将脉冲信号发送给堆垛机组PLC控制部分。本发明垂直位置检测与采集装置可将升级运动距离转化为脉冲信号，机组控制系统根据对脉冲信号数量与相应传动装置数据对应关系的分析解译，即可获取卷扬机构当前的高度位置及速率信息。码盘5安装在被测卷筒的转动轴6上，直接测定卷筒的转速，与现有超速开关相比更接近运行机构，中间环节少，控制精确度高。

所述码盘5和光电传感器4设置在安全罩3中，光电传感器4通过立板2固定在底座1上。安全罩3可对码盘5和光电传感器4进行有效防护。首先，光电传感器4检测码盘5转动频率，并将脉冲信号发送给PLC。然后，PLC的计数器计算出规定时间内的脉冲频率，在数据锁存器中将每一次记录的数据存储，同时由测量脉冲发生器记录测量周期，完成对数据的采集、记录、存取、计算值比对等工作，再通过键盘和显示器设置并显示出详细的数据记录情况。最后，通过驱动电路分别这些信号以进行三种情况开关量的输出：第一种情况为达到设定转速的90%时，进入预警状态，光报警；第二种情况为超出设定转速的105%，进行报警，声光报警；第三种情况为超出设定转速的110%，确定为超速故障，在声光报警的同时，控制机械制动器产生夹紧动作，使机构运动紧急停止。

按车间的功能区域可将其合理的分配成生块入库区、熟块出库区、熟块清理区、废块堆放区等不同功能区块，以便于实现顺畅、有序的工艺流程。然后系统将根据预先输入的各区域范围、炭块尺寸、行间距、出入库方向等信息自动计算各堆垛行的位置坐标。

系统可通过对各机组所处位置与运行状态的监控，可合理安排各机组作业区域与工作内容，确保车间的两台机组不发生冲突与碰撞。而且，一旦有机组发生故障，可安排另一台机组按生产优先级进行作业。

后台管控系统可以位于车间中控室或其他远程控制地，其可完成堆垛机组命令发布、状态显示、部分参数设置、数据处理与存储等功能。

可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种无人驾驶堆垛机组控制系统，包括后台管控部分、无线数据交换装置、PLC控制部分、水平位置检测与采集装置、大车变频器、大车行走电机、垂直位置检测与采集装置、阳极变频器和阳极提升电机；其特征在于所述PLC控制部分的信号传输端口分别与水平位置检测与采集装置的信号传输端口、大车变频器的信号传输端口、垂直位置检测与采集装置的信号传输端口、阳极变频器的信号传输端口相连，大车变频器的信号传输端口与大车行走电机的控制部分的信号传输端口相连，阳极变频器的信号传输端口与阳极提升电机的控制部分的信号传输端口相连；

所述无线数据交换装置包括与后台管控部分连接的作为AP的无线数据交换装置和与PLC控制部分连接的作为Client的无线数据交换装置；

所述PLC控制部分接收到后台管控部分的请求后，判断该请求的合法性，并将结果反馈给后台管控部分；请求非法时，后台管控部分撤销请求，并通知操作人员；请求合法时，PLC控制部分通过目标位置数据与目前机组位置数据进行比较，目前机组位置数据由水平位置检测与采集装置实时监测提供，并根据比较结果按PLC控制部分预设的水平运动模型参数顺序进行加减速、停车、位置矫正；PLC控制部分命令大车变频器驱动大车行走电机运行，完成定位；水平定位完成后，机组取、放炭块，通过垂直位置检测与采集装置，PLC控制部分计算该水平位置处所要取、放炭块的层数与高度位置数值，通过阳极变频器驱动阳极提升电机将阳极下降到指定高度；机组完成一次吊运作业后，提升阳极到上限位置，并向后台管控部分发出任务完成信号，进入空闲状态，等待下一个命令或运行周期；同时，PLC控制部分将定位数据和炭块信息通过无线传输给后台管控部分，后台管控部分将对数据分类、计算、记录并存储。

2.根据权利要求1所述一种无人驾驶堆垛机组控制系统，其特征在于所述后台管控部分完成堆垛机组命令发布、状态显示、部分参数设置、数据处理与存储；所述数据处理为按区域与生块熟块区分记录各垛位数据，包括垛位坐标及堆垛层数，通过每层炭块数量计算出库存生、熟炭块总量，再结合一次堆垛炭块数量以及出入库请求完成统计，建立一个实时动态炭块库存管理系统。

3.根据权利要求1所述一种无人驾驶堆垛机组控制系统，其特征在于所述作为AP的无线数据交换装置与作为Client的无线数据交换装置通过SSID建立无线局域网络。

4.根据权利要求1所述一种无人驾驶堆垛机组控制系统，其特征在于所述判断步骤为：根据指令目标的位置信息与自身所处位置信息进行比较来判断请求的合法性；

所述比较为：按条码数据增大方向规定为机组前进方向，若目标位置数据大于目前机组位置数据，机组向前进方向即数据增大方向运行；

所述分类、计算、记录为：按区域与生块熟块区分记录各垛位数据，包括垛位坐标及堆垛层数，通过每层炭块数量计算出库存生、熟炭块总量，再结合一次堆垛炭块数量以及出入库请求完成统计，建立实时动态炭块库存管理系统；

所述PLC控制部分计算该水平位置处所要取、放炭块的层数与高度位置数值为：通过后台管控部分将目标位置记录的坐标数据、炭块垛层数信息传送给PLC控制部分，PLC计算出机构要下降的高度和对应的层数，并在作业完成后将层数和高度值返回后台管控部分记录保存。

5.根据权利要求1所述一种无人驾驶堆垛机组控制系统，其特征在于还包括检测炭块夹具是否夹持炭块的压力传感器，压力传感器的信号输出端口与所述PLC控制部分的信号输入端口相连。

6.根据权利要求1所述一种无人驾驶堆垛机组控制系统，其特征在于还包括测量堆垛机组距垛顶层炭块距离的设置在堆垛机组大梁两侧的激光测距传感器，激光测距传感器的信号输出端口与所述PLC控制部分的信号输入端口相连。

7.根据权利要求1所述一种无人驾驶堆垛机组控制系统，其特征在于所述水平位置检测与采集装置包括度量标尺和条码定位传感器，度量标尺铺设在车间大轨道梁处，条码定位传感器安装在堆垛机组与度量标尺对应的固定位置。

8.根据权利要求1所述一种无人驾驶堆垛机组控制系统，其特征在于所述垂直位置检测与采集装置包括码盘、光电传感器和机械制动器，所述PLC控制部分分别与光电传感器、机械制动器相连，码盘安装在所述阳极提升电机的卷筒的转动轴上，光电传感器检测码盘的转动频率，并将脉冲信号发送给PLC控制部分。

9.根据权利要求8所述一种无人驾驶堆垛机组控制系统，其特征在于所述码盘和光电传感器设置在安全罩中，光电传感器通过立板固定在底座上。