CN105607626B - 一种输送机分布式控制系统及控制方法 - Google Patents

一种输送机分布式控制系统及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种输送机分布式控制系统及控制方法，包括：数据接口终端、数据转发器以及单元控制器；其中，数据接口终端，其监控输送机状态、输送业务逻辑控制；数据转发器，其分别通过以太网及CAN网络与上述的数据接口终端及单元控制器数据连接，将接收到的数据信息进行以太网‑CAN的格式转换；单元控制器，其布置于输送机单元上，该单元控制器上设有光电接口、电机接口以及CAN总线接口；连接上、下游单元控制器，通过CAN网络获取相关输送状态，执行输送逻辑，并控制其上承载物品的输送。本发明采用了分布式控制，单元控制器、传感器、电机与输送机单元布置在一起，完全分布布置，大大节约了线缆成本和布线成本，同时维护检修也较为方便。

Description

一种输送机分布式控制系统及控制方法
技术领域
本发明涉及物流自动化技术领域，尤其指代一种输送机分布式控制系统及控制方法。
背景技术
目前物流自动化行业中输送机广泛使用的控制系统主要是PLC集散控制系统进行系统集成。所有控制部件集中布置在PLC控制柜里，然后将各个输送机单元节点的光电信号通过线缆引至PLC机柜的开关量输入模块，经PLC控制器主站扫描后执行相关逻辑后，再控制开关量输出模块，再经由线缆引至输送机控制电机的运转来输送物品。
采用PLC集散控制系统主要存在如下的缺点：
1.由于PLC模块全部布置在PLC机柜里，所有的信号如光电信号，电机则布置在输送机单元上，布置上极其分散。PLC集散控制系统需要的全部布线全部引至PLC机柜，会导致线缆较长较多，布线复杂，线缆成本较高，后期维护检修也不方便。
2.由于采用的是通用的PLC控制器，所有的输送功能需在PLC控制器里通过逻辑组态实现。一个小的功能都需要大量组态来实现，在节点较多时工作量较大，且容易出错，系统扩展和调试时需要配套进行组态修改调试，项目实施对人员要求较高，而且费时费力。
3.采用通用的PLC模块，很多输送机底层的数据较难获取和及时处理，很难实现更为复杂和智能的功能。譬如智能故障诊断，设备寿命管理等。
4.由于采用集中控制，单点故障往往需要整个区域的输送机停线检修，造成的影响较大，维护检修成本较高。
发明内容
针对于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种输送机分布式控制系统及控制方法，以解决现有技术中采用PLC集散控制系统，布线复杂，成本较高，后期维护检修不方便等问题，以及故障率大，底层数据难以获取及处理等问题。
为达到上述目的，本发明的一种输送机分布式控制系统，应用于由复数个输送机单元连接构成的输送机中，包括：数据接口终端、数据转发器以及单元控制器；其中，
数据接口终端，其监控输送机状态、输送业务逻辑控制，以及提供系统维护与诊断；
数据转发器，其通过以太网与上述的数据接口终端数据连接，通过CAN网络与单元控制器数据连接，将接收到的数据信息进行以太网-CAN的格式转换，实现输送机数据的外部交互；
单元控制器，其布置于输送机单元上，且每个单元控制器从属于一个输送机单元，该单元控制器上设有光电接口、电机接口以及CAN总线接口；其中，光电接口数据连接输送机单元上设置的光电传感器，接收光电信号；电机接口输出控制输送机单元上设置的电机的驱动信号；CAN总线接口分别连接上、下游单元控制器，通过CAN网络获取相关输送状态，执行输送逻辑，并控制其上承载物品的输送。
优选地，所述的单元控制器根据所属输送机单元的工作状态，与上、下游单元控制器建立通讯会话，并执行接收/发送物品的指令。
优选地，所述的单元控制器记录电机运转时间、输送执行时间、电压及电流温度数据，并将这些数据上传至数据接口终端，该数据接口终端或与之连接云端数据库对这些数据进行分析，以进行设备的故障预测及辅助维护。
优选地，所述的CAN网络通讯地址通过ID拨码指定，不同的输送功能通过类型拨码指定。
优选地，所述的单元控制器对光电传感器的电流进行检测，及时检测传感器是否断线，并自动旁路。
优选地，所述的单元控制器对电机进行断线、过温、电流异常诊断，并在故障时及时切断异常避免故障恶化。
优选地，初始时，多个输送机单元连接构成输送机需要指定节点的网络分布图，即确定每个节点的上下游关系，则通过如下方法：在输送机首端放入物品，强制各输送机单元进行输送，物品经过光电传感器对应节点时上报物品所在节点号,各相关节点根据上报的节点号时间先后来识别上下游关系；当遇到多条可能路径时，单元控制器自动切换并尝试所有路径，直到完成所有路径的上下游识别。
本发明还提供一种输送机分布式控制方法，包括如下：
1）单元控制器获取所属输送机单元的工作状态，并CAN通讯通知上游单元控制器；
2）判断上游单元控制器是否有发送物品申请且所述输送机单元是否处于空闲状态，若二者同时满足则进入步骤3）；若否则进入步骤4）；
3）单元控制器与其上游单元控制器通过CAN网络建立物品接收会话，驱动电机运转接收上游发送的物品，进入步骤4）；
4）判断下游输送机单元是否处于空闲状态且所属输送机单元是否有发送物品需求，若二者同时满足，则进入下一步骤5）；否则结束；
5）单元控制器通过CAN网络与下游单元控制器建立物品发送会话，驱动电机运转发送物品至下游输送机单元，结束。
本发明的有益效果：
（1）本发明采用了分布式的两层控制，单元控制器、传感器、电机与输送机单元布置在一起，完全分布布置，两层控制结构更为简单，电气布线易于模块化；大大节约了线缆成本和布线成本，同时系统扩展，同时维护检修也较为方便；
（2）由于使用专用的控制器，无需针对工程项目进行组态工作，可大大节省人力，同时专用的控制器更容易结合硬件实现智能的诊断，数据加工功能，提升系统的可靠性和可用性；
（3）由于单元控制器无需上层控制器干预即可完成基础输送功能，并且作为一个主节点独立控制一个输送机单元，这样一个节点故障检修不会影响其他节点，提高系统可用性；
（4）降低系统实施难度，提供更为丰富灵活的输送功能，同时降低系统故障影响。
附图说明
图1为本发明输送机分布式控制系统应用于上输送机单元的结构示意图。
图2为本发明输送机分布式控制系统的结构原理示意图。
图3为本发明输送机分布式控制方法的流程图。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
参照图1、图2所示，本发明的一种输送机分布式控制系统，应用于由复数个输送机单元连接构成的输送机中，包括：数据接口终端、数据转发器以及单元控制器；其中，
数据接口终端，其监控输送机状态、输送业务逻辑控制，以及提供系统维护与诊断；于实施例中，该数据接口终端为一个计算机，通过以太网络连接云端数据库，一个数据接口终端可对应一条完整输送机；作业人员可通过计算机查看输送机中每个输送机单元的工作状态，故障情况等，便于对整个输送业务的控制以及设备的维护，以及通过数据接口终端发送业务功能至各单元控制器，此处的业务功能指代输送机单元上物品的输送路径。
数据转发器，其通过以太网与上述的数据接口终端数据连接，通过CAN网络与单元控制器数据连接，将接收到的数据信息进行以太网-CAN的格式转换，实现输送机数据的外部交互；该数据转发器提供了对于报文指定字节（COBID）的过滤及转发规则设置，可以根据COBID中智能识别报文类型，进行是否转发，以及转发对象的智能控制；COBID是CAN通讯中通讯对象标识符，标准帧为11位，扩展帧为29位，支持硬件收发过滤。该数据转发器从中定义了3bit控制位，最多可以据此组合成八种转发规则，规则控制报文是否转发以及转发对象，重发次数等。不同的产品在定义通讯协议时只需照此规则结合实际应用进行定义即可，使用简便，扩展性好。由于是硬件级过滤，所有可以做到高效转发。
单元控制器，其布置于输送机单元上，且每个单元控制器从属于一个输送机单元，该单元控制器上设有光电接口、电机接口以及CAN总线接口；其中，光电接口数据连接输送机单元上设置的光电传感器，通过接收光电传感器发送的光电信号来获取输送机单元上物品的输送状态；电机接口输出控制输送机单元上设置的电机（M）的驱动信号，分析上述获取的光电信号以及上游单元控制器通过CAN网络发送的相关输送状态信号，执行输送逻辑后，控制所属输送机单元上物品的输送；其通过CAN总线接口分别与上、下游单元控制器数据连接，获取相关的输送状态。由于采用CAN通讯，可以实现多主通讯，各节点通讯均由各单元控制器按需发起，实现了分布式控制。
单元控制器根据所属输送机单元的工作状态，与上、下游单元控制器建立通讯会话，并执行接收/发送物品的指令；首先判断所属输送机单元的工作状态，并根据所述的工作状态情况以及上游单元控制器是否有发送物品申请，来决定是否与上游单元控制器建立物品接收会话，执行接收动作。
单元控制器记录电机运转时间、输送执行时间、电压及电流温度数据，并将这些数据上传至数据接口终端，该数据接口终端或与之连接云端数据库对这些数据进行分析，以进行设备的故障预测及辅助维护。
单元控制器对光电传感器的电流进行检测，及时检测传感器是否断线，并自动旁路。
单元控制器对电机进行断线、过温、电流异常诊断，并在故障时及时切断异常避免故障恶化。
所述的CAN网络通讯地址通过ID拨码指定，不同的输送功能通过类型拨码指定。
初始时，多个输送机单元连接构成输送机需要指定节点的网络分布图，即确定每个节点的上下游关系，则通过如下方法：在输送机首端放入物品，强制各输送机单元进行输送，物品经过光电传感器对应节点时上报物品所在节点号,各相关节点根据上报的节点号时间先后来识别上下游关系；当遇到多条可能路径时，单元控制器自动切换并尝试所有路径，直到完成所有路径的上下游识别。
参照图3所示，本发明还提供一种输送机分布式控制方法，其应用于上述输送机分布式控制系统，包括如下：
步骤一：单元控制器通过与之连接的光电传感器获取所属输送机单元的工作状态，判断输送机单元处于空闲状态还是阻塞状态，并CAN通讯通知上游单元控制器；
步骤二：判断上游单元控制器是否有发送物品申请且所述输送机单元是否处于空闲状态，若二者同时满足则进入步骤三；若否则进入步骤四；
步骤三：当单元控制器所属输送机单元处于空闲状态时，则单元控制器与其上游单元控制器通过CAN网络建立物品接收会话，驱动本级电机运转接收上游发送的物品，并进入步骤四；
步骤四：判断下游输送机单元是否处于空闲状态且所属输送机单元是否有发送物品需求，若二者同时满足，则进入下一步骤五；否则结束；
步骤五：单元控制器与下游单元控制器通过CAN网络建立物品发送会话，驱动电机运转发送物品至下游输送机单元，结束。
其中，初始时，多个输送机单元连接构成输送机需要指定节点的网络分布图，即确定每个节点的上下游关系，则通过如下方法：在输送机首端放入物品，强制各输送机单元进行输送，物品经过光电传感器对应节点时上报物品所在节点号,各相关节点根据上报的节点号时间先后来识别上下游关系；当遇到多条可能路径时，单元控制器自动切换并尝试所有路径，直到完成所有路径的上下游识别。
上述步骤一和步骤五中单元控制器与上、下游单元控制器进行CAN通讯的具体实现如下：数据转发器提供了对于报文指定字节（COBID）的过滤及转发规则设置，可以根据COBID中智能识别报文类型，进行是否转发，以及转发对象的智能控制；COBID是CAN通讯中通讯对象标识符，标准帧为11位，扩展帧为29位，支持硬件收发过滤。该数据转发器从中定义了3bit控制位，最多可以据此组合成八种转发规则，规则控制报文是否转发以及转发对象，重发次数等。不同的产品在定义通讯协议时只需照此规则结合实际应用进行定义即可，使用简便，扩展性好。由于是硬件级过滤，所有可以做到高效转发。
本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种输送机分布式控制系统，应用于由复数个输送机单元连接构成的输送机中，其特征在于，包括：数据接口终端、数据转发器以及单元控制器；其中，
数据接口终端，其监控输送机状态、输送业务逻辑控制，以及提供系统维护与诊断；
数据转发器，其通过以太网与上述的数据接口终端数据连接，通过CAN网络与单元控制器数据连接，将接收到的数据信息进行以太网-CAN的格式转换，实现输送机数据的外部交互；
单元控制器，其布置于输送机单元上，且每个单元控制器从属于一个输送机单元，该单元控制器上设有光电接口、电机接口以及CAN总线接口；其中，光电接口数据连接输送机单元上设置的光电传感器，接收光电信号；电机接口输出控制输送机单元上设置的电机的驱动信号；CAN总线接口分别连接上、下游单元控制器，通过CAN网络获取相关输送状态，执行输送逻辑，并控制其上承载物品的输送；
初始时，多个输送机单元连接构成输送机需要指定节点的网络分布图，即确定每个节点的上下游关系，则通过如下方法：在输送机首端放入物品，强制各输送机单元进行输送，物品经过光电传感器对应节点时上报物品所在节点号,各相关节点根据上报的节点号时间先后来识别上下游关系；当遇到多条可能路径时，单元控制器自动切换并尝试所有路径，直到完成所有路径的上下游识别。
2.根据权利要求1所述的输送机分布式控制系统，其特征在于，所述的单元控制器根据所述输送机单元的工作状态，与上、下游单元控制器建立通讯会话，并执行接收/发送物品的指令。
3.根据权利要求1所述的输送机分布式控制系统，其特征在于，所述的单元控制器记录电机运转时间、输送执行时间、电压及电流温度数据，并将这些数据上传至数据接口终端，该数据接口终端或与之连接云端数据库对这些数据进行分析，以进行设备的故障预测及辅助维护。
4.根据权利要求1所述的输送机分布式控制系统，其特征在于，所述的CAN网络通讯地址通过ID拨码指定，不同的输送功能通过类型拨码指定。
5.根据权利要求1所述的输送机分布式控制系统，其特征在于，所述的单元控制器对光电传感器的电流进行检测，及时检测传感器是否断线，并自动旁路。
6.根据权利要求1所述的输送机分布式控制系统，其特征在于，所述的单元控制器对电机进行断线、过温、电流异常诊断，并在故障时及时切断异常避免故障恶化。
7.一种基于权利要求1-6任意一项所述的输送机分布式控制系统的输送机分布式控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）单元控制器获取所述输送机单元的工作状态，并CAN通讯通知上游单元控制器；
2）判断上游单元控制器是否有发送物品申请且所述输送机单元是否处于空闲状态，若二者同时满足则进入步骤3）；若否则进入步骤4）；
3）单元控制器与其上游单元控制器通过CAN网络建立物品接收会话，驱动电机运转接收上游发送的物品，进入步骤4）；
4）判断下游输送机单元是否处于空闲状态且所述输送机单元是否有发送物品需求，若二者同时满足，则进入下一步骤5）；否则结束；
5）单元控制器通过CAN网络与下游单元控制器建立物品发送会话，驱动电机运转发送物品至下游输送机单元，结束。
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