CN105700459A - 一种高速交叉带分拣输送机控制系统 - Google Patents

Abstract

一种高速交叉带分拣输送机控制系统，其特征在于，使用SLC同步直线电机作为分拣主机的动力驱动，分拣主机与分拣小车之间采用漏波技术进行ProFiNET通讯，小车输送采用基于CANopen的直流伺服驱动技术、并采用物料同步导入逻辑控制技术。本发明的有益效果是：跟现有技术相比极大地提高了交叉带分拣机小车输送的性能；简化了系统布线，提高了可维护性，方便增减小车数量，整个交叉带分拣输送机系统中大量使用快接插头连接，各台小车间均使用标准插头相互进行电气连接，优化了电控系统的电气走线、器件布局，节省了一定数量的电气配置(接线端子、电线电缆等)费用，具有较好的经济性指标；同时也优化了设备的电气安装结构，为设备故障检修和维护提供了便捷。

Description

一种高速交叉带分拣输送机控制系统

所属技术领域

本发明涉及交叉带分拣输送机的SLC同步直线电机驱动技术、漏波通讯技术、基于CANopen的直流伺服驱动技术、以及物料同步导入逻辑控制技术。

背景技术

交叉带式分拣输送机主要由供料设备、分拣主机、接料装置以及控制系统四部分组成，其工作原理是在控制系统的协调控制下实现物料由供料设备送入分拣主机进行分拣后，由出料系统(分拣格口)完成物料物理位置的分类存放；其由主驱动带式输送机和载有小型带式输送机的台车(简称“小车”)联接在一起，当“小车”移动到所规定的分拣位置时，转动皮带，完成把商品分拣送出的任务。

当前主流的交叉带式分拣输送机采用的主驱动技术、通讯技术、带式小车的驱动技术各有异同，应用也较为成熟，但因技术本身的局限存在一些应用的缺陷或不足：

传统交叉带式分拣主机的驱动主要主要采用的是普通异步电机带动链条链轮或摩擦轮的传动方式，速度低、结构复杂，器件维护成本大，近年来也出现了采用LIM异步直线感应电机作为主驱动单元，非接触式传导动力，是未来驱动技术的发展趋势，但因异步电机的特性，也具有动力效能不高，发热量大的弊端；

而在主控单元与带式小车单元之间的通讯结构中，目前较为通用的是采用滑触线载波PROFIBUS通讯技术或工业无线以太网技术，这些技术在应用时或多或少会暴露出数据承载量不高、不容易组态、信号不稳定等问题，无法满足高速运动设备的应用要求；

对于交叉带式分拣小车的皮带驱动方式，目前采用较多的是一体式直流电动辊筒直接驱动和直流减速机同步带传动这两种方式，两种方式各有所长，也都有不足，都具有深入研发及应用的较大空间；

而目前的工业控制技术在环线驱动、无线通讯、直流驱动等领域都有许多较新型的技术，此类新型控制技术在交叉带式分拣输送机的控制系统中，对上述的问题可起到较好的解决应用效果。

在决定交叉带式分拣输送机系统能力高低的物料导入方式上，目前此种设备的生产厂家都高度关注对高效可靠的物料导入技术的研发，各种仿真模型、算法的研究都随着设备的发展日趋进步和完善，但因物料输送要求及能力的日益提高和不断变化，也面临许多挑战，同时伴随着设备控制硬件和控制技术的不断推陈出新，也为开发应用更高效可靠的导入技术提供了保障。

发明内容

鉴于以上技术背景，本发明的关键技术在于研制一种使用SLC同步直线电机作为分拣主机的动力驱动，分拣主机与小车之间采用漏波技术进行ProFiNET通讯，小车输送采用基于CANopen的直流伺服驱动技术、并采用物料同步导入逻辑控制等技术。

针对传统链条链轮或摩擦轮的传动方式以及LIM异步直线感应电机在交叉带分拣主机应用的不足，本发明采用SLC同步直线电机作为交叉带分拣主机的动力驱动，SLC同步直线电机与LIM异步直线感应电机一样也是由相应的旋转电机转化的，因其采用永磁体励磁，具有力能指标高、质量轻、推力/体积比更大的特点，其控制性能及精度更好，整个直线电机各部件可以方便的分块拆卸和安装；

在驱动器方面，采用专门针对SLC同步直线电机优化的MOVIDRIVE直线电机驱动器，采用力矩控制的方式，同时通过采集线性编码器NL16的编码信号，对直线电机的速度和位置进行控制；在本发明的控制系统中，当交叉带分拣输送机规模较大时，则需要配置多套驱动单元，各驱动器通过网关模块接入Profibus/Profinet/EthernetIP/ModbusTCP等总线的方式进行连接，再接入分拣机控制PLC，此类应用方式较多，此处只列举两种为例(图1)。

针对目前交叉带分拣输送机主机与小车通讯系统的应用情况和面临的问题，本发明提出了在分拣主机与小车之间采用漏波电缆进行ProFiNET通讯的方式；ProFiNE是基于工业以太网技术的自动化总线，支持TCP/IP标准通讯、实时(RT)通讯、等时同步(IRT)通讯三种通讯方式，尤其IRT方式在100个节点下，其响应时间小于1ms，抖动误差小于1μs，以此来保证及时的、确定的响应，可以满足交叉带分拣输送机运动控制的高速通讯需求；而漏波电缆是一种天线技术，主要是针对工业现场复杂的空间环境，不利于射频信号有效覆盖的区域，而设计的一种通过特殊馈线电缆传播射频信号的技术。因为漏波电缆的设计特点，它能够围绕着电缆的指定区域辐射一个规则的信号区.这种功能可以保证在无线客户端和无线接入点之间建立一个稳定可靠的通讯连路，并且能够提供确定的数据数据循环访问，这种漏波电缆设计用于2.4G或5GHz频段。漏波电缆的灵活简易的安装以及整个系统模块化的设计可以满足许多应用场合的需要。因此基于漏波电缆的ProFiNET通讯能够完美应用于交叉带分拣输送机这种移动客户端沿着固定路径运动的系统。

在交叉带分拣小车的输送驱动方式上，本发明采用的是基于CANopen总线的直流伺服驱动技术，将分拣小车根据系统需要分成若干组，每组的主车和从车之间采用CANopen总线连接，每台小车均配置有直流伺服驱动器和电机，直流伺服电机本身具有出力大，响应快，速度高，惯量小等特点，在交叉带分拣机小车输送这样的应用条件下非常适合，但交叉带分拣机的小车数量众多，均需要高响应的控制，如果不采用总线方式而用IO控制，则会面临非常大的安装和维护压力，而且系统稳定性也不高，所以我们采用CANopen总线对伺服驱动器进行控制指令和反馈信号的传送，可以极大的提高交叉带分拣机小车输送的性能；

对于物料的自动同步导入技术，是目前交叉带分拣输送机自动化控制的重点技术之一，也是决定交叉带分拣输送机系统能力的主要因素，在本发明主要采用了物料外形尺寸检测、导入皮带机速度同步匹配、导入出口同步检测等技术来保证物料导入的可靠和高效；

在本发明中，为简化系统布线，提高可维护性，方便增减小车数量，整个交叉带分拣输送机系统中大量使用快接插头连接，各台小车间均使用标准插头相互进行电气连接，优化了电控系统的电气走线、器件布局，节省了一定数量的电气配置(接线端子、电线电缆等)费用，具有较好的经济性指标；同时也优化了设备的电气安装结构，为设备故障检修和维护提供了便捷。

在上述发明所述方案中，所述控制器件包括：可编程控制器、直线同步电机驱动器、直流伺服驱动器、无线通讯接入点、无线通讯客户端、总线控制器、总线网关模块、各低压开关以及它们各自的相适应的组合。

附图说明

图1是SLC同步直线电机多套驱动单元配置模式示意；

图2是本发明一个实例的电气系统安装示意图；

图3是本发明一个实例的驱动系统网络结构示意；

图4是本发明一个实例的同步直线电机控制组件示意图；

图5是本发明一个实例的漏波电缆通讯结构示意图；

图6是本发明一个实例的小车输送驱动系统网络结构示意；

图7是本发明一个实例的物料同步导入控制示意；

图8是本发明一个实例的物料同步导入流程示意。

具体实施方式

为更好叙述本发明的上述目的、特征，下面附图对本发明做进一步的详细阐述。

在下面的描述中阐述了一些具体细节以便于充分理解本发明，但本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开的具体实例的限制。

参照图2，这个发明的实例为一套由90台交叉带小车、2套导入、导出输送线、3套SLC同步直线电机以及若干控制柜箱组成的交叉带分拣输送系统，结构包括：做为主控制单元的系统主控柜G01，用于提供小车动力的直流供电控制箱GD01，用于提供漏波通讯的漏波通讯控制箱AP01,用于控制直线电机功能的01～03组直线电机控制箱CB01～CB03,以及用于控制导入、导出输送线功能的控制箱CB04。

如图3所示，在这个发明实例中，共使用了3套直线电机驱动单元，各驱动器以SBUS总线方式连接通讯接口网关，再由网关模块通过ProfibusDP总线接入分拣机控制PLC，每套驱动单元由3部SLC同步直线电机+1只NL16直线编码器组成(图4)，驱动器采用力矩控制的方式，每套驱动单元可提供600nm的额定推力(Fmax可达1200nm)，同时通过采集线性编码器NL16的编码信号，对直线电机的速度和位置进行控制；通过驱动器及PLC的闭环控制，不论在空载及满载工况下，均可使本实例的输送运行速度达到且稳定在2.5米/秒，速度平稳性误差＜±5％；

在本实例系统的通讯架构中，共配置若干漏波电缆，1只AP接入点，7只客户端(图5)，分拣机主控PLC通过AP接入点和漏波电缆将PROFINET总线延伸至整个分拣机运行轨道区域，90台小车分7组，每组单元均配置做为IO-DEVICE的小车控制PLC,其通过客户端与主控PLC使用PROFINET总线通讯；这样的配置，具有很高的数据带宽和数据传输率，可在整个分拣机在2.5米/秒高速运行时，仍能可靠通讯，从而保证交叉带小车迅速响应，处理物料的导入和导出作业；

对于分拣机的交叉带小车的输送驱动，我们在每个小车采用独立的带直流伺服驱动的皮带输送机，13台小车组成一组，之间采用CANopen总线连接，13台小车共用一台小车控制PLC(图6),所有车载输送的控制信号都通过CANopen总线传输，减少布线，方便后期维护，节约成本；控制命令如速度命令、位置命令、力矩命令、原点复归命令以及从总线上读取控制器的反馈都能方便实现，抗干扰能力强，从而让交叉带式分拣机可以以较高的扭矩和速度实现细微精准的物料接送控制，而且卸货速度可按照来料的规模与规格实现变速变流量的高精度装卸货。

对于物料的自动同步导入，本发明实例使用了5台输送机来完成，按物流方向依次为排队输送机2QC2、排队输送机1QC1、同步输送机SC、同步检查输送机SCC、导入输送机IC；如(图7)

物料在导入输送线输送时，通过光栅测量出外形轮廓，控制系统根据外形轮廓判断出物料在输送线上的位置，同时启动位置跟踪，通过位置反馈进行系统中空闲交叉带小车的定位和同步追随，最终以与环行圈匹配的投影速度实现物料从导入口到台车的迁移。同时通过物料外形计算和动态位置跟踪，物料无论从导入系统的哪个地方放置，都将能准确地送达交叉带上的中心固定位置，实现物料中心与小车车中心的对中；单个导入线的动作流程见图8。

在导入流程中，物料首先依次经过排队输送机2、1QC2、1到达到达同步输送机SC，在SC上当物料通过光栅外形轮廓检测后，直接比较此时对应该位置的小车是否可用，而小车的分配则是一个依次比较小车状态的过程；物料在外形光栅检测的位置尺寸数据，既用于计算物料同步输送X方向位置的提前或滞后量，也将用于物料输送到小车上Y方向位置的停位，保证物料对中；

流程中“有直接可用小车”是指：当物料到达同步触发检测SC1C2时根据分拣机和导入输送机IC的速度划定一个小车位置，物料在等待的过程中，每一个进入该位置的小车将依次读取其状态，满足预定条件的小车即为可用小车；若读到小车状态可用，则直接锁定该小车，将该小车状态修改为预分配，物料直接向前输送进入同步检查输送机SCC进行同步检查，此时判断当可用小车到达预定位置时，同步检查检测开关SCC1C1的状态，用以检查物料是否同步；通过检查后则导入线同步和交叉带小车速度匹配，最终通过导入输送机IC输送至交叉带小车，此时通过前述测得的物料Y方向尺寸和导入检测IC1C1状态控制物料在交叉带小车上的对中停放；在同步检查中，若检查失败，则物料需退回到同步检查输送机光电开关SCC1C1的后方，等待重新分配可用小车，原已经预分配的小车则解除锁定。而若流程中无可用小车则物料到达同步停止检测SC1C1时停止，此时需要进入到下一个寻找可用小车的流程。在这个流程中，同样根据物料位置判断后续小车的位置；

当多个导入线同时有物料等待导入分配时，则按照先近后远的原则进行导入分配：如本实例中，根据分拣机的运行方向，小车首先到达导入线一，其次是导入线二，当两个通道都有物料时，首先按照前面所说的单个导入线的导入流程先近后远进行，若某个导入线的物料在一定的时间【可设定值】后仍然没有获取到小车，该导入线进入优先等待状态，则其他的导入线置为禁止导入状态，直到该导入线获取到小车，再解除后续导入线的禁止状态。

为保证高速高效的同步导入技术功能的实现，本发明实例交叉带式分拣机的同步输送机SC、同步检查输送机SCC、导入输送机IC均采用矢量变频通过无级调速实现物料和交叉带小车的同步，再通过对中导入技术，将货物准确地导入到小车上，导入到小车上的物料通过序列位置标记和动态跟踪技术，各导入导出线、交叉带小车在信息系统的统一协调下，按照不同目的地的要求将物料导出到相应的分拣口，实现系统的连续高速运行。

通过上述发明实例，实现SLC同步直线电机技术、基于漏波电缆的Profinet通讯技术、基于CANopen总线的直流伺服驱动技术、高速高效的物料同步导入等技术在交叉带分拣输送机控制系统中的应用，从而实现对交叉带分拣输送机更快更高效的控制，到达发明一种高速新型的交叉带分拣输送机控制系统的目的。

以上所述仅为本发明的具体实施例，不能以此限定本发明的范围，即依本发明专利申请保护范围所作的等同变化与修饰，均应包含在本发明的技术涵盖范围内。

Claims (3)

1.一种高速交叉带分拣输送机控制系统，其特征在于，使用SLC同步直线电机作为分拣主机的动力驱动，分拣主机与分拣小车之间采用漏波技术进行ProFiNET通讯，小车输送采用基于CANopen的直流伺服驱动技术、并采用物料同步导入逻辑控制技术。

2.根据权利要求1所述的一种高速交叉带分拣输送机控制系统，其特征在于，采用专门针对SLC同步直线电机优化的MOVIDRIVE直线电机驱动器，采用力矩控制的方式，同时通过采集线性编码器NL16的编码信号，对直线电机的速度和位置进行控制；在本控制系统中，配置有不少于一套的动力驱动单元，各驱动器通过网关模块接入Profibus/Profinet/EthernetIP/ModbusTCP等总线的方式进行连接，再接入分拣机控制PLC。

3.根据权利要求1所述的一种高速交叉带分拣输送机控制系统，其特征在于，将所述分拣小车根据系统需要分成若干组，每组的主车和从车之间采用CANopen总线连接，每分拣台小车均配置有直流伺服驱动器和电机。