CN108423606B - 一种港口搬运agv设备的顶升控制系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种港口搬运AGV设备的顶升控制系统及其控制方法，包括车体，车体上设有回转机构和大车行走机构，还包括设于车体上的顶升回转机构、高压进线控制机柜、辅助控制柜、锂电池包和液压站；所述顶升回转机构设于回转机构和大车行走机构之间；所述高压进线控制机柜包括高压供电控制电路；所述辅助控制柜包括设于控制机柜内的PLC、接线端子和输入输出信号线束、及低压直流控制元器件；所述锂电池包通过可浮动连接插头、动力电缆连接至所述高压进线控制机柜；所述液压站包括液压动力单元和液压控制单元。本发明能够实现对顶升过程中各个油缸位置的实时同步检测并能够分别对每个油缸进行独立调节从而实现顶升机构的同步控制。
Description
技术领域
本发明涉及港口搬运设备，更具体地说，涉及一种港口搬运AGV设备的顶升控制系统及其控制方法。
背景技术
随着世界贸易的发展，集装箱航运业务效率的提升，即便是近年来航运业务不景气，但大型集装箱运输船装载箱量仍旧在不断被刷新，而船运效率的提升带来的是对集装箱港口效率提升的迫切需求。在普通人力操作效率渐渐无法满足需求的背景下，自动化港口迎来了蓬勃的发展时期，AGV作为自动化港口平面运输的主要设备承担了连接码头岸桥与自动化堆场集装箱运输的任务，随着技术的发展，港口搬运AGV经历了由动力系统划分为柴油机动力型、柴电混合动力型、纯电机会充电型及纯电换电型；由交互方式划分为直接式交互型、带顶升平台式交互型与自顶升式交互型，其中自顶升式交互型相比之前几代机型具有顶升稳定性高、整机自重轻等优势，并且采用电差动独立转向可实现横行及原地转向等功能，为空间有限场地的路径规划提供了更大的自由度，代表了集装箱搬运AGV技术的一种发展方向。
发明内容
针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的是提供一种港口搬运AGV设备的顶升控制系统及其控制方法，能够实现对顶升过程中各个油缸位置的实时同步检测并能够分别对每个油缸进行独立调节从而实现顶升机构的同步控制。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一方面，一种港口搬运AGV设备的顶升控制系统，包括：车体，车体上设有与四个轮胎相对应的回转机构和大车行走机构，回转机构，包括：转向减速箱和转向伺服电机，还包括：设于车体上的顶升回转机构、高压进线控制机柜、辅助控制柜、锂电池包和液压站；
所述顶升回转机构设于回转机构和大车行走机构之间，包括：前左顶升回转机、前右构顶升回转机构、后左顶升回转机构和后右顶升回转机构，分别与四个轮胎相对应；
所述高压进线控制机柜，包括：高压供电控制电路；
所述辅助控制柜，包括：设于控制机柜内的PLC、接线端子和输入输出信号线束、及低压直流控制元器件；
所述锂电池包通过可浮动连接插头、动力电缆连接至所述高压进线控制机柜；
所述液压站，包括：液压动力单元和液压控制单元；
所述液压动力单元，包括：变频驱动器、液压电机、液压泵、前部控制阀块及后部控制阀块，变频驱动器通过输出三相交流电驱动液压电机，液压电机通过输出轴驱动液压泵，由液压泵上的液压油箱向管路内持续打压，并通过液压管路连接到前部控制阀块及后部控制阀块；
所述液压控制单元，包括：控制阀组和外部控制模块，外部控制模块通过CAN总线形式与PLC进行通讯，用以监测液压站上各种信号反馈至PLC，并依据PLC发送的控制信号控制控制阀组用以执行顶升控制系统的增压、保压、顶升压力调整、制动压力调整的动作。
所述的前左顶升回转机、前右构顶升回转机构、后左顶升回转机构和后右顶升回转机构均包括：回转齿轮盘、顶升支撑机构、C型臂连接轴、顶升油缸和顶升油缸阀块，回转齿轮盘设于顶升支撑机构的上端，顶升支撑机构通过回转齿轮盘与转向减速箱和转向伺服电机连接，顶升油缸通过连接轴连于顶升支撑机构上，顶升支撑机构的下端与C型臂连接轴的上端连接，C型臂连接轴的下端连有车桥机构，顶升油缸内设有油缸位移传感器，顶升油缸，包括：油缸有杆侧和油缸无杆侧。
所述的车桥机构，包括：左右轮机械差速器、制动机构、轮速编码器与减速机构，减速机构与大车行走机构连接，轮速编码器通过轮辋与轮胎连接，C型臂连接轴与车桥机构连接之间还设有减震橡胶弹簧。
所述的顶升油缸阀块，包括油缸有杆侧压力传感器和油缸无杆侧压力传感器，油缸有杆侧压力传感器设于油缸有杆侧上，油缸无杆侧压力传感器设于油缸无杆侧上。
所述的控制阀组，包括：系统主压力电磁阀、前后部压力电磁阀、四路顶升油缸上升控制比例压力阀、四路顶升油缸下降控制比例压力阀，四路顶升油缸上升控制比例压力阀下端的油路连接至油缸无杆侧，四路顶升油缸下降控制比例压力阀下端的油路连接至油缸有杆侧。
所述的高压供电控制电路，包括：供电回路、上电缓冲回路、充电回路、断电回路和低压辅助供电回路。
所述的低压直流控制元器件，包括：继电器、控制开关、保险丝及与用以外部接通的线路快速航插。
所述的锂电池包，包括：若干锂电池模组串并联连接，并通过电池管理系统BMS实时管理及监控每个模组中电芯的充放电、温度状态，再通过CAN总线形式与PLC进行通讯。
所述的辅助控制柜上设有工业用空调。
还包括：水冷站，用以为顶升控制系统提供水冷冷却。
所述的控制系统，包括：速度和位置两个反馈闭环，速度环为内环，位置环为外环。
另一方面，一种港口搬运AGV设备的顶升控制方法，包括：系统初始化及用户参数输入之后由控制程序解析对应的各个顶升油缸运动参数设定值，控制过程对控制阀组发出控制信号启动比例控制过程，液压控制单元中的系统压力通过前后部系统压力的调节输送至前后阀块，并通过前后阀块中安装的比例阀控制顶升速度，顶升控制程序与位置保护程序同时进行判定，当顶升油缸位置达到设定值或缸磁尺反馈位移信号与虚拟主轴规划位移偏差过大时均可触发不同等级的故障并执行保护动作。
在上述的技术方案中，本发明所提供的一种港口搬运AGV设备的顶升控制系统及其控制方法，还具有以下几点有益效果：
1)本发明通过位置-速度双闭环控制方式，相比单一的位置控制模式具有同步性更好、控制精度更高的效果，并通过虚拟主轴方式进行运动规划，各个油缸运动跟随，更加提高了顶升同步性能；
2)本发明使用了油缸有杆侧及无杆侧双侧比例阀控制设计，不仅能够控制顶升平台上升过程，还能够在下降过程控制运动同步性，并且在大负载及系统压力不稳定的情况下能够通过反向加压的方式进行快速调节；
3)本发明多级故障判定及保护机制，通过对油缸动作速度及位置信号及整个动力及液压系统的实时监测，可触发不同等级的故障并执行保护动作，提升系统整体安全等级。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明顶升上升至最高位置的状态图；
图3是本发明顶升下降至最低位置的状态图；
图4是本发明系统的控制框图；
图5是本发明系统的控制流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。
请结合图1至图3所示，本发明所提供的一种港口搬运AGV设备的顶升控制系统，包括：车体1，车体1上设有与四个轮胎2相对应的回转机构和大车行走机构22，回转机构，包括：转向减速箱3和转向伺服电机，上述为现有技术部分，在此就不在赘述。与现有技术不同的是，还包括：设于车体1上的顶升回转机构、高压进线控制机柜4、辅助控制柜5、锂电池包6和液压站7。
较佳的，所述顶升回转机构设于回转机构和大车行走机构22之间，包括：前左顶升回转机8、前右构顶升回转机构9、后左顶升回转机构10和后右顶升回转机构11，分别与车体1上的四个轮胎2相对应。顶升回转机构通过回转齿轮与转向减速箱3连接，转向减速箱3另一端连接转向伺服电机，控制整个顶升回转机构的转动。
较佳的，所述高压进线控制机柜4，包括：高压供电控制电路，高压供电控制电路，包括：供电回路、上电缓冲回路、充电回路、断电回路和低压辅助供电回路。
较佳的，所述辅助控制柜5，包括：设于控制机柜内的PLC、接线端子和输入输出信号线束、及集成了车体1上所有的低压直流控制元器件。低压直流控制元器件，包括：继电器、控制开关、保险丝及与用以外部接通的线路快速航插等。
较佳的，所述锂电池包6通过可浮动连接插头、动力电缆连接至所述高压进线控制机柜4，通过柜内直流母排及接触器控制为整个顶升控制系统提供额定640V直流供电，并通过柜内安装的DC-DC直流变压器转变为24Vdc质量为整个顶升控制系统供电。锂电池包，包括：若干锂电池模组串并联连接，并通过电池管理系统BMS实时管理及监控每个模组中电芯的充放电、温度状态，再通过CAN总线形式与PLC进行通讯。
较佳的，所述液压站7，包括：液压动力单元和液压控制单元；
较佳的，所述液压动力单元，包括：变频驱动器、液压电机、液压泵、前部控制阀块17及后部控制阀块18，变频驱动器通过输出三相交流电驱动液压电机，液压电机通过输出轴驱动液压泵，由液压泵上的液压油箱向管路内持续打压，并通过液压管路连接到前部控制阀块17及后部控制阀块18。前部控制阀块17及后部控制阀块18中均安装有控制上升及下降的比例压力阀，通过比例压力阀下部的液压管路连接到顶升油缸15有杆侧及无杆侧中，顶升油缸内设有油缸位移传感器，油缸位移传感器使用的是磁尺感应式位移传感器，通过4-20毫安的电流信号将顶升油缸15位置信号反馈给控制系统。前部控制阀块17及后部控制阀块18具有相同结构及功能，主要实现车辆前后部分液压机构进行分布式控制，独立控制前后部每个顶升油缸15的动作。
较佳的，所述液压控制单元，包括：控制阀组和外部控制模块，外部控制模块通过CAN总线形式与PLC进行通讯，用以监测液压站上各种信号反馈至PLC，并依据PLC发送的控制信号控制控制阀组用以执行顶升控制系统的增压、保压、顶升压力调整、制动压力调整的动作。控制阀组，包括：系统主压力电磁阀、前后部压力电磁阀、四路顶升油缸上升控制比例压力阀、四路顶升油缸下降控制比例压力阀，四路顶升油缸上升控制比例压力阀下端的油路连接至油缸无杆侧，四路顶升油缸下降控制比例压力阀下端的油路连接至油缸有杆侧。
较佳的，所述的前左顶升回转机8、前右构顶升回转机构9、后左顶升回转机构10和后右顶升回转机构11均包括：回转齿轮盘12、顶升支撑机构13、C型臂连接轴14、顶升油缸15和顶升油缸阀块16，回转齿轮盘12设于顶升支撑机构13的上端，顶升支撑机构13通过回转齿轮盘12与转向减速箱3和转向伺服电机连接，而回转齿轮盘12与转向减速箱3之间又通过齿轮连接，顶升油缸15通过连接轴19、20连于顶升支撑机构13上，顶升支撑机构13的下端与C型臂连接轴14的上端连接，C型臂连接轴14的下端连有车桥机构21，顶升油缸15，包括：油缸有杆侧和油缸无杆侧。
较佳的，所述的车桥机构21，包括：左右轮机械差速器、制动机构、轮速编码器与减速机构，减速机构与大车行走机构22通过齿轮连接，轮速编码器通过轮辋与轮胎2连接，C型臂连接轴14与车桥机构21连接之间还设有减震橡胶弹簧23，用于顶升下降至最低时，车桥机构21与顶升支撑机构13的缓冲减震作用。
较佳的，所述的顶升油缸阀块16，包括油缸有杆侧压力传感器和油缸无杆侧压力传感器，油缸有杆侧压力传感器设于油缸有杆侧上，油缸无杆侧压力传感器设于油缸无杆侧上。
较佳的，所述的辅助控制柜5上设有工业用空调，工业用空调安装有四台，锂电池包7内部通过直流变压器为四台工业用空调提供220V交流供电，为锂电池包7内部提供稳定适宜的温度环境。
较佳的，还包括：水冷站24，用以为整个顶升控制系统提供水冷冷却。
如图4所示，所述的控制系统，包括：速度和位置两个反馈闭环，速度环为内环，可以保证整个顶升控制系统的响应快速性，位置环为外环，可以保证整个顶升控制系统的准确性。
如图5所示，本发明还提供了一种港口搬运AGV设备的顶升控制方法，包括：系统初始化及用户参数输入之后由控制程序解析对应的各个顶升油缸运动参数设定值，控制过程对控制阀组发出控制信号启动比例控制过程，液压控制单元中的系统压力通过前后部系统压力的调节输送至前后阀块，并通过前后阀块中安装的比例阀控制顶升速度，顶升控制程序与位置保护程序同时进行判定，当顶升油缸位置达到设定值或缸磁尺反馈位移信号与虚拟主轴规划位移偏差过大时均可触发不同等级的故障并执行保护动作。
工作时，当本AGV设备开进指定工作区域并停车，上位系统发送顶升上升指令，AGV设备上的控制器PLC在检测车辆电气系统、液压系统及顶升平台无故障之后执行顶升指令，打开制动器并给行走电机驱动器发送零速指令，通过预先编辑的PLC程序对顶升油缸运动的位移及速度进行规划作为虚拟主轴，PLC通过对比例阀发送PWM控制的电流信号控制比例阀动作，进而控制顶升油缸的运动速度，同时，油缸磁尺实时地将顶升油缸位移信号通过电流的方式反馈给PLC，PLC通过对顶升油缸位移信号进行微分计算出顶升油缸的运动速度反馈值，形成速度控制闭环，当磁尺反馈的顶升油缸位移信号判定为行程末段时，虚拟主轴运动规划速度也将降低以提高末段控制精度。
当顶升油缸的顶升位置达到设定值时，PLC控制器将会发送信号控制比例阀关闭，顶升动作停止。
系统在顶升过程中会实时判断顶升动作的同步性，当油缸磁尺反馈位移信号与虚拟主轴规划位移偏差过大时，系统将会针对偏差大小报出不同等级的故障并执行保护动作。
当需要顶升下降时，控制油缸另一侧比例阀进行相同动作过程。
综上所述，本发明实现对顶升机构工作过程的速度及位置同步实时检测分析并对多个油缸顶升进行独立控制。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。
Claims (8)
1.一种港口搬运AGV设备的顶升控制系统，包括：车体，车体上设有与四个轮胎相对应的回转机构和大车行走机构，回转机构，包括：转向减速箱和转向伺服电机，其特征在于，还包括：设于车体上的顶升回转机构、高压进线控制机柜、辅助控制柜、锂电池包和液压站；
所述顶升回转机构设于回转机构和大车行走机构之间，包括：前左顶升回转机、前右构顶升回转机构、后左顶升回转机构和后右顶升回转机构，分别与四个轮胎相对应；
所述高压进线控制机柜，包括：高压供电控制电路；
所述辅助控制柜，包括：设于控制机柜内的PLC、接线端子和输入输出信号线束、及低压直流控制元器件；
所述锂电池包通过可浮动连接插头、动力电缆连接至所述高压进线控制机柜；
所述液压站，包括：液压动力单元和液压控制单元；
所述液压动力单元，包括：变频驱动器、液压电机、液压泵、前部控制阀块及后部控制阀块，变频驱动器通过输出三相交流电驱动液压电机，液压电机通过输出轴驱动液压泵，由液压泵上的液压油箱向管路内持续打压，并通过液压管路连接到前部控制阀块及后部控制阀块，前部控制阀块及后部控制阀块中均安装有控制上升及下降的比例压力阀，通过比例压力阀下部的液压管路连接到顶升油缸有杆侧及无杆侧中，顶升油缸内设有油缸位移传感器，油缸位移传感器是磁尺感应式位移传感器，通过4-20毫安的电流信号将顶升油缸位置信号反馈给控制系统；前部控制阀块及后部控制阀块具有相同结构及功能，实现车辆前后部分液压机构进行分布式控制，独立控制前后部每个顶升油缸的动作；
所述液压控制单元，包括：控制阀组和外部控制模块，外部控制模块通过CAN总线形式与PLC进行通讯，用以监测液压站上各种信号反馈至PLC，并依据PLC发送的控制信号控制控制阀组用以执行顶升控制系统的增压、保压、顶升压力调整、制动压力调整的动作，
所述的前左顶升回转机、前右构顶升回转机构、后左顶升回转机构和后右顶升回转机构均包括：回转齿轮盘、顶升支撑机构、C型臂连接轴、顶升油缸和顶升油缸阀块，回转齿轮盘设于顶升支撑机构的上端，顶升支撑机构通过回转齿轮盘与转向减速箱和转向伺服电机连接，顶升油缸通过连接轴连于顶升支撑机构上，顶升支撑机构的下端与C型臂连接轴的上端连接，C型臂连接轴的下端连有车桥机构，顶升油缸内设有油缸位移传感器，顶升油缸，包括：油缸有杆侧和油缸无杆侧，
所述的顶升油缸阀块，包括油缸有杆侧压力传感器和油缸无杆侧压力传感器，油缸有杆侧压力传感器设于油缸有杆侧上，油缸无杆侧压力传感器设于油缸无杆侧上，
所述的控制阀组，包括：系统主压力电磁阀、前后部压力电磁阀、四路顶升油缸上升控制比例压力阀、四路顶升油缸下降控制比例压力阀，四路顶升油缸上升控制比例压力阀下端的油路连接至油缸无杆侧，四路顶升油缸下降控制比例压力阀下端的油路连接至油缸有杆侧，
PLC通过对比例阀发送PWM控制的电流信号控制比例阀动作，进而控制顶升油缸的运动速度，同时，油缸磁尺实时地将顶升油缸位移信号通过电流的方式反馈给PLC，PLC通过对顶升油缸位移信号进行微分计算出顶升油缸的运动速度反馈值，形成速度控制闭环，
所述的控制系统，包括：速度和位置两个反馈闭环，速度环为内环，位置环为外环。
2.如权利要求1所述的一种港口搬运AGV设备的顶升控制系统，其特征在于：所述的车桥机构，包括：左右轮机械差速器、制动机构、轮速编码器与减速机构，减速机构与大车行走机构连接，轮速编码器通过轮辋与轮胎连接，C型臂连接轴与车桥机构连接之间还设有减震橡胶弹簧。
3.如权利要求1所述的一种港口搬运AGV设备的顶升控制系统，其特征在于：所述的高压供电控制电路，包括：供电回路、上电缓冲回路、充电回路、断电回路和低压辅助供电回路。
4.如权利要求1所述的一种港口搬运AGV设备的顶升控制系统，其特征在于：所述的低压直流控制元器件，包括：继电器、控制开关、保险丝及与用以外部接通的线路快速航插。
5.如权利要求1所述的一种港口搬运AGV设备的顶升控制系统，其特征在于：所述的锂电池包，包括：若干锂电池模组串并联连接，并通过电池管理系统BMS实时管理及监控每个模组中电芯的充放电、温度状态，再通过CAN总线形式与PLC进行通讯。
6.如权利要求1所述的一种港口搬运AGV设备的顶升控制系统，其特征在于：所述的辅助控制柜上设有工业用空调。
7.如权利要求1所述的一种港口搬运AGV设备的顶升控制系统，其特征在于：还包括：水冷站，用以为顶升控制系统提供水冷冷却。
8.一种用于如权利要求1-7任一项所述的港口搬运AGV设备的顶升控制系统的顶升控制方法，其特征在于，包括：系统初始化及用户参数输入之后由控制程序解析对应的各个顶升油缸运动参数设定值，控制过程对控制阀组发出控制信号启动比例控制过程，液压控制单元中的系统压力通过前后部系统压力的调节输送至前后阀块，并通过前后阀块中安装的比例阀控制顶升速度，顶升控制程序与位置保护程序同时进行判定，当顶升油缸位置达到设定值或缸磁尺反馈位移信号与虚拟主轴规划位移偏差过大时均可触发不同等级的故障并执行保护动作。
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Patent Citations (4)
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