CN108762267B - 一种自适应轨道行走小车的控制系统和控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种工业自动控制的技术领域，更具体地，涉及一种自适应轨道行走小车的控制系统和控制方法，包括行走于轨道上的小车、设于小车的控制箱、控制箱设有PLC控制系统，还包括与PLC控制系统电连接用于检测轨道状态的检测装置、与PLC控制系统电连接用于小车自适应轨道的调节装置及与PLC控制系统电连接用于驱动小车行走的驱动装置；所述PLC控制系统依据检测装置输入的检测信号判断轨道状态并控制调节装置实现小车的自适应轨道的调整。所述调节装置包括用于变形轨道的辅助装置、转弯处的转向装置，本发明还提供判断轨道变形的方法以及相应的处理方法，判断迅速，定位准确，无需人工协助，有效避免因轨道变形导致的小车前进受阻，实现小车的正常行走。
Description
技术领域
本发明涉及工业自动控制的技术领域，更具体地，涉及一种自适应轨道行走小车的控制系统和控制方法。
背景技术
室内自动化养殖投饵大范围使用轨道小车作为行走机构，由于地形、环境的影响，一般的行走导轨距离都比较长，而轨道由于制造、安装误差，使轨道小车的轮子易出现悬空、打滑等问题，从而影响后续运行的持续性。目前，当轨道小车遇到轨道变形时，轨道后轮被悬空或者抓地力不足导致后轮打滑。此时，需要人工去推动轨道小车协助其度过变形处，这样做会影响生产效率和增加工人的劳动。当轨道小车所处的轨道很高时，就更加难以进行人工协助。
机械结构型的自适应系统可以协助小车度过变形处，但是结构不紧凑，造价成本高，重量增加，适应稳定时间长。CN201110271422.9公开了一种多自由度轨道小车的速度控制跟踪方法和系统，该PLC控制系统和方法解决了机动游乐场设施领域的速度控制与跟踪方法，通过计算轨道小车运行的实际参数与预先设定的轨道目标参数的差值来实现速度控制和快速跟踪，但是该PLC控制系统和方法没有解决如何判断轨道变形和处理方法，小车可能因重载引起轨道变形从而导致小车前进受阻；CN201310557739.8公开了一种轨道小车自动调速控制方法，但是该装置和方法没有提供解决如何判断悬空轨道变形和处理方法；CN201310318476.5公开一种轨道小车的智能控制系统与方法，这种控制方法解决了医院内部物流传送轨道小车在悬空轨道的运动控制和转轨问题，但是没有解决如何判断轨道变形和处理方法；CN201710343818.7公开了一种自适应轨道小车，解决了自适应轨道小车的结构问题，但是该装置没有解决如何判断轨道变形和如何做出相应的控制操作的控制系统和方法。本发明提供了一种通过微电子的自动控制来控制轨道小车自适应轨道变形的控制系统和方法。
发明内容
本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供及一种自适应轨道行走小车的控制系统和控制方法，提供判断轨道变形的方法以及相应的处理方法，有效避免因轨道变形导致的小车前进受阻。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种自适应轨道行走小车的控制系统，包括行走于轨道上的小车、设于小车的控制箱、控制箱设有PLC控制系统，还包括与PLC控制系统电连接用于检测轨道状态的检测装置、与PLC控制系统电连接用于小车自适应轨道的调节装置及与PLC控制系统电连接用于驱动小车行走的驱动装置；所述PLC控制系统依据检测装置输入的检测信号判断轨道状态并控制调节装置实现小车的自适应轨道的调整。
所述的调节装置包括设于小车车尾的用于自适应变形轨道的辅助装置、设于小车底部的用于电控自适应转弯轨道的转向装置、所述驱动装置为设于小车底部的通过变频器与PLC控制系统电连接的驱动电机。
所述的小车包括后轮和前轮；所述检测装置包括同规格的第一编码器和第二编码器，所述的第一编码器和第二编码器分别安装于所述小车一侧的后轮和前轮上。
所述的检测装置还包括设于所述小车车头的第一红外传感器及第二红外线传感器，所述第一红外传感器及第二红外线传感器分别安装于小车车头的两侧并与轨道的两侧对应；所述轨道的起点和终点处分别设有轨道起点挡片及轨道终点挡片，轨道起点挡片和轨道终点挡片设于对应第二红外线传感器所在侧的轨道；轨道转弯处的开始点和结束点设有转弯起点挡片及转弯终点挡片，转弯起点挡片及转弯终点挡片设于对应第一红外传感器所在侧的轨道。
所述的PLC控制系统的输入端包括I0.0、I0.1、I0.3、I0.4、I1.0、I1.1，输出端包括Q0.0、Q0.1；所述的第一编码器和第二编码器为同规格的AB相编码器，第一编码器A、B相脉冲输出端分别接PLC控制系统的I0.0和I0.1输入端，第二编码器A、B相脉冲输出端分别接PLC控制系统的I0.3和I0.4输入端；第一红外传感器的开关量输出端接PLC控制系统的开关量输入端I1.0，第二红外线传感器的开关量输出端接PLC控制系统的开关量输入端I1.1；PLC控制系统的输出端Q0.0通过接触器KM1控制转向装置，PLC控制系统的输出端Q0.1通过接触器KM2控制辅助装置。
一种自适应轨道行走小车的控制方法，所述的控制方法具体包括以下步骤：
步骤1：启动小车从轨道起点开始行走，同时启动第一编码器和第二编码器分别开始采集后轮和前轮的数据信号；
步骤2：第一编码器和第二编码器将采集的数据信号转为脉冲信号传送至PLC控制系统，PLC控制系统统计第一编码器的脉冲个数和第二编码器的脉冲个数；
步骤3：PLC控制系统根据步骤2中第一编码器的脉冲个数和第二编码器的脉冲个数计算后轮和前轮之间转动的角位移差；
步骤4：PLC控制系统根据步骤3中角位移差计算结果的绝对值判断轨道变形状态；轨道变形，记为“1”；轨道未变形，记为“0”；
步骤5：当步骤4中记为“1”时，PLC控制系统向Q0.1输出高电平，接触器KM2接通，通过KM2开启辅助装置实现辅助动作；当记为“0”时， Q0.0输出低电平，KM2处于断开状态，辅助装置停止辅助动作；
步骤6：PLC控制系统同时对步骤2中对第一编码器编码器和第二编码器的脉冲个数清零；重复执行步骤1-6直至小车到达轨道终点停止行走，此时第一编码器和第二编码器停止采集数据信号。
所述步骤4中轨道变形状态的判断方法如下：
PLC控制系统将步骤3中角位移差的绝对值与设定角位移差比较，得到一个比较值；
当所述比较值为小于零值时则认为所述角位移差在设定角位移差范围之内，记为“0”，轨道未变形；
当所述比较值大于零值时认为所述角位移差超出设定角位移差的范围，记为“1”，轨道变形。
所述的自适应轨道行走小车的控制方法还包括：
PLC控制系统接收第一红外传感器对转弯起点挡片的识别信号，PLC控制系统根据转弯起点挡片的识别信号，向Q0.0输出高电平，接触器KM1接通控制启动转向装置执行转弯动作；
PLC控制系统接收第一红外传感器对转弯终点挡片的识别信号，PLC控制系统根据转弯终点挡片的识别信号, 向Q0.0输出低电平，接触器KM1处于断开状态控制关闭转向装置停止转弯动作。
所述的自适应轨道行走小车的控制方法还包括：
PLC控制系统接收第二红外传感器对轨道起点挡片的识别信号，PLC控制系统根据轨道起点挡片的识别信号控制变频器启动驱动电机使得小车行走；
PLC控制系统接收第二红外传感器对轨道终点挡片的识别信号，PLC控制系统根据轨道终点挡片的识别信号控制变频器关闭驱动电机使得小车停止。
所述的控制系统还包括与PLC控制系统进行双向通讯的上位机，所述的上位机为与PLC控制系统电连接的触摸屏；PLC控制系统将小车的运行状态通过串行通讯传送给触摸屏，触摸屏用于PLC控制系统的参数设置和当前状态监控。
与现有技术相比，有益效果是：
本发明的一种自适应轨道行走小车的控制系统依据检测装置输入的检测信号可以判断判断轨道状态，并依据相应的轨道状态控制调节装置实现小车的自适应轨道的调整：
1）PLC控制系统根据第一编码器和第二编码器信号计算后轮和前轮之间的角位移差，将所述的角位移差与设定的角位移差比较得一个比较值，根据比较值判断小车所在的轨道是否变形，提供有效的轨道变形判断方法；
2）PLC控制系统根据上述的轨道变形判断结果启用和收回所述的辅助装置，实现在轨道变形处对行走小车的自适应调整，判断迅速，安全可靠，无需人工协助；
3）通过第一红外传感器识别对轨道转弯起点挡板及转弯终点挡板，定位转弯起始点和结束点，PLC控制系统接收上述转弯处的挡板识别信号，同时控制转向装置执行小车的转弯动作；
4）通过第二红外传感器识别对轨道起点挡板和轨道终点挡板，定位轨道起始点和结束点，PLC控制系统接收上述轨道起点和终点挡板识别信号，同时控制驱动装置执行小车的前进停止动作。
附图说明
图1是本发明原理示意图。
图2是本发明整体结构示意图。
图3是本发明控制系统的电路图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
如图1-3所示，一种自适应轨道行走小车的控制系统和控制方法，包括行走于轨道2上的小车10，所述的小车10为四轮小车；所述的轨道2为方形导轨，在所述轨道的起点和终点均设有挡片，同时在轨道转弯处的开始点和结束点均设有挡片；
所述小车10的驱动轮为后轮1，非驱动轮为前轮4，后轮与前轮尺寸可以一致，也可以不一致，本实施例中的前轮4的直径小于后轮1；
还包括设于小车10顶部的控制箱，所述控制箱焊接安装于小车10，控制箱设有PLC控制系统，还包括与PLC控制系统电连接的检测装置和与PLC控制系统电连接用于小车自适应轨道的调节装置及与PLC控制系统电连接用于驱动小车行走的驱动装置；所述PLC控制系统依据检测装置输入的检测信号判断轨道2状态并控制调节装置实现小车的自适应轨道的调整。
所述的检测装置包括同规格的第一编码器3和第二编码器12，所述的第一编码器3和第二编码器12分别安装于所述小车一侧车轮的后轮1和前轮4上；所述的检测装置还包括设于所述小车10车头的第一红外传感器5及第二红外线传感器6，所述第一红外传感器5及第二红外线传感器6分别安装于小车10车头的两侧并与轨道2的两侧对应；；所述轨道的起点和终点处分别设有轨道起点挡片及轨道终点挡片，轨道起点挡片和轨道终点挡片设于对应第二红外线传感器6所在侧的轨道；轨道转弯处的开始点和结束点设有转弯起点挡片及转弯终点挡片，转弯起点挡片及转弯终点挡片设于对应第一红外传感器5所在侧的轨道。检测装置的检测信号包括上述的第一编码器3和第二编码器12的脉冲信号以及第一红外传感器5及第二红外线传感器6的挡片识别信号；所述PLC控制系统能够接收上述检测装置的检测信号。
还包括与所述PLC控制系统电连接的调节装置，所述的调节装置包括设于小车10车尾的用于自适应变形轨道的辅助装置11、设于小车10底部的用于电控自适应转弯轨道的转向装置8、所述驱动装置为设于小车10底部的通过变频器与PLC控制系统电连接的驱动电机9。设于小车车尾的用于自适应变形轨道的辅助装置12、设于小车10底部的用于自适应转弯轨道的转向装置8以及小车10底部的用于控制小车行走和停止的驱动电机9；PLC控制系统根据监测信号计算并判断轨道的状态，依据判断结果驱动相应的调节装置，实现小车的自适应轨道调整。
所述控制箱7的PLC控制系统还包括变频器、控制转向装置8的接触器KM1和控制辅助装置11的接触器KM2；由接触器的断开与闭合控制相应的辅助装置。
第一编码器3为同规格的AB相推免输出方式的编码器，编码器的阳极接电源正极，阴极接地，第一编码器3的A、B相脉冲输出端接PLC控制系统的I0.0和I0.1输入端，第二编码器12的A、B相脉冲输出端接PLC控制系统的I0.3和I0.4输入端。紧急停止按钮的一端接正极电源，一端接I1.2。
第一红外传感器6和第二红外传感器5均为红外线传感器，阳极接电源的正极，阴极接地，第一红外传感器6开关量输出端接PLC控制系统的开关量输入端I1.0，第二红外线传感器5开关量输出端接PLC控制系统的开关量输入端I1.1。
PLC控制系统的输出端接有两个接触器KM1和KM2，KM1控制转弯装置8，KM2控制辅助装置11，KM1辅助触点一端接plc的Q0.0，一端接地，KM1的主触点控制转弯装置8通电；KM2辅助触点一端接plc的Q0.1，一端接地，KM2的主触点控制辅助装置11通电。
PLC控制系统根据检测装置的第一编码器3和第二编码器12传回的信号进行判断是否到达变形轨道位置，一种自适应轨道行走小车的控制方法具体包括以下步骤：
步骤1：启动小车从轨道起点开始行走，同时启动第一编码器3和第二编码器12分别开始采集后轮1和前轮4的数据信号；
步骤2：第一编码器3和第二编码器12将采集的数据信号转为脉冲信号传送至PLC控制系统，PLC控制系统通过内部的高数计数器统计第一编码器3的脉冲个数和第二编码器12的脉冲个数；
步骤3：PLC控制系统根据步骤2中第一编码器3的脉冲个数和第二编码器12的脉冲个数计算后轮1和前轮4之间转动的角位移差；
步骤4：PLC控制系统根据步骤3中角位移差计算结果的绝对值判断轨道变形状态；轨道变形，记为“1”；轨道未变形，记为“0”；
步骤5：当步骤4中记为“1”时，PLC控制系统向Q0.1输出高电平，接触器KM2接通，通过KM2开启辅助装置11实现辅助动作；当记为“0”时，Q0.0输出低电平，KM2处于断开状态，辅助装置11停止辅助动作；
步骤6：PLC控制系统同时对步骤2中对第一编码器3编码器和第二编码器12的脉冲个数清零；重复执行步骤1-6直至小车10到达轨道终点停止行走，此时第一编码器3和第二编码器12停止采集数据信号。
所述步骤4中轨道变形状态的判断方法如下：
PLC控制系统将步骤3中角位移差的绝对值与设定角位移差比较，得到一个比较值；
当所述比较值为小于零值时则判定所述角位移差在设定角位移差范围之内，记为“0”，轨道未变形；
当所述比较值大于零值时判定所述角位移差超出设定角位移差的范围，记为“1”，轨道变形。
在小车行走在变形轨道段内时，所述PLC控制系统继续接收脉冲信号计算角位移差，并与设定的角位移差进行，当比较值小于零，即为“0”时，则认为小车已经渡过变形轨道位置，PLC控制系统控制关闭辅助装置8停止辅助动作，并且对所述角位移差立即清零；当比较值大于零，即为“1”时，则认为小车还没有完全渡过变形轨道位置，继续保持辅助动作使小车自适应变形轨道前进；即当记为“1”时，PLC控制系统控制开启辅助装置8实现辅助动作，当记为“0”时，PLC控制系统控制关闭辅助装置8停止辅助动作。PLC控制系统的角位移差要定时清零，角位移差要定时清零是为了防止由于机械结构的制造误差带来的误差累计从而导致误动作。
进一步地，PLC控制系统根据检测装置里的第一红外传感器6输入的信号判断是否到达转弯处。第一红外传感器6对转弯起点挡片的识别信号，PLC控制系统根据转弯起点挡片的识别信号，向Q0.0输出高电平，KM1通电，接触器KM1接通控制启动转向装置8执行转弯动作；PLC控制系统接收第一红外传感器6对转弯终点挡片的识别信号，PLC控制系统根据转弯终点挡片的识别信号， 向Q0.0输出低电平，KM1断电，接触器KM1处于断开状态控制关闭转向装置8停止转弯动作。所述PLC控制系统根据转弯起点挡片及转弯终点挡片的识别信号控制转向装置8自适应轨道结束小车转弯动作，从而完成小车在轨道的转弯，继续前进。
进一步地，PLC控制系统根据检测装置的第二红外线传感器5输入的信号判断是否到达轨道起点及轨道终点。PLC控制系统接收第二红外传感器5对轨道起点挡片的识别信号，PLC控制系统根据轨道起点挡片的识别信号控制变频器启动驱动电机9使得小车行走；PLC控制系统接收第二红外传感器5对轨道终点挡片的识别信号，PLC控制系统根据轨道终点挡片的识别信号控制变频器关闭驱动电机9使得小车停止。
进一步地，所述的PLC控制系统能与上位机进行双向通讯，所述的上位机为与PLC控制系统电连接的触摸屏，触摸屏通过RS-485与plc进行双向通讯，变频器通过RS-485进行通讯。PLC控制系统将小车10的运行状态通过串行通讯传送给触摸屏，触摸屏用于PLC控制系统的参数设置和当前状态监控。
本发明的一种自适应轨道行走的小车控制方法具体为：
小车在轨道起点时，PLC控制系统接收到第二红外线传感器5对轨道起点挡片的识别信号，控制启动驱动电机9使得小车开始行走；
当小车行走至轨道变形处时，PLC控制系统依据第一编码器3和第二编码器12的脉冲信号判断进入变形轨道，PLC控制系统驱动辅助装置11使得小车适应变形轨道行走；当小车行走至未变形轨道时，PLC控制系统依据第一编码器3和第二编码器12的脉冲信号判断轨道未变形，PLC控制系统停止辅助装置11 对小车的调节；
当小车行走至转弯处的起始点时，PLC控制系统接收红第一红外传感器6对转弯起点挡片的识别信号，控制开启转向装置8使得小车适应轨道开始转弯动作；当小车行走至转弯处的结束点时，PLC控制系统接收第一红外传感器6对转弯起点挡片的识别信号，控制关闭转向装置8使得小车适应轨道结束转弯动作；
当小车行走至轨道终点时，PLC控制系统接收到第二红外线传感器5对轨道终点挡片的识别信号，控制关闭驱动装置7使得小车停止行走。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种自适应轨道行走小车的控制系统，其特征在于，包括行走于轨道(2)上的小车(10)、设于小车(10)的控制箱(7)、控制箱(7)设有PLC控制系统，还包括与PLC控制系统电连接用于检测轨道(2)状态的检测装置、与PLC控制系统电连接用于小车自适应轨道的调节装置及与PLC控制系统电连接用于驱动小车行走的驱动装置；
所述PLC控制系统依据检测装置输入的检测信号判断轨道(2)状态并控制调节装置实现小车(10)的自适应轨道的调整；
所述的调节装置包括设于小车(10)车尾的用于自适应变形轨道的辅助装置(11)以及设于小车(10)底部的用于电控自适应转弯轨道的转向装置(8),所述驱动装置为设于小车(10)底部的通过变频器与PLC控制系统电连接的驱动电机(9)；
所述的小车(10)包括后轮(1)和前轮(4)；所述检测装置包括同规格的第一编码器(3)和第二编码器(12)，所述的第一编码器(3)和第二编码器(12)分别安装于所述小车(10)一侧的后轮(1)和前轮(4)上；
所述的检测装置还包括设于所述小车(10)车头的第一红外传感器(5)及第二红外线传感器(6)，所述第一红外传感器(5)及第二红外线传感器(6)分别安装于小车(10)车头的两侧并与轨道(2)的两侧对应；
所述轨道的起点和终点处分别设有轨道起点挡片及轨道终点挡片，轨道起点挡片和轨道终点挡片设于对应第二红外线传感器(6)所在侧的轨道；轨道转弯处的开始点和结束点设有转弯起点挡片及转弯终点挡片，转弯起点挡片及转弯终点挡片设于对应第一红外传感器(5)所在侧的轨道；
所述的PLC控制系统的输入端包括I0.0、I0.1、I0.3、I0.4、I1.0、I1.1，输出端包括Q0.0、Q0.1；所述的第一编码器(3)和第二编码器(12)为同规格的AB相编码器，第一编码器(3)A、B相脉冲输出端分别接PLC控制系统的I0.0和I0.1输入端，第二编码器(12)A、B相脉冲输出端分别接PLC控制系统的I0.3和I0.4输入端；第一红外传感器(6)的开关量输出端接PLC控制系统的开关量输入端I1.0，第二红外线传感器(5)的开关量输出端接PLC控制系统的开关量输入端I1.1；PLC控制系统的输出端Q0.0通过接触器KM1控制转向装置(8)，PLC控制系统的输出端Q0.1通过接触器KM2控制辅助装置(11)。
2.根据权利要求1所述的一种自适应轨道行走小车的控制系统，其特征在于，还包括与PLC控制系统进行双向通讯的上位机，所述的上位机为与PLC控制系统电连接的触摸屏；PLC控制系统将小车(10)的运行状态通过串行通讯传送给触摸屏，触摸屏用于PLC控制系统的参数设置和当前状态监控。
3.一种自适应轨道行走小车的控制方法，基于权利要求1所述自适应轨道行走小车的控制系统，其特征在于，所述的控制方法具体包括以下步骤：
步骤1：启动小车从轨道起点开始行走，同时启动第一编码器(3)和第二编码器(12)分别开始采集后轮(1)和前轮(4)的数据信号；
步骤2：第一编码器(3)和第二编码器(12)将步骤1中采集的数据信号转为脉冲信号传送至PLC控制系统，PLC控制系统统计第一编码器(3)的脉冲个数和第二编码器(12)的脉冲个数；
步骤3：PLC控制系统根据步骤2中第一编码器(3)的脉冲个数和第二编码器(12)的脉冲个数计算后轮(1)和前轮(4)之间转动的角位移差；
步骤4：PLC控制系统根据步骤3中角位移差计算结果的绝对值判断轨道变形状态；轨道变形，记为“1”；轨道未变形，记为“0”；
步骤5：当步骤4中记为“1”时，PLC控制系统向Q0.1输出高电平，接触器KM2接通，通过KM2开启辅助装置(11)实现辅助动作；当记为“0”时，Q0.0输出低电平，KM2处于断开状态，辅助装置(11)停止辅助动作；
步骤6：PLC控制系统在步骤5之后同时对步骤2中对第一编码器(3)编码器和第二编码器(12)的脉冲个数清零；重复执行步骤1-6直至小车(10)到达轨道终点停止行走，此时第一编码器(3)和第二编码器(12)停止采集数据信号。
4.根据权利要求3所述的一种自适应轨道行走小车的控制方法，其特征在于，所述步骤4中轨道变形状态的判断方法如下：
PLC控制系统将步骤3中角位移差的绝对值与设定角位移差比较，得到一个比较值；当所述比较值为小于零值时则判定所述角位移差在设定角位移差范围之内，记为“0”，轨道未变形；当所述比较值大于零值时判定所述角位移差超出设定角位移差的范围，记为“1”，轨道变形。
5.根据权利要求3所述的一种自适应轨道行走小车的控制方法，其特征在于，所述的控制方法还包括：PLC控制系统接收第一红外传感器(6)对转弯起点挡片的识别信号，PLC控制系统根据转弯起点挡片的识别信号，向Q0.0输出高电平，接触器KM1接通控制启动转向装置(8)执行转弯动作；PLC控制系统接收第一红外传感器(6)对转弯终点挡片的识别信号，PLC控制系统根据转弯终点挡片的识别信号,向Q0.0输出低电平，接触器KM1处于断开状态控制关闭转向装置(8)停止转弯动作。
6.根据权利要求3所述的一种自适应轨道行走小车的控制方法，其特征在于，所述的控制方法还包括：PLC控制系统接收第二红外传感器(5)对轨道起点挡片的识别信号，PLC控制系统根据轨道起点挡片的识别信号控制变频器启动驱动电机(9)使得小车行走；PLC控制系统接收第二红外传感器(5)对轨道终点挡片的识别信号，PLC控制系统根据轨道终点挡片的识别信号控制变频器关闭驱动电机(9)使得小车停止。
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