CN111123929A - 一种轨道运输分区调度系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种轨道运输分区调度系统，其包括总控制器、区域控制器、监控终端、工作站点、条码扫描器和电机驱动控制单元；总控制器分别与各区域的区域控制器、轨道物流小车和转轨器连接通讯；总控制器还分别与监控终端和工作站点连接通讯；区域控制器分别与区域内的轨道物流小车和转轨器连接通讯；条码扫描器设在轨道物流小车上并将路径标签信息存至轨道物流小车的小车控制器上，小车控制器与总控制器连接通讯；电机驱动控制单元包括小车电机驱动器和转轨器驱动电机；小车电机驱动器与小车控制器连接通讯，转轨器驱动电机与区域控制器连接通讯。本发明构思合理，运行可靠性高、实时性高，使用灵活，能有效提高轨道运输效率。

Description

一种轨道运输分区调度系统
技术领域
本发明属于医用轨道物流技术领域，具体涉及一种轨道运输分区调度系统。
背景技术
随着社会经济的发展，轨道物流传输系统逐渐从其他领域扩展到医疗领域，产生了医用轨道物流传输系统(Medical Track Vehicle System，以下简称为MTVS)。医院的特殊环境对轨道物流传输系统控制系统的实时性，可靠性、灵活性等提出更高的要求。传统的采用集中式控制方式的轨道物流系统，控制器过于庞大，局部故障会影响整个系统的正常运行，可靠性差。一个控制器要完成数据采集、数据处理、现场控制等诸多任务，且整个系统中每一个具体的控制任务都要由该控制器下发控制指令，系统实时性差，系统一旦完成很难扩展或减少系统功能，系统的灵活性差。
发明内容
针对集中式轨道物流系统的上述缺点，本发明提出一种构思合理，运行可靠性高、实时性高，使用灵活，能有效提高轨道运输效率的轨道运输分区调度系统。
本发明的技术方案如下：
上述的轨道运输分区调度系统，包括总控制器、区域控制器、监控终端、工作站点、条码扫描器和电机驱动控制单元；
所述总控制器为医用轨道物流传输系统的动态调度、控制和指挥中心；
所述监控终端用于监控整个所述调度系统的运行情况；
所述区域控制器用于完成对自己区域中轨道物流小车和转轨器的分散控制；
所述工作站点为调度任务请求的发送端和医用轨道物流传输系统的物流传输终端；
所述总控制器分别与各区域的所述区域控制器、轨道物流小车和转轨器连接通讯；所述总控制器还分别与所述监控终端和工作站点连接通讯，以实时接收来自所述监控终端和工作站点的调度请求信息；
所述区域控制器分别与区域内的轨道物流小车和转轨器连接通讯；
所述条码扫描器设在轨道物流小车上并将路径标签信息存至轨道物流小车的小车控制器上，所述小车控制器与所述总控制器连接通讯；
所述电机驱动控制单元包括用于控制轨道物流小车的小车电机驱动器和安装在转轨器上的转轨器驱动电机；所述小车电机驱动器与所述小车控制器连接通讯，所述转轨器驱动电机与所述区域控制器连接通讯。
所述轨道运输分区调度系统，其中：所述总控制器是通过Modbus-TCP通信总线与各区域的所述区域控制器、轨道物流小车和转轨器连接通讯；所述总控制器通过以太网分别与所述监控终端和工作站点连接通讯；所述区域控制器与转轨器之间是通过Modbus-TCP通信总线有线连接通讯；所述区域控制器与轨道物流小车之间通过Modbus-TCP通信总线无线连接通讯；所述小车控制器与所述总控制器之间采用无线通讯连接。
所述轨道运输分区调度系统，其中：所述总控制器包括RFID标签模块、小车状态模块、空闲存车点检测模块、轨道故障检测模块、动态调度模块和Modbus-TCP通信模块；
所述RFID标签模块用于处理接收到的RFID编码信息并将其转化成能用于调度和控制的Bool型变量；同时，标签的命名也在所述RFID标签模块中进行；
所述小车状态模块用于对轨道物流小车在工作状态间的转换进行处理，以便于所述总控制器的集中调度和所述区域控制器的分散控制；
所述空闲存车点检测模块用于检测各空车存储站点是否有空闲的存车位，以便于将暂时没有物流任务的空闲小车存放至空车存储站点；
所述轨道故障监测模块用于检测物流轨道是否发生了故障，且在发生故障时，所述轨道故障监测模块会对故障轨道在离线地图的编码进行锁定和对轨道物流小车进行新的动态调度，以避免在故障排除之前有后续轨道物流小车进入故障物流轨道；
所述动态调度模块用于在所述总控制器接收到来至所述工作站点或所述监控终端的调度命令后，能及时响应并将选定的小车信息和路径信息下发给所述区域控制器；
所述Modbus-TCP通信模块用于和所述区域控制器进行Modbus-TCP双向通信以交换数据。
所述轨道运输分区调度系统，其中：所述动态调度模块包括调车算法模块、发车算法模块和存车算法模块；所述调车算法模块、发车算法模块和存车算法模块的基础是Floyd最短路径算法。
所述轨道运输分区调度系统，其中：在医用轨道物流传输系统各个区域中设置有至少一个所述区域控制器；所述区域控制器工作时会接受来自所述总控制器的路径信息，并根据路径信息完成自身管控区域内所有轨道物流小车和转轨器的调度。
所述轨道运输分区调度系统，其中：所述区域控制器上搭载有区域调度软件系统，所述区域控制器通过所述区域调度软件系统实现轨道物流小车路径规划和转轨器通道切换；轨道物流小车接收所述区域控制器的指令，遇到指定标签按指定方向运行并实时反馈自己所在位置的标签信息给所述区域控制器；所述区域控制器还通过所述区域调度软件系统将小车状态信息和转轨器状态信息实时采集并转发到所述监控终端。
所述轨道运输分区调度系统，其中：所述监控终端由监控终端上位机和搭载监控终端上位机上的监控终端软件系统组成；所述监控终端通过以太网将所述总控制器中的各项状态参数实时显示在所述监控终端上位机，供工作人员或技术人员查看；所述监控终端软件系统用于对整个所述调度系统的运行状态进行实时监控和参数配置功能；所述监控终端通过所述监控终端软件系统向所述区域控制器下发地图数据，所述区域控制器向所述监控终端上位机实时反馈小车状态信息和转轨器状态信息。
所述轨道运输分区调度系统，其中：所述工作站点由触摸终端和搭载在所述触摸终端上的站点操作软件系统组成；所述触摸终端通过以太网口连接至区域工业交换机，所述触摸终端与所述区域控制器连接通讯并与所述总控制器组成工业以太局域网互联通信；所述触摸终端通过所述站点操作软件系统与所述区域控制器进行通讯，用户在所述站点操作软件系统的人机界面呼叫轨道物流小车，进行选择目的地和发车操作，未到达目的地的轨道物流小车可由发车人撤回，轨道物流小车用完可归还到车库，在所述站点操作软件系统的人机界面用户可实时看到轨道物流小车的运行状态。
有益效果：
本发明轨道运输分区调度系统结构设计简单、合理，运行可靠性高、实时性高，使用灵活，轨道物流小车的调度任务由总控制器来完成，区域控制器只负责该区域内的小车和转轨器的运动控制，当轨道物流小车读到RFID标签信息后，区域控制器能够根据总控制器下发的调度任务和RFID标签信息迅速完成对轨道物流小车和转轨器的控制，大大提高医用轨道物流传输系统的实时性；随着时间的推移，当医院发现某些科室使用轨道物流小车的频率不高，想要停止这些科室使用医用轨道物流传输系统或者医院新建楼栋想要增加使用医用轨道物流传输系统的科室时，只需要减少或增加相应的区域控制器并更新电子地图，而不必重构整个控制系统，这大大提高了医用轨道物流传输系统的灵活性。
本发明轨道运输分区调度系统构思合理，由于将整个医院分割成各个区域，当某一个区域中的轨道或者转轨器出现故障无法使用或者小车出现故障停留在某一区域中堵塞轨道时，总控制器在生成调度任务时能够智能地将该区域自动切除，经由其他正常区域完成调度任务，纵使局部出现故障整个医用轨道物流传输系统仍然可以正常运行，医用轨道物流传输系统的可靠性大大提高。
附图说明
图1为本发明轨道运输分区调度系统总体结构图；
图2为本发明轨道运输分区调度系统的总控制器的控制系统结构框图；
图3为本发明轨道运输分区调度系统的区域控制器的区域调度软件系统的结构框图；
图4为本发明轨道运输分区调度系统的调度任务流程图；
图5为本发明轨道运输分区调度系统的任务规划流程图；
图6为本发明轨道运输分区调度系统的分区调度策略图；
图7为本发明轨道运输分区调度系统调度小车任务执行状态迁移图；
图8为本发明轨道运输分区调度系统的调度原理图。
具体实施方式
如图1所示，本发明轨道运输分区调度系统，采用集中调度和分散控制的方式，其包括总控制器、区域控制器、监控终端、条码扫描器和电机驱动控制单元。
该总控制器采用可编程逻辑控制器PLC，主要进行整个系统的集中调度；该总控制器通过Modbus-TCP通信总线与各区域的区域控制器以及轨道物流小车和转轨器连接通讯。该总控制器是医用轨道物流传输系统的动态调度、控制和指挥中心，接收来自监控终端和工作站点的触摸终端调度请求信息，完成整个系统的所有调度任务，包括调车、存车、发车等。各区域控制器、轨道物流小车、转轨器的实时状态参数通过Modbus-TCP通信汇集到总控制器，集中发送给监控终端显示查询。
如图2所示，该总控制器的控制系统包括总控RFID标签模块、小车状态模块、空闲存车点检测模块、轨道故障检测模块、动态调度模块和总控Modbus-TCP通信模块。
该总控RFID标签模块用于处理接收到的RFID编码信息，并将其转化成能用于调度和控制的Bool型变量；同时，用于指示轨道各段物理位置的RFID标签的命名也在该总控RFID标签模块中进行。
该小车状态模块用于对轨道物流小车的任务执行状态、空闲状态和空车锁定状态等状态间的转换进行处理，便于总控制器的集中调度和区域控制器的分散控制。
该空闲存车点检测模块用于检测各空车存储站点是否有空闲的存车位，便于将暂时没有物流任务的空闲小车存放至空车存储站点。
该轨道故障监测模块用于检测物流轨道是否发生了故障；在发生故障时该轨道故障监测模块会对故障轨道在离线地图的编码进行锁定，便于动态调度模块的动态调度算法的重新计算，对轨道物流小车进行新的动态调度，避免在故障排除之前有后续轨道物流小车进入故障物流轨道。
该动态调度模块是总控制器的控制系统的核心，其包括调车算法模块、发车算法模块和存车算法模块。该调车算法模块、发车算法模块和存车算法模块的基础是Floyd最短路径算法；该总控制器在接收到来至工作站点的触摸终端或者监控终端的监控终端软件系统的调度命令后，动态调度模块能及时响应并将选定的小车信息和路径信息下发给区域控制器。
该总控Modbus-TCP通信模块用于和区域控制器进行Modbus-TCP双向通信以交换数据。
该区域控制器分别与区域内的轨道物流小车和转轨器连接通讯；该区域控制器与转轨器之间是通过Modbus-TCP通信总线有线连接通讯；该区域控制器与轨道物流小车之间也是通过Modbus-TCP通信总线无线连接通讯；该区域控制器主要完成对自己区域中轨道物流小车和转轨器的分散控制；该区域控制器为总控制器的从属控制器，在医用轨道物流传输系统中将系统运行布局图划分为若干个子区域，每个子区域会设置至少一个区域控制器；区域控制器工作时会接受来自总控制器的路径信息，根据路径信息完成自身管控区域内所有轨道物流小车和转轨器的调度。该区域控制器上搭载有区域调度软件系统，该区域控制器通过区域调度软件系统实现轨道物流小车路径规划和转轨器通道切换；轨道物流小车通过WIFI通信模块接收区域控制器的指令，遇到指定标签按指定方向运行并实时反馈自己所在位置的标签信息给区域控制器；同时，该区域控制器还通过区域调度软件系统将轨道物流小车状态信息和转轨器状态信息实时采集并转发到监控终端的监控终端上位机。如图3所示，该区域调度软件系统用于负责管控本区域内运动部件及与总控制器保持联络，其包括区域RFID标签模块、站点冲突解决模块、第一区域Modbus-TCP通信模块、转轨器冲突解决模块、最短路径生成模块、小车控制模块、转轨器控制模块和第二区域Modbus-TCP通信模块。该区域RFID标签模块用于处理接收到的RFID编码信息，并将其转化成能用于调度和控制的Bool型变量；同时，标签的命名也在区域RFID标签模块中进行。该站点冲突解决模块用于解决轨道占用的冲突问题，当只有一根轨道的站点或轨道上有轨道物流小车时，该站点冲突解决模块会让其他即将进入该站点的轨道物流小车在站点外等待，待被占用轨道上的轨道物流小车离开该站点后，被占用轨道外的轨道物流小车才可以进入站点。该第一区域Modbus-TCP通信模块用于与总控制器进行Modbus-TCP双向通信以交换数据。该转轨器冲突解决模块用于在多台轨道物流小车需要使用同一转轨器时，该转轨器冲突解决模块根据各轨道物流小车到达转轨器的先后顺序确定轨道物流小车使用转轨器的优先级，解决多轨道物流小车使用转轨器时造成的交通冲突。该最短路径生成模块用于在接收到来自总控制器的路径信息之后，该最短路径生成模块会根据信息中包含的路径在本区域的起始点和目的点两个信息自动生成两个节点之间的最短路径，该最短路径生成模块同样是基于Floyd最短路径算法，生成路径的形式为轨道物流小车读取到轨道上RFID标签后需要执行的动作以及轨道物流小车进入转轨器时转轨器需要执行的动作。该小车控制模块用于根据轨道物流小车读到的RFID标签信息和生成的最短路径信息控制轨道物流小车的前进、后退和停止。该转轨器控制模块用于根据轨道物流小车读取到的RFID标签信息和生成的最短路径信息控制转轨器转轨到相应的位置。该第二区域Modbus-TCP通信模块用于同转轨器进行Modbus-TCP双向通信，给转轨器发送控制信息和接收转轨器的位置信息。
该该区域控制器通过第一区域Modbus-TCP通信模块与该总控制器的总控Modbus-TCP通信模块连接通信，该区域控制器通过第二区域Modbus-TCP通信模块与转轨器连接通信。
其中，轨道物流小车是医用轨道物流传输系统中负责运送物体的载体，也是医用轨道物流传输系统中主要的调度控制对象之一，轨道物流小车上集成RFID读卡器、红外通信传感器和前后激光测距仪等；轨道物流小车会实现以下功能：
①轨道物流小车自身的定位功能
即轨道物流小车会先扫描轨道上的RFID标签信息并存储，记录自身实时的位置信息；
②轨道物流小车具有与区域控制器和转轨器之间的双向通信功能
轨道物流小车行驶过程中通过通过PROFINET工业以太网无线AP通信模块与区域控制器的Modbus-TCP无线通信并将自身的位置、任务等状态信息上传到区域控制器；轨道物流小车在接近转轨器时会启动红外通信传感器，随后通过与转轨器之间的红外通信自身的状态信息传输给转轨器；轨道物流小车通过PROFINET工业以太网无线AP通信模块接受来自区域控制器和总控制器的调度信息；
③轨道物流小车具有运动状态控制的功能
轨道物流小车通过自身前后激光测距传感器自行控制自己的速度，并且驱动电机具有正反转和启动抱死的功能，可以实现轨道物流小车的换向行驶和紧急急停功能；
④轨道物流小车具有防碰撞的功能
轨道物流小车通过自身前后的激光测距装置来确定自身与前后轨道物流小车或者障碍物的距离，在达到临界值时会执行急停动作。
该转轨器是轨道物流小车转变轨道的载体，在接受到区域控制器的控制命令的同时，将转轨器的实际位置信息通过PROFINET工业交换机模块传输给区域控制器；与此同时，转轨器通过红外通信与轨道物流小车进行通信，转发区域控制器对轨道物流小车的控制命令以及轨道物流小车读取的RFID标签和状态信息；总控制器与轨道物流小车之间的数据交互也通过转轨器进行转发。
该监控终端与总控制器通过以太网连接通讯，其由监控终端上位机和搭载监控终端上位机上的监控终端软件系统组成。
该监控终端用于监控整个调度系统的运行情况，其通过以太网将总控制器中的各项状态参数实时显示在监控终端上位机，供工作人员或技术人员查看；该监控终端软件系统主要负责对整个调度系统的运行状态进行实时监控和完成地图更新等参数配置功能，其包括用户登陆、状态监测、远程操作、参数设置、故障报警、数据查询等功能模块。该监控终端通过监控终端上位机上运行的监控终端软件系统向区域控制器下发地图数据，区域控制器向该监控终端的监控终端上位机实时反馈小车状态信息和转轨器状态信息；同时，技术人员通过监控终端的监控终端上位机上运行的监控终端软件系统(有人机界面)也能干预调度系统的运行，如改变轨道物流小车3的目的站等；监控终端的监控终端上位机上运行的监控终端软件系统与总控制器和区域控制器的运行无直接联系，当监控终端软件系统关闭时整个调度系统可正常运行。
该监控终端软件系统具体包括系统运行总况实时显示模块、区域运行状态监控模块、工作站点状态监控模块、小车/转轨器状态单独或成组查询及显示模块、系统参数配置模块和故障报警功能模块。该系统运行总况实时显示模块用于负责显示整个轨道物流系统的当前运行情况；该区域运行状态监控模块用于负责对各个分区内的物流传输状态进行实时监测；该工作站点状态监控模块主要用于统计该站点的出站小车数量、到站小车数量、站点传送任务完成情况；该小车/转轨器状态单独或成组查询及显示模块可显示任何一台待查看的运动元件状态；该系统参数配置模块主要包括环境电子标签配置与修改功能、轨道物流小车运行速度设定功能等；该故障报警功能模块用于负责对系统运行过程中的元部件故障信息进行优先显示。
该工作站点是调度任务请求的发送端，也是医用轨道物流传输系统的物流传输终端；该工作站点由触摸终端和搭载在触摸终端上的站点操作软件系统组成。该触摸终端通过以太网口连接至区域工业交换机，该触摸终端与区域控制器连接通讯并与总控制器组成工业以太局域网互联通信；该触摸终端通过运行的站点操作软件系统与区域控制器进行通讯；用户在该站点操作软件系统的人机界面呼叫轨道物流小车，进行选择目的地和发车操作，未到达目的地的轨道物流小车可以由发车人撤回，轨道物流小车用完可以归还到车库；在该站点操作软件系统的人机界面用户可以实时看到轨道物流小车的运行状态。该站点操作软件系统主要包括站点状态模块、发车模块、调车模块和存车模块；该站点状态模块用于显示本站点的当前状态情况；该发车模块用于负责将本站点的物品发送至目的站点；该调车模块用于负责将空车库的空轨道物流小车调入本站点；该存车模块用于负责将本站点内的空轨道物流小车发送至空车库。
该工作站点具有以下功能；
①调车、发车和手动存车功能
由工作人员在工作站点的触摸终端手动操作实现；
②与总控制器和轨道物流小车的双向通信功能
通过以太网通信将工作站点的调度请求(调车、发车、手动存车)发送给总控制器，总控制器在接受到调度请求后完成任务分配，与轨道物流小车的通信也是通过总控制器实现；
③可视化功能
工作站点配备了拥有良好人机交互界面的触摸终端，工作人员通过触摸终端进行对轨道物流小车的各种调度请求。
该条码扫描器是设在轨道物流小车上；该条码扫描器将路径标签信息存至轨道物流小车的小车控制器上，轨道物流小车的小车控制器与总控制器之间采用无线通讯连接。
该电机驱动控制单元包括用于控制轨道物流小车的小车电机驱动器和安装在转轨器上的转轨器驱动电机；其中，该小车电机驱动器与轨道物流小车的小车控制器连接通讯，该小车电机驱动器由小车控制器接收到总控制器调度指令后控制(即小车电机驱动器不与总控制器直接连接)；该转轨器驱动电机与区域控制器有线连接通讯，该转轨器驱动电机由该区域控制器直接采用有线通讯方式控制(即转轨器驱动电机受区域控制器直接控制)。
如图4所示，本发明轨道运输分区调度系统的整个调度过程主要分为任务规划和区域动态调度两个阶段。其中，总控制器通过集中调度的方式完成任务规划，区域控制器通过分散控制的方式完成区域动态调度。工作站点的工作人员通过触摸终端或者监控中心的技术人员通过监控终端的监控终端上位机发出调度请求，调度请求通过以太网传输给总控制器。为了减小总控制器的运算量，本发明使用了预先制作的离线路径信息数据库，这样总控制器在接收到调度请求之后，通过查询离线路径信息数据库找出全局最优路径，并将全局最优路径信息发送给执行物流传输任务的轨道物流小车，这里的调度请求是包括了呼车请求和发车请求。轨道物流小车在执行物流任务时途径的各个子区域，轨道物流小车都会将本次任务的全局最优路径信息发送给区域控制器，区域控制器结合本区域的电子地图以及轨道物流小车的全局最优路径信息，自动规划轨道物流小车在本区域中的区域最优路径并具备根据实际情况动态优化路径的能力。各区域控制器以此接力控制，实现对轨道物流小车从物流任务的起始站点到目的站点调度控制。
如图5所示，本发明轨道运输分区调度系统的任务规划主要由总控制器完成，属于医用轨道物流传输系统整个系统调度的集中调度过程，过程分为两个阶段：
①派车规划阶段
当某个工作站点发出了呼车请求信号时，总控制器需要快速响应请求信号，为该请求信号创建一个新的物流任务，并从请求工作站点所在的区域开始寻找距离最近并且空闲的最优轨道物流小车，将该物流任务指派给这台最优轨道物流小车；如果在本区域内没有找到合适的轨道物流小车，那么就从相邻区域开始在整个医用轨道物流传输系统系统中寻找，直到找出可以执行物流任务的轨道物流小车；值得注意的是，考虑到极端情况下，假设整个系统的轨道物流小车都处于非空闲状态，则该物流任务进入排队等待状态，直到有空闲的轨道物流小车可以执行该物流任务；
在为物流任务分配空闲轨道物流小车时，本发明遵循的原则是以物流任务的创建时间顺序以及传输物品的紧急性作为分配轨道物流小车的优先级标准，等待时间更久的轨道物流小车，优先级别也更高；如果同时遇到多个科室间的物流任务要分配空闲轨道物流小车，则根据事先制定的各个科室的优先级来进行分配，科室A的优先级高于科室B的优先级，则科室A的物流任务优先分配空闲轨道物流小车；
②运输规划阶段
当总控制器接到工作站点发出的发车信号时，这代表工作站点的工作人员已经在轨道物流小车上装载好运输物品，并选择好目的站点，总控制器会根据此次物流任务的起始站点和目的站点的信息从离线路径信息数据库中搜索最短路径，并将最短路径信息发送给轨道物流小车；
如图6所示，本发明轨道运输分区调度系统的区域动态调度主要由区域控制器完成，属于医用轨道物流传输系统系统调度的分散控制过程；区域动态调度由区域控制器实现对在本区域内执行物流任务的轨道物流小车和转轨器的控制指挥，对轨道物流小车在本区域内的移动路径进行动态优化，减少物流传输的时间。
为了实现更快的物流传输速度，本发明给医用轨道物流传输系统的轨道物流传输制定了一些交通规则，区域控制器会按照以下的交通规则对轨道物流小车和转轨器4进行调度控制：
①双向单轨没有规定的行驶方向，轨道物流小车在双向单轨上可以沿前后两个方向移动，双向单轨通常作为一些往返式站点的进出通道，轨道物流小车进出往返式站点遵循先进后出的原则；
②单向单轨和单向双轨都有规定的行驶方向。常规情况下，轨道物流小车在这两种轨道上只能按照规定的方向移动。但在特殊情况下，比如因为轨道发生硬件故障或者轨道上某轨道物流小车发生电机故障无法移动导致轨道暂时堵塞，则后方进入故障轨道的轨道物流小车会解除只能单向行驶的限制，按照先进后出的顺序从反方向移动到上一个转轨器位置，从新进行路径规划；
③轨道物流小车更换轨道是通过转轨器实现的，转轨器一次只能转移一台轨道物流小车，根据每台轨道物流小车的物流任务的优先级顺序进行转轨：优先级高的轨道物流小车优先转轨；优先级相同，则直行轨道物流小车优先通行，换轨轨道物流小车延后通行；
④轨道物流小车在轨道上以恒定速度行驶，在水平轨道上以全速移动，在竖直轨道上以全速50％-75％的速度移动；
⑤轨道物流小车接近转轨器时，会先读取到减速RFID标签，此时轨道物流小车会开始减速至全速的25％，并根据转轨器的位置判断是否停车：如果转轨器已经转轨准备，轨道物流小车会以全速25％的速度进入转轨器；如果转轨器没有做好转轨准备，则轨道物流小车会在转轨器前方停车，等待转轨器做好转轨准备。
基于上述的交通规则，区域控制器会对本区域的轨道物流小车和转轨器4进行控制和调度，详细的流程说明如下：
①子区域的划分以转轨器为界限，当执行物流传输任务的轨道物流小车进入某个子区域时，该子区域的区域控制器会按照当前子区域内的交通情况对轨道物流小车进行初始的最短路径规划，并更新轨道物流小车的路径信息，按照路径信息对轨道物流小车进行指挥调度。
②轨道物流小车按照初始最短路径开始移动，在移动过程中区域控制器根据子区域内的交通状况对轨道物流小车的路径进行动态的规划，如果需要更改路线则会更新轨道物流小车的路径信息，并按照最新的路径信息对轨道物流小车进行指挥调度。
③轨道物流小车依照区域控制器的调度指令进行移动。在移动过程中，如果经过转轨器并且路线需要进行轨道更换，区域控制器会在轨道物流小车需要转轨的地方的调用转轨器。
④在轨道物流小车离开子区域前，区域控制器会重复执行上述(1)至(3)的操作，直到轨道物流小车离开子区域，区域控制器将本次轨道物流小车调度的任务信息存入数据库。
如图7所示，在总控制器和区域控制器的调度控制过程中，轨道物流小车会有五种运行状态；轨道物流小车运行状态的转变反映了轨道物流小车执行物流传输任务的过程，详细说明如下：
①空闲状态
此时的轨道物流小车处于无接收物流任务且没有被站点锁定的状态，通常有两种情况：一种是轨道物流小车位于空车存储站点中，并且处在等待任务队列的队首位置；另一种是完成前一个物流任务后，没有被工作站点锁定，在工作站点等待了一定时间没有接受新的物流任务后，自动返回最近的空车存储站点的途中；前述两种情况的空闲状态轨道物流小车都可以接受新物流任务的委托；
②取货状态
在空闲状态和站点中处于锁定状态的轨道物流小车接受了物流任务后，进入取货状态；这个状态的轨道物流小车会前往发出呼车请求的工作站点，接收本次物流任务将要运输的物品；
③送货状态
接受了物流任务的轨道物流小车在发出呼车请求的工作站点取得传输物品，并在站点工作人员的操作下确认目的站点和出发提示后，轨道物流小车进入送货状态，将传输物品送往目的站点；
④锁定状态
轨道物流小车将传输物品运输到目的站点后，目的站点的工作人员没有将轨道物流小车释放，而是将其锁定在站点中，此时轨道物流小车将会在目的站点中等待新的物流任务；
⑤排队状态
轨道物流小车将传输物品运输到目的站点后，目的站点的工作人员没有将轨道物流小车锁定，此时轨道物流小车会通过两种情况返回到空车存储站点：一种是目的站点的工作人员手动操作指挥轨道物流小车返回最近的空车存储站点；另一种是轨道物流小车在目的站点等待一定时间，且没有接受新的物流任务后自动返回最近的空车存储站点；返回空车存储站点后，轨道物流小车进入等待任务队列，变为排队状态。
本发明轨道运输分区调度系统的调度方法的具体流程为：
当一个实时发车任务在工作站点处产生后，首先是工作站点所属的区域接收到该任务，区域控制器通过第一区域Modbus-TCP通信模块向总控制器汇报此任务，如果目的站点也在本区域内，总控制器可以不进行控制干涉，只是监测状态；由区域控制器通过区域RFID标签模块获取该区域内车库的空闲小车位置信息，启动该工作站点的调车模块，将空闲小车调至出发站点处；接下来启动该工作站点的发车模块，当小车到达目的站点后，最后调用该工作站点的存车模块让小车存库，这个流程区域控制器就能调度，但全程的小车位置信息和转轨器动作状态要通过区域控制器的第一区域Modbus-TCP通信模块向总控制器反馈，即总控制器获取的站点任务请求及每一台轨道物流小车状态信息均来自于区域控制器的实时反馈，如果当前任务涉及到跨区域行程，则由总控制器生成全局路径，下发至相应的区域控制器进行分区执行。
本发明构思合理，运行可靠性高、实时性高，使用灵活。

Claims (8)

1.一种轨道运输分区调度系统，其特征在于：所述调度系统包括总控制器、区域控制器、监控终端、工作站点、条码扫描器和电机驱动控制单元；
所述总控制器为医用轨道物流传输系统的动态调度、控制和指挥中心；
所述监控终端用于监控整个所述调度系统的运行情况；
所述区域控制器用于完成对自己区域中轨道物流小车和转轨器的分散控制；
所述工作站点为调度任务请求的发送端和医用轨道物流传输系统的物流传输终端；
所述总控制器分别与各区域的所述区域控制器、轨道物流小车和转轨器连接通讯；所述总控制器还分别与所述监控终端和工作站点连接通讯，以实时接收来自所述监控终端和工作站点的调度请求信息；
所述区域控制器分别与区域内的轨道物流小车和转轨器连接通讯；
所述条码扫描器设在轨道物流小车上并将路径标签信息存至轨道物流小车的小车控制器上，所述小车控制器与所述总控制器连接通讯；
所述电机驱动控制单元包括用于控制轨道物流小车的小车电机驱动器和安装在转轨器上的转轨器驱动电机；所述小车电机驱动器与所述小车控制器连接通讯，所述转轨器驱动电机与所述区域控制器连接通讯。
2.如权利要求1所述的轨道运输分区调度系统，其特征在于：所述总控制器是通过Modbus-TCP通信总线与各区域的所述区域控制器、轨道物流小车和转轨器连接通讯；所述总控制器通过以太网分别与所述监控终端和工作站点连接通讯；
所述区域控制器与转轨器之间是通过Modbus-TCP通信总线有线连接通讯；所述区域控制器与轨道物流小车之间通过Modbus-TCP通信总线无线连接通讯；所述小车控制器与所述总控制器之间采用无线通讯连接。
3.如权利要求1所述的轨道运输分区调度系统，其特征在于：所述总控制器包括RFID标签模块、小车状态模块、空闲存车点检测模块、轨道故障检测模块、动态调度模块和Modbus-TCP通信模块；
所述RFID标签模块用于处理接收到的RFID编码信息并将其转化成能用于调度和控制的Bool型变量；同时，标签的命名也在所述RFID标签模块中进行；
所述小车状态模块用于对轨道物流小车在工作状态间的转换进行处理，以便于所述总控制器的集中调度和所述区域控制器的分散控制；
所述空闲存车点检测模块用于检测各空车存储站点是否有空闲的存车位，以便于将暂时没有物流任务的空闲小车存放至空车存储站点；
所述轨道故障监测模块用于检测物流轨道是否发生了故障，且在发生故障时，所述轨道故障监测模块会对故障轨道在离线地图的编码进行锁定和对轨道物流小车进行新的动态调度，以避免在故障排除之前有后续轨道物流小车进入故障物流轨道；
所述动态调度模块用于在所述总控制器接收到来至所述工作站点或所述监控终端的调度命令后，能及时响应并将选定的小车信息和路径信息下发给所述区域控制器；
所述Modbus-TCP通信模块用于和所述区域控制器进行Modbus-TCP双向通信以交换数据。
4.如权利要求3所述的轨道运输分区调度系统，其特征在于：所述动态调度模块包括调车算法模块、发车算法模块和存车算法模块；所述调车算法模块、发车算法模块和存车算法模块的基础是Floyd最短路径算法。
5.如权利要求1所述的轨道运输分区调度系统，其特征在于：在医用轨道物流传输系统各个区域中设置有至少一个所述区域控制器；所述区域控制器工作时会接受来自所述总控制器的路径信息，并根据路径信息完成自身管控区域内所有轨道物流小车和转轨器的调度。
6.如权利要求1所述的轨道运输分区调度系统，其特征在于：所述区域控制器上搭载有区域调度软件系统，所述区域控制器通过所述区域调度软件系统实现轨道物流小车路径规划和转轨器通道切换；轨道物流小车接收所述区域控制器的指令，遇到指定标签按指定方向运行并实时反馈自己所在位置的标签信息给所述区域控制器；所述区域控制器还通过所述区域调度软件系统将小车状态信息和转轨器状态信息实时采集并转发到所述监控终端。
7.如权利要求1所述的轨道运输分区调度系统，其特征在于：所述监控终端由监控终端上位机和搭载监控终端上位机上的监控终端软件系统组成；
所述监控终端通过以太网将所述总控制器中的各项状态参数实时显示在所述监控终端上位机，供工作人员或技术人员查看；所述监控终端软件系统用于对整个所述调度系统的运行状态进行实时监控和参数配置功能；
所述监控终端通过所述监控终端软件系统向所述区域控制器下发地图数据，所述区域控制器向所述监控终端上位机实时反馈小车状态信息和转轨器状态信息。
8.如权利要求1所述的轨道运输分区调度系统，其特征在于：所述工作站点由触摸终端和搭载在所述触摸终端上的站点操作软件系统组成；
所述触摸终端通过以太网口连接至区域工业交换机，所述触摸终端与所述区域控制器连接通讯并与所述总控制器组成工业以太局域网互联通信；
所述触摸终端通过所述站点操作软件系统与所述区域控制器进行通讯，用户在所述站点操作软件系统的人机界面呼叫轨道物流小车，进行选择目的地和发车操作，未到达目的地的轨道物流小车可由发车人撤回，轨道物流小车用完可归还到车库，在所述站点操作软件系统的人机界面用户可实时看到轨道物流小车的运行状态。
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Application publication date: 20200508

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