軌道式輸送機控制裝置

《軌道式輸送機控制裝置》是南京航空航天大學和江蘇天奇物流系統工程股份有限公司於2007年3月23日申請的專利，該專利的申請號為2007100210298，公布號為CN101025632，授權公布日為2007年8月29日，發明人是樓佩煌、張炯，該發明屬於物料運輸自動控制技術領域。

《軌道式輸送機控制裝置》包括主控制單元、車載控制單元、位置標識卡，主控制單元由主控制器和主無線通信模組連線構成，每個車載控制單元由從控制器、從無線通信模組、位置識別器和小車執行裝置相應連線構成，位置識別器對位置標識卡進行識別得到位置信息，主無線通信模組與從無線通信模組通過無線方式連線、以主從方式通信，使輸送小車具有自主識別位置、自主控制的能力，不光摒除了2007年3月前已有技術中用於小車定位的大量的行程開關、連線導線，而且也摒除了主、從控制器之間的滑觸線裝置，簡化了控制裝置的結構，避免了複雜的布線，提高了控制裝置的工作可靠性，降低了成本，方便調試、維護，使系統易於升級、重構。

2009年，《軌道式輸送機控制裝置》獲得第六屆江蘇省專利項目獎優秀獎。

（概述圖為《軌道式輸送機控制裝置》摘要附圖）

基本介紹

• 中文名：軌道式輸送機控制裝
• 公布號：CN101025632
• 公布日：2007年8月29日
• 申請號：2007100210298
• 申請日：2007年3月23日
• 申請人：南京航空航天大學、江蘇天奇物流系統工程股份有限公司
• 地址：江蘇省南京市御道街29號
• 發明人：樓佩煌、張炯
• 分類號：G05D3/20（2006.01）、B65G35/00（2006.01）、B65G43/00（2006.01）
• 代理機構：南京經緯專利商標代理有限公司
• 代理人：葉連生
• 類別：發明專利

專利背景

軌道式輸送機系統是一種自動化物料輸送系統，通過將生產、倉儲等過程中需要輸送的物料裝載在輸送小車上，然後控制輸送小車進行起重、輸送、搬運、積放儲存、自動分流合流等操作，輸送小車可以按照設定的工藝過程在不同的工位點上，按照操作指令進行自動化控制。軌道式輸送機系統廣泛套用於家用電器、輕工、機械製造、汽車裝配、部件裝配等產品組織自動化流水生產線。早期的軌道式輸送機系統的控制由人工手動操作繼電器控制系統來控制，隨著技術發展和自動化程度的提高，PLC可程式邏輯控制器、工控機在軌道式輸送機系統中也得到了大規模的運用。2007年3月前在中國國內外軌道式輸送機系統的控制裝置中，占主導地位是採用PLC可程式邏輯控制器的控制裝置，這種控制裝置設定一個主控PLC可程式邏輯控制器作為系統的主控制器，在每個輸送小車上安裝一個PLC可程式邏輯控制器作為從控制器，主控制器和小車上的從控制器之間通過現場匯流排進行連線，現場匯流排和動力線統一安裝在軌道的滑觸線上，輸送小車和主控制器間的數據傳送是通過現場匯流排以及電刷進行傳輸的。在軌道的許多位置上安裝了行程開關作為輸送小車的位置識別感測器，所有的位置識別感測器都用導線連線到主控制器上，主控制器把所有的信號以現場匯流排的方式，經過滑觸線裝置傳遞到輸送小車從控制器上；在多車運行的情況下，為了區別每個小車，通過設定多組多行程開關對小車進行編碼區別。在運輸軌道較長、匯流排的走線距離較大時，還需要增加許多的匯流排中繼器。採用PLC可程式邏輯控制器的輸送機控制裝置主要存在以下的問題：

1、使用行程開關進行輸送小車的定位和編碼區別，而且每個開關都需要二至三根信號線、電源線和主控制器連線，行程開關的數量和導線數量巨大，大量的行程開關的信號線布滿軌道線體的每個地方，造成布線情況複雜，容易產生故障，影響系統的可靠性；

2、現場匯流排和動力線都安裝在軌道的滑觸線上，由於滑動接觸情況複雜，易於磨損，易於受工業現場的油污和灰塵污染，從而造成通信中斷或者錯誤，又進一步降低了系統工作的可靠性；

3、使用了大量的行程開關、匯流排中繼器，以及數量巨大、布線複雜的連線導線，造成安裝工作量巨大、成本較高，系統的升級、重構極其困難。

發明內容

專利目的

《軌道式輸送機控制裝置》的目的在於解決上述2007年3月前已有技術中存在的問題，提供一種軌道式輸送機控制裝置，簡化控制裝置的結構，避免繁雜的布線，提高控制裝置的工作可靠性，使軌道式輸送機系統易於升級、重構。

技術方案

《軌道式輸送機控制裝置》包括主控制單元和安裝在運輸小車上的車載控制單元，其特徵在於它還包括多個安裝在軌道不同位置上的位置標識卡，主控制單元由主控制器和主無線通信模組通過串列接口連線構成；每個車載控制單元由從控制器、從無線通信模組、位置識別器和小車執行裝置構成；其中，從控制器分別通過其對應的串列接口與從無線通信模組、位置識別器連線，小車執行裝置的控制接口與從控制器的數字/模擬量輸出接口連線；位置識別器對位置標識卡進行識別得到位置信息；主無線通信模組與從無線通信模組的發射/接收連線埠通過無線方式連線。每一個從控制器有一個唯一的地址碼，用於無線通信的地址識別，通過這種方式實現從控制器的唯一標識，從控制器分別對應安裝在一輛輸送小車上。

主控制器是軌道系統和輸送小車的總調度控制器，主控制器的控制接口有：數字/模擬量輸入接口、數字/模擬量輸出接口、兩個串列通信接口，所述的串列接口可以是：RS232、RS485、RS422、USB、SPI等串列接口形式。主控制器的一個串列接口連線主無線通信模組，另一個連線監控計算機，數字/模擬量輸入接口連線軌道系統的感測器和控制按鈕，軌道系統的感測器有：道岔切換感測器、轉載機構感測器等；主控制器的數字/模擬量輸出接口連線軌道系統的執行機構和系統電源控制部件，有：道岔切換電機的變頻器、轉載機構電機的變頻器、系統狀態顯示燈、繼電器、交流接觸器等。從控制器，是每個輸送小車的控制中心，從控制器的控制接口有：數字/模擬量輸入接口、數字/模擬量輸出接口、兩個串列通信接口，所述的串列接口可以是：RS232、RS485、RS422、USB、SPI等串列接口形式。從控制器的一個串列接口連線從無線通信模組，另一個連線位置識別器，從控制器的數字/模擬量輸入接口連線輸送小車上的感測器，輸送小車上的感測器有：前後防碰撞感測器、摩擦輪溫度檢測感測器等；從控制器的數字/模擬量輸出接口連線輸送小車上的執行機構，有：輸送小車行走電機的控制變頻器、車載提升絞盤的電機控制部件等。位置識別器，是一個可以自主識別位置標示卡的裝置。每個位置標示卡具有唯一的ID號，當位置識別器和位置標示卡距離達到識別距離後，位置識別器可以迅速識別出位置標示卡的ID號，並傳到從控制器。位置標示卡安裝在軌道上需要對輸送小車進行控制的位置上，例如：軌道的上坡段、軌道的道岔入口、軌道的工藝段入口等，當輸送小車經過這些位置時，位置識別器識別標示卡的ID號，從控制器根據位置信息就可以自主控制輸送小車進行變速、停止、等待等行駛狀態。主控制器和從控制器均連線無線通信模組，按照主從方式進行通信，即主控制器通過輪詢的方式訪問每個小車，小車控制器接收到主控制器發給自己的信號後，才傳送自己的信息到主控制器。輸送小車在道岔、轉載等處需要控制器控制的軌道機構配契約步行駛的情況下，接收主控制器的調度控制。

該發明的工作過程如下：每一輛輸送小車上的位置識別器在到達軌道的某一位置時，對該位置所安裝的位置標識卡進行識別得到該位置的位置信息，並將其傳送至從控制器，從控制器判斷信息並做出相應的輸出信號，輸出信號控制小車執行裝置實現相應的動作，並將該輸送小車的狀態信號傳送到主控制器；主控制器判斷輸送小車的狀態，當發現從控制器需要主控制器控制軌道執行機構配合輸送小車行駛時，主控制器就控制軌道執行裝置配合輸送小車的行駛。這個輸送機系統在所述控制裝置的控制下，實現輸送小車的自動控制運行和主控制器對系統的調度控制。該發明並不排除輸入輸出接口連線其他自動化操作機構或者感測器。

有益效果

《軌道式輸送機控制裝置》通過在輸送小車上安裝位置識別器，在軌道上相應位置安裝位置標識卡，使輸送小車具有自主識別位置的能力，避免了2007年3月前已有技術中用於輸送小車定位的大量行程開關和連線這些行程開關的大量導線，簡化控制裝置的結構，避免了複雜的布線，，降低了成本，方便調試維護，同時使軌道式輸送機系統易於升級、重構；利用從控制器自主控制輸送小車，以及在主控制器和從控制器之間採用無線通信方式，避免了2007年3月前已有技術中連線主控制器和小車從控制器的滑觸線裝置，保證主、從控制器之間的可靠通信，從而進一步提高了控制裝置的工作可靠性。

附圖說明

圖1為《軌道式輸送機控制裝置》的結構框圖。

圖2為該發明主控制器和從控制器的硬體結構圖。

圖3為該發明主控制器和從控制器的軟體結構圖。

圖4為該發明實施例的主控制器輸入輸出連線圖。

圖5為該發明實施例的從控制器輸入輸出連線圖。

圖中有：主控制單元1、車載控制單元2、位置標識卡3、主控制器11、主無線通信模組12、監控計算機13、軌道感測器14、軌道執行機構15、操作按鈕16、從控制器21、從無線通信模組22、位置識別器23、小車執行裝置24、小車感測器25。

權利要求

1、《軌道式輸送機控制裝置》包括主控制單元（1）和安裝在運輸小車上的車載控制單元（2），其特徵在於它還包括多個安裝在軌道不同位置上的位置標識卡（3），主控制單元（1）由主控制器（11）和主無線通信模組（12）通過串列接口連線構成；每個車載控制單元（2）由從控制器（21）、從無線通信模組（22）、位置識別器（23）和小車執行裝置（24）構成；其中，從控制器（21）分別通過其對應的串列接口與從無線通信模組（22）、位置識別器（23）連線，小車執行裝置（24）的控制接口與從控制器（21）的數字/模擬量輸出接口連線；位置識別器（23）對位置標識卡（3）進行識別得到位置信息；主無線通信模組（12）與從無線通信模組（22）的發射/接收連線埠通過無線方式連線。

2、按照權利要求1所述的軌道式輸送機控制裝置，其特徵在於所述的位置識別器（23）是安裝在輸送小車上的射頻讀卡器，所述的位置標識卡（3）是安裝在軌道上的射頻卡。

3、按照權利要求1所述的軌道式輸送機控制裝置，其特徵在於所述的位置識別器（23）是安裝在輸送小車上的雷射條碼識別器，所述的位置標識卡（3）是安裝在軌道上的雷射條碼。

4、按照權利要求1所述的軌道式輸送機控制裝置，其特徵在於所述的主控制器（11）和從控制器（21）按照主從方式通過所述的主無線通信模組（12）和從無線通信模組（22）進行相互通信。

5、按照權利要求1所述的軌道式輸送機控制裝置，其特徵在於所述的車載控制單元（2）還包括小車感測器（25），小車感測器（25）的輸出接口與從控制器（21）的數字/模擬量輸入接口連線。

6、按照權利要求1所述的軌道式輸送機控制裝置，其特徵在於所述的主控單元（1）還包括與主控制器（11）連線的監控計算機（13）。

實施方式

參見圖1，圖1為《軌道式輸送機控制裝置》的結構框圖。該發明的軌道式輸送機控制裝置，包括：一個主控制單元1、若干個安裝在每一輛運輸小車上的車載控制單元2，以及多個安裝在軌道不同位置上的位置標識卡3。主控制單元1由主控制器11和主無線通信模組12通過串列接口連線構成；每個車載控制單元2由從控制器21、從無線通信模組22、位置識別器23和小車執行裝置24構成，並安裝在一輛運輸小車上；其中，從控制器21分別通過其對應的串列接口與從無線通信模組22、位置識別器23連線，從控制器21連線從無線通信模組22；位置識別器23對位置標識卡3進行識別得到位置信息；小車執行裝置24的控制接口與從控制器21的數字/模擬量輸出接口連線；主無線通信模組12和從無線通信模組22的發射/接收連線埠通過無線方式連線，每個從控制器21和主控制器11都有一個唯一的ID，在進行無線通信時用於區分無線信號的傳送地和目的地。該發明的兩大特徵是，無線方式進行通信控制，以及採用位置識別器進行輸送小車的位置識別。這兩種方式極大的降低了系統各種感測器的用量，減輕了布線，降低成本，和提高可靠性。

主控制器11和從控制器21按照分散式控制系統結構設計，是該發明的核心部分。裝置的主控制器11和從控制器21採用相同的硬體設計，硬體結構如圖2，其組成有：工業級的ARM7微控制器LPC2210以及相關的Flash和Ram、輸入信號光電隔離部分、RS232電平轉換、無線模組、繼電器輸出、模擬量輸出、數碼管顯示。Flash用於存儲程式，Ram用於存儲程式運行時的各種變數，數字量輸入通過TP521光耦隔離後輸入到LPC2210晶片的GPIO引腳上，數字量的輸出通過達林頓驅動管2003驅動繼電器輸出，模擬量通過運算放大器LM358輸入到LPC2210的AD轉換引腳上，LPC2210的PWM輸出經過運算放大器LM358後實現模擬量的輸出，LPC2210的UARTO通過MAX2323電壓轉換晶片轉換成RS232電平接口，LPC2210的UART1直接連線無線通信模組，通過I2C接口LPC2210連線MAX7290用來驅動數碼管顯示。

該發明的採用嵌入式實時作業系統uc/os-II進行軟體開發。uc/os-II是可剝奪型實時多任務核心，可剝奪型的實時核心在任何時候都運行就緒最高優先權的任務。系統中，每個任務被賦予不同的優先權，當uc/os-II初始化時，最低優先權總是被賦給空閒任務IdleTask。每一個任務都有獨立的堆疊空間，並有一個稱為任務控制塊TCB數據結構，其中第一個成員變數就是保存的任務堆疊指針。任務調度模組首先用變數OSTCBHighRdy記錄當前最高級就緒任務的TCB地址，然後調用OS_TASK_SW函式來進行任務切換。如圖3所示，主控制器11和從控制器21的控制軟體都可以劃分為多個任務。其中，“串口接收任務”根據串口協定，每次接收一幀數據並解包，把解包後的數據放到訊息佇列中以送到“中心管理任務”；“中心管理任務”處理訊息佇列中的各種數據和命令；“無線傳送任務”把當前訊息佇列中需要無線傳送的訊息進行打包和傳送；“無線接收任務”把接收到的數據通過訊息佇列傳遞給“中心管理任務”；“數碼顯示任務”進行狀態顯示；“輸入信號採集任務”對當前的數字量和模擬量輸入信號進行採集和簡單處理後存放到變數中；“輸出數字量模擬量任務”用於不斷更新輸出狀態以控制；“故障處理任務”處理系統的各種故障和保護系統。這些任務通過調用嵌入式實時作業系統uc/os-II的系統函式實現任務間的通信、同步、互斥。

作為該發明的一個具體實施例，圖1中該發明所述的位置識別器23是安裝在輸送小車上的射頻讀卡器，其型號為MSR-100，該型號的射頻讀卡器是13.56M射頻讀卡器，識別距離小於8毫米，具有RS232串列接口，通過RS232連線從控制器21實現對該讀卡器進行控制；所述的位置標識卡3是Philips公司生產的mifare射頻卡，安裝在軌道上輸送小車需要進行變速、停車、等待等相應位置處，當輸送小車行駛到該位置的時，射頻讀卡器靠近射頻卡，在二者距離達到8毫米以下時，射頻讀卡器在從控制器21的控制下識別出射頻卡的ID，並將其傳送到從控制器21，從控制器21根據這個信息進行相應的控制操作。

作為該發明的另一個具體實施例，圖1中該發明所述的位置識別器23是安裝在輸送小車上的雷射條碼識別器，所述的位置標識卡3是安裝在軌道上的雷射條碼。

作為該發明的又一個具體實施例，該發明的主控制器（11）和從控制器（21）按照主從方式通過所述的主無線通信模組（12）和從無線通信模組（22）進行相互通信，基於uc/os-II實現無線通信協定。主無線通信模組12和從無線通信模組22均採用IA4420TR收發一體型模組，主控制器11和從控制器21均有一個唯一的ID用來標示自己的身份。如果主控制器11有要傳送到從控制器21的數據，那么就傳送數據給從控制器21；如果沒有數據傳送，就設定為輪詢從控制器21。在這兩種情況下，從控制器21需要返回兩種結果，一種是數據，如從控制器沒有數據需要傳送給主控制器，就返回應答。主控制器11輪流傳送數據到各個從控制器21，每傳送一個訊息後就等待該從控制器21的回響，當從站沒有收到該訊息、收到的訊息錯誤，以及從控制器返回的信息主控制器11沒有收到，主控制器11都會發生接收逾時，主控制器11會重發上次的信息，從控制器21識別重發次數來確定接收到的是上次的數據，還是最新的數據；從控制器21接收到主控制器11傳送來的數據後，如果數據是傳送給自己的，那么從控制器21立刻回復應答信號或者把狀態信號發給主控制器11。當從控制器21在一定的時間內回響了，主控制器11就輪詢下一個從控制器21，整個無線通信過程這樣有條不紊的連續進行著。主控制器11和各從控制器21在實時作業系統的保證下保持無線通信的嚴格同步，而不會相互干涉，協定具有出錯重發、錯誤處理能力，從而使通信具有很高的可靠性。

參見圖4，圖4是該發明第四個具體實施例的主控制器輸入輸出連線圖。在該實施例中，所述的主控制單元1還包括軌道感測器14，軌道執行機構15，操作按鈕16。軌道感測器14採用行程開關用來判斷道岔機構的狀態和轉載機構的狀態，操作按鈕16採用複合式的點動開關，用於在系統運行狀態下進行啟動、停止等操作控制，軌道感測器和操作按鈕都與主控制器11的數字量輸入接口連線。在該實施例中，軌道執行裝置15包括道岔機構和裝載機構的執行裝置，道岔是實現軌道切換的機構，轉載機構是在輔助輸送小車爬坡的機構，道岔機構是交流接觸器控制交流電機構成；轉載機構是通過變頻器控制轉載變頻電機構成，軌道執行裝置15的控制接口連線主控制器11的數字/模擬量輸出接口，主控制器11的一個串列接口連線主無線通信模組12，另一個串列接口連線監控計算機13，從而通過監控計算機13對系統的運行進行監控。該實施例並不排除主控制器11還連線輸送機系統上的其他必要感測器或者執行裝置。

參見圖5，圖5是該發明第五個具體實施例的從控制器輸入輸出連線圖。在該實施例中，所述的車載控制單元2還包括小車感測器25，小車感測器25是安裝在輸送小車前後的防碰撞開關，防碰撞開關的信號輸送到從控制器21的數字量輸入接口。當輸送小車之間將要發生碰撞時，防碰撞開關檢測到碰撞信號並傳送到從控制器21，從控制器21就控制輸送小車停止前進或者後退，起到保護系統的目的。該實施例並不排除從控制器11還連線輸送小車上的其他必要感測器或者執行裝置。

榮譽表彰

2009年，《軌道式輸送機控制裝置》獲得第六屆江蘇省專利項目獎優秀獎。