ＣＰＡＣ控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文
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1系統(tǒng)架構(gòu)
CPAC和其中一個(gè)客戶端構(gòu)成的銀行自動(dòng)化存取控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)。控制系統(tǒng)由上位機(jī)和下位機(jī)兩部分組成。上位機(jī)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，包含控制中心計(jì)算機(jī)、客服端計(jì)算機(jī)及打印機(jī)、磁卡閱讀器與密碼鍵盤(pán)等配套設(shè)備；下位機(jī)是CPAC、端子板及存取機(jī)械手與取箱口所用的6個(gè)伺服電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器。由于CPAC只能控制8個(gè)伺服電機(jī)，控制存取機(jī)械手與取箱口1已經(jīng)占用了6個(gè)接口，而一個(gè)取箱口遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足客戶的需求。當(dāng)取箱口數(shù)量超過(guò)一個(gè)后，用PLC控制其余出箱口，PLC與CPAC之間通過(guò)RS485總線通訊，由CPAC作為主控制器協(xié)調(diào)PLC實(shí)現(xiàn)存取保管箱操作。整個(gè)系統(tǒng)工作在由交換機(jī)組建的星形局域網(wǎng)中，各部分之間基于TCP／IP協(xié)議進(jìn)行通訊。
2.1控制過(guò)程安全機(jī)制
2.1.1限位
為避免因軟件錯(cuò)誤或硬件故障導(dǎo)致的執(zhí)行機(jī)構(gòu)上的運(yùn)行失控，保護(hù)硬件設(shè)備與操作人員的安全，在存取機(jī)械手與取箱口的每個(gè)控制軸上除了在導(dǎo)軌的兩端安裝有硬件限位塊外，還必須使用限位開(kāi)關(guān)來(lái)限制各軸的運(yùn)動(dòng)范圍。軟限位與硬限位配合使用，可以有效地防止運(yùn)動(dòng)部件跑出導(dǎo)軌。
2.1.2報(bào)警
當(dāng)檢測(cè)到驅(qū)動(dòng)器報(bào)警信號(hào)以后，CPAC將關(guān)閉該軸的伺服使能，急停該軸的伺服電機(jī)，同時(shí)該軸報(bào)警觸發(fā)標(biāo)志位置。程序中檢測(cè)到報(bào)警觸發(fā)標(biāo)志位以后，將故障狀態(tài)報(bào)告控制中心，同時(shí)點(diǎn)亮報(bào)警燈并開(kāi)啟蜂鳴器，等待人工處理。
2.2運(yùn)行速度的規(guī)劃
在本控制系統(tǒng)中，CPAC工作采用點(diǎn)位運(yùn)動(dòng)模式。在運(yùn)動(dòng)控制中，梯形速度曲線以耗能低、速度快、容易實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)成為常用的速度控制曲線。其速度與加速度的變化曲線如圖3所示。然而由于梯形速度曲線采用線性加速方式，其對(duì)應(yīng)的加速度曲線不連續(xù)，因此存在柔性沖擊，導(dǎo)致執(zhí)行機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的平穩(wěn)性能差。為了既獲得平滑的加速度，又不失去梯形速度曲線的優(yōu)勢(shì)，將梯形速度曲線加以改進(jìn)得到S型速度曲線。S型速度曲線的運(yùn)動(dòng)過(guò)程由加加速段、勻加速段、減加速段、勻速段、加減速段、勻減速段、減減速段組成。本控制系統(tǒng)采用該速度曲線作為存取機(jī)械手各軸的速度控制曲線，避免了柔性沖擊因素。S型速度曲線由CPAC通過(guò)設(shè)置各軸運(yùn)動(dòng)參數(shù)中的平滑時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)。
2.3控制系統(tǒng)作業(yè)方式
在銀行保管箱自動(dòng)存取系統(tǒng)中，存取機(jī)械手執(zhí)行任務(wù)時(shí)可以選擇單一作業(yè)方式或復(fù)合作業(yè)方式。單一作業(yè)方式是：存取機(jī)械手從原點(diǎn)位置出發(fā)運(yùn)行到任務(wù)指定的保管箱位置，將保管箱取出并送到取箱口，客戶操作完成后從取箱口處把保管箱送回箱架，然后返回原點(diǎn)位置。復(fù)合作業(yè)方式是：存取機(jī)械手接收到一批存／取保管箱任務(wù)后，從原點(diǎn)位置出發(fā)運(yùn)行到第一個(gè)任務(wù)指定的保管箱位置，將保管箱取出并送到取箱口，客戶操作完成后從取箱口處把保管箱送回箱架，之后存取機(jī)械手不返回原點(diǎn)，而是直接執(zhí)行下一個(gè)任務(wù)，不斷循環(huán)直到完成所有任務(wù)。
2.4CPAC運(yùn)動(dòng)控制
CPAC的運(yùn)動(dòng)控制部分是整個(gè)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心部分。CPAC運(yùn)動(dòng)控制軟件主要由系統(tǒng)初始化模塊、用戶界面模塊、運(yùn)動(dòng)控制模塊、數(shù)據(jù)讀寫(xiě)模塊和網(wǎng)絡(luò)通信模塊組成。運(yùn)動(dòng)控制程序首先調(diào)用系統(tǒng)初始化模塊，然后檢查有無(wú)故障，如果系統(tǒng)運(yùn)行正常，則通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接控制中心，查詢CPAC的控制方式，如果為手動(dòng)模式，則進(jìn)入手動(dòng)模式運(yùn)動(dòng)控制子程序，否則進(jìn)入自動(dòng)模式運(yùn)動(dòng)控制子程序。用戶界面模塊為客戶提供登錄界面、圖形化的存／取保管箱命令，并顯示系統(tǒng)執(zhí)行結(jié)果。運(yùn)動(dòng)控制模塊通過(guò)在OtoStudio軟件中調(diào)用CPAC運(yùn)動(dòng)控制庫(kù)GUC－X00－TPX．lib中的運(yùn)動(dòng)控制函數(shù)執(zhí)行以下功能：設(shè)置伺服電機(jī)的速度、加速度、移動(dòng)距離（脈沖數(shù)）；讀取光電開(kāi)關(guān)對(duì)應(yīng)的數(shù)字輸入口獲取光電開(kāi)關(guān)的觸發(fā)狀態(tài)；往數(shù)字輸出口寫(xiě)“1”、“0”來(lái)打開(kāi)、關(guān)閉電磁開(kāi)關(guān)。通過(guò)控制存取機(jī)械手、取箱口的執(zhí)行機(jī)構(gòu)、拉板以及拉勾的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)保管箱的自動(dòng)存取操作。數(shù)據(jù)讀寫(xiě)模塊通過(guò)RS485總線控制激光條形碼閱讀器，讀取條形碼掃描結(jié)果。網(wǎng)絡(luò)通信模塊使CPAC通過(guò)以太連接控制中心，接收控制中心的命令與保管箱在箱架中的位置數(shù)據(jù)，并返回運(yùn)行結(jié)果與報(bào)警信息。
3結(jié)束語(yǔ)
基于CPAC設(shè)計(jì)的銀行全自動(dòng)保管箱控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了保管箱的自動(dòng)存取與信息化管理，降低了銀行的管理與維護(hù)成本，為客戶提供了使用方便的保管箱業(yè)務(wù)，具有廣闊的應(yīng)用前景。
作者：常鵬飛 康獻(xiàn)民 朱盛方 王柱 單位：五邑大學(xué)