ＣＰＡＣ控制系統(tǒng)設(shè)計論文
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1系統(tǒng)架構(gòu)
CPAC和其中一個客戶端構(gòu)成的銀行自動化存取控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)?？刂葡到y(tǒng)由上位機和下位機兩部分組成。上位機是計算機系統(tǒng)，包含控制中心計算機、客服端計算機及打印機、磁卡閱讀器與密碼鍵盤等配套設(shè)備；下位機是CPAC、端子板及存取機械手與取箱口所用的6個伺服電機及驅(qū)動器。由于CPAC只能控制8個伺服電機，控制存取機械手與取箱口1已經(jīng)占用了6個接口，而一個取箱口遠遠不能滿足客戶的需求。當(dāng)取箱口數(shù)量超過一個后，用PLC控制其余出箱口，PLC與CPAC之間通過RS485總線通訊，由CPAC作為主控制器協(xié)調(diào)PLC實現(xiàn)存取保管箱操作。整個系統(tǒng)工作在由交換機組建的星形局域網(wǎng)中，各部分之間基于TCP／IP協(xié)議進行通訊。
2.1控制過程安全機制
2.1.1限位
為避免因軟件錯誤或硬件故障導(dǎo)致的執(zhí)行機構(gòu)上的運行失控，保護硬件設(shè)備與操作人員的安全，在存取機械手與取箱口的每個控制軸上除了在導(dǎo)軌的兩端安裝有硬件限位塊外，還必須使用限位開關(guān)來限制各軸的運動范圍。軟限位與硬限位配合使用，可以有效地防止運動部件跑出導(dǎo)軌。
2.1.2報警
當(dāng)檢測到驅(qū)動器報警信號以后，CPAC將關(guān)閉該軸的伺服使能，急停該軸的伺服電機，同時該軸報警觸發(fā)標(biāo)志位置。程序中檢測到報警觸發(fā)標(biāo)志位以后，將故障狀態(tài)報告控制中心，同時點亮報警燈并開啟蜂鳴器，等待人工處理。
2.2運行速度的規(guī)劃
在本控制系統(tǒng)中，CPAC工作采用點位運動模式。在運動控制中，梯形速度曲線以耗能低、速度快、容易實現(xiàn)等優(yōu)點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)行機構(gòu)在運動過程中的平穩(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，將梯形速度曲線加以改進得到S型速度曲線。S型速度曲線的運動過程由加加速段、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通過設(shè)置各軸運動參數(shù)中的平滑時間來實現(xiàn)。
2.3控制系統(tǒng)作業(yè)方式
在銀行保管箱自動存取系統(tǒng)中，存取機械手執(zhí)行任務(wù)時可以選擇單一作業(yè)方式或復(fù)合作業(yè)方式。單一作業(yè)方式是：存取機械手從原點位置出發(fā)運行到任務(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，然后返回原點位置。復(fù)合作業(yè)方式是：存取機械手接收到一批存／取保管箱任務(wù)后，從原點位置出發(fā)運行到第一個任務(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，之后存取機械手不返回原點，而是直接執(zhí)行下一個任務(wù)，不斷循環(huán)直到完成所有任務(wù)。
2.4CPAC運動控制
CPAC的運動控制部分是整個軟件系統(tǒng)設(shè)計的核心部分。CPAC運動控制軟件主要由系統(tǒng)初始化模塊、用戶界面模塊、運動控制模塊、數(shù)據(jù)讀寫模塊和網(wǎng)絡(luò)通信模塊組成。運動控制程序首先調(diào)用系統(tǒng)初始化模塊，然后檢查有無故障，如果系統(tǒng)運行正常，則通過網(wǎng)絡(luò)連接控制中心，查詢CPAC的控制方式，如果為手動模式，則進入手動模式運動控制子程序，否則進入自動模式運動控制子程序。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。運動控制模塊通過在OtoStudio軟件中調(diào)用CPAC運動控制庫GUC－X00－TPX．lib中的運動控制函數(shù)執(zhí)行以下功能：設(shè)置伺服電機的速度、加速度、移動距離（脈沖數(shù)）；讀取光電開關(guān)對應(yīng)的數(shù)字輸入口獲取光電開關(guān)的觸發(fā)狀態(tài)；往數(shù)字輸出口寫“1”、“0”來打開、關(guān)閉電磁開關(guān)。通過控制存取機械手、取箱口的執(zhí)行機構(gòu)、拉板以及拉勾的動作，實現(xiàn)保管箱的自動存取操作。數(shù)據(jù)讀寫模塊通過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)，并返回運行結(jié)果與報警信息。
3結(jié)束語
基于CPAC設(shè)計的銀行全自動保管箱控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了保管箱的自動存取與信息化管理，降低了銀行的管理與維護成本，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 康獻民 朱盛方 王柱 單位：五邑大學(xué)