ＣＰＡＣ控制系統(tǒng)設計論文

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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控制系統(tǒng)設計

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致的執(zhí)行機構(gòu)上的運行失控，保護硬件設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軌。

2.1.2報警

當檢測到驅(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)標志位置。程序中檢測到報警觸發(fā)標志位以后，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，其對應的加速度曲線不連續(xù)，因此存在柔性沖擊，導致執(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)行任務時可以選擇單一作業(yè)方式或復合作業(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。復合作業(yè)方式是：存取機械手接收到一批存／取保管箱任務后，從原點位置出發(fā)運行到第一個任務指定的保管箱位置，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，不斷循環(huán)直到完成所有任務。

2.4CPAC運動控制

CPAC的運動控制部分是整個軟件系統(tǒng)設計的核心部分。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，具有廣闊的應用前景。

作者：常鵬飛 康獻民 朱盛方 王柱 單位：五邑大學