ＣＰＡＣ控制系統設計論文

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1系統架構

CPAC和其中一個客戶端構成的銀行自動化存取控制系統總體結構。控制系統由上位機和下位機兩部分組成。上位機是計算機系統，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作為主控制器協調PLC實現存取保管箱操作。整個系統工作在由交換機組建的星形局域網中，各部分之間基于TCP／IP協議進行通訊。

2控制系統設計

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行機構上的運行失控，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

當檢測到驅動器報警信號以后，CPAC將關閉該軸的伺服使能，急停該軸的伺服電機，同時該軸報警觸發標志位置。程序中檢測到報警觸發標志位以后，將故障狀態報告控制中心，同時點亮報警燈并開啟蜂鳴器，等待人工處理。

2.2運行速度的規劃

在本控制系統中，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、容易實現等優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，因此存在柔性沖擊，導致執行機構在運動過程中的平穩性能差。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中的平滑時間來實現。

2.3控制系統作業方式

在銀行保管箱自動存取系統中，存取機械手執行任務時可以選擇單一作業方式或復合作業方式。單一作業方式是：存取機械手從原點位置出發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，而是直接執行下一個任務，不斷循環直到完成所有任務。

2.4CPAC運動控制

CPAC的運動控制部分是整個軟件系統設計的核心部分。CPAC運動控制軟件主要由系統初始化模塊、用戶界面模塊、運動控制模塊、數據讀寫模塊和網絡通信模塊組成。運動控制程序首先調用系統初始化模塊，然后檢查有無故障，如果系統運行正常，則通過網絡連接控制中心，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，并顯示系統執行結果。運動控制模塊通過在OtoStudio軟件中調用CPAC運動控制庫GUC－X00－TPX．lib中的運動控制函數執行以下功能：設置伺服電機的速度、加速度、移動距離（脈沖數）；讀取光電開關對應的數字輸入口獲取光電開關的觸發狀態；往數字輸出口寫“1”、“0”來打開、關閉電磁開關。通過控制存取機械手、取箱口的執行機構、拉板以及拉勾的動作，實現保管箱的自動存取操作。數據讀寫模塊通過RS485總線控制激光條形碼閱讀器，讀取條形碼掃描結果。網絡通信模塊使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據，并返回運行結果與報警信息。

3結束語

基于CPAC設計的銀行全自動保管箱控制系統，實現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