1.需求產(chǎn)生

汽車(chē)尾氣的排放占據(jù)了城市空氣污染30%的比例，這也是緣何全球都將注意力集中在了“電動(dòng)汽車(chē)”的發(fā)展上的原因，然而，更大的問(wèn)題將擺在這一充滿前景的市場(chǎng)面前，如何實(shí)現(xiàn)快速的充電-否則，汽車(chē)的運(yùn)行將失去動(dòng)力,而電動(dòng)汽車(chē)的未來(lái)美好藍(lán)圖也無(wú)法實(shí)施。

充電站的需求應(yīng)運(yùn)而生，自動(dòng)倉(cāng)儲(chǔ)式電池充電系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)采用電池更換模式的電動(dòng)車(chē)電池以箱為單位的電池自動(dòng)出入庫(kù)管理；采用RFID（無(wú)線射頻電子標(biāo)簽）實(shí)現(xiàn)電池的自動(dòng)識(shí)別與物流管理；電池架與充電機(jī)相連，實(shí)現(xiàn)貨位上的電池自動(dòng)檢測(cè)與充電管理。提高電動(dòng)車(chē)換電站自動(dòng)化水平、提高場(chǎng)地利用率、減輕電池更換的工作量。

貝加萊與國(guó)內(nèi)某知名研究院共同完成了國(guó)內(nèi)首個(gè)自動(dòng)倉(cāng)儲(chǔ)式充換電站，并為當(dāng)?shù)仉妱?dòng)公交車(chē)提供充換電服務(wù)。

2.充電站構(gòu)成

充電站由輸入傳送帶、移載機(jī)、充電機(jī)、專用堆垛機(jī)、電池架、充電連接器、RFID檢測(cè)器、輸出傳送帶等構(gòu)成，如下圖：

當(dāng)車(chē)輛進(jìn)行補(bǔ)充充電時(shí)，將需要充電的電池從車(chē)輛上卸下，安裝已充滿電的電池，車(chē)輛即離開(kāi)繼續(xù)運(yùn)營(yíng)，對(duì)卸載下的電池采用地面充電系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)充充電。當(dāng)車(chē)輛采用電池更換充電方式進(jìn)行電能補(bǔ)給時(shí)，更換下來(lái)的電池箱接入地面充電系統(tǒng)，充電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為單箱充電。

2.1充電系統(tǒng)構(gòu)成

單個(gè)的充電系統(tǒng)由充電機(jī)、電池組、電源管理單元、煙霧報(bào)警、直流電源構(gòu)成，如下圖：

每個(gè)單獨(dú)的充電單元有CAN總線接口與監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，并通過(guò)RS485或CAN總線來(lái)與電池管理單元進(jìn)行通信，因此，控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)需配置為CAN總線接口與RS485接口的連接。

2.2系統(tǒng)控制模式

為了滿足各種充放電工作狀態(tài)的需要，系統(tǒng)分為四種工作模式：

2.2.1手動(dòng)控制

堆垛機(jī)的手動(dòng)控制是由操作人員，通過(guò)操作堆垛機(jī)電控柜上的觸摸屏，直接操作堆垛機(jī)進(jìn)行水平運(yùn)行、載貨臺(tái)升降、貨叉存取貨物三種動(dòng)作。

2.2.2單機(jī)自動(dòng)控制

操作人員在出入庫(kù)端通過(guò)堆垛機(jī)電控柜上的觸摸屏，輸入入(出)庫(kù)指令,堆垛機(jī)將自動(dòng)完成入(出)庫(kù)作業(yè)。

2.2.3聯(lián)機(jī)自動(dòng)（配合）

管理計(jì)算機(jī)自動(dòng)分配出入庫(kù)貨位地址，通過(guò)監(jiān)控計(jì)算機(jī)發(fā)出作業(yè)命令，由光通信器將作業(yè)命令傳輸至堆垛機(jī)PLC，自動(dòng)控制堆垛機(jī)完成一次作業(yè)。并將運(yùn)行過(guò)程及工作狀態(tài)返回監(jiān)控計(jì)算機(jī)，顯示在顯示器上。

2.2.4應(yīng)急消防模式

當(dāng)電池發(fā)生燃燒事故時(shí)，由煙感傳感器檢測(cè)報(bào)警，由人工操作切換到應(yīng)急消防模式，可以由堆垛機(jī)按照指令將燃燒的電池取出，由入庫(kù)輸送線將電池輸送至電池庫(kù)門(mén)口，由叉車(chē)取走進(jìn)行處理。

2.3電池的存取移栽機(jī)控制

為了便于對(duì)電池進(jìn)行存取控制，系統(tǒng)由2個(gè)鏈條式移栽機(jī)分別負(fù)責(zé)入庫(kù)與出庫(kù)的管理，當(dāng)電池被放入入庫(kù)后，通過(guò)一個(gè)ACOPOSinverter變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)輸送到相應(yīng)的位置，而推入裝置由另一臺(tái)ACOPOSinverter驅(qū)動(dòng)變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)將電池推入到堆垛機(jī)中，然后在堆垛機(jī)中對(duì)電池進(jìn)行對(duì)應(yīng)的倉(cāng)儲(chǔ)倉(cāng)位的移動(dòng)和插入，當(dāng)需要取出某個(gè)倉(cāng)位的電池后，由出庫(kù)移栽機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制，總計(jì)4臺(tái)ACOPOSinverter負(fù)責(zé)2個(gè)部分的電池在倉(cāng)庫(kù)中的存取操作。

2.4電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

整個(gè)系統(tǒng)的監(jiān)控由一臺(tái)APC620進(jìn)行控制，它負(fù)責(zé)對(duì)PLC設(shè)備的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并運(yùn)行基于Windows的數(shù)據(jù)采集與電站管理系統(tǒng)軟件WMS，并且對(duì)系統(tǒng)的報(bào)警與安全狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控，記錄充電與存取數(shù)據(jù)，并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行歷史記錄及報(bào)表、日志的存檔與管理。

2.5堆垛機(jī)控制平臺(tái)

對(duì)于系統(tǒng)的堆垛機(jī)必須滿足高可靠、快速定位與平穩(wěn)輸送的功能，以確保整個(gè)系統(tǒng)的高效運(yùn)行，其運(yùn)行由一臺(tái)X20CP1486控制，通過(guò)EthernetPOWERLINK連接B&RACOPOS伺服驅(qū)動(dòng)器，負(fù)責(zé)在水平和垂直兩個(gè)方向進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，貨叉則根據(jù)大小兩種規(guī)格提供了2個(gè)小型由ACOPOSinverter進(jìn)行控制的交流異步電機(jī)。

其系統(tǒng)控制框架圖如下：

管理系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前電池需求變化以及預(yù)先設(shè)計(jì)的手動(dòng)指令規(guī)劃為系統(tǒng)提供充電和換電任務(wù)，在獲得相關(guān)數(shù)據(jù)與信息后，任務(wù)規(guī)劃會(huì)定義電池的存放位置給PLC，PLC控制伺服驅(qū)動(dòng)器對(duì)X,Y軸運(yùn)動(dòng)將電池送入到合適的位置，也會(huì)根據(jù)任務(wù)取出已經(jīng)充電完成的電池并根據(jù)需要輸送到輸出傳送帶上。

2.6系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

2.6.1自動(dòng)化立體充電倉(cāng)儲(chǔ)庫(kù)的每排電池架單元通過(guò)CAN接口與電池的BMS進(jìn)行通訊。所有監(jiān)控計(jì)算機(jī)通過(guò)局域網(wǎng)和歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器相連，用于記錄和統(tǒng)計(jì)所有充電機(jī)和電池的數(shù)據(jù)。

2.6.2.ID掃描設(shè)備為Profibus接口的產(chǎn)品，B&RX20系統(tǒng)提供豐富的總線通信模塊，包括Profibus,CAN,RS485等，可根據(jù)實(shí)際第三方設(shè)備的總線接口自由選配，即使在未來(lái)更換不同的供應(yīng)商產(chǎn)品也可以選擇不同的接口對(duì)應(yīng)。

2.6.3.滿足快速的定位需要，堆垛機(jī)的伺服軸之間采用了100Mbps的實(shí)時(shí)以太網(wǎng)EthernetPOWERLINK,其數(shù)據(jù)響應(yīng)快，抖動(dòng)小，并且支持熱插拔和冗余等功能。

2.7安全保護(hù)裝置

為了確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，并保護(hù)電池及設(shè)備，系統(tǒng)包含了多種安全保護(hù)裝置，相應(yīng)的信號(hào)如水平運(yùn)行等由編碼器、接近開(kāi)關(guān)、溫度、壓力等信號(hào)輸入系統(tǒng)，由分布式I/O系統(tǒng)X20對(duì)系統(tǒng)對(duì)相應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集并控制，其安全保護(hù)信號(hào)保護(hù)以下：

●水平運(yùn)行保護(hù)

●升降運(yùn)行保護(hù)

●斷繩保護(hù)裝置

●松繩過(guò)載保護(hù)裝置

●貨物虛實(shí)探測(cè)

●聯(lián)鎖保護(hù)

●失壓保護(hù)

●過(guò)熱保護(hù)

●維護(hù)安全保護(hù)

3.系統(tǒng)電氣系統(tǒng)配置

3.1硬件配置

●B&RAPC620                                                             1臺(tái)

●AutomationPanel用于系統(tǒng)狀態(tài)的監(jiān)控                   1個(gè)

●X20CP1486                                                               1塊

●配置有Profibus通信模塊+Modbus通信模塊          2塊

●ACOPOS伺服驅(qū)動(dòng)器                                               2臺(tái)

●ACOPOSinverter                                                      6臺(tái)

●工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)                                                    1臺(tái)

3.2系統(tǒng)配置圖

4.系統(tǒng)特點(diǎn)

4.1AutomationStudio全集成開(kāi)發(fā)平臺(tái)

貝加萊的AutomationStudio是一個(gè)全集成的開(kāi)發(fā)平臺(tái)，包括了對(duì)人機(jī)界面、PLC、運(yùn)動(dòng)控制、網(wǎng)絡(luò)的編程，并且它支持從項(xiàng)目配置、編程、診斷、維護(hù)等整個(gè)系統(tǒng)的全生命周期的服務(wù)，這使得AutomationStudio能夠在一個(gè)軟件平臺(tái)上完成整個(gè)項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)任務(wù)，而無(wú)需學(xué)習(xí)多個(gè)軟件或在軟件間進(jìn)行切換和設(shè)計(jì)接口，其內(nèi)部完全無(wú)縫連接。

4.2完美兼容第三方設(shè)備

貝加萊的X20系統(tǒng)PLC可支持各種主流的現(xiàn)場(chǎng)總線接口，并且標(biāo)配了實(shí)時(shí)通信網(wǎng)絡(luò)POWERLINK，具有很高的開(kāi)放性，主流的現(xiàn)場(chǎng)總線如Profibus-DP,DeviceNet、CANopen、Modbus，包括對(duì)FDT/DTM的支持能力，即使未來(lái)更新或升級(jí)不同的第三方設(shè)備，也會(huì)能夠做到完全的支持能力。

4.3IT-Based維護(hù)技術(shù)

由于未來(lái)的充電站必然要進(jìn)行統(tǒng)一的集中管理，以便能夠?qū)φ麄€(gè)城市的數(shù)十個(gè)甚至數(shù)百個(gè)進(jìn)行集中的數(shù)據(jù)監(jiān)控和訪問(wèn)，而B(niǎo)&RX20PLC內(nèi)嵌的VNCServer,FTPServer,WebServer等，在無(wú)需額外增加成本的情況下，借用通用的Internet或3G（GPRS/CDMA）網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訪問(wèn)和統(tǒng)一的管理。

5.系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)

第一個(gè)由貝加萊與國(guó)內(nèi)某知名研究院共同完成的國(guó)內(nèi)首個(gè)自動(dòng)倉(cāng)儲(chǔ)式充換電站于2011年10月成功運(yùn)行，可以裝載2種大小規(guī)格的電池總計(jì)84個(gè)磷酸鐵鋰電池進(jìn)行充電，換電時(shí)間8～15分鐘（根據(jù)電池不同而不同），并且可以實(shí)現(xiàn)充電，滿足了當(dāng)?shù)厝妱?dòng)公交車(chē)和一些公務(wù)電動(dòng)車(chē)的充電任務(wù)，并且占地面積小，系統(tǒng)效率高。這個(gè)標(biāo)志性的項(xiàng)目的成功也將成功推向更多的城市。