1.需求產(chǎn)生

汽車尾氣的排放占據(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“電動汽車”的發(fā)展上的原因，然而，更大的問題將擺在這一充滿前景的市場面前，如何實現(xiàn)快速的充電-否則，汽車的運行將失去動力,而電動汽車的未來美好藍圖也無法實施。

充電站的需求應(yīng)運而生，自動倉儲式電池充電系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)采用電池更換模式的電動車電池以箱為單位的電池自動出入庫管理；采用RFID（無線射頻電子標(biāo)簽）實現(xiàn)電池的自動識別與物流管理；電池架與充電機相連，實現(xiàn)貨位上的電池自動檢測與充電管理。提高電動車換電站自動化水平、提高場地利用率、減輕電池更換的工作量。

貝加萊與國內(nèi)某知名研究院共同完成了國內(nèi)首個自動倉儲式充換電站，并為當(dāng)?shù)仉妱庸卉囂峁┏鋼Q電服務(wù)。

2.充電站構(gòu)成

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

當(dāng)車輛進行補充充電時，將需要充電的電池從車輛上卸下，安裝已充滿電的電池，車輛即離開繼續(xù)運營，對卸載下的電池采用地面充電系統(tǒng)進行補充充電。當(dāng)車輛采用電池更換充電方式進行電能補給時，更換下來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)計為單箱充電。

2.1充電系統(tǒng)構(gòu)成

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

每個單獨的充電單元有CAN總線接口與監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)進行連接，并通過RS485或CAN總線來與電池管理單元進行通信，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手動控制

堆垛機的手動控制是由操作人員，通過操作堆垛機電控柜上的觸摸屏，直接操作堆垛機進行水平運行、載貨臺升降、貨叉存取貨物三種動作。

2.2.2單機自動控制

操作人員在出入庫端通過堆垛機電控柜上的觸摸屏，輸入入(出)庫指令,堆垛機將自動完成入(出)庫作業(yè)。

2.2.3聯(lián)機自動（配合）

管理計算機自動分配出入庫貨位地址，通過監(jiān)控計算機發(fā)出作業(yè)命令，由光通信器將作業(yè)命令傳輸至堆垛機PLC，自動控制堆垛機完成一次作業(yè)。并將運行過程及工作狀態(tài)返回監(jiān)控計算機，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，由煙感傳感器檢測報警，由人工操作切換到應(yīng)急消防模式，可以由堆垛機按照指令將燃燒的電池取出，由入庫輸送線將電池輸送至電池庫門口，由叉車取走進行處理。

2.3電池的存取移栽機控制

為了便于對電池進行存取控制，系統(tǒng)由2個鏈條式移栽機分別負責(zé)入庫與出庫的管理，當(dāng)電池被放入入庫后，通過一個ACOPOSinverter變頻電機驅(qū)動輸送到相應(yīng)的位置，而推入裝置由另一臺ACOPOSinverter驅(qū)動變頻電機驅(qū)動將電池推入到堆垛機中，然后在堆垛機中對電池進行對應(yīng)的倉儲倉位的移動和插入，當(dāng)需要取出某個倉位的電池后，由出庫移栽機進行驅(qū)動控制，總計4臺ACOPOSinverter負責(zé)2個部分的電池在倉庫中的存取操作。

2.4電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

整個系統(tǒng)的監(jiān)控由一臺APC620進行控制，它負責(zé)對PLC設(shè)備的數(shù)據(jù)進行采集，并運行基于Windows的數(shù)據(jù)采集與電站管理系統(tǒng)軟件WMS，并且對系統(tǒng)的報警與安全狀態(tài)進行實時的監(jiān)控，記錄充電與存取數(shù)據(jù)，并對系統(tǒng)進行歷史記錄及報表、日志的存檔與管理。

2.5堆垛機控制平臺

對于系統(tǒng)的堆垛機必須滿足高可靠、快速定位與平穩(wěn)輸送的功能，以確保整個系統(tǒng)的高效運行，其運行由一臺X20CP1486控制，通過EthernetPOWERLINK連接B&RACOPOS伺服驅(qū)動器，負責(zé)在水平和垂直兩個方向進行運動，貨叉則根據(jù)大小兩種規(guī)格提供了2個小型由ACOPOSinverter進行控制的交流異步電機。

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)計的手動指令規(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)劃會定義電池的存放位置給PLC，PLC控制伺服驅(qū)動器對X,Y軸運動將電池送入到合適的位置，也會根據(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自動化立體充電倉儲庫的每排電池架單元通過CAN接口與電池的BMS進行通訊。所有監(jiān)控計算機通過局域網(wǎng)和歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器相連，用于記錄和統(tǒng)計所有充電機和電池的數(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)實際第三方設(shè)備的總線接口自由選配，即使在未來更換不同的供應(yīng)商產(chǎn)品也可以選擇不同的接口對應(yīng)。

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

2.7安全保護裝置

為了確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，并保護電池及設(shè)備，系統(tǒng)包含了多種安全保護裝置，相應(yīng)的信號如水平運行等由編碼器、接近開關(guān)、溫度、壓力等信號輸入系統(tǒng)，由分布式I/O系統(tǒng)X20對系統(tǒng)對相應(yīng)的數(shù)據(jù)進行采集并控制，其安全保護信號保護以下：

●水平運行保護

●升降運行保護

●斷繩保護裝置

●松繩過載保護裝置

●貨物虛實探測

●聯(lián)鎖保護

●失壓保護

●過熱保護

●維護安全保護

3.系統(tǒng)電氣系統(tǒng)配置

3.1硬件配置

●B&RAPC620                                                             1臺

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

●X20CP1486                                                               1塊

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

●ACOPOS伺服驅(qū)動器                                               2臺

●ACOPOSinverter                                                      6臺

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

3.2系統(tǒng)配置圖

4.系統(tǒng)特點

4.1AutomationStudio全集成開發(fā)平臺

貝加萊的AutomationStudio是一個全集成的開發(fā)平臺，包括了對人機界面、PLC、運動控制、網(wǎng)絡(luò)的編程，并且它支持從項目配置、編程、診斷、維護等整個系統(tǒng)的全生命周期的服務(wù)，這使得AutomationStudio能夠在一個軟件平臺上完成整個項目的開發(fā)任務(wù)，而無需學(xué)習(xí)多個軟件或在軟件間進行切換和設(shè)計接口，其內(nèi)部完全無縫連接。

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)場總線接口，并且標(biāo)配了實時通信網(wǎng)絡(luò)POWERLINK，具有很高的開放性，主流的現(xiàn)場總線如Profibus-DP,DeviceNet、CANopen、Modbus，包括對FDT/DTM的支持能力，即使未來更新或升級不同的第三方設(shè)備，也會能夠做到完全的支持能力。

4.3IT-Based維護技術(shù)

由于未來的充電站必然要進行統(tǒng)一的集中管理，以便能夠?qū)φ麄€城市的數(shù)十個甚至數(shù)百個進行集中的數(shù)據(jù)監(jiān)控和訪問，而B&RX20PLC內(nèi)嵌的VNCServer,FTPServer,WebServer等，在無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)進行訪問和統(tǒng)一的管理。

5.系統(tǒng)運行狀態(tài)

第一個由貝加萊與國內(nèi)某知名研究院共同完成的國內(nèi)首個自動倉儲式充換電站于2011年10月成功運行，可以裝載2種大小規(guī)格的電池總計84個磷酸鐵鋰電池進行充電，換電時間8～15分鐘（根據(jù)電池不同而不同），并且可以實現(xiàn)充電，滿足了當(dāng)?shù)厝妱庸卉嚭鸵恍┕珓?wù)電動車的充電任務(wù)，并且占地面積小，系統(tǒng)效率高。這個標(biāo)志性的項目的成功也將成功推向更多的城市。