引言
充电站的需求应运而生，自动仓储式电池充电系统能够实现采用电池更换模式的电动车电池以箱为单位的电池自动出入库管理；采用RFID（无线射频电子标签）实现电池的自动识别与物流管理；电池架与充电机相连，实现货位上的电池自动检测与充电管理。提高电动车换电站自动化水平、提高场地利用率、减轻电池更换的工作量。贝加莱与国内某知名研究院共同完成了国内首个自动仓储式充换电站，并为当地电动公交车提供充换电服务。
1. 需求产生
汽车尾气的排放占据了城市空气污染30%的比例，这也是缘何全球都将注意力集中在了“电动汽车”的发展上的原因，然而，更大的问题将摆在这一充满前景的市场面前，如何实现快速的充电-否则，汽车的运行将失去动力,而电动汽车的未来美好蓝图也无法实施。
充电站的需求应运而生，自动仓储式电池充电系统能够实现采用电池更换模式的电动车电池以箱为单位的电池自动出入库管理；采用RFID（无线射频电子标签）实现电池的自动识别与物流管理；电池架与充电机相连，实现货位上的电池自动检测与充电管理。提高电动车换电站自动化水平、提高场地利用率、减轻电池更换的工作量。
贝加莱与国内某知名研究院共同完成了国内首个自动仓储式充换电站，并为当地电动公交车提供充换电服务。
2. 充电站构成
充电站由输入传送带、移载机、充电机、专用堆垛机、电池架、充电连接器、RFID检测器、输出传送带等构成，如下图：
当车辆进行补充充电时，将需要充电的电池从车辆上卸下，安装已充满电的电池，车辆即离开继续运营，对卸载下的电池采用地面充电系统进行补充充电。当车辆采用电池更换充电方式进行电 能补给时，更换下来的电池箱接入地面充电系统，充电系统的结构设计为单箱充电。
2.1充电系统构成
单个的充电系统由充电机、电池组、电源管理单元、烟雾报警、直流电源构成，如下图：
每个单独的充电单元有CAN总线接口与监控网络进行连接，并通过RS485或CAN总线来与电池管理单元进行通信，因此，控制系统网络需配置为CAN总线接口与RS485接口的连接。
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2.2系统控制模式
为了满足各种充放电工作状态的需要，系统分为四种工作模式：
2.2.1手动控制
堆垛机的手动控制是由操作人员，通过操作堆垛机电控柜上的触摸屏，直接操作堆垛机进行水平运行、载货台升降、货叉存取货物三种动作。
2.2.2单机自动控制
操作人员在出入库端通过堆垛机电控柜上的触摸屏，输入入(出)库指令,堆垛机将自动完成入(出)库作业。
2.2.3联机自动（配合）
管理计算机自动分配出入库货位地址，通过监控计算机发出作业命令，由光通信器将作业命令传输至堆垛机PLC，自动控制堆垛机完成一次作业。并将运行过程及工作状态返回监控计算机，显示在显示器上。
2.2.4应急消防模式
当电池发生燃烧事故时，由烟感传感器检测报警，由人工操作切换到应急消防模式，可以由堆垛机按照指令将燃烧的电池取出，由入库输送线将电池输送至电池库门口，由叉车取走进行处理。
2.3电池的存取移栽机控制
为了便于对电池进行存取控制，系统由2个链条式移栽机分别负责入库与出库的管理，当电池被放入入库后，通过一个ACOPOSinverter变频电机驱动输送到相应的位置，而推入装置由另一台ACOPOSinverter驱动变频电机驱动将电池推入到堆垛机中，然后在堆垛机中对电池进行对应的仓储仓位的移动和插入，当需要取出某个仓位的电池后，由出库移栽机进行驱动控制，总计4台ACOPOSinverter负责2个部分的电池在仓库中的存取操作。
2.4电气系统结构图
整个系统的监控由一台APC620进行控制，它负责对PLC设备的数据进行采集，并运行基于Windows的数据采集与电站管理系统软件WMS，并且对系统的报警与安全状态进行实时的监控，记录充电与存取数据，并对系统进行历史记录及报表、日志的存档与管理。
2.5堆垛机控制平台
对于系统的堆垛机必须满足高可靠、快速定位与平稳输送的功能，以确保整个系统的高效运行，其运行由一台X20CP1486控制，通过Ethernet POWERLINK连接B&R ACOPOS伺服驱动器，负责在水平和垂直两个方向进行运动，货叉则根据大小两种规格提供了2个小型由ACOPOSinverter进行控制的交流异步电机。
其系统控制框架图如下：
管理系统根据当前电池需求变化以及预先设计的手动指令规划为系统提供充电和换电任务，在获得相关数据与信息后，任务规划会定义电池的存放位置给PLC，PLC控制伺服驱动器对X,Y轴运动将电池送入到合适的位置，也会根据任务取出已经充电完成的电池并根据需要输送到输出传送带上。
2.6系统通讯网络结构
2.6.1自动化立体充电仓储库的每排电池架单元通过CAN接口与电池的BMS进行通讯。所有监控计算机通过局域网和历史数据服务器相连，用于记录和统计所有充电机和电池的数据。
扫描设备为Profibus接口的产品，B&R X20系统提供丰富的总线通信模块，包括Profibus,CAN,RS485等，可根据实际第三方设备的总线接口自由选配，即使在未来更换不同的供应商产品也可以选择不同的接口对应。
2.6.3.满足快速的定位需要，堆垛机的伺服轴之间采用了100Mbps的实时以太网Ethernet POWERLINK,其数据响应快，抖动小，并且支持热插拔和冗余等功能。
2.7安全保护装置
为了确保系统的稳定运行，并保护电池及设备，系统包含了多种安全保护装置，相应的信号如水平运行等由编码器、接近开关、温度、压力等信号输入系统，由分布式I/O系统X20对系统对相应的数据进行采集并控制，其安全保护信号保护以下：
● 水平运行保护
● 升降运行保护
● 断绳保护装置
● 松绳过载保护装置
● 货物虚实探测
● 联锁保护
● 失压保护
● 过热保护
● 维护安全保护
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3. 系统电气系统配置
3.1硬件配置
● B&R APC620 1台
● Automation Panel用于系统状态的监控 1个
● X20CP1486 1块
● 配置有Profibus通信模块+Modbus通信模块 2块
● ACOPOS伺服驱动器 2台
● ACOPOSinverter 6台
● 工业以太网交换机 1台
3.2系统配置图
4. 系统特点
4.1Automation Studio全集成开发平台
贝加莱的Automation Studio是一个全集成的开发平台，包括了对人机界面、PLC、运动控制、网络的编程，并且它支持从项目配置、编程、诊断、维护等整个系统的全生命周期的服务，这使得Automation Studio能够在一个软件平台上完成整个项目的开发任务，而无需学习多个软件或在软件间进行切换和设计接口，其内部完全无缝连接。
4.2完美兼容第三方设备
贝加莱的X20系统PLC可支持各种主流的现场总线接口，并且标配了实时通信网络POWERLINK，具有很高的开放性，主流的现场总线如Profibus-DP,DeviceNet、CANopen、Modbus，包括对FDT/DTM的支持能力，即使未来更新或升级不同的第三方设备，也会能够做到完全的支持能力。
4.3IT-Based维护技术
由于未来的充电站必然要进行统一的集中管理，以便能够对整个城市的数十个甚至数百个进行集中的数据监控和访问，而B&R X20PLC内嵌的VNC Server,FTP Server,Web Server等，在无需额外增加成本的情况下，借用通用的Internet或3G（GPRS/CDMA）网络进行访问和统一的管理。
5. 系统运行状态
第一个由贝加莱与国内某知名研究院共同完成的国内首个自动仓储式充换电站于2011年10月成功运行，可以装载2种大小规格的电池总计84个磷酸铁锂电池进行充电，换电时间8～15分钟（根据电池不同而不同），并且可以实现充电，满足了当地全电动公交车和一些公务电动车的充电任务，并且占地面积小，系统效率高。这个标志性的项目的成功也将成功推向更多的城市。
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