輪式軌道車輛的組合式定位方法

沈言夫

湖南金能科技股份有限公司，湖南長沙 410006

在智能自動(dòng)化生產(chǎn)線中，常通過輪式軌道車輛進(jìn)行物料的轉(zhuǎn)移。在物料轉(zhuǎn)移過程中，需要對取料點(diǎn)和下料點(diǎn)位置進(jìn)行精確定位。為達(dá)到工藝要求，通常采用“激光掃碼器”或“多組接近開關(guān)”等方式。

“激光掃碼器”通過激光掃描儀和條形碼定位，具有定位精度高、可定位數(shù)量多、編程簡單等優(yōu)點(diǎn)。常用于立體存儲(chǔ)倉庫等地。其缺點(diǎn)是工業(yè)激光掃描儀價(jià)格高昂，且對環(huán)境要求高。

“多組接近開關(guān)”是通過多個(gè)接近開關(guān)來確認(rèn)定位點(diǎn)，具有邏輯清晰、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)。通常使用在1～2個(gè)定位點(diǎn)的工藝下。其缺點(diǎn)是故障率較高，在多個(gè)定位點(diǎn)的情況下使用時(shí)，需要大量硬件支持，價(jià)格較高。

本文所介紹的“組合式定位”，采用一個(gè)旋轉(zhuǎn)編碼器，與多個(gè)接近開關(guān)定位，具有結(jié)構(gòu)簡單、可定位點(diǎn)多、可編程能力強(qiáng)、成本低、故障率低、對環(huán)境要求低等優(yōu)點(diǎn)。

1 基本原理

“組合式定位”是由一個(gè)旋轉(zhuǎn)編碼器和多個(gè)定位點(diǎn)的接近開關(guān)組成。通過以旋轉(zhuǎn)編碼器確認(rèn)行走距離，并控制多級加減速，以接近開關(guān)定位，剎停車輛的組合式方式，可以將車輛精確定位在定位點(diǎn)上，其誤差≤1mm；

旋轉(zhuǎn)編碼器安裝在輪式軌道車輛的車輪圓心位置，通過測量車輪的行走角度，通過公式算出車輛行走距離。其公式如下：

式中：R—車輛車輪的半徑；α—旋轉(zhuǎn)編碼器分辨率；M—旋轉(zhuǎn)編碼器測量出來的脈沖數(shù)量（本例中采用的編碼器分辨率為360）；得到的結(jié)果L—行走距離。

車輛行走距離主要用于監(jiān)控車輛的行走位置。通過旋轉(zhuǎn)編碼器位置的反饋，可起到調(diào)整輪式軌道車輛的加減速控制、極限位置報(bào)警、HMI動(dòng)畫仿真等作用；

由于輪式軌道車輛在軌道上行走時(shí)，車輪與軌道之間存在打滑現(xiàn)象，所以完全依靠車輪上的旋轉(zhuǎn)編碼器進(jìn)行精確定位，會(huì)造成定位不準(zhǔn)。此時(shí)在需要定位的點(diǎn)安裝接近開關(guān)；

定位點(diǎn)采用接近開關(guān)，每一個(gè)定位點(diǎn)都需要一個(gè)接近開關(guān)。以此類推，定位點(diǎn)越多，需要的接近開關(guān)數(shù)量越多。當(dāng)車輛到達(dá)定位點(diǎn)，迅速剎停車輛，達(dá)到精準(zhǔn)定位的作用。

2 系統(tǒng)硬件組成

本例將通過在甘肅省金川集團(tuán)鎳成品車間的鎳成品稱重打包生產(chǎn)線實(shí)際案例進(jìn)行說明。在此生產(chǎn)線中，由A、B、C三路剪切生產(chǎn)線過來的鎳板，壘在三個(gè)下料臺(tái)中。通過軌道取料小車，分別將三個(gè)下料臺(tái)中的鎳摞轉(zhuǎn)移至打包線中。

整套電控系統(tǒng)采用西門子300PLC，編程軟件采用西門子STEP7-5.5。其組態(tài)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)組態(tài)

其中，旋轉(zhuǎn)編碼器采用歐姆龍E6C2-CWZ5B 360P/R；通過西門子FM350-2 高速計(jì)數(shù)模塊進(jìn)行計(jì)數(shù)。通過歐姆龍E2BM18KN16-M1-B1接近開關(guān)進(jìn)行定位；

取料小車的電機(jī)控制采用ABB變頻器ACS800-04-0005-3+K454。變頻器與PLC之間采用西門子PROFIBUS總線通訊方式。其工藝布置圖見圖2。

圖2 工藝布置

3 控制思路

本例中，在系統(tǒng)第一次啟動(dòng)時(shí)，程序?qū)⒖刂圃O(shè)備，以低速往返循環(huán)運(yùn)動(dòng)一次，并找到中間參考點(diǎn)，將行走距離清零。每次運(yùn)行到參考點(diǎn)時(shí)，為避免累計(jì)誤差，都將行走距離清零。

當(dāng)A、B、C三條剪切線任意一條摞板完成后，發(fā)送請求移板信號(hào)。此時(shí)取料小車由中間的參考點(diǎn)位置，向發(fā)送請求的剪切線全速移動(dòng)，當(dāng)距離請求線距離≤L1時(shí)，進(jìn)行一級減速。距離請求線距離≤L2時(shí)，進(jìn)行二級減速。當(dāng)?shù)竭_(dá)請求線，請求線接近開關(guān)檢測取料小車到位后，CPU控制取料小車變頻器停止，并開始剎車。

取料完成后，小車著級升至最高速。行進(jìn)至距離打包線≤L3時(shí)，進(jìn)行一級減速。距離打包線≤L4時(shí)，進(jìn)行二級減速。當(dāng)?shù)竭_(dá)打包線，打包線接近開關(guān)檢測取料小車到位后，CPU控制取料小車變頻器停止，并開始剎車。

可根據(jù)工藝要求，進(jìn)行多級增/減速，以保證當(dāng)小車滿載剎車時(shí)，物料不會(huì)晃動(dòng)。同時(shí)調(diào)整剎車前小車的速度，以確保剎車時(shí)定位準(zhǔn)確。

4 程序的編寫

通過FM350高速計(jì)數(shù)器模塊計(jì)數(shù)需要啟動(dòng)軟件門，當(dāng)門置位時(shí)才開始計(jì)數(shù)。門復(fù)位時(shí)計(jì)數(shù)停止并清零（清零與中斷計(jì)數(shù)在硬件組態(tài)中設(shè)置）。本例中，軌道小車的旋轉(zhuǎn)編碼器為DB3.DBX23.3，即3號(hào)門。

A DB4.DBX 1.2 //軌道取料小車變頻器運(yùn)行信號(hào)

= DB2.DBX 23.3 //軌道小車編碼器計(jì)數(shù)門

根據(jù)FM350自帶的背景數(shù)據(jù)塊，編碼器計(jì)數(shù)數(shù)量為：DB3.DBD172，根據(jù)公式，可進(jìn)行以下編程得到小車行走距離：

L 2

L 3.140000e+000

*R

L 1.600000e-001//車輪半徑

*R

L 360//旋轉(zhuǎn)編碼器分辨率

/R

L DB2.DBD172//編碼器計(jì)數(shù)數(shù)量

*R

T DB3.DBD0//取料小車移動(dòng)距離

根據(jù)取料小車的行走距離，當(dāng)距離＜L1時(shí)，將一級減速頻率寫入取料小車變頻器中：

L DB3.DBD0//取料小車移動(dòng)距離

L 7.500000e+000//L1減速距離

＜=R

JNB _001

L 15//一級減速頻率

T DB4.DBW14//取料小車頻率寫入

_001∶ NOP 0

二級速度與一級相同，當(dāng)檢測開關(guān)檢測到小車到位后，停止變頻器并剎車：

A I 1.0//小車到位接近開關(guān)信號(hào)

= Q 1.0//小車剎車

JNB _002

L W#16#47F//變頻器停車命令

T DB4.DBW12//取料小車控制寫入

L 0 //取料小車停車0頻率

T DB4.DBW14//取料小車頻率寫入

_002∶ NOP 0

當(dāng)小車停穩(wěn)，放料完成后，進(jìn)入下一個(gè)取料循環(huán)。

5 實(shí)際應(yīng)用

本文所介紹的系統(tǒng)，應(yīng)用在金川集團(tuán)鎳成品車間的鎳成品稱重打包生產(chǎn)線中（圖3）。

圖3 生產(chǎn)線移料裝置

本生產(chǎn)線于2013年投產(chǎn)，其中的取料小車定位系統(tǒng)經(jīng)過五年的使用，其運(yùn)行穩(wěn)定、定位精準(zhǔn)、可靠性高、維護(hù)成本低等優(yōu)點(diǎn)得到了驗(yàn)證，取得了甲方的認(rèn)可。

6 結(jié)語

本文介紹了一種輪式軌道車輛的新型定位方法，介紹了原理，編寫了程序，并以實(shí)際使用得到驗(yàn)證。得結(jié)論：組合式定位法具有布局結(jié)構(gòu)簡單、成本低、故障率低、對環(huán)境要求低等優(yōu)點(diǎn)，并可根據(jù)實(shí)際定位點(diǎn)的多少進(jìn)行調(diào)整。是一種可靠的、經(jīng)濟(jì)的、具有推廣價(jià)值的定位方法。