基于PLC的AGV小車控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：該文圍繞無人搬運(yùn)小車、以工程項(xiàng)目為背景，采用了模塊化的設(shè)計(jì)思路對基于西門子PLC控制器的AGV小車開展了控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。控制主要由PLC總控制，操作人員通過遙控器、狀態(tài)面板、觸摸屏來進(jìn)行AGV車的操作。AGV車驅(qū)動電機(jī)的運(yùn)動通過PLC進(jìn)行控制，導(dǎo)航方式以磁導(dǎo)航為主，同時有激光導(dǎo)航可以切換。

關(guān)鍵詞：AGV小車;PLC;模塊化設(shè)計(jì);多傳感器

中圖分類號：TP311 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）31-0146-02

AGV小車（Automated Guided Vehicle，簡稱AGV），是一種無人駕駛自動化搬運(yùn)車輛[1-2]。AGV小車是多種技術(shù)融合的體現(xiàn)，具備自動導(dǎo)航能力、安全保護(hù)能力和移載功能等功能，涉及傳感器技術(shù)、控制技術(shù)、導(dǎo)航技術(shù)、機(jī)電一體化技術(shù)等領(lǐng)域。AGV的出現(xiàn)幫助實(shí)現(xiàn)工廠搬運(yùn)自動化，是自動倉儲物流重要組成部分。

1 控制系統(tǒng)總控邏輯

系統(tǒng)采用PLC為主控單元[3]，將各種傳感器的輸入信號接入到PLC中，對系統(tǒng)進(jìn)行邏輯控制[4];PLC與電機(jī)控制器通訊，實(shí)現(xiàn)AGV車運(yùn)動;PLC接收自主導(dǎo)航設(shè)備信號，控制車按規(guī)定路徑運(yùn)動;遙控器可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的手動操作、停止等功能[5]。控制系統(tǒng)的組成如圖1所示。

本文設(shè)計(jì)的AGV車主要采用差速控制實(shí)現(xiàn)糾偏，具體實(shí)現(xiàn)是通過控制兩個驅(qū)動輪的速度，速度差與轉(zhuǎn)彎成比例，調(diào)整兩輪速度差就可以實(shí)現(xiàn)巡線糾偏。磁導(dǎo)航傳感器包含多個磁導(dǎo)航信號，根據(jù)磁信號判斷當(dāng)前行駛路徑磁信號強(qiáng)弱，從而判斷是否偏離預(yù)定路線。當(dāng)控制器判斷當(dāng)前AGV的位置在預(yù)定路徑時，驅(qū)動單元按原方向繼續(xù)行駛;當(dāng)控制器判斷AGV的位置與預(yù)定路徑有所偏差時，便會把偏差信息通過計(jì)算，反向推導(dǎo)糾偏所需速度差，根據(jù)速度差把當(dāng)前所需兩輪速度參數(shù)發(fā)送給伺服驅(qū)動器，驅(qū)動器驅(qū)動伺服電機(jī)，兩輪按指定速度差速糾偏，確保AGV按照預(yù)定磁帶路徑行駛。

總控通過PLC梯形圖程序?qū)崿F(xiàn)，通過合理的編程，可以實(shí)現(xiàn)AGV車全向移動系統(tǒng)的手、自動控制，具體設(shè)計(jì)思路如圖2所示。

2 控制系統(tǒng)通訊方式設(shè)計(jì)

（1）PLC和顯示屏間的通訊方式的選擇：PLC與觸摸屏間的通訊方式根據(jù)不同型號的觸摸屏接口不同而不一樣，西門子觸摸屏Tp700 Comfort帶有兩個工業(yè)以太網(wǎng)接口，與PLC之間采用profinet接口通訊。

（2）按鈕盒與PLC通訊方式的選擇：由于按鈕盒與PLC的數(shù)據(jù)的交換量很小，選用最常用也是最可靠的方式，通用硬接線。

（3）遙控器與PLC通訊方式的選擇：遙控器與PLC之間可以采用RS232、RS485、數(shù)字量、CAN總線等方式通訊。一個遙控器只有一個通信接口，只支持一種通訊方式。遙控器輸出中含有模擬量，直接I/O通訊不再適用。本項(xiàng)目擬采用RS232的通訊.

（4）伺服驅(qū)動器與PLC通訊方式的選擇：PLC與行走電機(jī)驅(qū)動控制器可采用RS232、RS485、CANopen等其中一種通訊。

（5）激光導(dǎo)航系統(tǒng)、磁導(dǎo)航傳感器、地標(biāo)傳感器與PLC通訊方式的選擇：激光導(dǎo)航系統(tǒng)與PLC的通訊方式擬采用RS485、RS323串口和普通I/O通信等。

3 狀態(tài)面板設(shè)計(jì)

為現(xiàn)場操作的方便性，將在AGV車上安裝一個狀態(tài)面板按鈕盒，用于控制AGV車的啟停，手自動模式的切換。

4 人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)

人機(jī)界面是人機(jī)交互的重要渠道，本系統(tǒng)的人機(jī)界面具有以下功能：

觸摸屏開機(jī)，或一段時間未操作狀態(tài)時，默認(rèn)顯示主畫面，主畫面包含菜單欄和一些狀態(tài)信息。磁導(dǎo)航有16個磁信號，在主畫面用上下16個小泡表示兩個磁導(dǎo)航感應(yīng)的磁信號位置及數(shù)量;電池電壓欄標(biāo)示當(dāng)前電池電壓，導(dǎo)航方式顯示當(dāng)前AGV使用何種導(dǎo)航尋跡。同時點(diǎn)擊主畫面后，將會進(jìn)入操作界面項(xiàng)目欄，在此菜單選項(xiàng)中，包含了此系統(tǒng)所有的控制選項(xiàng)：手控操作、參數(shù)配置、航線編程、狀態(tài)顯示、觸摸屏設(shè)置。可以進(jìn)入任意一個子畫面進(jìn)行相關(guān)設(shè)置。

5 特殊情形處理

在工業(yè)自控系統(tǒng)中，系統(tǒng)的安全可靠使用是放在第一位的。在安全可靠前提下，考慮現(xiàn)場的使用，后期維護(hù)的簡單和方便。根據(jù)現(xiàn)場的配置情況以及以往在AGV車定檢積累的經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)在車上紅外避障傳感器、限位傳感器等傳感器。安全防護(hù)系統(tǒng)控制主要由PLC控制，操作人員通過遙控器、狀態(tài)面板、觸摸屏來進(jìn)行操作，PLC通過接收安全防護(hù)傳感器的信號通過安全邏輯互鎖實(shí)現(xiàn)車的安全防護(hù)控制。通過人機(jī)界面或遙控器來實(shí)現(xiàn)急停、報警等設(shè)置。

6 結(jié)論

本文針對無人搬運(yùn)小車系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行論述，其控制系統(tǒng)采用西門子PLC控制器，采用CANopen通信方式，控制驅(qū)動電機(jī)和升降電機(jī)。此外，AGV導(dǎo)航和安全防護(hù)也由PLC完成，PLC與磁導(dǎo)航傳感器可采用RS485通信，本車還具有前方障礙物檢測與停車報警功能。通過顯示屏顯示小車運(yùn)行速度和狀態(tài)。此系統(tǒng)能夠較好實(shí)現(xiàn)無人搬運(yùn)小車的自主導(dǎo)航、升降、搬運(yùn)、避障等功能。

參考文獻(xiàn)：

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【通聯(lián)編輯：代影】

收稿日期：2021-03-20

作者簡介：胡子慧（1991—），女，江西景德鎮(zhèn)人，教師，碩士研究生，中級職稱。