基于PLC的AGV控制系统设计实现

 

自动导航机器人小车（AutomaticGuidedVehicle—AGV）是指装备有电磁或光学等自动导航装置，能够沿指定的导航路径行驶，具有安全保护以及各种运载功能的机器人小车，是自动化物流系统中的关键设备之一。随着物流技术的广泛应用，AGV以其灵活性、高效性和柔性在车间物流系统中成为实现敏捷物料处理的重要工具。

 

世界上第一台AGV是美国Basrrett电子公司于20世纪50年代开发成功的，它是一种牵引式小车系统。小车中有一个真空管组成的控制器，小车跟随一条钢丝索导引的路径行驶。80年代初，芝加哥的Keebler分发中心从欧洲引进直接由计算机控制的AGV。美国各公司在欧洲技术的基础上将AGV发展到更为先进的水平，采用更先进的计算机控制系统(可联网于FMS或CIMS)，运输量更大，移载时问更短，具有在线充电功能，以便24小时运行，小车和控制器可靠性更高。

 

本文采用三菱公司FX2N系列PLC作为车载控制器，同时配合研华工控机和MCGS上位组态组成AGV控制系统。车载控制系统采用PLC编程的方式对车体驱动电机部分进行控制，来实现AGV单车的运动控制。AGV的主要功能表现为能在计算机监控下，按路径规划和作业要求，使小车较为精确地行走并停靠到指定地点，完成一系列移载、搬运等作业功能。

 

2.1AGV本体

 

AGV车体是输送的最终执行设备，它的机械和电气性能直接关系到AGV输送系统的最终性能；同时性能优秀的AGV车体将最大限度的降低日常维护的工作量、增加AGV系统的使用寿命。所以本文选择富士康本体车、日产驱动设备作为车体集成单元。

车体驱动装置采用明电舍单驱动型驱动装置，依据两个驱动轮的速度差进行驱动行走、转弯。若两轮同一速度行走的话可以直线前进，若两轮有速度差的话才可以边驱动边转弯。小车行走是根据驱动单元中安装的导航传感器检测到N极磁条（宽30mm）后，顺其行走。磁条设置在两轮驱动轮中间的通道。

 

a)2.2.1自动性：AGV以轮式移动为特征，较之步行，爬行或其它非轮式的移动机器人具有行动快捷、工作效率高、结构简单、可控性强、安全性好等优势。

b)2.2.2柔性：与物料输送中常用的堆垛机、单轨小车、传送带、传送链、传送轨道和固定式机器人相比，AGV的活动区域无需铺设轨道、支座架等固定装置，不受场地、道路和空间的限制。因此，在自动化物流系统中，最能充分地体现其自动性和柔性，实现高效、经济、灵活的无人化生产。

 

c)2.2.3先进性：AGV集光、机、电、计算机为一体，综合了当今科技领域先进的理论和应用技术。导引能力强，定位精度高，自动驾驶作业性能好。

d)2.2.3灵活性：能够很快捷地与各类RS/AS入/出口、生产线、装配线、输送线、站台、货架、作业点等有机结合。能最大限度地缩短物流周转周期，降低物料的周转消耗，实现来料与加工、物流与生产、成品与销售等的柔性衔接，最大限度地提高生产系统的工作效率。

 

e)2.2.4可靠性：在AGV系统的工作过程中，每一步都是一系列数据和信息的通讯交换过程，后台有强大的数据库支持，消除了人为因素，充分地保证AGV作业过程的可靠性，完成任务的及时性，数据信息的准确性。

f)2.2.5安全性：AGV作为无人驾驶的自动车辆，具有较完善的安全防护能力。有智能化的交通管理，安全避碰，多级警示，紧急制动，故障报告等。能够在许多不适宜人类工作的场合发挥独特作用。

 

3.1控制系统

AGV控制系统分为AGV地面控制系统、AGV车载控制系统以及导引系统。其中，地面控制系统指AGV系统的固定设备，主要负责任务分配，车辆调度，交通管理，自动充电等功能；车载控制系统在收到上位系统的指令后，负责AGV导引实现，车辆行走等功能；导引系统为AGV单机提供系统绝对或相对位置及航向。

 

 

 

采用三菱公司FX2N系列PLC作为车载控制器，同时配合研华工控机和MCGS上位组态组成AGV控制系统。车载控制系统采用PLC编程的方式对车体驱动电机进行控制，来实现AGV单车的运动控制。

下位PLC的端子连接图如图2

 

PLC输入输出端子分配如图3

 

3.2驱动装置

采用明电舍单驱动型驱动装置，依据两个驱动轮的速度差进行驱动行走、转弯。若两轮同一速度行走的话可以直线前进，若两轮有速度差的话才可以边驱动边转弯。小车行走是根据驱动单元中安装的导航传感器检测到N极磁条（宽30mm）后，顺其行走。磁条设置在两轮驱动轮中间的通道。

单驱动型台车配置如图4：

 

单驱动型发生的最大牵引力：

最高速度30m/分规格单元：300N（31kg）

最高速度60m/分规格单元：150N（15kg）

（车轮和路面的摩擦系数为0.6以上）

控制电路板由CPU板、驱动装置板、I/O板以及稳定化电源组成。控制电路板分为MSC，EIO，BIO，PAE。布局和功能如图5：

4导航装置

常见的导航方式有电磁导航、磁带导航、激光导航。其中电磁导航是较为传统的导航方式之一，目前仍被许多系统采用，它是在AGV的行驶路径上埋设金属线，并在金属线上加载导引频率，通过对导引频率的识别来实现AGV的导航。具有导引线隐蔽，不易污染和破损，导引原理简单而可靠，便于控制通讯，对声光无干扰等有点，但是改变或扩充路径较麻烦，导引线铺设相对困难。

磁带导航技术与电磁导航相近，不同之处在于采用了在路面上贴磁带替代在地面下埋设金属线，通过磁带感应信号实现导引。具有AGV定位精确，磁带导航灵活性比较好，改变或扩充路径较容易，磁带铺设也相对简单，导引原理简单而可靠，便于控制通讯，对声光无干扰等有点。

激光导航是在AGV行驶路径的周围安装位置精确的反射板，AGV通过发射激光束，同时采集由反射板反射的激光束，来确定其当前的位置和方向。具有AGV定位精确，地面无需其它定位设施；行驶路径可灵活改变等有点。但是由于控制复杂及激光技术昂贵投资成本较高，反射片与AGV激光传感器之间不能有障碍物，不适合空中有物流影响的场合。

综合以上各种导航方式的优缺点，本文选择磁带导航。采用磁带导引（MagneticTapeGuidance）。在路面上贴磁条，通过磁感应信号实现导引，其灵活性比较好，改变或扩充路径较容易，磁带铺设简单易行。

磁条分为导航磁条和命令磁条。导航磁条用来引导AGV车辆行走，命令磁条通过不同的S/N组合来实现起停，速度，分歧等控制。

地标规格及贴法如图6

5MCGS上位机设计

由于小车的位置不固定，通过无线通讯的方式来远程控制小车，上位机用MCGS组态软件配合工控机来设计控制画面，并实现小车状态监视。MCGS组态软件具有功能完善、操作简便、可视性好、可维护性强的突出特点。通过与其他相关的硬件设备结合，可以快速、方便的开发各种用于现场采集、数据处理和控制的设备。

MCGS画面如图7：

 

6结束语

自动导引车作为一种智能化的货物搬运工具，己经渐渐的融入到工矿企业、仓储物流等行业的生产运输当中。随着物流技术的广泛应用，AGV以其灵活性、高效性和柔性在车间物流系统中成为实现敏捷物料处理的重要工具。本文通过对自动导引车控制系统性能的研究分析，完成了系统硬件及软件的设计工作，将模块化的设计思路引入到硬件开发当中，通过功能的不同对硬件结构进行划分，并分别实现其具体电路的设计。软件设计中采用面向智能体的编程方法，使得系统的软件具有很好的结构性、层次性、可移植性，同时也简化了开发的难度，通过软件的后期优化，提高了系统运行的速度，降低了微控制器资源的占用率。