基于PLC的AGV车载控制系统的研究与应用

2021-10-23高平

新型工业化 2021年7期

高平

（无锡信捷电气股份有限公司，江苏无锡 214072）

0 引言

AGV（Automated Guided Vehicle），即“自动导引运输车”，是指装备有电磁或光学等自动导引装置，能够沿规定的导引路径行驶，具备移载功能的运输车。在应用AGV时，不需要预设运行轨道，其对使用环境也没有特殊要求，能够很好地满足现代化生产需求。随着工业4.0和智能制造的不断发展，AGV已经被广泛应用于智能仓储的物料运输中[1]。

1 相关技术

AGV小车主要由车体、电池和充电装置、驱动装置、导向装置、车载控制器、通信装置、安全保护装置等部分组成，其中AGV车载控制器是整个AGV的核心部分，是AGV的“大脑”，主要承担为AGV导航，控制AGV上的运动机构并提供安全防护的职责[2]。

目前AGV采用的车载控制器通常分为三类：PLC、工控机、单板机。PLC（Programmable Logic Controller），即可编程控制器，是以计算机技术为基础的工业控制装置。早期的PLC主要用来实现逻辑控制，但随着技术的发展，PLC不仅有逻辑运算功能，还有算术运算、模拟处理和通信联网等功能。为了适应运动控制产业的需求，有能力的PLC厂家，如国内比较出名的汇川、信捷等公司，纷纷推出了自家的高速总线型产品，使PLC具备了强大的运动控制功能。基于PLC的AGV车载控制系统，以可编程控制器为核心，通过工业通信方式与AGV调度系统实现信息交互。PLC控制系统将操控指令发送给驱动装置，从而实现对AGV的运动控制[3]。

2 基于PLC控制的AGV系统结构

本文提出一种基于信捷PLC的AGV车载控制系统方案，其系统结构如图1所示[4]。

图1 基于PLC搭建的AGV车载控制系统

信捷XD5E系列PLC以多轴运动控制为亮点，双网口设计，支持现场总线，替代了传统的Modbus通讯及自由格式通讯，使整个系统的执行速度更快，性能更可靠，稳定性更好，同时使得复杂的配线更加简单。搭载无线通讯模块后，可实现与其他设备的无线通讯。

本方案中PLC的作用主要包括三个方面：一是与上位机之间的通讯，二是与传感器之间的通讯，三是负责顺序控制和运动控制。

PLC：通过无线通讯模块与上位机系统和触摸屏保持通讯，接收任务指令，向上位机报告AGV小车的运行位置和工作状态；通过车载相机读取地面标识，接收位置信息；给伺服驱动器发出指令，驱动电机运转，带动AGV车体做出相应的动作（改变速度、转向、定位和停车等），从而实现AGV系统调度、站点定位、存取货物等功能；通过避障雷达、安全触边等传感器，收集环境信息，通过绕行、减速甚至停车的方式保证AGV小车的安全运行。

无线通讯模块：硬件包括无线网卡和无线AP。无线网卡把AGV小车与无线网络连接起来，无线AP则负责将多个无线的接入汇聚到有线网络上。

无线触摸屏：提供了操作者与AGV系统进行友好信息交互的平台，操作者可以从触摸屏上看到AGV运行状态信息和报警信息，还可以根据需要，通过触摸屏切换AGV小车的工作模式。

视觉传感器：在行驶过程中持续扫描解析离散铺设的QR二维码，获取实时坐标，为系统引导AGV按规划路线完成任务提供坐标依据。

避障雷达：AGV是工厂中的机器人工人，其工作区域与工人的工作区域往往有重合。因此安全功能是其必不可少的功能。避障雷达在AGV行走时自动检测行驶方向上的障碍物，为系统确定减速距离和减速提供依据。当检测到有障碍物时，PLC控制AGV主动减速，并在发生碰撞前启动安全保护模式，停止行走，避免发生碰撞。

安全触边：安装在车体边缘，当安全触边的任一位置被碰撞时，PLC收到安全触边发出的信号，立即通过低压伺服驱动器控制电机停转，使AGV停止行驶，同时通过声音、灯光发出报警，保护人员的安全，预防因为碰撞引起的AGV故障或损伤。

低压伺服驱动器：本方案中，AGV的驱动方式为双轮差速模式，PLC通过两套低压伺服驱动器分别控制两台电机，使小车能够按调度系统所发送的行走命令进行动作，可前进、后退、转弯，可原地旋转到任意角度，可通过调度系统或者通过按下急停按钮等人为控制方式实现AGV小车本体制动。小车可双向行驶，可在低速前行、中速前行、高速前行、左转、右转、后退、原地转动、停止行驶等多种运动形式中自动切换[5]。

其中，信捷PLC、低压伺服驱动器与电机的主电路配线如图2所示。