PLC無線通訊技術在自動導向車中的應用

朱永平，廖 洵

（湖北工業大學機電研究設計院，湖北 武漢430070）

隨著科技的發展，工業自動化水平的不斷提高，如何應對不斷增長的人力成本，降低物流費用，提高生產效率，提高制造業企業的效益，成為各個公司亟待解決的問題.在汽車組裝車間使用AGV自動導向車按順序運送每臺汽車所需零部件到生產線，再由工人把零件組裝成整車，這是日產2005年引進的IFA（Integrated Factory Automation）理念［1］，確定了“零部件合理化”和“廉價自動化”兩大主題.自動導向車的廣泛使用，方便作業人員拿取零部件，減輕勞動強度.通過生產、物流現場及設備制造等各個環節，通過相互緊密協作，使得物流速度加快，物流時間縮短，占用空間縮小，大大節省成本，實現物流環節的合理銜接并取得最佳經濟效益，從而增加企業利潤［2］.

1 AGV自動導向車的組成

AGV自動導向車主要機械部分由車身、控制面板、驅動輪、充電蓄電池組成.電氣部分由PLC、伺服電機、傳感器、喇叭、無線發射裝置組成（圖1）.AGV自動導向車采用固定導引線方式［3］，原理是在AGV自動導向車行駛路徑上埋設磁帶，通過安裝在底盤的磁感應傳感器，AGV自動導向車感知磁場強度的強弱，作為糾偏輸入信號，進而控制AGV自動導向車的行駛.AGV自動導向車運行線路上垂直于主線路設置有3條不同磁極的短磁條，行駛過程中車身磁極感應器將其轉化為減速、停止、加速等不同速度指令.車頭安裝有障礙物傳感器，實現對前方料車、人等障礙物的識別，當遇到障礙物時發出停車指令從而保護人和車輛安全.目前大多數試驗性AGV的研究都依賴于有線的通訊系統控制和反饋數據，將上位機安裝在車體上，占用車體空間，且對硬件要求較高，導致了在AGV運行時難以迅速有效地進行人工干預，控制方式不靈活［4］，本文引入無線通訊技術從而提高了控制的靈活性，車載PLC把AGV自動導向車所在位置、電池電量、故障信號通過無線局域網發送到上位工控機，工控機可對AGV車進行速度控制、狀態調整，實現計算機遠程監控.

圖1 自動導向車結構

2 PLC無線通訊的選型與設計

可編程控制器（PLC）作為工業控制專用的電子設備，由于其結構簡單、可靠性高、易于編程、調試方便，成為工業現場最主要的控制裝置，在工業控制現場已廣泛應用.同時PLC具有較好的通信功能，在工業現場設備分布分散，不具備架設線纜的條件下，利用無線通信功能可方便地將現場信號接入監控管理系統.

AGV自動導向車控制系統采用OMRON公司的CP1H系列PLC.該PLC帶有模擬量輸入／輸出，USB口可供上位計算機編程，還帶有2個可擴展的串口接口，配合工業無線串口轉換設備實現數據接收發送.

在每臺AGV自動導向車上安裝有無線串口轉換設備，負責PLC串口數據的轉換，并將數據通過無線信號發送至AGV行走軌道線路旁最近的無線接入點AP.環形軌道周圍可以布置多個鏈接到以太網的無線接入點AP，每臺AGV自動導向車在沿軌道運行中尋找最近的無線接入點AP，并且根據信號的強度自動切換接入點，實現無縫快速漫游功能.無線接入點AP負責接收PLC數據并通過交換機傳至上位計算機.無線串口轉換設備和無線接入點 AP 通過802.11a／b／g及 TCP／IP 協議實 現通訊，最終由上位機完成PLC監控和AGV管理.

3 上位機功能

上位機的功能是用來監控AGV車運行狀態和控制PLC.上位機通信使用主從總線通信方式，以上位機作為工業局域網的主站，通過無線串口轉換設備及無線AP連入該網的所有AGV車上的PLC皆為從站（圖2）.

圖2 系統結構

在本系統中，上位機監控各個AGV自動導向車的運行狀態，由于AGV自動導向車之間是獨立運行的，它們之間無數據交換，故屬于主從通信.主站與從站建立好連接后，采用應答方式進行通信，主站發出命令幀，從站使用響應幀應答，命令幀或響應幀中包含相應的數據即可使需要交換的數據送至對方.上位機在正常運行過程中使用輪詢方式進行通信，以避免通信總線發生沖突，確保定時刷新從站PLC中的信息.對于PLC主動發出的報警或者異常信息，上位機采用中斷方式進行處理，實現通信.上位機向PLC發出接收數據的指令，PLC判斷是否正確，如果正確則向上位機傳送數據，上位機接收到數據也同樣判斷是否來自PLC發出的正確指令，如果正確則上位機和PLC雙向實現通信線路的建立.上位機控制流程如圖3所示.

圖3 上位機控制流程圖

4 上位機程序設計

用Visual C＋＋實現端口初始化的源代碼［5］如下

BOOL Cserial：：Open（int nPort） ／／nPort為計算機串行通信端口號nport＝1為端口1，nport＝2為端口2

｛

Char szPort［15］；

DCB dob；

m＿hIDCComDev＝CreaterFile（szPort，GENERIC＿READ｜GENERIC＿WRITE，0，NULL，OPEN＿EXISTING，FILE＿ATTRIBUTE＿NOMAL｜FILE＿FLAG＿OVERLAPPED，NULL）；

dcb.DCBlength－sizeof（DCB）；

GetCommState（m＿hIDComdev，＆dcb）；／／取得通信資源當前設置

dcb.BaudRate＝9600；／／設定數據傳輸速率為9600

dcb.Bytesize＝7；／／7數據位

dcb.Parity＝2；／／偶校驗

dcb.StopBits＝0；／／設定1個停止位

if（SetCommState（m＿hIDComDev，＆dcb））

return（TRUE）；

else return（FALSE）；／／設置端口，若設置成功則返回TRUE，否則返回FALSE

｝

握手聯絡Visual C＋＋語言的源代碼如下

BOOL CNTJDlg：：ReadFormPLC（char＊Read＿char char＊Read＿address，int Read＿bytes）

｛

Cserial Serial；／／用戶串行通信的類

Char read＿BUFFER；

if（Serial.Open（2））／／初始化串行通信口COM2

｛

Serial.SendData（＆ENQ＿request，1）；／／發送聯絡信號

Sleep（1000）；／／等待1s

Serial.ReadData（＆read＿BUFFER，1）；／／讀取 PLC響應信號

If（read＿BUFFER＝＝ACK）／／如果PLC響應信號等于ACK，則對PLC進行操作

｛

Serial.Close（）；／／操作完畢，關閉通信口

Return（TRUE）；／／成功

｝

else

return（FALSE）；／／失敗

｝

｝

5 結束語

使用PLC無線通訊技術進行監控和控制，工作人員能及時準確知道AGV自動導向車故障位置與類型并加以解決，減少了因為物流運輸故障導致生產線停線對整個生產造成的影響.達到了企業提高物流運轉效率、降低成本的目的，提高了企業的整體管理水平.

［1］《Material Flow》編輯部.日產汽車利用 AGV提高混流生產效率［J］.張 毅譯.物流技術與應用，2009（7）：46－53.

［2］金玉萍，向光義.AGVS在現代生產物流系統中的應用［J］.物流技術與應用，2005（8）：90－94.

［3］于國英，高 峰，張小麗，等.現代制造車間AGV導航與控制的研究［J］.科技信息，2011（20）：204.

［4］汪焰恩，魏生民，王碧輝.無線傳輸的視覺引導式AGV系統［J］.西安工業大學學報，2010，30（1）：25－29.

［5］李現勇.Visual C＋＋ 串口通信技術與工程實踐［M］.北京：人民郵電出版社，2004：301－302.