重載AGV在機車檢修行業中的應用

吳曉婧 袁健 盧倩 崔治 陳西府

摘 要：本文通過分析物流運輸和機車檢修的現狀和發展趨勢，提出了一種應用于高級檢修車間的重載AGV，介紹了其主要系統架構。本類重載AGV的硬件結構以可編程控制器為核心，接受處理信息并發送指令；通過地面磁條和磁傳感器實現精準導引，PC端上位機實時接收位置信息，監控AGV 運行狀態，具有高靈活性、高準確性和高承載力等特點，可有效提高機車檢修效率，優化檢修系統結構。

關鍵詞：重載AGV；機車檢修；物流運輸

中圖分類號：TH238 文獻標志碼：A

Abstract： Based on the analysis of the current situation and development trend of logistics transportation and locomotive maintenance， this paper proposes a heavy-load AGV applied in advanced maintenance workshop and introduces its main system architecture. The hardware structure of heavy-load AGV of this class takes programmable controller as the core to accept processing information and send instructions. The upper PC terminal machine receives the locational information in real time and monitors the running state of AGV.It has the features of high flexibility， accuracy and bearing capacity， which can effectively improve the maintenance efficiency of the motor vehicle and optimize the maintenance system structure.

Keywords： heavy-load AGV； Train maintenance； Logistics transportation

0 引言

無人導航自動導引車（Automatic Guided Vehicle），簡稱AGV，它是一種具有儲電能力，可無線接收信號并通過傳感檢測模塊實現無人導航的智能小車，通過上位機管理運送任務并根據算法自動規劃路徑，依靠無人導航系統自動行駛至指定工位，完成運輸任務。AGV具有運行自動化、功能柔性化、操作智能化等特點，可在重載或人力勞動量大的情況下有效地減輕工作負擔，實現大批量連續運輸生產，節約人工成本，提高車間輸出效率，現已廣泛應用于物流運輸、制造業等領域。為了適應各種市場及行業對自動化物料運輸系統的需求，AGV逐漸向高承載能力、高導航精準性以及小型化發展。

隨著我國高速列車行業的不斷提速，機車組全面工作運營，列車維修工作愈發重要，將重載AGV運用于維修車間的零部件配送工作中，能在既有檢修條件下有效地優化維修效率，減少機車停時，提高檢修車間的檢修效率和檢修量。

1 總體設計

重載AGV主要由總控制系統、上位系統、電源系統、磁導航系統、底盤運動系統、人機交互系統、安全系統和通信系統等部分組成。

（1）總控制系統由PLC電氣控制模塊、繼電器組等部件組成，主要功能是接收處理信息，統籌控制各個系統配合工作。

（2）上位系統由PC端上位機軟件組成，主要負責分配運輸任務，進行路徑規劃，防止時間段內路徑沖突，同時可實時監控AGV運行狀態。

（3）電源系統由電池模塊組成，主要功能是為各系統提供工作電源，在電量不足時自動運行至充電區域。

（4）磁導航系統由磁條、磁傳感器、地標芯片、地標接收器等模塊組成，AGV底部的磁傳感器實時接收貼于路徑上的磁條信息，地標接收器檢測每隔一段距離布置的地標芯片內存儲的位置信息，并發送位置信息至總控制系統進行位置更新。

（5）底盤運動系統由麥克納姆輪和伺服電機組成，通信系統接收到上位機發出的規劃路徑后對底盤運動系統發出動作指令，在行進過程中接受安全系統和磁導航系統發出的路徑調整指令并修正運動方向，直至將零部件運動至指定工位。

（6）人機交互系統由狀態顯示屏、啟動和急停開關組成，狀態顯示屏可以實時顯示當前運送物料類目、數量、目標工位、送達時間等信息，啟動和急停開關可控制重載AGV開始和停止工作。

（7）安全系統由紅外傳感檢測模塊、安全指示燈、蜂鳴器和防撞開關等部件組成，紅外傳感檢測主要負責檢測重載AGV安全運行區域內是否有障礙物，若有則發送至人機交互系統使安全指示燈閃爍，蜂鳴器報警提示行人，當與障礙物距離小于警報距離，將發送指令至地盤運動系統使AGV減速至停止，當有物體碰撞至車體外壁的防撞開關時，重載AGV會立即停止。

（8）通信系統主要由信號接收器與發送器組成，負責重載AGV工作過程中與上位機的信息傳遞工作。

2 硬件設計

2.1 PLC電氣控制模塊

PLC電氣控制模塊是高級檢修車間零部件運輸重載AGV的主要中央處理模塊，本機選用西門子PLC S7-1200控制器，控制伺服電機，具有編程簡潔、運行穩定等優點，可以整合處理各系統功能信息。

PLC程序控制主要包括順序指令和信息處理。順序指令指通過人機交互系統等接收的輸入信息順序判斷下一步指令，如通過接收各類開關信號發出運行或停止指令。信息處理指通過信息計算、交互，調整輸出信號。重載AGV系統流程如圖1所示。

2.2 磁導航系統

磁導航系統中使用到的傳感器有磁敏傳感器和地標傳感器。

（1）CA-08J磁尺式磁性傳感器是一種基于磁場特性分析磁信號從而判斷方位的傳感器，多個傳感器以一定間距均勻布局于一條線上，檢測鋪設在規定路徑上磁條的磁場信號，磁敏傳感器的安裝高度需考慮磁條強度和傳感器與地面的安全距離等因素，以保證磁信號的可靠性。通過每個位置的磁性傳感器檢測到磁信號的強弱來準確計算重載AGV目前運行位置與規定路徑的偏移程度，計算重載AGV的準確位置，從而調節偏差實現導引。

（2）地標傳感器采用霍爾傳感器，可以檢測到微弱的磁信號，進行站點識別，其主要功能在于讀取每隔一段距離布置的地標芯片內存儲的位置信息，獲取目前運行的位置，判斷是否到達指定工位或進行下一步運動指令，如轉彎、減速等，同時將位置信息通過通信系統發送至上位機進行位置信息的更新。

3 軟件算法

上位機基于LABVIEW編寫，主要工作是對檢修車間運輸重載AGV進行調度管理，實現信息交互。工作人員在PC端輸入工作任務并分配至每輛AGV，通過算法規劃最優路徑，往指定通道發送指令或數據至通信系統，總控制系統處理接收信息。在重載AGV運行過程中，磁導航系統實時接收的地標信息通過通信系統發送至上位機，可實時監控每輛重載AGV的工作位置。上位機實時集中監控系統界面如圖2所示。

結語

重載AGV是一種高承載力、高靈活性的運輸載體，本文所研究的基于磁導航的重載AGV通過對地面磁信號的檢測實現無人導引，由PLC電氣軟硬件控制以及上位機實時監控軟件管理實現車間重載AGV的有效調度。重載AGV的應用能夠提高機車維修效率，減少機車在檢修車間的停頓，促進我國機車檢修新技術的發展。

參考文獻

[1]王陳偉.重載AGV應用于鐵路檢修行業中的作用[J].科技風，2015（10）：20.

[2]高飛，潘飪.北京機車組檢修基地與機車檢修[J].鐵道機車車輛， 2010，30（4）：77-81.

[3]李朋，范文明，石飛.AGV導航方式在鐵路行業中的應用研究[J].中國新技術新產品，2017（11）：29-30.

[4]賀美華，廖敏，公茂震，等.裝配型重載全向移動AGV控制系統[J].自動化技術與應用，2018，37（2）：25-55.

[5]劉國剛.重載AGV輕量化設計研究[J].制造業自動化，36（5）：101-103.