輪式軌道車輛的組合式定位方法

沈言夫

湖南金能科技股份有限公司，湖南長沙 410006

在智能自動化生產線中，常通過輪式軌道車輛進行物料的轉移。在物料轉移過程中，需要對取料點和下料點位置進行精確定位。為達到工藝要求，通常采用“激光掃碼器”或“多組接近開關”等方式。

“激光掃碼器”通過激光掃描儀和條形碼定位，具有定位精度高、可定位數量多、編程簡單等優點。常用于立體存儲倉庫等地。其缺點是工業激光掃描儀價格高昂，且對環境要求高。

“多組接近開關”是通過多個接近開關來確認定位點，具有邏輯清晰、結構簡單等優點。通常使用在1～2個定位點的工藝下。其缺點是故障率較高，在多個定位點的情況下使用時，需要大量硬件支持，價格較高。

本文所介紹的“組合式定位”，采用一個旋轉編碼器，與多個接近開關定位，具有結構簡單、可定位點多、可編程能力強、成本低、故障率低、對環境要求低等優點。

1 基本原理

“組合式定位”是由一個旋轉編碼器和多個定位點的接近開關組成。通過以旋轉編碼器確認行走距離，并控制多級加減速，以接近開關定位，剎停車輛的組合式方式，可以將車輛精確定位在定位點上，其誤差≤1mm；

旋轉編碼器安裝在輪式軌道車輛的車輪圓心位置，通過測量車輪的行走角度，通過公式算出車輛行走距離。其公式如下：

式中：R—車輛車輪的半徑；α—旋轉編碼器分辨率；M—旋轉編碼器測量出來的脈沖數量（本例中采用的編碼器分辨率為360）；得到的結果L—行走距離。

車輛行走距離主要用于監控車輛的行走位置。通過旋轉編碼器位置的反饋，可起到調整輪式軌道車輛的加減速控制、極限位置報警、HMI動畫仿真等作用；

由于輪式軌道車輛在軌道上行走時，車輪與軌道之間存在打滑現象，所以完全依靠車輪上的旋轉編碼器進行精確定位，會造成定位不準。此時在需要定位的點安裝接近開關；

定位點采用接近開關，每一個定位點都需要一個接近開關。以此類推，定位點越多，需要的接近開關數量越多。當車輛到達定位點，迅速剎停車輛，達到精準定位的作用。

2 系統硬件組成

本例將通過在甘肅省金川集團鎳成品車間的鎳成品稱重打包生產線實際案例進行說明。在此生產線中，由A、B、C三路剪切生產線過來的鎳板，壘在三個下料臺中。通過軌道取料小車，分別將三個下料臺中的鎳摞轉移至打包線中。

整套電控系統采用西門子300PLC，編程軟件采用西門子STEP7-5.5。其組態如圖1所示。

圖1 系統組態

其中，旋轉編碼器采用歐姆龍E6C2-CWZ5B 360P/R；通過西門子FM350-2 高速計數模塊進行計數。通過歐姆龍E2BM18KN16-M1-B1接近開關進行定位；

取料小車的電機控制采用ABB變頻器ACS800-04-0005-3+K454。變頻器與PLC之間采用西門子PROFIBUS總線通訊方式。其工藝布置圖見圖2。

圖2 工藝布置

3 控制思路

本例中，在系統第一次啟動時，程序將控制設備，以低速往返循環運動一次，并找到中間參考點，將行走距離清零。每次運行到參考點時，為避免累計誤差，都將行走距離清零。

當A、B、C三條剪切線任意一條摞板完成后，發送請求移板信號。此時取料小車由中間的參考點位置，向發送請求的剪切線全速移動，當距離請求線距離≤L1時，進行一級減速。距離請求線距離≤L2時，進行二級減速。當到達請求線，請求線接近開關檢測取料小車到位后，CPU控制取料小車變頻器停止，并開始剎車。

取料完成后，小車著級升至最高速。行進至距離打包線≤L3時，進行一級減速。距離打包線≤L4時，進行二級減速。當到達打包線，打包線接近開關檢測取料小車到位后，CPU控制取料小車變頻器停止，并開始剎車。

可根據工藝要求，進行多級增/減速，以保證當小車滿載剎車時，物料不會晃動。同時調整剎車前小車的速度，以確保剎車時定位準確。

4 程序的編寫

通過FM350高速計數器模塊計數需要啟動軟件門，當門置位時才開始計數。門復位時計數停止并清零（清零與中斷計數在硬件組態中設置）。本例中，軌道小車的旋轉編碼器為DB3.DBX23.3，即3號門。

A DB4.DBX 1.2 //軌道取料小車變頻器運行信號

= DB2.DBX 23.3 //軌道小車編碼器計數門

根據FM350自帶的背景數據塊，編碼器計數數量為：DB3.DBD172，根據公式，可進行以下編程得到小車行走距離：

L 2

L 3.140000e+000

*R

L 1.600000e-001//車輪半徑

*R

L 360//旋轉編碼器分辨率

/R

L DB2.DBD172//編碼器計數數量

*R

T DB3.DBD0//取料小車移動距離

根據取料小車的行走距離，當距離＜L1時，將一級減速頻率寫入取料小車變頻器中：

L DB3.DBD0//取料小車移動距離

L 7.500000e+000//L1減速距離

＜=R

JNB _001

L 15//一級減速頻率

T DB4.DBW14//取料小車頻率寫入

_001∶ NOP 0

二級速度與一級相同，當檢測開關檢測到小車到位后，停止變頻器并剎車：

A I 1.0//小車到位接近開關信號

= Q 1.0//小車剎車

JNB _002

L W#16#47F//變頻器停車命令

T DB4.DBW12//取料小車控制寫入

L 0 //取料小車停車0頻率

T DB4.DBW14//取料小車頻率寫入

_002∶ NOP 0

當小車停穩，放料完成后，進入下一個取料循環。

5 實際應用

本文所介紹的系統，應用在金川集團鎳成品車間的鎳成品稱重打包生產線中（圖3）。

圖3 生產線移料裝置

本生產線于2013年投產，其中的取料小車定位系統經過五年的使用，其運行穩定、定位精準、可靠性高、維護成本低等優點得到了驗證，取得了甲方的認可。

6 結語

本文介紹了一種輪式軌道車輛的新型定位方法，介紹了原理，編寫了程序，并以實際使用得到驗證。得結論：組合式定位法具有布局結構簡單、成本低、故障率低、對環境要求低等優點，并可根據實際定位點的多少進行調整。是一種可靠的、經濟的、具有推廣價值的定位方法。