智能無人工廠移動設備自動定位控制方案

李國華

（中航工程集成設備有限公司，北京 100191）

隨著自動控制技術不斷發展、成熟，越來越多的全自動智能無人工廠被更多建設，對智能工廠中移動設備的控制方式也提出了更高的要求，傳統的通過限位開關進行定位的控制方式已不能滿足現代工廠的控制要求，本文將就全自動智能化無人工廠中移動設備自動定位控制方案進行談論說明。

1 功能要求

全自動智能化生產線中，二級控制系統向移動設備發送移動目標命令，移動設備接收到命令后根據實時位置，自動判斷移動方向及移動距離，在接近目標位置時自動減速，到達目標位置后自動停止，并進行后續進出料工藝動作。

移動設備在運行過程中無人操作，自動移動并定位，全線移動距離200米，對應25個停止工位，工藝要求每個停止工位的重復雙向定位精度為±2mm，移動速度3～15米/分，并需要將位移全程的實時位置信息反饋到自動控制系統中。

2 方案設計

移動設備工藝運行特點：移動距離長，定位工位多，定位精度高，且要求實時反饋位置信息。傳統的限位開關加計數器的定位控制方式已無法滿足工藝運行要求。本方案將采用編碼定位系統作為定位傳感器，對移動設備的絕對位置進行實時監測反饋，采用西門子S7-300系列PLC作為核心控制系統，對采集的數據進行處理判斷及動作控制。

編碼定位系統硬件配置包括不銹鋼編碼帶、讀碼頭、網絡模塊及其他安裝附件。編碼帶（帶條形碼）貫通整個移動設備行程安裝，讀碼頭與移動設備固定安裝，在移動過程中對編碼帶中條形碼進行實時掃描，從而讀取實時位置，網絡模塊將讀碼頭讀取的位置信息以通訊方式傳送到控制PLC中。

編碼帶測量長度可以從0米到314.5米，每米分成1250刻度，既每刻度0.8mm，移動設備每移動1個刻度位置值+1（或-1），讀碼頭通過RS485接口將讀到的位置信息實時反饋給網絡模塊（如圖1），網絡模塊作為Profibus從站模塊，通過Profibus網絡將位置信息映射給PLC分配的映射輸入區。

調試過程中，西門子PLC添加GSD文件，將網絡模塊組態到控制系統中，并給讀碼頭分配地址，通過編寫控制程序，讀取移動設備位置信息（如圖2），并將該信息應用于全自動運行的邏輯控制程序中（如圖3）。

圖1 硬件接線圖

圖2 位置信息采集

圖3 控制效果展示

圖4 安裝要求

特別需要注意的是，安裝時編碼帶及讀碼頭之間的相對位置及方向，讀碼頭插頭側必須為編碼帶數值遞增方向（如圖4），否則將產生讀碼錯誤。

3 測試結果

該定位控制方案，經在項目中實施應用，運行穩定、定位準確，能夠很好的滿足自動控制工藝要求，重復定位精度達±1刻度（既±0.8mm），滿足定位精度±2mm的工藝要求（如圖3），不銹鋼材質的編碼帶能夠很好的在高粉塵、高煙氣的惡劣環境中應用。對于長距離連續定位的應用環境，編碼帶安裝應選用專用安裝軌道，可以減少運行過程中的震動干擾。該定位控制方案可推廣應用于智能天車、智能倉儲、電梯等領域。