基于PLC的AGV車載控制系統的研究與應用

高平

（無錫信捷電氣股份有限公司，江蘇 無錫 214072）

0 引言

AGV（Automated Guided Vehicle），即“自動導引運輸車”，是指裝備有電磁或光學等自動導引裝置，能夠沿規定的導引路徑行駛，具備移載功能的運輸車。在應用AGV時，不需要預設運行軌道，其對使用環境也沒有特殊要求，能夠很好地滿足現代化生產需求。隨著工業4.0和智能制造的不斷發展，AGV已經被廣泛應用于智能倉儲的物料運輸中[1]。

1 相關技術

AGV小車主要由車體、電池和充電裝置、驅動裝置、導向裝置、車載控制器、通信裝置、安全保護裝置等部分組成，其中AGV車載控制器是整個AGV的核心部分，是AGV的“大腦”，主要承擔為AGV導航，控制AGV上的運動機構并提供安全防護的職責[2]。

目前AGV采用的車載控制器通常分為三類：PLC、工控機、單板機。PLC（Programmable Logic Controller），即可編程控制器，是以計算機技術為基礎的工業控制裝置。早期的PLC主要用來實現邏輯控制，但隨著技術的發展，PLC不僅有邏輯運算功能，還有算術運算、模擬處理和通信聯網等功能。為了適應運動控制產業的需求，有能力的PLC廠家，如國內比較出名的匯川、信捷等公司，紛紛推出了自家的高速總線型產品，使PLC具備了強大的運動控制功能。基于PLC的AGV車載控制系統，以可編程控制器為核心，通過工業通信方式與AGV調度系統實現信息交互。PLC控制系統將操控指令發送給驅動裝置，從而實現對AGV的運動控制[3]。

2 基于PLC控制的AGV系統結構

本文提出一種基于信捷PLC的AGV車載控制系統方案，其系統結構如圖1所示[4]。

圖1 基于PLC搭建的AGV車載控制系統

信捷XD5E系列PLC以多軸運動控制為亮點，雙網口設計，支持現場總線，替代了傳統的Modbus通訊及自由格式通訊，使整個系統的執行速度更快，性能更可靠，穩定性更好，同時使得復雜的配線更加簡單。搭載無線通訊模塊后，可實現與其他設備的無線通訊。

本方案中PLC的作用主要包括三個方面：一是與上位機之間的通訊，二是與傳感器之間的通訊，三是負責順序控制和運動控制。

PLC：通過無線通訊模塊與上位機系統和觸摸屏保持通訊，接收任務指令，向上位機報告AGV小車的運行位置和工作狀態；通過車載相機讀取地面標識，接收位置信息；給伺服驅動器發出指令，驅動電機運轉，帶動AGV車體做出相應的動作（改變速度、轉向、定位和停車等），從而實現AGV系統調度、站點定位、存取貨物等功能；通過避障雷達、安全觸邊等傳感器，收集環境信息，通過繞行、減速甚至停車的方式保證AGV小車的安全運行。

無線通訊模塊：硬件包括無線網卡和無線AP。無線網卡把AGV小車與無線網絡連接起來，無線AP則負責將多個無線的接入匯聚到有線網絡上。

無線觸摸屏：提供了操作者與AGV系統進行友好信息交互的平臺，操作者可以從觸摸屏上看到AGV運行狀態信息和報警信息，還可以根據需要，通過觸摸屏切換AGV小車的工作模式。

視覺傳感器：在行駛過程中持續掃描解析離散鋪設的QR二維碼，獲取實時坐標，為系統引導AGV按規劃路線完成任務提供坐標依據。

避障雷達：AGV是工廠中的機器人工人，其工作區域與工人的工作區域往往有重合。因此安全功能是其必不可少的功能。避障雷達在AGV行走時自動檢測行駛方向上的障礙物，為系統確定減速距離和減速提供依據。當檢測到有障礙物時，PLC控制AGV主動減速，并在發生碰撞前啟動安全保護模式，停止行走，避免發生碰撞。

安全觸邊：安裝在車體邊緣，當安全觸邊的任一位置被碰撞時，PLC收到安全觸邊發出的信號，立即通過低壓伺服驅動器控制電機停轉，使AGV停止行駛，同時通過聲音、燈光發出報警，保護人員的安全，預防因為碰撞引起的AGV故障或損傷。

低壓伺服驅動器：本方案中，AGV的驅動方式為雙輪差速模式，PLC通過兩套低壓伺服驅動器分別控制兩臺電機，使小車能夠按調度系統所發送的行走命令進行動作，可前進、后退、轉彎，可原地旋轉到任意角度，可通過調度系統或者通過按下急停按鈕等人為控制方式實現AGV小車本體制動。小車可雙向行駛，可在低速前行、中速前行、高速前行、左轉、右轉、后退、原地轉動、停止行駛等多種運動形式中自動切換[5]。

其中，信捷PLC、低壓伺服驅動器與電機的主電路配線如圖2所示。

圖2 PLC、低壓伺服驅動器及電機的主電路配線圖

PLC通過高速總線連接低壓伺服驅動器。低壓伺服驅動器從PLC獲得相應的指令控制及脈沖信號，利用變流及對應的控制策略，向電機輸出對應的電壓和電流；同時依據編碼器反饋的信號，測量電機轉角及轉速，調節輸出電壓和電流，實現閉環控制，從而獲得高精度的運動控制。

3 基于PLC控制的AGV車載控制系統的實際應用

本文方案已成功應用于某電子股份有限公司的智能倉儲管理系統，該系統主要由上位機系統、AGV和揀選工作站構成，系統目前包含4個AGV，如圖3所示。

圖3 AGV實際運用總體結構圖

通過無線WIFI，上位機將作業計劃轉化為指令格式，向AGV、工作站發送相應貨位的出入庫作業指令，同時也實時接收AGV和工作站的作業方式、狀態信息及報警信息，并動態顯示于監控界面。建立了從備料需求到領料出庫的全流程的物流管理，實現“貨到人”的揀選方式。

應用結果表明，AGV車載控制系統在運行過程中穩定可靠， 操作便捷，總體性能良好，分揀速度從人均477件/小時，上升到人均1350件/小時，作業效率得到很大提升，很好地滿足了企業實際需求。

4 結語

本文提出一種基于信捷PLC的AGV車載控制系統方案，并將之成功應用于一個實際的智能倉儲管理系統。運行結果表明，基于PLC開發的AGV車載控制系統具有以下優勢：

（1）PLC的編程方式形象易懂，PLC廠家已經完成了大部分底層開發，需要時直接調用即可，不需要記憶大量的指令，能夠縮短開發時間。

（2）利用PLC可方便實現對外部信號的采集以及對外圍驅動設備的控制，操作便捷，實時性好，且維護方便。

（3）總線型PLC自帶以太網通訊接口，可擴展性好，可與無線路由器直接相連，為以后進行AGV 數據的傳送及遠程監測控制的研究與實現提供了便捷。

（4）PLC抗干擾能力強，更適用于工業環境中的控制要求。

總之，由PLC控制的AGV車載控制系統總體性價比更優，體現了現代工業控制趨勢。