PLC無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù)在自動(dòng)導(dǎo)向車(chē)中的應(yīng)用

朱永平，廖 洵

（湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)電研究設(shè)計(jì)院，湖北 武漢430070）

隨著科技的發(fā)展，工業(yè)自動(dòng)化水平的不斷提高，如何應(yīng)對(duì)不斷增長(zhǎng)的人力成本，降低物流費(fèi)用，提高生產(chǎn)效率，提高制造業(yè)企業(yè)的效益，成為各個(gè)公司亟待解決的問(wèn)題.在汽車(chē)組裝車(chē)間使用AGV自動(dòng)導(dǎo)向車(chē)按順序運(yùn)送每臺(tái)汽車(chē)所需零部件到生產(chǎn)線(xiàn)，再由工人把零件組裝成整車(chē)，這是日產(chǎn)2005年引進(jìn)的IFA（Integrated Factory Automation）理念［1］，確定了“零部件合理化”和“廉價(jià)自動(dòng)化”兩大主題.自動(dòng)導(dǎo)向車(chē)的廣泛使用，方便作業(yè)人員拿取零部件，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度.通過(guò)生產(chǎn)、物流現(xiàn)場(chǎng)及設(shè)備制造等各個(gè)環(huán)節(jié)，通過(guò)相互緊密協(xié)作，使得物流速度加快，物流時(shí)間縮短，占用空間縮小，大大節(jié)省成本，實(shí)現(xiàn)物流環(huán)節(jié)的合理銜接并取得最佳經(jīng)濟(jì)效益，從而增加企業(yè)利潤(rùn)［2］.

1 AGV自動(dòng)導(dǎo)向車(chē)的組成

AGV自動(dòng)導(dǎo)向車(chē)主要機(jī)械部分由車(chē)身、控制面板、驅(qū)動(dòng)輪、充電蓄電池組成.電氣部分由PLC、伺服電機(jī)、傳感器、喇叭、無(wú)線(xiàn)發(fā)射裝置組成（圖1）.AGV自動(dòng)導(dǎo)向車(chē)采用固定導(dǎo)引線(xiàn)方式［3］，原理是在AGV自動(dòng)導(dǎo)向車(chē)行駛路徑上埋設(shè)磁帶，通過(guò)安裝在底盤(pán)的磁感應(yīng)傳感器，AGV自動(dòng)導(dǎo)向車(chē)感知磁場(chǎng)強(qiáng)度的強(qiáng)弱，作為糾偏輸入信號(hào)，進(jìn)而控制AGV自動(dòng)導(dǎo)向車(chē)的行駛.AGV自動(dòng)導(dǎo)向車(chē)運(yùn)行線(xiàn)路上垂直于主線(xiàn)路設(shè)置有3條不同磁極的短磁條，行駛過(guò)程中車(chē)身磁極感應(yīng)器將其轉(zhuǎn)化為減速、停止、加速等不同速度指令.車(chē)頭安裝有障礙物傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)前方料車(chē)、人等障礙物的識(shí)別，當(dāng)遇到障礙物時(shí)發(fā)出停車(chē)指令從而保護(hù)人和車(chē)輛安全.目前大多數(shù)試驗(yàn)性AGV的研究都依賴(lài)于有線(xiàn)的通訊系統(tǒng)控制和反饋數(shù)據(jù)，將上位機(jī)安裝在車(chē)體上，占用車(chē)體空間，且對(duì)硬件要求較高，導(dǎo)致了在AGV運(yùn)行時(shí)難以迅速有效地進(jìn)行人工干預(yù)，控制方式不靈活［4］，本文引入無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù)從而提高了控制的靈活性，車(chē)載PLC把AGV自動(dòng)導(dǎo)向車(chē)所在位置、電池電量、故障信號(hào)通過(guò)無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)發(fā)送到上位工控機(jī)，工控機(jī)可對(duì)AGV車(chē)進(jìn)行速度控制、狀態(tài)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控.

圖1 自動(dòng)導(dǎo)向車(chē)結(jié)構(gòu)

2 PLC無(wú)線(xiàn)通訊的選型與設(shè)計(jì)

可編程控制器（PLC）作為工業(yè)控制專(zhuān)用的電子設(shè)備，由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、易于編程、調(diào)試方便，成為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)最主要的控制裝置，在工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)已廣泛應(yīng)用.同時(shí)PLC具有較好的通信功能，在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備分布分散，不具備架設(shè)線(xiàn)纜的條件下，利用無(wú)線(xiàn)通信功能可方便地將現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)接入監(jiān)控管理系統(tǒng).

AGV自動(dòng)導(dǎo)向車(chē)控制系統(tǒng)采用OMRON公司的CP1H系列PLC.該P(yáng)LC帶有模擬量輸入／輸出，USB口可供上位計(jì)算機(jī)編程，還帶有2個(gè)可擴(kuò)展的串口接口，配合工業(yè)無(wú)線(xiàn)串口轉(zhuǎn)換設(shè)備實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)接收發(fā)送.

在每臺(tái)AGV自動(dòng)導(dǎo)向車(chē)上安裝有無(wú)線(xiàn)串口轉(zhuǎn)換設(shè)備，負(fù)責(zé)PLC串口數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，并將數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線(xiàn)信號(hào)發(fā)送至AGV行走軌道線(xiàn)路旁最近的無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)AP.環(huán)形軌道周?chē)梢圆贾枚鄠€(gè)鏈接到以太網(wǎng)的無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)AP，每臺(tái)AGV自動(dòng)導(dǎo)向車(chē)在沿軌道運(yùn)行中尋找最近的無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)AP，并且根據(jù)信號(hào)的強(qiáng)度自動(dòng)切換接入點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)無(wú)縫快速漫游功能.無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)AP負(fù)責(zé)接收PLC數(shù)據(jù)并通過(guò)交換機(jī)傳至上位計(jì)算機(jī).無(wú)線(xiàn)串口轉(zhuǎn)換設(shè)備和無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn) AP 通過(guò)802.11a／b／g及 TCP／IP 協(xié)議實(shí) 現(xiàn)通訊，最終由上位機(jī)完成PLC監(jiān)控和AGV管理.

3 上位機(jī)功能

上位機(jī)的功能是用來(lái)監(jiān)控AGV車(chē)運(yùn)行狀態(tài)和控制PLC.上位機(jī)通信使用主從總線(xiàn)通信方式，以上位機(jī)作為工業(yè)局域網(wǎng)的主站，通過(guò)無(wú)線(xiàn)串口轉(zhuǎn)換設(shè)備及無(wú)線(xiàn)AP連入該網(wǎng)的所有AGV車(chē)上的PLC皆為從站（圖2）.

圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在本系統(tǒng)中，上位機(jī)監(jiān)控各個(gè)AGV自動(dòng)導(dǎo)向車(chē)的運(yùn)行狀態(tài)，由于AGV自動(dòng)導(dǎo)向車(chē)之間是獨(dú)立運(yùn)行的，它們之間無(wú)數(shù)據(jù)交換，故屬于主從通信.主站與從站建立好連接后，采用應(yīng)答方式進(jìn)行通信，主站發(fā)出命令幀，從站使用響應(yīng)幀應(yīng)答，命令幀或響應(yīng)幀中包含相應(yīng)的數(shù)據(jù)即可使需要交換的數(shù)據(jù)送至對(duì)方.上位機(jī)在正常運(yùn)行過(guò)程中使用輪詢(xún)方式進(jìn)行通信，以避免通信總線(xiàn)發(fā)生沖突，確保定時(shí)刷新從站PLC中的信息.對(duì)于PLC主動(dòng)發(fā)出的報(bào)警或者異常信息，上位機(jī)采用中斷方式進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)通信.上位機(jī)向PLC發(fā)出接收數(shù)據(jù)的指令，PLC判斷是否正確，如果正確則向上位機(jī)傳送數(shù)據(jù)，上位機(jī)接收到數(shù)據(jù)也同樣判斷是否來(lái)自PLC發(fā)出的正確指令，如果正確則上位機(jī)和PLC雙向?qū)崿F(xiàn)通信線(xiàn)路的建立.上位機(jī)控制流程如圖3所示.

圖3 上位機(jī)控制流程圖

4 上位機(jī)程序設(shè)計(jì)

用Visual C＋＋實(shí)現(xiàn)端口初始化的源代碼［5］如下

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

｛

Char szPort［15］；

DCB dob；

m＿h(yuǎn)IDCComDev＝CreaterFile（szPort，GENERIC＿READ｜GENERIC＿WRITE，0，NULL，OPEN＿EXISTING，F(xiàn)ILE＿ATTRIBUTE＿NOMAL｜FILE＿FLAG＿OVERLAPPED，NULL）；

dcb.DCBlength－sizeof（DCB）；

GetCommState（m＿h(yuǎn)IDComdev，＆dcb）；／／取得通信資源當(dāng)前設(shè)置

dcb.BaudRate＝9600；／／設(shè)定數(shù)據(jù)傳輸速率為9600

dcb.Bytesize＝7；／／7數(shù)據(jù)位

dcb.Parity＝2；／／偶校驗(yàn)

dcb.StopBits＝0；／／設(shè)定1個(gè)停止位

if（SetCommState（m＿h(yuǎn)IDComDev，＆dcb））

return（TRUE）；

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

｝

握手聯(lián)絡(luò)Visual C＋＋語(yǔ)言的源代碼如下

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

｛

Cserial Serial；／／用戶(hù)串行通信的類(lèi)

Char read＿BUFFER；

if（Serial.Open（2））／／初始化串行通信口COM2

｛

Serial.SendData（＆ENQ＿request，1）；／／發(fā)送聯(lián)絡(luò)信號(hào)

Sleep（1000）；／／等待1s

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

If（read＿BUFFER＝＝ACK）／／如果PLC響應(yīng)信號(hào)等于ACK，則對(duì)PLC進(jìn)行操作

｛

Serial.Close（）；／／操作完畢，關(guān)閉通信口

Return（TRUE）；／／成功

｝

else

return（FALSE）；／／失敗

｝

｝

5 結(jié)束語(yǔ)

使用PLC無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù)進(jìn)行監(jiān)控和控制，工作人員能及時(shí)準(zhǔn)確知道AGV自動(dòng)導(dǎo)向車(chē)故障位置與類(lèi)型并加以解決，減少了因?yàn)槲锪鬟\(yùn)輸故障導(dǎo)致生產(chǎn)線(xiàn)停線(xiàn)對(duì)整個(gè)生產(chǎn)造成的影響.達(dá)到了企業(yè)提高物流運(yùn)轉(zhuǎn)效率、降低成本的目的，提高了企業(yè)的整體管理水平.

［1］《Material Flow》編輯部.日產(chǎn)汽車(chē)?yán)?AGV提高混流生產(chǎn)效率［J］.張 毅譯.物流技術(shù)與應(yīng)用，2009（7）：46－53.

［2］金玉萍，向光義.AGVS在現(xiàn)代生產(chǎn)物流系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.物流技術(shù)與應(yīng)用，2005（8）：90－94.

［3］于國(guó)英，高 峰，張小麗，等.現(xiàn)代制造車(chē)間AGV導(dǎo)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(wú)線(xiàn)傳輸?shù)囊曈X(jué)引導(dǎo)式AGV系統(tǒng)［J］.西安工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，30（1）：25－29.

［5］李現(xiàn)勇.Visual C＋＋ 串口通信技術(shù)與工程實(shí)踐［M］.北京：人民郵電出版社，2004：301－302.