重載AGV在機車檢修行業(yè)中的應(yīng)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(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，提出了一種應(yīng)用于高級檢修車間的重載AGV，介紹了其主要系統(tǒng)架構(gòu)。本類重載AGV的硬件結(jié)構(gòu)以可編程控制器為核心，接受處理信息并發(fā)送指令；通過地面磁條和磁傳感器實現(xiàn)精準導(dǎo)引，PC端上位機實時接收位置信息，監(jiān)控AGV 運行狀態(tài)，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(yōu)化檢修系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

關(guān)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(dǎo)航自動導(dǎo)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(xiàn)無人導(dǎo)航的智能小車，通過上位機管理運送任務(wù)并根據(jù)算法自動規(guī)劃路徑，依靠無人導(dǎo)航系統(tǒng)自動行駛至指定工位，完成運輸任務(wù)。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(xiàn)大批量連續(xù)運輸生產(chǎn)，節(jié)約人工成本，提高車間輸出效率，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于物流運輸、制造業(yè)等領(lǐng)域。為了適應(yīng)各種市場及行業(yè)對自動化物料運輸系統(tǒng)的需求，AGV逐漸向高承載能力、高導(dǎo)航精準性以及小型化發(fā)展。

隨著我國高速列車行業(yè)的不斷提速，機車組全面工作運營，列車維修工作愈發(fā)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(yōu)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(shè)計

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

（1）總控制系統(tǒng)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(tǒng)籌控制各個系統(tǒng)配合工作。

（2）上位系統(tǒng)由PC端上位機軟件組成，主要負責分配運輸任務(wù)，進行路徑規(guī)劃，防止時間段內(nèi)路徑?jīng)_突，同時可實時監(jiān)控AGV運行狀態(tài)。

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

（4）磁導(dǎo)航系統(tǒng)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(nèi)存儲的位置信息，并發(fā)送位置信息至總控制系統(tǒng)進行位置更新。

（5）底盤運動系統(tǒng)由麥克納姆輪和伺服電機組成，通信系統(tǒng)接收到上位機發(fā)出的規(guī)劃路徑后對底盤運動系統(tǒng)發(fā)出動作指令，在行進過程中接受安全系統(tǒng)和磁導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)出的路徑調(diào)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(tǒng)由狀態(tài)顯示屏、啟動和急停開關(guān)組成，狀態(tài)顯示屏可以實時顯示當前運送物料類目、數(shù)量、目標工位、送達時間等信息，啟動和急停開關(guān)可控制重載AGV開始和停止工作。

（7）安全系統(tǒng)由紅外傳感檢測模塊、安全指示燈、蜂鳴器和防撞開關(guān)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(qū)域內(nèi)是否有障礙物，若有則發(fā)送至人機交互系統(tǒng)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(fā)送指令至地盤運動系統(tǒng)使AGV減速至停止，當有物體碰撞至車體外壁的防撞開關(guān)時，重載AGV會立即停止。

（8）通信系統(tǒng)主要由信號接收器與發(fā)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(shè)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(wěn)定等優(yōu)點，可以整合處理各系統(tǒng)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(tǒng)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(guān)信號發(fā)出運行或停止指令。信息處理指通過信息計算、交互，調(diào)整輸出信號。重載AGV系統(tǒng)流程如圖1所示。

2.2 磁導(dǎo)航系統(tǒng)

磁導(dǎo)航系統(tǒng)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(shè)在規(guī)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(guī)定路徑的偏移程度，計算重載AGV的準確位置，從而調(diào)節(jié)偏差實現(xiàn)導(dǎo)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(nèi)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(zhuǎn)彎、減速等，同時將位置信息通過通信系統(tǒng)發(fā)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(diào)度管理，實現(xiàn)信息交互。工作人員在PC端輸入工作任務(wù)并分配至每輛AGV，通過算法規(guī)劃最優(yōu)路徑，往指定通道發(fā)送指令或數(shù)據(jù)至通信系統(tǒng)，總控制系統(tǒng)處理接收信息。在重載AGV運行過程中，磁導(dǎo)航系統(tǒng)實時接收的地標信息通過通信系統(tǒng)發(fā)送至上位機，可實時監(jiān)控每輛重載AGV的工作位置。上位機實時集中監(jiān)控系統(tǒng)界面如圖2所示。

結(jié)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(dǎo)航的重載AGV通過對地面磁信號的檢測實現(xiàn)無人導(dǎo)引，由PLC電氣軟硬件控制以及上位機實時監(jiān)控軟件管理實現(xiàn)車間重載AGV的有效調(diào)度。重載AGV的應(yīng)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(shù)的發(fā)展。

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