褚淵博 薛靈芝 楊 娜

（延安大學(xué)西安創(chuàng)新學(xué)院，陜西 西安710100）

0 引言

伴隨中國(guó)經(jīng)濟(jì)和科技的迅速發(fā)展，國(guó)民生產(chǎn)各個(gè)環(huán)節(jié)所要求的自動(dòng)化水平也越來(lái)越高。傳統(tǒng)的生產(chǎn)企業(yè)采取鋼軌運(yùn)輸車(chē)、人工推拉板車(chē)或者人工駕駛電瓶車(chē)等實(shí)現(xiàn)車(chē)間生產(chǎn)線之間的物料搬運(yùn)，這種運(yùn)輸工具及運(yùn)輸方式因具有噪音大、投資高、效率低下及安全性差等缺點(diǎn)而會(huì)逐漸被淘汰。進(jìn)入21世界以來(lái)，計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)及通信技術(shù)等的飛速發(fā)展及相互融合為解決傳統(tǒng)車(chē)間物料運(yùn)輸所面臨的諸多難題提供了希望。本文以三菱公司生產(chǎn)的FX2N系列PLC為核心控制器，以與其相配套的觸摸屏為操控界面，實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸車(chē)軌道自識(shí)別、故障探測(cè)、站臺(tái)檢測(cè)等智能控制功能，最終達(dá)到智能運(yùn)輸車(chē)在工作臺(tái)或生產(chǎn)線之間自動(dòng)往返運(yùn)料的目的。

1 智能運(yùn)輸車(chē)總體設(shè)計(jì)方案

本設(shè)計(jì)智能運(yùn)輸車(chē)系統(tǒng)主要由車(chē)體、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、檢測(cè)系統(tǒng)、PLC控制器和觸摸屏等組成，運(yùn)輸車(chē)車(chē)體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。圖中觸摸屏作為人機(jī)交互界面，一方面顯示車(chē)體位置和速度等信息，一方面接受操作人員的命令輸入，運(yùn)輸車(chē)沿鋪好的紙質(zhì)軌道開(kāi)始運(yùn)行后，尋跡傳感器、避障傳感器和角度傳感器開(kāi)始檢測(cè)信號(hào)，分別輸入運(yùn)輸車(chē)位置信息、障礙物信息和速度信息給控制器PLC,控制器根據(jù)接收的檢測(cè)信息和內(nèi)部的控制程序進(jìn)行分析計(jì)算，輸出加減速信息給由直流電機(jī)帶動(dòng)的驅(qū)動(dòng)輪系統(tǒng)，輸出轉(zhuǎn)向信息給由步進(jìn)電機(jī)控制的裝箱輪系統(tǒng)，并最終實(shí)現(xiàn)小車(chē)自動(dòng)駕駛、躲避障礙物和站臺(tái)?？康裙δ堋?/p>

本智能運(yùn)輸車(chē)通過(guò)光電傳感器實(shí)現(xiàn)運(yùn)行軌道的自動(dòng)尋跡,智能運(yùn)輸車(chē)尋跡的原理是，依靠并列安裝的3只光電傳感器檢測(cè)地面綠色軌道，將傳感器接收的不同電平信號(hào)輸送給PLC，因不同的電平信號(hào)代表運(yùn)輸車(chē)與軌道不同的相對(duì)位置關(guān)系，PLC會(huì)根據(jù)位置信息和程序進(jìn)行分析計(jì)算并輸出相應(yīng)的的電壓脈沖給步進(jìn)電機(jī)控制其正反轉(zhuǎn)，進(jìn)而控制舵輪（轉(zhuǎn)向輪）向左或向右調(diào)整運(yùn)行方向，同時(shí)舵輪上的角度傳感器檢測(cè)實(shí)時(shí)方向，將其反饋給控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)舵輪轉(zhuǎn)向的閉環(huán)控制，使得轉(zhuǎn)向輪的偏轉(zhuǎn)角度和軌道角度盡快一致，即實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸車(chē)對(duì)軌道的自動(dòng)尋跡。

2 硬軟件介紹

硬件上本系統(tǒng)采用的是三菱公司FX-2N型PLC作為核心控制器，以與其配套的F94*GOT觸摸屏作為人機(jī)對(duì)話窗口，選用XM4-10125A型號(hào)的直流驅(qū)動(dòng)電機(jī)，它是24V直流供電，功率可達(dá)250W；而舵輪控制的核心選用57BYGH802混合式步進(jìn)電機(jī)，對(duì)步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)是用YKA2304ME是等角度的恒力矩細(xì)分型高性能步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器來(lái)實(shí)現(xiàn)的，可使步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)精度提高，振動(dòng)減??；另外尋跡采用3個(gè)反射式光電傳感器，測(cè)速采用對(duì)射式光電傳感器，角度檢測(cè)采用電阻型傳感器。

軟件設(shè)計(jì)使用與三菱公司生產(chǎn)的FX2N系列PLC配套使用的Gx Developer Version 8編程軟件。在用戶程序中采用了分塊設(shè)計(jì)和對(duì)反復(fù)執(zhí)行的部分進(jìn)行子程序設(shè)計(jì)的方法，整個(gè)程序大致可以分為：觸摸屏設(shè)計(jì)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制、自動(dòng)尋跡控制、轉(zhuǎn)向控制、傳感器軌道檢測(cè)、車(chē)速檢測(cè)以及避免障礙物等幾部分程序。此外，PLC是專(zhuān)門(mén)為工業(yè)環(huán)境設(shè)計(jì)的控制裝置，如果現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境過(guò)于惡劣、電磁干擾特別強(qiáng)烈或安裝使用不當(dāng)，都不能保證系統(tǒng)的正常安全運(yùn)行。我們?cè)谲浖喜捎每撮T(mén)狗指令、32數(shù)據(jù)寄存器和程序互鎖結(jié)構(gòu)等措施來(lái)抑制干擾。

3 結(jié)語(yǔ)

本設(shè)計(jì)提出的智能運(yùn)輸車(chē)經(jīng)實(shí)驗(yàn)室模擬調(diào)試、現(xiàn)場(chǎng)模擬調(diào)試和現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行調(diào)試證明操作簡(jiǎn)便，運(yùn)行平穩(wěn)，性能可靠。與傳統(tǒng)意義的車(chē)間運(yùn)輸工具相比有不少優(yōu)點(diǎn)：技術(shù)人員只需按生產(chǎn)工序鋪設(shè)價(jià)格便宜的軌道紙，智能運(yùn)輸車(chē)便可實(shí)現(xiàn)無(wú)人駕駛按命令準(zhǔn)確停靠目的站臺(tái)，如果車(chē)間生產(chǎn)線升級(jí)，不需破壞車(chē)間路面，只要按新的生產(chǎn)工序重新粘貼軌道紙，可以降低生產(chǎn)成本進(jìn)而提高效益；采用內(nèi)容形象直觀的觸摸屏操作界面實(shí)現(xiàn)人機(jī)互動(dòng)，使得車(chē)間生產(chǎn)環(huán)境更加人性化，任何不懂電腦知識(shí)的人通過(guò)手指觸摸屏幕，便可操作運(yùn)輸車(chē)且，避免了傳統(tǒng)復(fù)雜接線產(chǎn)生的系統(tǒng)不可靠；配備自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)和報(bào)警避障系統(tǒng)，可以代替人執(zhí)行具有危險(xiǎn)性的車(chē)間物料運(yùn)輸。