【正文】 。 由于 發(fā)達國家 的人力 費用 較高， 因此 ， AGV 的 應(yīng)用 就十分 廣泛 ， 大量 使用 在各類自動化生產(chǎn) 廠中 [22]。 大量用于以下幾個方面 ： 化工的原料及成品；儀器儀表行業(yè)的元器件；印刷出版業(yè)的紙張；電子工業(yè)的芯片、計算機；食品工業(yè)的罐頭、飲料；紡織工業(yè)的棉紗、布匹；汽車工業(yè)的 零部件；金融系統(tǒng)的紙幣、硬幣、黃金；藥品制造業(yè)的 原料、成藥； 國防 安全 里 的裝配、軍用產(chǎn)品 等的運輸 工作 。 柔性裝配線、加工線 過去 常用 的加工流水線都是使用 一根 連續(xù)的運送 裝置構(gòu)成 ，短 的 有 幾米長，長的 可以達到 幾千米，例如車輛連接 線、發(fā)動機安裝 線等。 存在 許多突出問題 ：①所有 工序 之間 必須 實現(xiàn)節(jié)奏一致 ，不然 就會由于 其中 某一工序的問題而耽擱了湖 北 工 業(yè) 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文 14 整條加工 流水 線的工作 ， 例如缺少原料、 廢品 廢物 以及 各類突發(fā)狀況等。② 廠房的 空間必須 大、長、高（方便 大型的 行車工作 ）， 因而 土建 投資 費用 很大。③連續(xù)的加工流水線間斷了各種通道， 致使供應(yīng)線路 過長 ，人與車輛通往 麻煩 。④連續(xù)的加工 流水 線必須 使用各種 設(shè)備， 前期投資費用 很大 。⑤剛性加工 流水 線可以使 原來 能夠 同時 開展 的生產(chǎn) 工作 失去可能 。 這些問題不解決，必然導(dǎo)致生產(chǎn)進度緩慢，生產(chǎn)效率低下 [23]。 AGV 使用 以來，不 單單 可以作為自動 工作設(shè)備 來運用， 還可以 被作為是一個個 隨時隨地 移動的 工作 平臺， 它 不僅可以 單獨 自動地 工作 ， 還 可以 人工的 組合 排列 在一起 工作 ， 之間 沒有 空間 距離， 但 又可以 發(fā)揮實時 調(diào)整 作用 。 廣泛應(yīng)用在 ：車輛連接 線，發(fā)動機 配置 線、 車床生產(chǎn) 線 以及家用電器制造 線等 [24]。 特殊場合 用 AGV 自動 運輸 的 特色 在于 ， 不單單只為了降低工人的 勞動 量，更關(guān)鍵 在于 處理 解決了 很多不適合人工 操作 或者 工作 條件比較 惡劣等 實際 問題 [25]。 避免工人在其中產(chǎn)生的安全隱患。主要用于： 核 物質(zhì) 、危險品（有毒 類 物質(zhì)、腐蝕性 物質(zhì) 、易燃 物品 ）等。 課題來源及研究意義 本課題是來源于機電研究設(shè)計院的項目《 東風(fēng)日產(chǎn)鄭州工廠總裝內(nèi)飾線 KIT裝置 》，重點研究設(shè)計 AGV 的中央管理系統(tǒng)，該項目已經(jīng)成功運用于鄭州日產(chǎn)乘用車總裝車間生產(chǎn)線。 研究意義： RFID 和 AGV 集成系統(tǒng)設(shè)計使得循環(huán)系統(tǒng)貨物運輸更加精確，避免出現(xiàn)運輸貨 物出錯，不僅提高工作效率 ,同時也減輕工作人員的負擔(dān)。 通信方面提高信號接收強度，確保信息實時交換，保證 AGV 小車的正常運行。 設(shè)計 AGV中央管理系統(tǒng)可以使工作車間效率變得更高， 使得小車 更容易管理，方便維修，通過遠程監(jiān)控實時掌握 AGV 動態(tài)，減少人力資源的浪費。 整個循環(huán)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計使得循環(huán)系統(tǒng)更加高效，便捷，自動化，智能化。 論文研究內(nèi)容及布局 本文主要研究設(shè)計 AGV 所需的電氣原件，構(gòu)建循環(huán)系統(tǒng)需要的其他設(shè)備。然后設(shè)計 AGV 與 RDID 集成系統(tǒng)，進而優(yōu)化循環(huán)系統(tǒng)中的通信系統(tǒng)， 使其信號強度最優(yōu)，最穩(wěn)定 。著重研 究設(shè)計 AGV 中央管理系統(tǒng)，通過工具命令語言 (TCL)編寫湖 北 工 業(yè) 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文 15 程序構(gòu)建了一個管理系統(tǒng)，使系統(tǒng)內(nèi) AGV 的運行情況，故障情況，小車電量以及運行的大概位置反映在中央管理系統(tǒng)的監(jiān)控機界面上，實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)小車從物料裝配區(qū) — 工位 — 物料裝配區(qū)的無人化操作。論文布局如下： 第一章 :緒論對 AGV 的概念， AGV 的國內(nèi)外研究概況及趨勢， AGV技術(shù)，以及AGV 的實用性做出了一定的說明。 同時對本次 研究 的出發(fā)點與 研究 意義進行 詳細的論述 。 第二章： 對循環(huán)系統(tǒng)的組成部分 AGV 小車 所需要的電器元件 做了簡單的介紹 ， 主要研究 AGV 控制中心 PLC 控制系 統(tǒng)以及工位定位控制系統(tǒng) 。 第三章： 在 電氣 專業(yè) 角度， 提出了 RFID 與 AGV 的構(gòu)思 模式 和綜合 方案 ，依次從合成 模式 ，閱覽器型號， 標(biāo)簽 定位，無線 裝置 等 多個 角度 論述 了 RFID 與 AGV的 合成體系 。 第四章： 通信系統(tǒng)方面提出一種方案， 實現(xiàn) PLC 之間及其它控制裝置之間的通訊，不僅可以提升 PLC 控制能力，同時便于計算機對系統(tǒng)裝置的有效管理和對系統(tǒng)數(shù)據(jù)的有效處理，大大提高設(shè)備自動化程度， 為 完成 生產(chǎn)制造 廠 的現(xiàn)代化 、自動化、 信息 化 供應(yīng) 相關(guān)的技術(shù) 保障 。 第五章 : 計算機方面設(shè)計 AGV 中央管理系統(tǒng)，編寫系統(tǒng)所用的語言是基于開放性源 編程語言 TCL，建立運算和邏輯來自定義顯示畫面和 SCADA (數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng) )系統(tǒng)。 第 六 章 :對 循環(huán)體系的合理化 工作進行 匯總 ， 同時 對 本課題之后的 研究 工作進行 展望 。 湖 北 工 業(yè) 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文 16 第 2 章 AGV 小車 控制系統(tǒng) AGV 循環(huán)系統(tǒng) 是由每臺 AGV 小車組成的 ， 每臺 AGV小車又是由不同的零部件組成的。本章我們首先研究小車配件，然后研究小車的控制系統(tǒng)中最重的 PLC控制 系統(tǒng)， 最后 研究工位定位系統(tǒng)。 AGV 小車（單臺） 電氣元件選型主要涉及到控制 PLC，顯示界面 ，操作按鈕，障礙物掃描器，揚聲器，警示燈，走形感應(yīng)器，光通訊傳感器 ，走形馬達 [27]。 表 AGV 共通件規(guī)格及品牌 標(biāo)號 部件 規(guī)格 指標(biāo) 單位 數(shù)目 1 控制 PLC CPU224 個 1 2 顯示界面 TD400C 臺 1 3 車架 金屬 框架 ，烤漆 個 1 4 操作按鈕 個 4 5 障礙物掃描器 PX22+耳朵光電 個 1 6 揚聲器 音樂可換 個 1 7 警示燈 DH52RXUDS2BRYG 個 1 8 走形感應(yīng)器 個 1 9 光通訊傳感器 DMSHA1V 個 1 10 走形馬達 BLK5100 個 2 AGV 的外觀及 人機接口設(shè)計 根據(jù) AGV 的功能要求和實際應(yīng)用環(huán)境的考慮，設(shè)計為潛伏式 AGV，采用潛伏式結(jié)構(gòu) AGV 的優(yōu)點是：車體占用空間小，可在各集配區(qū)域的料架下方行走，有效的節(jié)省生產(chǎn)線裝配區(qū)空間 [28]。 AGV 的人機接口裝置在小車前部面板，安裝有啟動/停止、異常復(fù)位、急停按鈕，行駛狀態(tài)指示燈、信息顯示屏及電量表。 開啟 /終止 、 急剎車按鍵都是 體系 用作 正常 啟閉 與緊急 剎車 的， 停止 按鍵 使用 AGV 的控制 進行停車，按下 停止鍵之后能夠 使 AGV 普通 停止 ，不需要 切斷 工作 電源，緊湖 北 工 業(yè) 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文 17 急 剎車 按鍵用在 突發(fā) 事件中， 快速 切斷 AGV 的 工作 ， 當(dāng)緊急停車 按鈕按下后，AGV 切斷一切設(shè)備的動力供給，啟動制動器并報警，直到排除緊急停車原因且按下啟動按鈕之后 AGV 才重新運行 [29]。 復(fù)位 按鍵 是 針對 產(chǎn)生 意外 故障 之后 的復(fù)位作用 。 人機界面的信息顯示屏可以對 AGV 運行狀態(tài)和故障信息進行實時的監(jiān)視，操作人員可以根據(jù)顯示信息實時掌控 AGV 小車的狀態(tài)。實物圖如圖 ： 圖 自動 AGV 小車 的示意 圖 PLC 控制系統(tǒng) PLC 工作原理 根據(jù) 《可編程序 管理 設(shè)備 規(guī)范 》 里 ，把 PLC 定義作 ： PLC 是 一類 能夠 編程 代碼 的 儲存 設(shè)備 ， 可以使用 在 工業(yè) 管理 中 ， 具備數(shù)據(jù) 處理 作用的 工作體系 。 PLC和 PC 機 具備 相似 的 構(gòu)成 方式 ，都是由 工作 電源 、中央 管理 設(shè)備 （ CPU）、 儲存 設(shè)備體系 、 傳輸 端口 、 通訊 板塊 以及系統(tǒng) 功能 板塊 構(gòu)成 。內(nèi)部 使用可以 編程 代碼的 儲存 設(shè)備 ， 具備 數(shù)據(jù) 處理 作用 、 程序 編碼 作用 、 通訊 作用 、 邏輯 管理 作用 等等， 運轉(zhuǎn) 能力很強 ， 使用 范圍 也 十分 廣泛 [30]。 PLC 是 根據(jù)重復(fù) 掃描的 基本 原理，其 運作 流程 通常 被 劃分 為 如下三個步驟 ：刷新 時期 、 使用者 程序 運行 以及 傳輸 刷新 結(jié)果 [31]。在刷新 時期 里 ， PLC 使用依次掃描 的模式處理 傳輸?shù)?信號 資料， 傳輸 時期進展 完 之后 ， 就 開始進行 使用者 程序，對 系統(tǒng) 圖 組成 的 管理 路線 展開 邏輯 處理 ， 且掃描按照先左后右、先上后下的順序。當(dāng) 使用者編程讀取 完 之后 ， PLC就 展開 傳輸 更新 ， 按照 錄入 I/范圍 之內(nèi)所有的 信號 資料， 統(tǒng)計 得出 最終 數(shù)據(jù) 資料 ，并 開啟 外部 設(shè)備 ， 完整 整個邏輯 管理工作 。 完湖 北 工 業(yè) 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文 18 整的執(zhí)行一次工作過程所需要的時間被稱為掃描周期，三個階段工作過程如圖 所示。 圖 PLC 三個階段的工作過程 PLC 輸入 /輸出設(shè)計 PLC 輸入單元主要由人機界面控制按鈕、導(dǎo)引及避障檢測裝置、電機控制器部分輸出、接近開關(guān) 等，輸出端口的連接主要包括故障指示燈報警裝置、電機控制器的輸出部分等 [32]。 PLC輸入 /輸出結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示， PLC 傳輸 端口 連接示意 圖 如 下圖 所示。 輸 入 單 元C P U 單 元 輸 出 單 元電 池 容量 開 關(guān)手 動 控制 按 鈕P L C導(dǎo) 引檢 測避 障檢 測防 撞檢 測工 位檢 測伺 服 驅(qū)動 器 1伺 服 驅(qū)動 器 2伺 服電 機 2伺 服電 機 1聲 光 報警 裝 置在 線 提 示 音 樂 喇 叭 圖 PLC 傳輸 系統(tǒng) 示意 圖 用戶 程序 輸入端子 輸入光耦 輸入暫存區(qū) 輸出暫存區(qū) 輸出狀態(tài)鎖存器 輸出繼電器 輸出端子 外部輸入 輸出 輸入刷新階段 輸出刷新階段 用戶程序執(zhí) 行階段 湖 北 工 業(yè) 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文 19 圖 PLC 輸入 /輸出端口接線圖 工位定位控制原理 在汽車裝配車間生產(chǎn)線上， AGV 需完成將裝配工件的料車從集料區(qū)和多個特定的工位間的移載，并在彎道和直線路徑調(diào)整不同的速度，確保 AGV 小車安全平穩(wěn)運行，故 AGV小車需具備識別工位功能，并完成對應(yīng)的啟動或停止、速度調(diào)整、牽引、裝卸等動作。故站點工位識別技術(shù)是實現(xiàn) AGV 的精確定位和有效調(diào)度管理的重要保障 [33] 。 截至目前 ，在裝配車間中 很多 都使用地標(biāo) 裝配區(qū)域點 磁條的 模式 ，在 工作路徑 的 右邊 加設(shè)了 和工作 軌道 相互 垂直 排布 的、 具有 一定 間隔距離 的 磁條， 磁條的不同組合信息用來區(qū)分站點位置，用來實現(xiàn) AGV 的定位控制 [34]。站點傳感器感應(yīng)這些不同磁力信號的信息，可以進行相應(yīng)動作。根據(jù)現(xiàn)場的實際情況，路徑明確，各工位位置固定，以及規(guī)劃出何處可以高速行走加快效率，何處需要低速慢行，何處需要停止裝卸貨物等信息，所以站點傳感器只需通過識別地面上已鋪設(shè)好的不同順序的三條磁條實現(xiàn)對小車加速、減速、停止等狀態(tài)的控制 [35]。 湖 北 工 業(yè) 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文 20 為了防止磁場干擾，磁條距離不易過近，一般設(shè)定為 3040mm為最佳，且粘貼方向垂直于導(dǎo)航磁條方向。 在具體 工作 里 ， AGV 小車的 兩端 都裝配有 位置感應(yīng) 設(shè)備 ， 可以 檢測 并且 感應(yīng)到 100gauss 之下 的磁場， 表示出南極 和北極。 按照 磁條 的 多種分布 方式 ， 劃分 不同的 工作 點 從而 實現(xiàn)不同的 管理 。如 下 圖 所示 就是 本 課題 中 AGV 磁條 工作 原理 圖 [36]。 S N NS S N中 速高 速N S N低 速SN N啟 動SN停 止S 圖 AGV 磁條定位示意圖 然而這種傳統(tǒng)的定位方式使得 AGV小車在運行的過程中是完全靠地標(biāo)來改變車體運行狀態(tài)的，在實際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)這種定位方式也存在一些缺陷，比如定位磁條一般粘貼在導(dǎo)引運行區(qū)域的外部，容易造成人為的機械損傷；當(dāng)定位站點較多時，實現(xiàn)起來較復(fù)雜等 [37]。 本章小結(jié) 本章主要 從循環(huán)系統(tǒng)中單獨一臺 AGV 小車切入，闡述了組成一臺 AGV所需要的零部件， 重點 研究 AGV 小車的 主控制系統(tǒng) PLC 的工作原理 以及 工位定位原理 。為 實現(xiàn) AGV 的精確定位和有效調(diào)度管理 提供了 重要保障 。 湖 北 工 業(yè) 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文 21 第 3 章 循環(huán)系統(tǒng)中的電氣優(yōu)化 在循環(huán) 系統(tǒng) 中經(jīng)常以為某個工件送錯位置而影響工作效率，進而影響工作進度，甚至導(dǎo)致下面工作無法進行，這一切的源頭是人工掃描工件信息錯誤 （條形碼掃描） ，雖然說人具有很高的能動性，