原鹏飞 陈飞 李玉帆 裴立明 倪林轩
（1.江西洪都航空工业集团有限责任公司 南昌330024）
（1.Jiangxi Hongdu Aviation Industry Group NanChang 330024,China）
[摘要] 本论文介绍了直线往复式RGV的控制系统设计，主控制器以西门子公司 S7-1200 系列plc为控制核心，轨道式导引车（RGV）系统设计主要分为系统硬件组成、通讯网络、逻辑路径分析、防撞控制、方向判断、停车定位控制。 论文系统分析了从控制硬件、接口通信、控制系统方案的实现过程，设计过程中的关键技术梳理分析，该控制系统已在实际的物流项目中取得很好的应用效果。
[关键词] RGV；通信；PLC；控制
[中图分类号] TN 919 文献标识码：A
引言
在当今的柔性制造系统中，轨道导航小车( Rail Guided Vehicle，简称RGV)、自动导航小车（AGV）都是工件主要传输手段。RGV具有速度快、可靠性高、成本低等特点和稳定性已在现代制造业、物流等行业内得到快速发展和广泛的应用，并扮演越来越重要的角色。根据功能的不同，可分为装配型RGV系统和运输型RGV系 统两大类型。装配型RGV除了行走外，往往在小车上加各种便于装配的功能，比如夹紧、举升等，在操作上手动自动相结合；运输型RGV则更强调运输的协调性、连续性和及时性，功能相对单一，以自动运行为主。而根据运动方式的不同，可分为环形轨道式和直线往复式。环形轨道式的RGV小车沿头尾相接的封闭环形轨道循环运行；直线往复式RGV小车则在直线的轨道上做交替地前进后退动作。下面以的直线往复式RGV系统为例，对 RGV 控制系统进行分析研究与设计。
一、 RGV系统控制硬件组成
RGV小车由机械部分、电气部分和控制软件三部分组成。机械部分包括RGV小车本体、轨道；电气部分包括RGV本身控制系统、地面控制台；控制软件可以使RGV小车按预设的程序执行工作，其控制内容包含防撞控制、方向判断、停车定位控制等多项。随着信息技术的不断进步，越来越多的RGV还引用了无线技术作为RGV小车或RGV系统与外围设备的通讯手段，比如WIFI等。由于生产要求的复杂化，不同行业、不同的使用场合对RGV系统提出的应用要求各不相同。
二、 RGV系统工作模式
RGV系统共有三种工作模式，分别为自动/手动/半自动模式。
自动模式：RGV只有在自动模式才能执行运输料框等相关任务。RGV正常使用状态下请将模式开关打在自动模式。
手动模式：此模式下所有自动流程失效。如果RGV正在执行自动任务，此时切换为手动，RGV将暂停工作，但并不会清除当前任务，切回自动模式后RGV可继续执行之前的任务。手动模式主要用于RGV故障情况下专业人员对RGV进行查看维修。此时，可使用HMI页面对RGV相关机构进行点动操作。
半自动模式：此模式下所有自动流程失效。如果RGV正在执行自动任务，此时切换为半自动，RGV将暂停工作，但并不会清除当前任务，切回自动模式后RGV可继续执行之前的任务。
三、 通讯实现方案
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RGV系统采用无线通讯方案。 在工厂车间现场，工况条件复杂，无线通信不易受遮挡物干扰且安装要求不高，不需要硬接线连接的排线施工，大幅减少施工工作量，可以在无线系统覆盖区内的任意位置通过无线客户端（如笔记本电脑）对系统进行操作和监控，系统界面全开放，柔性程度高，扩展容易。将来若想增加RGV，控制系统只需增加一套控制单元和一台无线中继器即可。
四、 RGV控制要求及其实现
对于RGV速度控制，为避免启动和停止过程中的震动，车体的加减速控制是非常重要的，本文采用阶梯式变速控制算法来控制RGV行驶速度，该速度曲线是一条连续的曲线，速度变化过程平稳，启动和停止过程无加速度突变问题，能够有效减少RGV启停过程受到的冲击，提高整个系统的稳定性。
穿梭车控制系统以速度给定算法为核心，以S型速度曲线为控制目标。S型速度曲线计算程序作为为PLC程序特殊的程序模块，目的是计算并输出当前速度及加速度。PLC通过激光测距传感器和旋转编码器获得当前位置及速度信息，将获取信号输入到相应S型速度曲线计算程序来计算，最终将速度信号传递给电机控制器，以驱动穿梭车按给定曲线运行。
RGV停车距离控制：实现在距目标位置多长距离时发送停车命令，即当实时距离与目标距离差的绝对值小于没定的停车距离时发送停车指令，经过实验可得当RGV速度降到 0.05 m/s时停车距离为10 mm停车精度较好，停车精度为±3 mm。同时考虑到激光测距的精确度为毫米级，停车时会出现停车位置在非整数值距离上，致使激光测距值出现实时跳动，跳动误差在±3 mm，导致RGV无法停车，出现RGV在目标点附近来回振动运行，故必须设计出停车误差值，即为激光测距值的跳动误差值，在此误差范围内PLC向变频器传送的是停车信号。
RGV认址装置：指RGV出入轨道起到定位信号作用的装置。认址装置有链条式认址、同步带式认址、摩擦轮式编码式，以及激光认址、条码认址等多种方式。可以根据不同的需要配置不同的电控模式进行使用。认址装置的准确性和稳定性直接影响穿梭车的定位精度及运行的稳定性。因此，要根据不同设备的运行能力要求和投资成本选择不同的认址方式。
RGV 移载运输控制：通过移载面板上两侧的光电开关传感器，对运输的货物进行安全监测，并控制移载电机运动方向，保证货物位于RGV的运输面板上的安全区域，同时要求移载电机与行走电机的控制有连锁保护。
安全防撞控制：要求遇到障碍物时 RGV 能及时停车，当障碍物撤离时能自动启动继续向目标运行。采用激光障碍物传感器（检测范围0-180°，检测距离0~3m可调），确保运行安全。0.2-0.5米范围内检测到障碍物体刹车停止。当检测到障碍物进入安全警示区域是RGV减速运行并提出报警声；当检测到障碍物进入危险区域时RGV自动停车，障碍物移走后自动恢复运行。
RGV小车前面设有接触式传感器-保险杠。当保险杠与障碍物发生碰撞，RGV会停车保护，障碍物移走后RGV自动恢复运行。
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如果要单独设置每个区域，选择要设置的线接plc，其他线接地，此时可以用上位机软件选择区域（如下图左），设置范围距离方法同上，并载入传感器（如下图右）。可依照区域设置表选择区域。（例：绿、黄、紫、白黄线对应plc的output0、output1、output2、output3后，将绿线接plc的output0，其他三根线接地，此时为OFF ON ON ON，可以在软件中选择area1，拉选好范围和距离，read area后，绿线代表区域1。）
参考文献
[1]l张应强，魏镜波，土庭有.RGV控制系统设计研究[J].河南科学，2012,30(01):94-96.
[2]肖艳霞.白动化立体仓库智能穿梭车设计及其运动学分析[D].合肥工业大学，2017
[3]姚晓明一种改进型环行有轨穿梭车[J].物流技术，2017,36(08):122-123+151.
作者简介：原鹏飞，（1986-）、江西洪都航空工业集团有限责任公司、硕士/工程师；邮箱15570371556@163.com。