一种基于PLC控制的工业AGV系统的制作方法

本发明属于工厂物流输送技术领域，具体涉及一种基于PLC控制的工业AGV系统。

背景技术：

自动导引车-AGV（Automated Guided Vehicles ）以下称为AGV，是一种安装自动导引装置，能够沿着指定的导引路线行驶，并且具有安全保护和移载功能的无人驾驶自动化搬运车辆，自动导引车系统技术是传感器技术、可编程技术、信息处理技术、机电一体化技术等多学科的研究成功的集中体现，AGV产品主要功能是实现了工件传输的自动化信息执行与管理，因此AGV系统也已经成为柔性制造系统（FMS）、自动化仓储物流系统中必不可少的一部分，对AGV的研究从最初的传统式定向配送，迅猛地发展到拥有机器人接口的、由复杂的计算机控制的汽车装配线领域，AGV已经成为一个独立的系统，也可以集成到其他系统中，或者成为各个相对独立的自动化生产之间的纽带，目前，AGV移动机器人较多的应用在车间环境，有的工作环境比较恶劣，针对较为复杂的工厂环境使用PLC作为AGV控制系统的主控制器完成对AGV的运行速度、引导及航向控制无疑是一种非常好的选择，正是基于这种情况，我们设计一种基于PLC控制的工业AGV系统。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，而提供一种工作方式灵活、导航精度高、经济效益好的基于PLC控制的工业AGV系统。

本发明的目的是这样实现的：一种基于PLC控制的工业AGV系统，它包括供电模块，所述的供电模块连接有主控模块、引导模块、安全模块、通讯模块和驱动模块，所述的主控模块连接有引导模块、安全模块、辅助模块、通讯模块、驱动模块和显示模块。

所述的主控模块为FX3U型PLC。

所述的显示模块为GT27系列触摸屏。

所述的供电模块为镍铬蓄电池。

所述的驱动模块为交流伺服电机。

所述的安全模块前进方向为非接触式激光防碰撞传感器、接触式保险杆，后退方向为接触式保险杠、急停开关。

所述的辅助模块由控制按钮、声光报警组成。

本发明的有益效果：本发明中采用PLC作为主控模块，安全稳定、便于维护，特别适合在工厂环境中实用，而且PLC具有的强抗干扰性也让基于PLC控制的AGV小车进入比较恶劣的工况中安全稳定的就行任务，另外本发明中采用交流伺服电机代替市面上较为常用的直流伺服电机，在控制精度和加速度、转矩特性方面性能上显得更加优异，而且在本发明中采用的镍铬电池组具有很强的大电流负载能力，同时也具有成本优势。最后，本发明的导引方式采用激光导航，该方式灵活性较好，导航精度高，可以方便的进行路径规划，比较符合目前对柔性化生产和管理的要求；因此一种基于PLC控制的工业AGV系统具有一定的推广应用价值。

附图说明

图1是本发明一种基于PLC控制的工业AGV系统的结构示意图。

图2是本发明一种基于PLC控制的工业AGV系统的供电模块的示意图。

图3是本发明一种基于PLC控制的工业AGV系统的硬件结构示意图。

图4是本发明一种基于PLC控制的工业AGV系统的激光导航示意图。

图5是本发明一种基于PLC控制的工业AGV系统的工作流程图。

图中：1、安全模块2、显示模块 3、前轮 4、按钮 5、激光扫描器 6、蜂鸣器 7、驱动装置 8、通讯模块 9、主控制器 10、直流电池组 11、万向轮。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明。

实施例1

如图1-5所示，一种基于PLC控制的工业AGV系统，它包括供电模块，所述的供电模块连接有主控模块、引导模块、安全模块、通讯模块和驱动模块，所述的主控模块连接有引导模块、安全模块、辅助模块、通讯模块、驱动模块和显示模块。

本发明在应用中，如图1所述，引导模块中激光扫描器接收已有反射板上信号，并将信号传输给主控模块PLC中，PLC实时测量和计算小车的当前坐标及航向，然后PLC将计算后通过指令传送到驱动模块中，引导AGV小车的行驶状态，当前方有障碍物出现时，安全模块中避障传感器会有一个高电平信号传输给主控模块PLC中，主控模块根据接收到的信息指令AGV小车开始减速，同时安全与辅助模块7开始声光报警，当障碍物被移走后或重新调整AGV运行路径后，AGV将继续前进，直到完成系统指定的任务后停止或执行下一个工作，本发明中主控模块以及驱动模块、引导模块、通讯模块、安全模块与辅助模块电源均来自供电模块提供；

如图2所述，一种基于PLC控制的工业AGV系统具体到硬件部分来说包括安全模块中保险杠、避障传感器1，显示模块2，驱动轮3，按钮4、激光扫描器5、蜂鸣器6、驱动模块7、通讯模块8、主控模块9、供电模块10、万向轮11。本发明AGV安全模块1中安装有避障传感器和保险杠，当前方有障碍物出现时，传感器会有一个高电平信号，传送给主控模块9，小车就会开始减速，同时蜂鸣器6开始声光报警，当障碍物被移走后，AGV将继续前进。AGV上安装有激光扫描器5，可以发射和接收已有反光板的信号，PLC通过算法将精确测量后得到各反射板的精确位置信息，然后驱动AGV行走路径；本发明中避障传感器采用SICKS3000，在遇到障碍物时,将检测到的信号输送给主控系统PLC中，由PLC判断后执行先减速后停车指令，减速区和停车区可在4m半径内任意设置，S3000在应用上具有防护距离较长、多层防护区域、参数设置可以存储等优势，而且该传感器有7段LED显示运行状态，方便错误诊断，该传感器模块化设计方便更换。

如图3所述，本发明中供电模块5采用直流电源模块，给主控模块供电是DC24V,激光传感器和三色灯使用DC24V，通过逆变器，逆变成交流220V电压，驱动模块中伺服电机采用的是交流220V电压。

如图4所述，本发明中导引模块采用德国SICK公司的NAV300激光定位系统来实现的，它由激光扫描器,反射板组成。激光扫描器由激光头和底座组成,其中底座包括了发射装置,接收装置和计算元件；其定位原理是激光扫描器按照一定的频率360度全局扫描，精确测量每块反光板的空间坐标位置，并将各反光板的坐标信息存储在本发明主控模块PLC中，PLC根据已编写的控制程序进行导引计算，将激光扫描器的信号转化为驱动AGV的控制命令，在行走过程中通过相关联的反光板实时修正自身坐标位置，并据此调整AGV下一步动作。

如图5所述，一种基于PLC控制的工业AGV系统，工作流程为按下触摸屏开始按键，程序开始初始化，PLC根据已有编写的控制程序输出相应指令，对应指示灯被点亮，如果正常则进行下一步，AGV车上前端的避障传感器检测前方是否有障碍物，如果没有则进行下一步，AGV车身顶部安装的激光扫描器按照控制要求的频率不断向四周发射激光线束，并接收由反光板反射回来的激光束，经过PLC控制器逻辑运算，得出AGV当前位置以及航向，当AGV接近目标地址时，PLC通过运算对驱动模块发出减速指令，如果超出目标位置，则AGV小车自动快速减速至停止。到达目标地址后速度减至0，该过程完成一个完整的控制流程。

实施例2

如图1-5所示，一种基于PLC控制的工业AGV系统，它包括供电模块，所述的供电模块连接有主控模块、引导模块、安全模块、通讯模块和驱动模块，所述的主控模块连接有引导模块、安全模块、辅助模块、通讯模块、驱动模块和显示模块，所述的主控模块为FX3U型PLC，所述的显示模块为GT27系列触摸屏，所述的供电模块为镍铬蓄电池，所述的驱动模块为交流伺服电机，所述的安全模块前进方向为非接触式激光防碰撞传感器、接触式保险杆，后退方向为接触式保险杠、急停开关，所述的辅助模块由控制按钮、声光报警组成。

本发明主要包括供电模块、主控模块、驱动模块、安全模块、显示模块、辅助模块，各模块主要功能为：供电模块：AGV移动机器人供电模块为整个系统提供稳定可靠的工作电源，供电模块需考虑电压、电流范围，电源充放电时间，使用寿命等基本参数。目前市场上AGV使用较多的蓄电池有镍铬电池、铅酸电池和锂电池等，其中镍铬电池和铅酸电池两者占比约为84%，锂电池占比约为9%，铅酸电池不适用高温环境，也不具备大电流充电能力且有酸雾腐蚀污染，锂电池目前价格是其他蓄电池的1.4-1.75倍之多，镍铬电池的寿命比较长，可以过放电，本系统中AGV配备24V镍铬快速充电电池，充电时间与工作时间比例可达1：6-8。

主控模块：采用PLC作为AGV的主控模块是由PLC在工业控制领域稳定性、安全性、可靠性、抗干扰能力优异表现，单台PLC价格高，但使用方便，容易实现控制功能，PLC采用严格的生产工艺，制造采用现代大规模集成电路技术，而且内部电路设计采用先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性，从PLC的外电路来看，使用PLC构成的控制系统，和同等规模的接触器系统相比，故障率相对也很低，此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。

引导模块：本系统中使用的导引采用激光导引，激光导引实在AGV车上安装激光发射和接收装置，在AGV运行轨迹两侧放置对应的激光反射板，控制器依据AGV车上装置的激光发射器发出信号经过反射板反射至接收装置的光速时间差，通过几何原理计算AGV小车的位置和姿态，之后确定AGV的运行轨迹。因此采用激光导航方式，不需要在地面铺设磁铁和轨道，柔性化较强而且精度也非常高。

驱动模块: 目前在AGV驱动系统中较多的使用直流伺服电机、交流伺服电机和步进电机，直流伺服电机由于维护不便，容易产生电磁干扰，而步进电机在控制精度方面明显的不如交流伺服电机性能优越，因此本发明驱动模块采用交流伺服系统，相比较于直流伺服电机，交流伺服电机结构简单、控制精度跟高，转矩特性更好，加速性能更高，过载能力更强。

通讯模块: 通讯模块主要用于实现AGV小车与AGV调度管理系统信息交互，本系统中通讯模块采用无线通讯方式，无线局域网不但支持全双工通讯模式而且具有组网灵活、传输速率高、便于扩展、安装便捷等优点，非常适用于AGV后续的组网通讯。

安全模块:为确保AGV在运行过程中自身安全，特别是现场人员的安全及各类设备的安全，系统中设置了软硬件保护包括故障检测与处理算法，各种类型的接触式、非接触式防碰撞传感器，一旦接近障碍物会及时发出声光报警、紧急停止指令同时安装有接触式安全杠，保证人员和设备安全。

显示模块：在本系统中显示模块使用一块触摸屏，能提供强大的对象用于运行参数设置和调整，手动或者自动模式选择，路径规划与显示等功能，而且能够实时显示AGV小车运行状态，发生故障时能够显示相关的文字、图片提示。工作人员可以根据提示的信息，排除相应的故障。

辅助模块:在系统设计中，相应的按钮开关、蜂鸣器、报警灯等辅助元件在AGV系统功能中起着至关重要的作用，在AGV的周边设有急停开关，任何时间按下急停开关，AGV立即停止运行，三色灯以及蜂鸣器在设备任何运行异常情况下均能够进行声光报警，以提醒周边工作人员。

本发明在应用中，如图1所述，引导模块中激光扫描器接收已有反射板上信号，并将信号传输给主控模块PLC中，PLC实时测量和计算小车的当前坐标及航向，然后PLC将计算后通过指令传送到驱动模块中，引导AGV小车的行驶状态，当前方有障碍物出现时，安全模块中避障传感器会有一个高电平信号传输给主控模块PLC中，主控模块根据接收到的信息指令AGV小车开始减速，同时安全与辅助模块7开始声光报警，当障碍物被移走后或重新调整AGV运行路径后，AGV将继续前进，直到完成系统指定的任务后停止或执行下一个工作，本发明中主控模块以及驱动模块、引导模块、通讯模块、安全模块与辅助模块电源均来自供电模块提供；

如图2所述，一种基于PLC控制的工业AGV系统具体到硬件部分来说包括安全模块中保险杠、避障传感器1，显示模块2，驱动轮3，按钮4、激光扫描器5、蜂鸣器6、驱动模块7、通讯模块8、主控模块9、供电模块10、万向轮11。本发明AGV安全模块1中安装有避障传感器和保险杠，当前方有障碍物出现时，传感器会有一个高电平信号，传送给主控模块9，小车就会开始减速，同时蜂鸣器6开始声光报警，当障碍物被移走后，AGV将继续前进。AGV上安装有激光扫描器5，可以发射和接收已有反光板的信号，PLC通过算法将精确测量后得到各反射板的精确位置信息，然后驱动AGV行走路径；本发明中避障传感器采用SICKS3000，在遇到障碍物时,将检测到的信号输送给主控系统PLC中，由PLC判断后执行先减速后停车指令，减速区和停车区可在4m半径内任意设置，S3000在应用上具有防护距离较长、多层防护区域、参数设置可以存储等优势，而且该传感器有7段LED显示运行状态，方便错误诊断，该传感器模块化设计方便更换。

如图3所述，本发明中供电模块5采用直流电源模块，给主控模块供电是DC24V,激光传感器和三色灯使用DC24V，通过逆变器，逆变成交流220V电压，驱动模块中伺服电机采用的是交流220V电压。

如图4所述，本发明中导引模块采用德国SICK公司的NAV300激光定位系统来实现的，它由激光扫描器,反射板组成。激光扫描器由激光头和底座组成,其中底座包括了发射装置,接收装置和计算元件；其定位原理是激光扫描器按照一定的频率360度全局扫描，精确测量每块反光板的空间坐标位置，并将各反光板的坐标信息存储在本发明主控模块PLC中，PLC根据已编写的控制程序进行导引计算，将激光扫描器的信号转化为驱动AGV的控制命令，在行走过程中通过相关联的反光板实时修正自身坐标位置，并据此调整AGV下一步动作。

如图5所述，一种基于PLC控制的工业AGV系统，工作流程为按下触摸屏开始按键，程序开始初始化，PLC根据已有编写的控制程序输出相应指令，对应指示灯被点亮，如果正常则进行下一步，AGV车上前端的避障传感器检测前方是否有障碍物，如果没有则进行下一步，AGV车身顶部安装的激光扫描器按照控制要求的频率不断向四周发射激光线束，并接收由反光板反射回来的激光束，经过PLC控制器逻辑运算，得出AGV当前位置以及航向，当AGV接近目标地址时，PLC通过运算对驱动模块发出减速指令，如果超出目标位置，则AGV小车自动快速减速至停止。到达目标地址后速度减至0，该过程完成一个完整的控制流程。