基于PLC和ZIGBEE无线通讯的AGV自行小车设计

闫峻

摘要：在工业现场某些特定的场合对自动化运输提出了较高的要求，现有传统的运输方式已经无法满足其需求。AGV凭借其可靠、安全、高效和灵活的特点成为这些应用场合不二的选择。本文基于PLC和ZIGBEE无线通讯设计了AGV自行小车，介绍了其硬件组成、软件组成、地标设定和磁条粘贴方法。

关键词：PLC ZIGBEE无线通讯 AGV

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2014）12-0020-01

AGV是Automated Guided Vehicle的英文缩写，意为“自行引导运输车”，是指安装有电、磁或光学（激光）等自动引导装置，能够按照规定路径自行行驶或牵引货物台车到达指定目的地的智能运输小车。本文基于PLC和ZIGBEE无线通讯设计了AGV自行小车，现将其硬件组成、软件组成、地标设定和磁条粘贴进行简单介绍。

1 硬件组成

潜伏牵引式AGV小车硬件包含驱动单元（包括驱动电机）、导航传感器、控制单元（含控制器和通讯模块）、支撑轮（前轮为万向轮）、地标传感器、牵引共计6个部分。对主要硬件组成简要介绍如下：

（1）驱动单元。驱动单元主要包括驱动直流电机和电机驱动器。直流减速电机具有体积小，重量轻，力矩大，控制能力强，结构紧凑，运行可靠等特点，小车驱动直流电机选用的是深圳松文机电有限公司生产的型号为供电电压为24V的DM-12SGU（5GU-25KB）直流电机（带减速机），此直流电机调速时相比其他电机能耗较小，使用寿命长。AGV小车的直流电机驱动器主要功能为通过接收PLC模块的指令或信号，达到控制相应直流电机的转速、启动和停止、方向和目的地。

（2）导航传感器。磁导航传感器，用于检测导引磁条，使小车能够沿着预定铺设的磁条运行，达到小车循迹的功能。本产品选用的是型号为JH-06的磁导航传感器。JH-06磁导航传感器利用其内部间隔20mm平均排布的6个采样点，能够检测出磁条上方100 gauss以下的微弱磁场，每一个采样点都有一路信号对应输出。AGV运行时，磁导航传感器内部垂直于磁条上方的连续1-3个采样点会输出信号，依靠输出的这几路信号，可以判断磁条相对于JH-06型AGV磁导航传感器偏离位置，据此AGV会自动作出调整，确保沿磁条前行。

（3）控制单元。小车通讯采用ZIGBEE无线采集模块（1080A、1080）。ZIGBEE无线采集模块可以实现AGV小车与上位机（AGV中央控制管理系统）之间的无线通讯，通过上位机的操作就可以实现对小车的控制与运行监控。PLC模块是小车控制的核心。其主要功能为：通过接受磁导航传感器、地标传感器、ZIGBEE无线数据采集卡、光电开关和接近开关的开关量或数字量信号直接或间接控制两套直流电机的运转；控制AGV小车上牵引销和升降机的上升和下降；控制AGV小车前后及左右灯，还有车顶灯的开启和熄灭等等各项功能。AGV小车所使用的PLC型号为MASTER-K120S标准型K7M-DRT60U。

（4）地标传感器。地标传感器，用于检测地标磁条，读取相应的地标信息，使小车能够实现地标所对应的功能（快速、中速、慢速、停止、分岔等）。采用JH-100B型AGV地标传感器。该地标读取器采用1路采样点，能够检测并区分100 gauss以下微弱的N极磁场和S极磁场，并通过两路NPN输出来区分指示。磁条导航方式的自动导引车AGV，沿着地面铺设的磁条行驶。JH-100B型AGV地标传感器，安装在AGV车体侧面的底部，距离磁条表面20—40mm，磁条宽度为30-50 mm，厚度1mm。AGV的运行路径是由多条路段首尾连接而成，地标磁条作为路段的首尾端点，用来指示AGV进入哪个运行路段，从而控制AGV加速、减速、停车等。实际使用中，地标磁条垂直于导航磁条方向，贴在导航磁条旁边的地面上。

2 软件组成及功能

（1）ZIGBEE高级测控系统（ZIGBEE Sever）。ZIGBEE高级测控系统即ZIGBEE Sever主要用来建立和监控ZIGBEE 1080和ZIGBEE 1080A之间的连接。实现PC机和PLC之间的数据传送和接收。其操作简单，可实现的监控范围广，数据传送量大。

（2）小车设置与运行监控系统。单独一台AGV小车可通过单机版系统对运行参数进行设置，两台及两台以上小车可组成一个AGV小车运行系统，系统可通过上位机进行参数设置和实时调度。

3 地标定义与设置

（1）地标定义。地标磁条分两种极性，一种是S极，一种是N极；为方便区分，S极磁条表面为黄色，N极磁条表面为绿色。根据地标传感器的输出特性和控制单元的输入特性，将S极输入定义为数字量“0”，N极输入定义为数字量“1”。

（2）地标命令设置。四位地标命令是一个二进制常数，从0000到1111，也就是十进制的0到15。每个编号的定标可根据使用习惯和工艺需求定义为任意一种地标命令，如可将0000定义为加速，减速，停止，分岔等。要注意的是，前后两个地标命令的定义不能有逻辑上的冲突。另外，可根据工艺和现场需要，将地标命令扩展为一个五位二进制常数，即十进制编号0到63。

4 AGV小车磁条粘贴

（1）导航磁条粘贴方法。按照行走线路画出小车运行路径，然后再按照路径进行粘贴；粘贴时导航磁条之间最好不要出现缝隙，避免漏磁现象发生；导航磁条粘贴后需用力按压，使磁条与地面紧密接触，提高磁条使用寿命；使用警示胶带对导航磁条进行粘贴封闭，保护磁条不受污染。

（2）地标磁条粘贴方法。按照工艺需要定义地标磁条，事先做好地标的编码，地标磁条一律粘贴在小车运行正方向的右边；粘贴前将地面清理干净，不可有油污、灰尘或其他杂物；弯道处不可粘贴地标，地标应该距离弯道有一定的位置，必须在车身摆正之后的位置粘贴地标；用警示胶带对地标磁条进行粘贴封闭，保护磁条不受污染。

5 结语

AGV实现了物料的自动化搬运，一方面克服了人工操作的弊端，降低了劳动成本，另一方面也因为其灵活、高效、安全等特点为物料的自动、快速、高效转运提供了可能。我国工业的发展的需求对AGV设备的需求日益增大，其应用前景非常广阔。

参考文献

[1]高键，方滨，尹金玉，等.ZigBee无线通信网络节点设计与组网实现.计算机测量与控制，2008，16（12）：1912-1914.

[2]张正义.AGV 技术发展综述.物流技术与应用，2005，7：67-73.