重载AGV在机车检修行业中的应用

吴晓婧 袁健 卢倩 崔治 陈西府

摘 要：本文通过分析物流运输和机车检修的现状和发展趋势，提出了一种应用于高级检修车间的重载AGV，介绍了其主要系统架构。本类重载AGV的硬件结构以可编程控制器为核心，接受处理信息并发送指令；通过地面磁条和磁传感器实现精准导引，PC端上位机实时接收位置信息，监控AGV 运行状态，具有高灵活性、高准确性和高承载力等特点，可有效提高机车检修效率，优化检修系统结构。

关键词：重载AGV；机车检修；物流运输

中图分类号：TH238 文献标志码：A

Abstract： Based on the analysis of the current situation and development trend of logistics transportation and locomotive maintenance， this paper proposes a heavy-load AGV applied in advanced maintenance workshop and introduces its main system architecture. The hardware structure of heavy-load AGV of this class takes programmable controller as the core to accept processing information and send instructions. The upper PC terminal machine receives the locational information in real time and monitors the running state of AGV.It has the features of high flexibility， accuracy and bearing capacity， which can effectively improve the maintenance efficiency of the motor vehicle and optimize the maintenance system structure.

Keywords： heavy-load AGV； Train maintenance； Logistics transportation

0 引言

无人导航自动导引车（Automatic Guided Vehicle），简称AGV，它是一种具有储电能力，可无线接收信号并通过传感检测模块实现无人导航的智能小车，通过上位机管理运送任务并根据算法自动规划路径，依靠无人导航系统自动行驶至指定工位，完成运输任务。AGV具有运行自动化、功能柔性化、操作智能化等特点，可在重载或人力劳动量大的情况下有效地减轻工作负担，实现大批量连续运输生产，节约人工成本，提高车间输出效率，现已广泛应用于物流运输、制造业等领域。为了适应各种市场及行业对自动化物料运输系统的需求，AGV逐渐向高承载能力、高导航精准性以及小型化发展。

随着我国高速列车行业的不断提速，机车组全面工作运营，列车维修工作愈发重要，将重载AGV运用于维修车间的零部件配送工作中，能在既有检修条件下有效地优化维修效率，减少机车停时，提高检修车间的检修效率和检修量。

1 总体设计

重载AGV主要由总控制系统、上位系统、电源系统、磁导航系统、底盘运动系统、人机交互系统、安全系统和通信系统等部分组成。

（1）总控制系统由PLC电气控制模块、继电器组等部件组成，主要功能是接收处理信息，统筹控制各个系统配合工作。

（2）上位系统由PC端上位机软件组成，主要负责分配运输任务，进行路径规划，防止时间段内路径冲突，同时可实时监控AGV运行状态。

（3）电源系统由电池模块组成，主要功能是为各系统提供工作电源，在电量不足时自动运行至充电区域。

（4）磁导航系统由磁条、磁传感器、地标芯片、地标接收器等模块组成，AGV底部的磁传感器实时接收贴于路径上的磁条信息，地标接收器检测每隔一段距离布置的地标芯片内存储的位置信息，并发送位置信息至总控制系统进行位置更新。

（5）底盘运动系统由麦克纳姆轮和伺服电机组成，通信系统接收到上位机发出的规划路径后对底盘运动系统发出动作指令，在行进过程中接受安全系统和磁导航系统发出的路径调整指令并修正运动方向，直至将零部件运动至指定工位。

（6）人机交互系统由状态显示屏、启动和急停开关组成，状态显示屏可以实时显示当前运送物料类目、数量、目标工位、送达时间等信息，启动和急停开关可控制重载AGV开始和停止工作。

（7）安全系统由红外传感检测模块、安全指示灯、蜂鸣器和防撞开关等部件组成，红外传感检测主要负责检测重载AGV安全运行区域内是否有障碍物，若有则发送至人机交互系统使安全指示灯闪烁，蜂鸣器报警提示行人，当与障碍物距离小于警报距离，将发送指令至地盘运动系统使AGV减速至停止，当有物体碰撞至车体外壁的防撞开关时，重载AGV会立即停止。

（8）通信系统主要由信号接收器与发送器组成，负责重载AGV工作过程中与上位机的信息传递工作。

2 硬件设计

2.1 PLC电气控制模块

PLC电气控制模块是高级检修车间零部件运输重载AGV的主要中央处理模块，本机选用西门子PLC S7-1200控制器，控制伺服电机，具有编程简洁、运行稳定等优点，可以整合处理各系统功能信息。

PLC程序控制主要包括顺序指令和信息处理。顺序指令指通过人机交互系统等接收的输入信息顺序判断下一步指令，如通過接收各类开关信号发出运行或停止指令。信息处理指通过信息计算、交互，调整输出信号。重载AGV系统流程如图1所示。

2.2 磁导航系统

磁导航系统中使用到的传感器有磁敏传感器和地标传感器。

（1）CA-08J磁尺式磁性传感器是一种基于磁场特性分析磁信号从而判断方位的传感器，多个传感器以一定间距均匀布局于一条线上，检测铺设在规定路径上磁条的磁场信号，磁敏传感器的安装高度需考虑磁条强度和传感器与地面的安全距离等因素，以保证磁信号的可靠性。通过每个位置的磁性传感器检测到磁信号的强弱来准确计算重载AGV目前运行位置与规定路径的偏移程度，计算重载AGV的准确位置，从而调节偏差实现导引。

（2）地标传感器采用霍尔传感器，可以检测到微弱的磁信号，进行站点识别，其主要功能在于读取每隔一段距离布置的地标芯片内存储的位置信息，获取目前运行的位置，判断是否到达指定工位或进行下一步运动指令，如转弯、减速等，同時将位置信息通过通信系统发送至上位机进行位置信息的更新。

3 软件算法

上位机基于LABVIEW编写，主要工作是对检修车间运输重载AGV进行调度管理，实现信息交互。工作人员在PC端输入工作任务并分配至每辆AGV，通过算法规划最优路径，往指定通道发送指令或数据至通信系统，总控制系统处理接收信息。在重载AGV运行过程中，磁导航系统实时接收的地标信息通过通信系统发送至上位机，可实时监控每辆重载AGV的工作位置。上位机实时集中监控系统界面如图2所示。

结语

重载AGV是一种高承载力、高灵活性的运输载体，本文所研究的基于磁导航的重载AGV通过对地面磁信号的检测实现无人导引，由PLC电气软硬件控制以及上位机实时监控软件管理实现车间重载AGV的有效调度。重载AGV的应用能够提高机车维修效率，减少机车在检修车间的停顿，促进我国机车检修新技术的发展。

参考文献

[1]王陈伟.重载AGV应用于铁路检修行业中的作用[J].科技风，2015（10）：20.

[2]高飞，潘饪.北京机车组检修基地与机车检修[J].铁道机车车辆， 2010，30（4）：77-81.

[3]李朋，范文明，石飞.AGV导航方式在铁路行业中的应用研究[J].中国新技术新产品，2017（11）：29-30.

[4]贺美华，廖敏，公茂震，等.装配型重载全向移动AGV控制系统[J].自动化技术与应用，2018，37（2）：25-55.

[5]刘国刚.重载AGV轻量化设计研究[J].制造业自动化，36（5）：101-103.