基于PLC 的AGV 小车自动控制系统设计

谢惠玲

（广州开放大学，广州 510091）

自动导向车（Automated Guided Vehicle，AGV）小车指装备有电磁或光学等自动导引装置，能够沿规定的导引路径行驶，具有安全保护及各种移载功能的运输车。具备自动移载装置的AGV 小车在控制系统的指挥下能够自动完成货物的取、放及水平运行的全过程。随着“中国制造2025”时代的到来，工厂普遍会引入更高工作效率、更精准的物料配送设备，实现更卓越的生产。因此，研究AGV小车搬运货物自动控制系统，实现工厂搬运环节的自动化和智能化，达到提高生产效率、降低生产总成本的目的，具有重要的现实意义。

AGV 小车自动控制系统性能的优劣取决于AGV小车、导航技术和车载控制器。综合了二维码导航技术、可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）和海康AGV 小车的自动控制系统，具备可靠性、实用性、易操作性和易管理性，能够应用于较恶劣的车间工作环境。

1 AGV 小车自动控制系统关键技术及设备选型

1.1 二维码导航技术

二维码导航是目前应用最广泛、最稳定的AGV小车导航方式。导航所用二维码一般间隔1 m 铺设，包括直线型、T 型和网格型等铺设方式。铺设导航二维码前，先建立一个直角坐标系。坐标系建成后，每个二维码即表示相应实际位置的信息。二维码信息的获取必须使用专业配套的读码器，读码器直接安装在AGV 小车上。AGV 小车经过导航二维码时，读码器读取该站点的位置信息，然后解析成坐标数据，实时校准小车的位置。在未设置导航二维码的位置，通过电机里程计和陀螺仪导航定位。通过二维码导航，AGV 小车可以按照规划路径实现自动控制[1]。

1.2 AGV 小车选型

AGV 小车是货物自动搬送的执行设备，生产制造二维码导航AGV 小车的代表厂家主要有海康、极智嘉和快仓等。本系统选择海康Q3-600D 潜伏机器人，导航方式为二维码导航，定位精度较高，满足系统精度要求。本系统搬运的货物为发动机缸体，一个满料笼大约540 kg，而该AGV 小车可以实现600 kg货物的搬运、举升和下放，满足搬运质量要求。该AGV 小车使用海康配套的二维码读码器，支持无线网络通信，便于与其他设备通过网络通信，构成AGV 小车自动控制系统[2]。

1.3 车载控制器选型

车载控制器是AGV 小车自动控制系统的核心。AGV 小车采用的车载控制器主要有PLC、工控机和单片机。作为工业计算机，PLC 随着计算机技术、网络技术和通信技术的发展不断更新换代。除了传统的逻辑控制、顺序控制等功能，现代的PLC 还具有分布式输入输出接口、应用程序编程平台化和标准化、面向服务架构等功能。因此，在智能制造时代，在工厂车间物料搬运智能化的情况下，PLC 仍然是很多厂家的首要选择[3]。

本系统选择三菱Q 系列Q06UDVCPU，属于大型PLC，输入输出点数和程序容量都比较大，不仅满足当前系统的需要，而且便于与后续工序组成更强大的控制系统。该PLC 的优点在于具有强大的通信能力和数据逻辑处理能力，可以通过以太网和外围设备通信，并进行交互数据处理。

2 AGV 小车自动控制系统设计

2.1 工况流程

本系统应用于某厂发动机缸体搬运项目，有1 台PLC、2 台AGV 小车、3 个上料工位、5 个库笼位、2 个切换工位和1 个充电桩。它是一个闭环系统，能够保证AGV 小车自动搬送的准确度和安全性。系统的主要业务流程如图1 所示。AGV 小车与工位平台和库笼平台直接对接。当AGV 小车到达工位平台或者库笼平台时，向PLC 申请允许进入。

图1 主要业务流程

AGV 小车实现满料笼和空料笼的自动搬送，有手动操作模式和自动控制模式两种，以下为自动控制模式的流程说明。

2.1.1 AGV 小车搬运满料笼流程

AGV 小车搬运满料笼流程：AGV 小车开始运行；工位下料完毕后，PLC 下发搬运任务；AGV 服务器接收信息；AGV 前往库笼位；AGV 到达库笼位，上报到位信号，申请进入；PLC 允许进入；AGV 进入库笼叉取满料笼并退出工位，将其搬运至交通管制申请点；AGV 上报离开库笼信息；AGV 驶入交通管制区域，前往机器人上料工位；AGV 上报到位信号，申请进入；PLC 屏蔽光栅，下发允许进入信号；AGV驶入上料工位，放下满料笼并退出工位；AGV 上报离开工位信号；PLC 打开光栅；AGV 回到充电桩位置；完成满料笼搬运工作。

2.1.2 AGV 小车搬运空料笼流程

AGV 小车搬运空料笼流程：AGV 小车开始运行；工位下料完毕后，PLC 下发搬运任务；AGV 服务器接收信息；AGV 前往机器人上料工位；AGV 到达上料工位，上报到位信号，申请进入；PLC 允许进入；AGV 进入上料工位叉取空料笼并退出工位，将其搬运至交通管制申请点；AGV 上报离开上料工位信号；AGV 驶入交通管制区域，前往切换工位；AGV 上报到位信号，申请进入；PLC 下发允许进入信号；AGV驶入切换工位，放下空料笼并退出工位；AGV 上报离开工位信号；AGV 回充电桩位置；完成空料笼搬运工作。

2.2 系统主要功能设计

2.2.1 通信设计

本自动控制系统由PLC、机器人控制系统RCS-2000、AGV 小车和各位置检测传感器组成，其中RCS-2000 主要完成AGV 小车任务调度与路径规划，AGV 小车主要完成满料笼和空料笼的搬运任务。通过各位置传感器，PLC 实时采集现场各工位和库笼位信息，生成各种任务信息。工作区域内贴有导航二维码，确定AGV 小车行走路线。行走路线包括前进、后退、转弯90°这3 种方式[4]。

PLC、RCS-2000 和AGV 小车之间采用传输控制协议/网际协议（Transmission Control Protocol/Internet Protocol，TCP/IP），通过Wi-Fi 网络进行通信。自动控制模式下，首先由PLC 根据工位传感器和库位传感器的数据，向RCS-2000 发送AGV 小车搬送任务信息和允许AGV 小车进入工位的信息。搬送任务信息主要包括AGV 小车起点点位和终点点位。其次，RCS-2000 接收PLC 发送的信息，将AGV 小车搬送任务信息转化成AGV 小车移动任务，允许AGV 小车进入工位信息转化成举升任务和下放任务，然后通过算法下发给最近的无任务AGV 小车。最后，AGV 小车接收RCS-2000 的任务信息，并执行相应任务，向RCS-2000 实时上报位置、任务状态和电量等信息。

2.2.2 PLC 控制功能设计

首先，工位管理。采用对射开关检测上料工位有无料笼。若信号为ON，则上料工位为空，呼叫AGV，否则上料工位有待卸料笼，AGV 小车不搬送满料笼。当AGV 小车到达各工位时，触发相应的位置检测传感器，向PLC 发送申请允许进入信息。

其次，库位管理。采用多方位综合检测库位有无满料笼。如果库笼1 至库笼5 的料笼后限位检测为ON，料笼在位对射光电感应为ON，头顶的激光传感器检测为ON，则表示库位有满料笼，否则为无满料笼，需要采用人工叉车搬送过来。当AGV 小车到达库笼位时，触发相应的位置检测传感器，向PLC 发送申请允许进入信息。

最后，AGV 小车搬送任务发送。当上料工位没有料笼时，PLC 发出空料笼信号，呼叫AGV 小车从库笼1 至库笼5 按顺序搬运满料笼到上料工位。料笼里的工件搬送完毕后，PLC 呼叫AGV 小车把空料笼搬至切换工位。若有搬送满料笼任务，优先执行该任务。切换工位需要一直保持空的状态，以保证在最短时间内完成料笼切换[5]。

本系统PLC 自动控制流程如图2 所示。

图2 PLC 自动控制流程

2.2.3 监控功能设计

（1）PLC 上位机监控设计。对应三菱PLC，选用三菱G0T1000 系列触摸屏。触摸屏通过以太网与PLC 通信，其网际协议（Internet Protocol，IP）地址和PLC 处于同一网段。触摸屏编程软件为GT Designer3，可以进行工程和画面创建、图形绘制、对象配置和设置、公共设置以及数据传输等。本触摸屏画面上有各种控制按钮及PLC 和AGV 的工作状态等信息，包括手动模式、自动状态、机种选择、参数设置、输入/输出（Input/Output，I/O）监控、联机信号、故障信息和初始画面等子画面。

（2）AGV 小车液晶屏显示。AGV 小车液晶显示屏主要功能是显示机器人实时任务信息、告警信息、避障数据和地图配置信息，包括首页、状态信息、手动控制、配置信息4 个画面。其中：首页显示机器人正在执行任务、机器人状态或者告警信息、机器人剩余电量等信息；状态信息包括安全状态、传感器状态、维护数据、定位状态；手动控制举升上升、举升下降等各种功能操作；配置信息包括二维码X方向、Y方向的码距、小车IP 等信息。

3 结语

本系统通过PLC 和机器人控制系统RCS-2000 实现了AGV 小车自动搬运料笼，提高了工作效率，减少了人工成本。随着5G 技术的发展和推广，本系统考虑实现手机与AGV 小车的互联互通，利用手机的便携性随时了解AGV 小车的工况，及时处理突发事件，实现远程监控。