基于s7-1200PLC的AGV控制系统的设计与实现 - 图文

２０１８年３月　机床与液压　ＭＡＣＨＩＮＥ　ＴＯＯＬ＆ＨＹＤＲＡＵＬＩＣＳ　Ｍａｒ．２０１８　Ｖｏ１．４６　Ｎｏ．５　第４６卷第５期　ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１—３８８１．２０１８．０５．００４　基于ｓ７—１２００　ＰＬＣ的ＡＧＶ控制系统的设计与实现　呼玉东　，文啸　，张楚　，文西芹　（１．中国矿业大学机电工程学院，江苏徐州Ｉ　２２１１１６；２．澳大利亚莫纳什大学信息学院，　澳大利亚墨尔本３１４５；３．淮海工学院机械工程学院，江苏连云港２２２００５）　摘要：以西门子公司ｓ７—１２００　ＰＬＣ作为ＡＧＶ运动控制器，利用磁导航传感器对地面铺设磁条路径寻迹，通过ＲＦＩＤ对　站点位置进行读取，同时以触摸屏作为人机交互界面，开发建立了ＡＧＶ控制系统。实现了ＡＧＶ的直行、转向、自动运行、　调速及站点停车等功能。通过实验表明，使用该控制系统的ＡＧＶ在运行过程中稳定可靠，操作便捷，很好地实现了功能　需求。　关键词：ＡＧＶ；ＰＬＣ；磁导航；ＲＦＩＤ；触摸屏　中图分类号：ＴＰ２７３　文献标志码：Ｂ　文章编号：１００１—３８８１（２０１８）０５－０１６－５　Ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ　Ｏｆ　ＡＧＶ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｓ７—１２００　ＰＬＣ　ＨＵ　Ｙｕｄｏｎｇ　．ＷＥＮ　Ｘｉａｏ　，ＺＨＡＮＧ　Ｃｈｕ　．ＷＥＮ　Ｘｉｑｉｎ　（１．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｍｅｃｈａｔｒｏｎｉｃ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｍｉｎｉｎｇ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｕｚｈｏｕ　Ｊｉａｎｇｓｕ　２２　１　ｌ１　６，　Ｃｈｉｎａ；２．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｍｏｎａｓｈ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｍｅｌｂｏｕｒｎｅ　Ａｕｓｔｒａｌｉａ，３　１４５；３．Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｕａｉｈａｉ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｌｉａｎｙｕｎｇａｎｇ　Ｊｉａｎｇｓｕ　２２２００５，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｕｓｉｎｇ　Ｓ７—１２００　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｌｏ￣ｃａｌ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ（ＰＬＣ）ｏｆ　Ｓｉｅｍｅｎｓ　ａｓ　ｔｈｅ　Ａｕｔｏｍａｔｅｄ　Ｇｕｉｄｅｄ　Ｖｅｈｉｃｌｅ（ＡＧＶ）ｍｏｔｉｏｎ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ，ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ　ｓｅｎｓｏｒ　ｔｏ　ｔｒａｃｅ　ｔｈｅ　ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｓｔｉｒｐｅ　ｌａｙｉｎｇ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｇｒｏｕｎｄ，Ｒａｄｉｏ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ（ＲＦＩＤ）ｔｏ　ｒｅａｄ　ｔｈｅ　ｓｉｔｅ　ｌｏｃａｔｉｏｎ　ｌａｂｅｌ，ａｎｄ　ｗｉｔｈ　ａ　ｔｏｕｃｈｓｃｒｅｅｎ　ａｓ　Ｍａｎ－Ｍａｃｈｉｎｅ　Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ（ＭＭＩ），ｔｈｅ　ＡＧＶ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｓ　ｓｅｔ　ｕｐ．Ｔｈｕｓ　ｓｏｍｅ　ｂａｓｉｃ　ｍｏｖｅｍｅｎｔ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ＡＧＶ　ｌｉｋｅ　ｍｏｖｉｎｇ　ｓｔｒａｉｇｈｔ，ｓｔｅｅｒｉｎｇ，Ｆｕｎ　ａｕｔｏｍａｔｉｃａｌｌｙ，ｓｐｅｅｄ　ｃｏｎｔｒｏｌ，ｓｉｔｅ　ｐａｒｋｉｎｇ　ｗａｓ　ｒｅａｌｉｚｅｄ．Ｔｈｒｏｕｇｈ　ｅｘｐｅｒｉ—　ｍｅｎｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ＡＧＶ　ｗｉｔｈ　ｔｈｉｓ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｓ　ｓｔａｂｌｅ　ａｎｄ　ｒｅｌｉａｂｌｅ，ｅａｓｙ　ｔｏ　ｏｐｅｒａｔｅ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｍｏｖｉｎｇ　ａｎｄ　ｉｔ　ｉｓ　ｖｅｒｙ　ｇｏｏｄ　ｔｏ　ａｃｈｉｅｖｅ　ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＡＧＶ；ＰＬＣ；Ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ；ＲＦＩＤ；Ｔｏｕｃｈｓｃｒｅｅｎ　Ｏ前言　１　ＡＧＶ总体控制方案设计　１．１　ＡＧＶ基本结构组成　自动引导小车ＡＧＶ（Ａｕｔｏｍａｔｅｄ　Ｇｕｉｄｅｄ　Ｖｅｈｉ．　ｃｌｅｓ），是一种安装自动导引装置，能沿着指定导引　路线行驶，并具有安全保护功能及各种移载功能的无　人驾驶自动化搬运车辆，是集传感器技术、可编程控　制技术及信息处理技术于一体的自动化设备，已成为　自动化物料仓储中物料运输和柔性生产组织系统中的　关键设备Ｉ１　］。而ｓ７．１２００　ＰＬＣ作为西门子公司新一　代小型ＰＬＣ，它集成以太网接口和很强的工艺功能，　结构紧凑，是一款节省空间的模块化控制器，适合要　求简单或高级逻辑、ＨＭＩ和网络功能的小型自动化　系统，使用灵活，功能强大，可用于控制各种各样的　设备以满足自动化要求。其代表了下一代ＰＬＣ发展　方向　Ｊ。因此在基于Ｓ７．１２００　ＰＬＣ的基础上开发ＡＧＶ　开发的ＡＧＶ整体结构主要由万向轮、驱动轮、无　刷电机、直流电机、电池等组成。如图１所示。　ＡＧＶ采用４８　ｖ电池供电，行走部分有４个万向　轮和２个驱动轮组成，２个驱动轮独立，由无刷电机　驱动，通过差速实现ＡＧＶ转向，差速寻迹信号由磁　导航传感器提供。通过直流电机２与外部顶升机构实　现驱动轮的上升和下降，方便对ＡＧＶ手动移动及电　机驱动运行方式转换。ＲＦＩＤ可对站点地址标签读　取　］，同时结合地标传感器用于实现ＡＧＶ到达站点　的减速与停止。旋转滚筒由直流电机１通过链条带动　链轮驱动．用于完成指定站点上料和下料动作。在滚　筒两边下方底板上各设置一个光电开关．用于检测判　断物料是否已正确到达车体中间．光电开关被物料遮　控制系统，对于柔性制造系统的研究与发展具有重要　意义。　收稿日期：２０１６—１０—１７　基金项目：江苏省自然科学基金项目（ＢＹ２０１６０５６　０８）；江苏省研究生教育教学改革研究与实践课题（ＪＧ２２１５．１０７）　作者简介：呼玉东（１９９Ｏ一），男，研究生，主要从事先进制造技术研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｈｕｙｕｄｏｎｇ６２３＠１２６．ｃｏｍ。　通信作者：文西芹，Ｅ—ｍａｉｌ：ｘｑｗ９９９＿ｌ＠１６３．ｅｏｍ。　·１８·　机床与液压　第４６卷　＝詈　］２　Ｉ　。一　Ｊ　Ｌ以保证ＡＧＶ始终在目标岔道和位于磁条中间运　其控制流程图如图４所示。　磁导航传感器　＋　Ｒ　ｃ　丁Ｌ一　　Ｒ　（１—３）　ｌ采集信号模块Ｉ　（卜４）　岔道——　∞　——　厶　由此．对ＡＧＶ左右两个驱动轮实现不同的速度　．一—叟—一ＰＬＣ控制　驱动器　　偏移　一　控制，能得到ＡＧＶ相对应的不同的运动状态如下：　当　【＿一口Ｒ＝０，且　Ｌ≠０时，　ｃ　Ｌ＝　Ｒ，尺　＋∞，　此时ＡＧＶ做直线运动：　左侧电机Ｉ　ｌ右侧电机　当　０时，　此时ＡＧＶ右转运动：　Ｒ：　ｆ‘　　１＞０，　Ｌ一＇ｏＲ／　ＡＧＶ在目标岔道和磁条中间运行　图４　ＡＧＶ在目标岔道和磁条中间运行控制流程网　ＶＬ－ＶＲ＜０时，　＜　Ｒ：　ｆ　１＜０，　‘＼ＶＬ—ｖＲ）　１．３．２　ＡＧＶ运行测试路线　图５为开发的ＡＧＶ运行测试行驶路线示意图，　此时ＡＧＶ左转运动：　当　＋　Ｒ＝０时，口Ｌ＝一　Ｒ，Ｒ＝０，此时ＡＧＶ原地　．在磁条路线导引下，ＡＧＶ沿路线行驶。在实验中共　设置７个站点，其中第７号站点作为ＡＧＶ的充电站　点，１—６号站点为ＡＧＶ的交接货站点。当ＲＦＩＤ读　取站点与设置站点相同时，地标传感器检测到Ｎ极　转动。　通过上述理论分析得出只要通过控制两个独立驱　动轮的轮速，即可实现ＡＧＶ小车的直线行驶、左右　转向行驶等。而两轮轮速的控制可在ＡＧＶ车体底部　安装布置磁导航传感器，来采集铺设磁条轨迹信号，　通过无刷电机驱动器来控制左右电机不同转速来实　减速．检测到ｓ极停车．确保站点停车的平稳性和准　确性。在这个系统中，ＡＧＶ可完成物料的装载、运　输和卸载。　交接　亘　图５　ＡＧＶ行驶路线示意图　２　ＡＧＶ控制系统硬件设计　ＣＮＳ—ＢＬＤ—ＮＣ是专为磁导航ＡＧＶ设计的导航功　能组件，是ｌ驱２直流无刷驱动器ＣＮＳ—ＢＬＤ一２Ｓ－ＮＣ　和ＣＮＳ—ＭＧＳ－０８／１６平台上开发产品，能极其简单使　ＡＧＶ具备自动寻轨运行功能，控制简单，只需控制　驱动器的使能、制动、运行方向、岔路转弯方向和运　行速度即可　所示。　。ＡＧＶ驱动器外围接线图如图６　第５期　呼玉东等：基于ｓ７—１２００　ＰＬＣ的ＡＧＶ控制系统的设计与实现　表Ｉ　Ｉ／Ｏ分配表　地址　功能　地址　·１９·　功能　１０．０　１０．１　１０．２　急停　手动／自动　启动　Ｉ２．２　Ｉ２－３　１２．４　备用　备用　备用　１０．３　１０．４　ＩＯ．５　１０．６　１０．７　Ｉ１．０　Ｉ１．１　停止　复位　低速／高速　磁条Ｓ极检测　磁条Ｎ极检测　碰撞检测　输出端口１　Ｉ２．５　１２．６　Ｉ２．７　ＱＯ．０　ＱＯ．１　ＱＯ．２　Ｑ０－３　备用　备用　备用　驱动器使能　电机制动　左转方向　右转方向　Ｉ１．２　Ｉ１．３　Ｉ１．４　输出端口２　光电开关１　光电开关２　ＱＯ．４　Ｑ０．５　ＱＯ．６　故障清除　报警灯／音乐１　音乐２　ｍ　Ｉ１．５　备用　００．７　１２．０　防碰撞光电检测１　Ｏ１．０　图６驱动器与直流无刷电机接线图　音乐３　滚筒电机正转　滚筒电机反转　Ｉ２．１　防碰撞光电检测２　Ｑ１．１　ＡＧＶ控制器采用ＣＰＵ１２１４　ＤＣ／ＤＣ／ＲＩｖ的ｓ７—　１２００　ＰＬＣ。通讯模块使用带有ＲＳ２３２接口的　ＣＭ１２４１，接口波特率设为９．６　ｋｂ／ｓ，用于与ＲＦＩＤ的　通讯连接。扩展模块采用８人８出的数字量输入输出　ＳＭ１２２３　ＤＣ／ＲＬＹ模块，用于Ｉ／０点的扩展。信号板　采用模拟量输出信号板ＳＢ１２３２。可输出±１０　Ｖ或０～　２０　ｍＡ模拟量，用于实现对ＡＧＶ速度的控制。　３　ＡＧＶ控制系统软件设计　３．１硬件设备组态　编程软件采用组态软件ＴＩＡ博图。是西门子全集　成工业自动化（ＴｏｔＭｌｙ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ）的新一　代工程技术软件，其编程环境直观易用。可对西门子　全集成自动化中涉及的Ｓ７。１２００、Ｓ７．３００、Ｓ７．４００、　ｓ７　１５００等所有自动化和驱动产品进行组态、编程和　调试，可大大缩短工程周期¨　。　打开ＴＩＡ博图软件在项目视图中进行硬件设备组　态如图７所示。　通过ＡＧＶ运行过程中需采集的信号和输出的信　号分析，绘制Ｓ７．１２００　ＰＬＣ的Ｉ／Ｏ分配表。如表１　所示　ｊ　锄　瑚　岛糟器ｘ　＿＿　Ｔ曲　村Ｉ”螂　薯■　：　—ｊ■　Ｚ　¨＿　＿　曩一７｜ｌｌ＿瓣爨　般强弱　’０艏叫毒－　ｌｌ　：一…＿一　■瞄日口睡垂童萤童　：　柏６＇７Ｌｖ＇，ｊＨ　■｜壹嘣　■　＾剞　‘　’ｌｌ　时－辜ｌｃ　）￣１４ＣＤａｏｃｒ一　；簿－栩障　棚　＿·０强庠姨　●　Ｉ　·ｌ埘＂口　·ｌ一　ｃ姆　·。礁ｎｃ精掘　型　·０喾　与吗■壤　Ｉ艏　／ｌ　·ｒ立１…‘　·　馈量　嘲理　＊■　翻文事　ｌ囊　－　■　＊¨　·　罐鼻　·＿魍　咖’■　嗽讳ｉ日　　·ｒ｜嘲Ｉ轴鞠哺　’ｊｉ　；Ｍｅ嗍　图　硬件设备组态