PLC无线通讯技术在自动导向车中的应用
2012-09-15朱永平
朱永平，廖 洵
（湖北工业大学机电研究设计院，湖北 武汉430070）
随着科技的发展，工业自动化水平的不断提高，如何应对不断增长的人力成本，降低物流费用，提高生产效率，提高制造业企业的效益，成为各个公司亟待解决的问题.在汽车组装车间使用AGV自动导向车按顺序运送每台汽车所需零部件到生产线，再由工人把零件组装成整车，这是日产2005年引进的IFA（Integrated Factory Automation）理念［1］，确定了“零部件合理化”和“廉价自动化”两大主题.自动导向车的广泛使用，方便作业人员拿取零部件，减轻劳动强度.通过生产、物流现场及设备制造等各个环节，通过相互紧密协作，使得物流速度加快，物流时间缩短，占用空间缩小，大大节省成本，实现物流环节的合理衔接并取得最佳经济效益，从而增加企业利润［2］.
1 AGV自动导向车的组成
AGV自动导向车主要机械部分由车身、控制面板、驱动轮、充电蓄电池组成.电气部分由PLC、伺服电机、传感器、喇叭、无线发射装置组成（图1）.AGV自动导向车采用固定导引线方式［3］，原理是在AGV自动导向车行驶路径上埋设磁带，通过安装在底盘的磁感应传感器，AGV自动导向车感知磁场强度的强弱，作为纠偏输入信号，进而控制AGV自动导向车的行驶.AGV自动导向车运行线路上垂直于主线路设置有3条不同磁极的短磁条，行驶过程中车身磁极感应器将其转化为减速、停止、加速等不同速度指令.车头安装有障碍物传感器，实现对前方料车、人等障碍物的识别，当遇到障碍物时发出停车指令从而保护人和车辆安全.目前大多数试验性AGV的研究都依赖于有线的通讯系统控制和反馈数据，将上位机安装在车体上，占用车体空间，且对硬件要求较高，导致了在AGV运行时难以迅速有效地进行人工干预，控制方式不灵活［4］，本文引入无线通讯技术从而提高了控制的灵活性，车载PLC把AGV自动导向车所在位置、电池电量、故障信号通过无线局域网发送到上位工控机，工控机可对AGV车进行速度控制、状态调整，实现计算机远程监控.
图1 自动导向车结构
2 PLC无线通讯的选型与设计
可编程控制器（PLC）作为工业控制专用的电子设备，由于其结构简单、可靠性高、易于编程、调试方便，成为工业现场最主要的控制装置，在工业控制现场已广泛应用.同时PLC具有较好的通信功能，在工业现场设备分布分散，不具备架设线缆的条件下，利用无线通信功能可方便地将现场信号接入监控管理系统.
AGV自动导向车控制系统采用OMRON公司的CP1H系列PLC.该PLC带有模拟量输入／输出，USB口可供上位计算机编程，还带有2个可扩展的串口接口，配合工业无线串口转换设备实现数据接收发送.
在每台AGV自动导向车上安装有无线串口转换设备，负责PLC串口数据的转换，并将数据通过无线信号发送至AGV行走轨道线路旁最近的无线接入点AP.环形轨道周围可以布置多个链接到以太网的无线接入点AP，每台AGV自动导向车在沿轨道运行中寻找最近的无线接入点AP，并且根据信号的强度自动切换接入点，实现无缝快速漫游功能.无线接入点AP负责接收PLC数据并通过交换机传至上位计算机.无线串口转换设备和无线接入点 AP 通过802.11a／b／g及 TCP／IP 协议实 现通讯，最终由上位机完成PLC监控和AGV管理.
3 上位机功能
上位机的功能是用来监控AGV车运行状态和控制PLC.上位机通信使用主从总线通信方式，以上位机作为工业局域网的主站，通过无线串口转换设备及无线AP连入该网的所有AGV车上的PLC皆为从站（图2）.
图2 系统结构
在本系统中，上位机监控各个AGV自动导向车的运行状态，由于AGV自动导向车之间是独立运行的，它们之间无数据交换，故属于主从通信.主站与从站建立好连接后，采用应答方式进行通信，主站发出命令帧，从站使用响应帧应答，命令帧或响应帧中包含相应的数据即可使需要交换的数据送至对方.上位机在正常运行过程中使用轮询方式进行通信，以避免通信总线发生冲突，确保定时刷新从站PLC中的信息.对于PLC主动发出的报警或者异常信息，上位机采用中断方式进行处理，实现通信.上位机向PLC发出接收数据的指令，PLC判断是否正确，如果正确则向上位机传送数据，上位机接收到数据也同样判断是否来自PLC发出的正确指令，如果正确则上位机和PLC双向实现通信线路的建立.上位机控制流程如图3所示.
图3 上位机控制流程图
4 上位机程序设计
用Visual C＋＋实现端口初始化的源代码［5］如下
BOOL Cserial：：Open（int nPort） ／／nPort为计算机串行通信端口号nport＝1为端口1，nport＝2为端口2
｛
Char szPort［15］；
DCB dob；
m＿hIDCComDev＝CreaterFile（szPort，GENERIC＿READ｜GENERIC＿WRITE，0，NULL，OPEN＿EXISTING，FILE＿ATTRIBUTE＿NOMAL｜FILE＿FLAG＿OVERLAPPED，NULL）；
dcb.DCBlength－sizeof（DCB）；
GetCommState（m＿hIDComdev，＆dcb）；／／取得通信资源当前设置
dcb.BaudRate＝9600；／／设定数据传输速率为9600
dcb.Bytesize＝7；／／7数据位
dcb.Parity＝2；／／偶校验
dcb.StopBits＝0；／／设定1个停止位
if（SetCommState（m＿hIDComDev，＆dcb））
return（TRUE）；
else return（FALSE）；／／设置端口，若设置成功则返回TRUE，否则返回FALSE
｝
握手联络Visual C＋＋语言的源代码如下
BOOL CNTJDlg：：ReadFormPLC（char＊Read＿char char＊Read＿address，int Read＿bytes）
｛
Cserial Serial；／／用户串行通信的类
Char read＿BUFFER；
if（Serial.Open（2））／／初始化串行通信口COM2
｛
Serial.SendData（＆ENQ＿request，1）；／／发送联络信号
Sleep（1000）；／／等待1s
Serial.ReadData（＆read＿BUFFER，1）；／／读取 PLC响应信号
If（read＿BUFFER＝＝ACK）／／如果PLC响应信号等于ACK，则对PLC进行操作
｛
Serial.Close（）；／／操作完毕，关闭通信口
Return（TRUE）；／／成功
｝
else
return（FALSE）；／／失败
｝
｝
5 结束语
使用PLC无线通讯技术进行监控和控制，工作人员能及时准确知道AGV自动导向车故障位置与类型并加以解决，减少了因为物流运输故障导致生产线停线对整个生产造成的影响.达到了企业提高物流运转效率、降低成本的目的，提高了企业的整体管理水平.
［1］《Material Flow》编辑部.日产汽车利用 AGV提高混流生产效率［J］.张 毅译.物流技术与应用，2009（7）：46－53.
［2］金玉萍，向光义.AGVS在现代生产物流系统中的应用［J］.物流技术与应用，2005（8）：90－94.
［3］于国英，高 峰，张小丽，等.现代制造车间AGV导航与控制的研究［J］.科技信息，2011（20）：204.
［4］汪焰恩，魏生民，王碧辉.无线传输的视觉引导式AGV系统［J］.西安工业大学学报，2010，30（1）：25－29.
［5］李现勇.Visual C＋＋ 串口通信技术与工程实践［M］.北京：人民邮电出版社，2004：301－302.
