基于PLC控制的光电导引式AGV

基于PLC控制的光电导引式AGV

黄娟I赵红枝)，刘俊峰I岑辉|

(1新乡学院物理与电子工程系，新乡453000)

摘要:本文利用西门子S7-200PLC作为控制核心设计了一种AGV,采用光电传感器作为导航传感器进行路

径识别，通过1JLC控制使AGV能够按照预定的路线行驶，自主判断货物方位，并将货物运送到指定位置，通过

实验测试表明,该AGV能够满足基本的自动搬运货物的设计目的，对提高劳动生产效率具有较高的应用价值。

关键词：AGV;光电传感器；路径识别

Photoelectricguided AGV based on PLC control

HuangJuan', Zhao Hongzhi1,Liu Junfeng1,Cen Hui
(IDepartment of physics and Electronic Engineering, XinxiangUniversity, Xinxiang 453000,China)

Abstract:Inthis paper, an Automated Guided Vehicles based on Siemens S7—200PLC is designed. As the

navigationsensor of route recognition using photoelectric sensor, through thePLC control enables AGV to run

accordingto the predetermined route, independent judge cargo range, anddeliver the goods to the designated

location,experiments show、theAGV can meet the design objective of automatic handling of goods ofbasic value,

toimprove labor productivity has higher.

Keywords: AGV—AutomatedGuided Vehicles：Photoelectricsensors;：Pathrecognition

0引言

是指装备有电磁或光学等自动导引装置,能够在规定的导引路径行驶，具有安全保护及各种移
AGV是自动导引小车(AutomatedGuided Vehicles)的英文缩写。根据美国物流协会定义，AGV

载功能的运输小车‘7。白动导引车AGV系统技术是传感器技术、可编程控制技术、信息处理技

术、机电一体化技术等多学科的研究成果的集中体现。它的主要功能表现为能在计算机监控下，

按路径规划和作业要求，精确地行走并停靠到指定地点，完成一系列作业功能。在白动化物流

系统屮，能充分体现AGV的自动性和柔性，实现高效、经济、灵活的无人化运送，AGV系统也已经成为柔性制造系统(FMS)、|'|动化仓储物流系统屮必不可少的一部分。

为了节约用工成木，不少企业开始考虑引进AGV小车产品，但是国内AGV的价格使一些中小企业难以承受，制约了AGV在屮小企业的发展⑷。本文设计的AGV利用西门子S7—200PLC作

为控制核心，光电传感器作为导航传感器，进行路径识别，自带机械手，实现货物的夹取,搬

运，放置等智能化操作，并具有自动在线充电以及丢失导引目标后再寻找的功能，机械结构和

控制功能两方面达到了产业化AGV的基木要求。由于其控制电路成木低廉，产业化后可大大降低AGV的生产成木，在线路柔性要求不高的H动化物流现场推广前景广阔。可广泛应用于医药食品、造纸造船、模具焊装、化T、飞机制造、工程机械、钢铁冶金、烟草酒业、电力、机电制

造等行业。

1系统总体结构及工作原理

设计的AGV基本结构图如图1,AGV控制系统基本框图如图2。

AGV主要rflAGV安全模块，AGV驱动模块，AGV车载控制系统模块，AGV电池等

组成。AGV的安全模块主要由光电开关组成，实现无接触人机安全保护功能。AGV驱动模块由普通直流电机组成，采用S7-200PLC作为AGV车载控制系统的控制核心，利用磷酸铁锂电池作为AGV的动力源。

本文以两轮差速AGV结构为实验平台，主要研究PLC控制的光电导引式AGV技术。为了获取AGV的相对路径以及位置信息，采用成本低廉的红外光电开关作为AGV的导航传器⑸。其安装在AGV底盘下面，由两个光电传感器组合而成，根据反射光线的强弱，输出对应信号传给PLC来

控制左右两边的两个马达差速行驶完成循迹动作。只要在平幣的地面上，铺设一条黑色胶布作

为导引线（宽度不小于2cm）,打开AGV启动按钮，它就沿着铺设的导引线行走，实现线性跟踪。

表1智能搬运机器人S7-200 CPU226 PLC I/O分配表

西门子S7—200PLC
						24V鳏申.器][=		车
								身
								停
								止
						9 E
充	障	路	机	货	机械干减速申?机		车岳运行减谏申.机
电	碍	径	械	物
感	物	判	手	识
应	发	别	限	别
传	现	传	位	传
感	传	感	传	感
器	感	器	感	器
器		器

图2AGV控制系统基本框图

货物识别传感器安装在AGV车身，由光电开关组成。根据反馈冋来不同的信号，由PLC处理示控制AGV机械手的智能化夹取。机械手实现货物的夹取、搬运、放置等智能化操作,并且具有智能化防夹空功能。是由两纟R减速电机提供动力，手臂上面安装四个行成开关（限位开关）实现对机械手动作的限位，控制机械手准确动作。抓取送到目的地后，PLC控制机械手夹取货
物白动卸载，卸载后调头I川向原位置，就完成了此次对货物的搬运T作。当前方遇到人体等障碍物时，由装在车身上面的光电开关发现障碍物，把信号传输给PLC示，PLC控制车身暂时停止
运行，待障碍物挪走后又开始原先的运行方向，实现人机无接触安全保护功能。AGV丢失导引

目标后，可以自动寻找导引目标，同时具有人机无接触安全保护功能智电功能。

图4基于PLC控制的光电导引式AGV实物图

2.1电源电路及控制电路
智能搬运机器人的控制电路的核心是西门子S7—200PLC,电源是由DC24V/4460mAh锂电池

组成。分别为PLC供应24V的电压，通过DC转换后为机器人移动运行电机以及机械手电机提供9V的工作电压，并把9V的电压送到能R继电器每个的公共端。PLC的8个输出点都分别并在8组继电器的线圈上，在电机运行时，由于电流校大，在每组线圈的输出点都反向并联了一个1N4007二

极管，以起到对PLC的保护作用。PLC分别为四路光电传感器供电，由传感器输出的信号送到PIGPLC经过处理后送到继电器线圈，控制继电器吸合，达到对电机的控制，以实现循迹和对货物抓

取的智能化。

2.2光电传感器检测电路
光电传感器检测电路由两个光电开关纟R成导航传感器。不同颜色的物体对光线的吸收度不同，当遇到黑色时SD、RD信号就为0,即PLC输入点10.0、10.1信号就为0：如果反射是纯白色,我们就认为光线几乎没有损失,全部反射出去,那么SD、RD信号就为1,即PLC输入点信号10.0、10.1信号就为1。此次光电开关我们采用的是漫反射光电开关，因而可以在普通的水平地血就可

以实现反射。

2.3路径判别电路

智能搬运机器人的路径判别电路由两路光电传感器组成，并对其送来的信号进行状态判别，

根据光线反射的不同，实现对黑色线条的检测，从而更好的控制机器人底盘沿着导引条行走。SD和RD分别为RS基本触发器的置位端，那么RS基木触发器输出信号Q和。，贝U和SD、RD信号有关，如图5所示。

图5AGV路径判别示意图

2.4电机驱动电路
电机驱动电路主要由DC24V继电器纟R成，继电器常闭点连接在9V肓流电源上，常开点接在各个岚流电机上，PLC的1/0口接在继电器的线圈上，实现对机械手电机以及运行驱动电机的控制。由于工作电流较大，使用24V继电器驱动还可以对PLC以及其它电路进行保护,实现隔

离，以达到运行的安全和稳定。

3实验测试

测试在无风和光线强度可控的实验室屮进行，测试所得性能参数如表2所示。

表2 AGV性能参数

外观尺寸	L430*W225*H330(mm)	时间控制精度	0. 5s
导引方式	光电导引	充电方式	智能充电
走行方向	左右转，前进示退，180°旋转	爬坡能力	3-5°
驱动方式	并速驱动	转弯半径	最小可达20mm
驱动电源	DC24V 4460mAh	导航精度	±3mm
走行速度	14-16m/min	丁?作方式	7*24h

表3AGV空载电压电流值

电压(V)	3	4	5	6	7	8
电流(A)	0. 096	0. 108	0. 125	0. 137	0. 146	0. 17

—电压(V)

■ ?- I也流(*0. 01A)

图5 AGV空载电压电流测试曲线

4结语

测试AGV实现货物的夹取，搬运，放置等智能化操作，机械结构和控制功能两方面达到了产业化AGV的基木要求。在测试屮发现外界环境对智能搬运机器人有一定干扰。在以后的研究屮，需要对传感器的性能进行改进采用磁道航传感器，以保证机器人有更强的抗干扰能力。并且木文研究的是单个AGV,后继研究中将引入多辆搬运机器人，合理进行AGVS交通管理及调度控制，更加贴近产业化设计。

参考文献
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