自动导向车运用PLC无线通讯技术

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（ＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＦａｃｔｏｒｙＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ）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］．

１ＡＧＶ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。

２ＰＬＣ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）．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．

４上位机程序设计

用ＶｉｓｕａｌＣ＋＋实现端口初始化的源代码［５］如下ＢＯＯＬＣｓｅｒｉａｌ：：Ｏｐｅｎ（ｉｎｔｎＰｏｒｔ）／／ｎＰｏｒｔ为计算机串行通信端口号ｎｐｏｒｔ＝１为端口１，ｎｐｏｒｔ＝２为端口２｛ＣｈａｒｓｚＰｏｒｔ［１５］；ＤＣＢｄｏｂ；ｍ＿ｈＩＤＣＣｏｍＤｅｖ＝ＣｒｅａｔｅｒＦｉｌｅ（ｓｚＰｏｒｔ，ＧＥＮＥＲＩＣ＿ＲＥＡＤ｜ＧＥＮＥＲＩＣ＿ＷＲＩＴＥ，０，ＮＵＬＬ，ＯＰＥＮ＿ＥＸＩＳＴＩＮＧ，ＦＩＬＥ＿ＡＴＴＲＩＢＵＴＥ＿ＮＯＭＡＬ｜ＦＩＬＥ＿ＦＬＡＧ＿ＯＶＥＲ－ＬＡＰＰＥＤ，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９６００ｄｃｂ．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）；ｅｌｓｅｒｅｔｕｒｎ（ＦＡＬＳＥ）；／／设置端口，若设置成功则返回ＴＲＵＥ，否则返回ＦＡＬＳＥ｝握手联络ＶｉｓｕａｌＣ＋＋语言的源代码如下ＢＯＯＬＣＮＴＪＤｌｇ：：ＲｅａｄＦｏｒｍＰＬＣ（ｃｈａｒ＊Ｒｅａｄ＿ｃｈａｒｃｈａｒ＊Ｒｅａｄ＿ａｄｄｒｅｓｓ，ｉｎｔＲｅａｄ＿ｂｙｔｅｓ）｛ＣｓｅｒｉａｌＳｅｒｉａｌ；／／用户串行通信的类Ｃｈａｒｒｅａｄ＿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１ｓＳｅｒｉａｌ．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｝ｅｌｓｅｒｅｔｕｒｎ（ＦＡＬＳＥ）；／／失败｝｝