4.1 磁条磁条导航是目前 AGV 使用Zui多的导航方式之一。只需要预先在地面铺设好磁条,AGV就会沿着磁条形成的路径运动。磁条一般宽3~5cm,它像胶带一样,一面光滑、一面带有粘性,将粘性的一面粘贴在地面即可完成铺设。磁条具有极性,在购买时注意是N极还是S极,磁条的极性对应磁导航传感器的极性,但有些传感器两种都兼容。磁条质地较软、不抗压,所以如果被轮子反复碾压可能会压扁或挤脱落。多数AGV 为了避免压坏磁条会将驱动轮布置在车体的两侧(差速形式)或者斜对称的位置上。
4.2磁导航磁导航传感器也叫磁循迹传感器,它用来帮助AGV巡线行走。磁导航传感器一般安装在AGV车体或者驱动轮组上,在AGV运动时始终保持在磁条上方一定高度内。磁导航传感器相对于车体的安装位置一般在对称中轴线上,通常对称安装,例如前后各一个或者左右各一个。磁导航传感器的原理很简单,传感器上有若干个探头,每个探头都能检测磁场,位于磁条上方(一定高度内)的探头有信号输出,超出磁条的探头则没有信号。探头通常俗称为“点”,点越多表示传感器的分辨率越高,当然价格也越贵。传感器通常的点数有:6点、8点、16点几种。磁导航传感器并不是什么神秘的东西,笔者曾经拆解过一款磁导航传感器,这里所说的探头无非有两种,一种是霍尔元件、还有一种是地磁传感器。霍尔元件的特点大家大学的时候应该都学过,它能感应磁场,价格低但是精度通常不高;地磁传感器基本都采用美国PNI 公司的产品。
它要搭配专用的驱动芯片 PNI-12927,这个芯片是3.3V供电,所以传感器内部要设计3.3V稳压电路,而且这个驱动芯片采用 SPI总线,要对其信号进行处理和电压变换,这通常由单片机来完成。磁导航传感器的输出信号可以是数字量也可以是总线型数据,对于点数多的传感器来说一般用总线型,因为如果使用数字量需要很多根线。假设一个AGV 使用4个传感器,每个传感器的分辨率是16点,那就要有4×16=64 4\times16=644×16=64个输出,相应的PLC 应该有 64 个数字量输入口,其接线将非常繁琐,也容易出故障(例如某根线连接不牢固)。
磁导航方式实现简单,价格便宜,但是缺点也不少,其中一个严重的问题是干扰。笔者在调试AGV时发现,即使传感器并不在磁条上方(有时甚至周围根本没有磁条),传感器依然有输出。经过一番思考,笔者发现了问题所在。AGV前方有一条铁轨,而铁是容易被磁化的。不仅是铁制品,通电的导线也可能会使传感器误报。所以,使用磁条导航要排除这些干扰。
磁导航传感器的输出可以是IO,也可以是数值(代表传感器偏离磁条中心的距离值)。 磁导航传感器如何与PLC连接?如上所述,如果传感器采用总线(例如485)传递数据,直接将总线连接到相应的(485)通信模块即可。如果传感器采用数字量接口,那么就要连接到PLC 的数字量输入口。这里有个很重要的问题:你要清楚传感器输出的信号是 PNP 型还是 NPN型,它对应了三极管的类型,它们的区别在于有信号时 PNP 输出高电平(例如24V),而 NPN 输出低电平(例如0V)。在 S1200上每组输入输出口旁边都有一个 COM 口,它的作用就是选择输入是 PNP 型还是 NPN 型。如果是 PNP 型,COM 口就要接24V ,如果是 NPN 型就要接 0V。你可以找个磁条用万用表测试一下,如果放到磁条上输出显示是24V那说明是 PNP型。以后你会知道,很多传感器都分 PNP 型和 NPN 型,它们的接法是一样的。
(五)供电系统
5.1 电池AGV启动时需要的电流大,因此需要使用动力电池,使用Zui多的动力电池有铅酸电池和锂电池。铅酸电池寿命短、能量密度低,而锂电池密度高、但是成本也高。还有一种电池叫做超级电容,它的寿命很长,但是能量密度非常低,所以用的不多。
zhiming的电池厂家有霍克(HAWKER)、荷贝克(HOPPECKE)等。下图是霍克 AGV专用电池标签。铅酸电池的额定放电电流一般是0.5C,例如80Ah的电池,额定放电电流是0.5×80=40A0.5\times80=40A0.5×80=40A。铅酸电池的Zui大放电电流一般是3C,即3×80=240A3\times80=240A3×80=240A。电池的电压会随着电量消耗逐渐降低,开始降低得很慢,当电量很少时会急剧下降。根据这个关系,通过检测电压就能知道电池还剩余多少电,是否应该充电。
我们如何估计一个 AGV 该选用多大容量的电池呢?
AGV 上Zui耗电的器件就是电机了。一般来说,电机的额定功率 PPP会写在电机铭牌上。根据初中物理知识,功率等于电压和电流的乘积,即 P=UI P=UI P=UI驱动电机的额定电压一般容易得到,所以通过上式可以计算出电流。当然,实际工作的功率一般会比额定功率小,所以这里要乘以一个系数,具体要看AGV的负重、工作路面等。求出电流乘以工作时间就是电池的容量了。注意,电池的容量和能量是两个不同的概念,前者是电流乘以时间(单位是“安时”(Ah))、而后者是电流乘以电压乘以时间(单位是“千瓦时”(KWh))。
5.2 电压变换如果传感器、控制器等器件和电池的输出电压不同,就需要使用电压变换模块,它还可以起到稳压的作用。一般传感器常用的电压是12V、控制器常用的电压是24V,因此需要有相应的模块。可以选择广州金升阳的电压变换模块,可选配散热片和导轨,便于散热和固定,如下图所示的48V转24V的模块。选择模块时主要关心的功率,即它能提供的Zui大电流。
(六)开关
6.1 电源开关选择电源总开关时要注意它是“自锁的”还是“自动复位的”。自锁的意思就是按下后即使手指松开,开关依然保持闭合使供电畅通;而自动复位的开关按下按钮后如果松开手指,电路就会被切断,如下图所示。一般机箱上的电源总开关应该选择自锁型的,否则你要一直按着按钮才能使电路畅通,因此不要购买下图右所示的自复位型开关(代号:XB2-BA31C,价格在22元左右)。假如你买错了也不要紧,你可以再买一个自锁模块ZB2-BZ21C,将这个模块添加到XB2-BA31C开关上就能将它变成一个自锁开关。
6.2 急停开关在所有AGV 车体上都能找到的一个东西就是急停开关。根据国家标准GBT 20721-2006 《自动导引车通用技术条件》中第4.2.6项的规定:“AGV应配备紧急停车按钮,该按钮的安装位置在紧急情况下应便于操作。应采用红色按钮,急停按钮按下应关闭 AGV驱动电源”。在AGV失去控制的情况下,按下急停开关能让它立即停止运动,从而防止伤害到人。因此急停开关构成了Zui后的安全屏障。为了保证使用可靠,可以购买施耐德的XB2-BS542C。急停开关的按钮一般设计得很大,方便按下,因此又被俗称为蘑菇头,它一般都是自锁的,按下后需要旋转才能松开。购买时唯一要注意的是它的安装直径,一般选择22mm 即可。
(七)电气元件
AGV上既有强电也有弱电,例如舵轮的驱动器需要的电流通常很大,而控制器和一些传感器只需要很小的电流。我们要合理设计电路,防止它们相互干扰,更主要的是包含弱电器件。根据国家标准GBT30029-2013《自动导引车(AGV)设计通则》中第6.7.7.4项的规定,控制器应该具有过压保护、欠压保护、过流保护功能。
我们要在电路中加入以下器件:■\blacksquare■接触器:用小电流控制大电流。上面的电源开关只允许通过较小的电流,但有时设备里有些组件需要大电流才能启动,例如舵轮驱动器。我们不能用一个开关既控制小电流也控制大电流,这时就需要借助接触器。接触器内部有个电磁铁,我们用小电流控制电磁铁的吸合,电磁铁带动另一组开关闭合使大电流通过。在AGV上使用的是直流接触器,注意接触器的线圈会发出一定热量,安装应当注意散热和对附近器件的影响。 断路器:起到过流、欠压保护的作用。断路器也相当于一个开关,在短路等电流过大时断开,保护设备;
继电器:也相当于一个开关,它是用小电压控制触点开闭的,但是注意触点不能流过太大电流。
AGV 采用电池作为能源,而电池的电压通常不是很稳定,在使用时电压会波动。虽然西门子的 PLC对输入电压具有一定的适应能力,但是我们zuihao用一个24V到 24V的稳压模块将电池的电压稳定后再供给PLC。对于使用24V供电的其它器件,例如磁导航传感器,也是这样。