1.控制原理
兩者控制原理的相同點在于都采用集散控制︰主控單元及相關元器件配制在地面控制柜中,而車體內部也含有相對獨立的控制單元和相關元器件。不同點在于:RGV以PLC為控制單元,通過滑觸線的方式進行移動取電和PLC之間的信息交互;單臺小車也是以PLC作為邏輯控制單元,通過變頻器作為電能控制裝置,其系統結構如圖4。
相比于RGV,AGV的控制系統要復雜得多。它屬于輪式機器人的范疇,整個系統以一臺工控機為控制單元,內部集成兩塊I/O板作為信息采集單元,一塊繼電器輸出板作為輸出單元﹔每臺小車上各有一個主控制器VCU100。VCU100除了通過無線局域網絡和控制單元進行通信外,內部還使用104總線CAN通信卡PCM3680,以實現中心處理單元與各信號采集單元間的數據交換,其系統結構如圖5。
2.核心功能的實現
對于底盤合裝設備來說,其核心功能在于導向、定位和同步。
在上述核心功能的實現方式上,RGV相對簡單、直觀。RGV以軌道為導向,只需要一臺變頻電動機作為行走驅動裝置,而無需方向控制;定位信號通過一組滑觸線獲取,該組滑觸線根據任務分為數段(現場為7段)通過電刷跟各段滑觸線之間的接觸獲取位置信號;而與生產線大鏈的同步,則是通過設置變頻器,使小車驅動輪線速度與大鏈線速相同,因此,當大鏈線速發生變化時,軌道自行小車變頻器的設置需要相應的進行改變。
而AGV則通過導航傳感器、地標傳感器、跟蹤傳感器作為實現這部分功能的信息采集單元。它們分別通過與導航磁條、地標磁條和光靶的感應,獲取導向、定位及同步信號。磁導航技術正是AGV的核心技術。由于磁條本身具有恒定的磁場信號,不需要額外的信號發生器,導航傳感器安裝在車體前方,通過檢測導航磁條磁場的信號強弱的差異計算AGV與磁條間的偏差和距離;地標傳感器位于車體一側,通過檢測地標磁條確定自身位置;兩者將所需信號通過CAN總線反饋給主控制器VCU100,控制 AGV沿軌道方面行走。其工作示意如圖6。
AGV的行走執行單元則是一套伺服控制系統(見圖7 ),AGV的行走伺服系統采用了速度環和位置環雙閉環反饋,因此無論是從速度還是精度上,其功能都比運行于開環控制的變頻器強大得多。伺服驅動器的電源為直流電源,環路增益、大工作電流、輸入增益和偏移量通過調節伺服放大器上的電位計可以調整。由于比軌道自行小車多了大鏈速度反饋,因此當大鏈速度發生變化時,AGV同步的實現無需另外設置。
通信方式
由于軌道自行小車采用滑觸線作為通信方式,因此PLC之間只能進行少數數字信號的交互 ;而AGV則通過構建無線局域網的方式實現強大的通信功能;局域網由一個基于IEEE802.11a/IEEE 802.11b/IEEE 802.11g 網絡標準的CISCOAP電臺和數個西門子SA電臺組成,其傳輸速率和傳播距離分別能達到2.4 GHz、54 Mbps和290 m ;其而現場的后橋AGV環線和發動機AGV環線通過SSID的設置不同區分為兩個局域網﹔基于無線局域網,AGV實現了任務分配、避碰管理及所有工控機與各AGV之間的所有信息交互。
4.取電方式
在汽車總裝線中,底盤合裝設備整體處于移動狀態中且動作頻繁,這就使得取電方式成為技術點,也是現場維護中設備故障的集中點。軌道自行小車采用滑觸取電方式,通過兩片碳刷與滑觸線接線獲取動力電(220 V );而AGV則采用車載電池組,在運行環線中取兩個點定點充電,由于電池組為直流,因此該種方式需要另外配制充電動機。
運行情況分析
在我公司總裝車間,兩條生產線分別采用以上兩種形式的底盤舉升小車,AGV系統用于生產節拍為42JPH的生產線,RGV系統應用于33JPH 節拍的生產線。通過實際應用,我們對其性能也進行了一些對比。
1.運行狀況
由于RGV結構簡單,對外界環境抗干擾能力強,對操作工要求也較寬泛,運行穩定性強,故障發生部位較少,基本集中在滑觸線系統上;另外RGV采用PLC控制,具有控制邏輯清晰可查、元器件標準單一的特點,因此,排障相對容易、對維護人員技能要求低是其優點。
相比而言,AGV較多采用模擬量元器件且結構復雜,因此故障發生部位較多﹔車體的伺服系統對運行環境和操作方式要求都比較高,軌道螺栓或者車體承重過高都可能造成設備運行不正常;磁導航技術和無線通信技術還無法達到生產現場的穩定要求,對運行環境要求較高,運行穩定性相對較差;由于AGV的核心控制軟件AGVcontrol為運行于工控機上的C++軟件,運行邏輯不夠直觀,排障比較困難;另外,很多設備元件更換時需要進行設置(如AP電臺、舉升伺服放大器及行走伺服放大器等),因此設備排障對現場維護人員有一定的挑戰。
技術改進
( 1 )AGV環線改善RGV需要從滑觸線上取電并在軌道上行走,路線一經確定后再進行改造就比較困難,因此對使用場所的適應性差成為其大的局限性,而這正是 AGV的優勢。除了沿磁條軌跡自動運行外,AGV可在平地上手動運行,而且改變運行軌跡非常方便,只需按照工藝要求修改地圖程序,并對環線磁條進行相應的調整,便可實現運行軌跡的改變。
從設備使用至今,我們已根據生產工藝要求進行了兩次AGV環線改造,改造時間僅需一天?;谏a線的柔性化特點,實現靈活多變的工藝及編排,可很好地實現不同品種產品的生產,在產品變更、工藝布局調整中,大大降低改造成本和周期。
以其中一次改進為例,改進前,AGV運行環線較長,且拐彎多,極大地制約著運行時間。除去裝配時間、充電時間和等待時間,AGV由裝配位末端運行至裝配位的時間大約為30 s,需要4輛車才能滿足43JPH的節拍需求,一旦有車發生故障,便會造成長時間停線。改進后,AGV運行環線改為矩形,減少兩個拐角并縮短了環線,極大縮短了運行時間。除去裝配時間、充電時間和等待時間,AGV由裝配位末端運行至裝配位的時間大約20 s ,只需3輛車便能滿足42JPH的需求,當有一輛車發生故障時,可以下線維修而不影響生產運行。AGV地圖改進前后對比見圖8。
( 2 ) RGV的技術改進在上面介紹的RGV基礎之上,我公司總部還自主研發了一種新型智能RGV小車,它綜合了電瓶車和AGV的技術,整體性價比介于普通RGV和AGV之間。
智能RGV采用單軌道導向工作模式,同時采用小車的軌道和輪子作為小車電源供電系統(AC 36 V)??刂葡到y采用PLC控制,行走和升降2個調速部分采用變頻器控制方式。電源供電模式為︰車間電源(AC)→減壓變壓器 AC 36V→小車左右軌道→小車左右輪子→升壓變壓器→AC 220V供全車使用。小車PLC供電系統采用開關穩壓電源,其穩壓系數和斷電保持時間應能滿足現場的使用,以免小車出現PLC掉電現象。小車被動萬向輪應能靈活的轉動和換向,受力彈簧的彈力應能保證小車的四輪同時著地,以保證小車的供電正常。小車自動發車和裝配完成采用無線通信的方式與主控柜進行通信。這種方式解決了地溝滑觸線維護不便的問題,又避免了非安全電壓與人員接觸的安全風險。
維護成本
由于RGV結構簡單,組成元件基本為國產標準件,因此設備維護成本低廉;而AGV結構復雜且較多采用進口元器件和自設計元器件,價格昂貴;另外,電池維護和磁條更換也有成本支出,在維護成本方面遠遠高于RGV。
結語
目前,RGV以其低成本和穩定性在汽車生產線的應用中占據主導地位,而AGV具有強大的自動化集成度和現場適應性,則將成為現代化生產的發展趨勢。隨著無線通信技術和磁導航技術的生產,AGV的穩定性方面會得到加強,因此將更加適應現代化生產的需求;簡化產品結構,融入PLC控制技術以滿足現場排障需求,以及元器件標準化,也是 AGV發展的當務之急。
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