及自动寻迹运输车控制系统设计

1、PLC的自动寻迹运输车控制系统设计提高现代化工厂部门之间物料搬运和内部运输的协调性，是实现生产全盘自动化的重要举 措。传统物料运输车具有设备复杂、功耗大、投资高、污染环境等缺点，其中有轨运输车需 铺设专门轨道，若生产程序改变，需重新铺设轨道，破坏路面，投资高；无轨运输车包括叉 车及手推运料小车，均需专人驾驶，劳动强度大，运输效率低。本设计采用光电检测技术，以日本三菱公司生产的FX-2N可编程控制器为控制核心，通过编程实现智能控制。 若生产工序改变，只需重新铺设光轨便可以相应改变。是一种新型、高效、无污染的自动寻迹运输车，无人驾驶、安全可靠、操作方便。可降低生产成本，提高生 产效率。1系统总体方

2、案 系统总体设计框图如图 1所示，直流电机固定在运输车底座下侧，驱动后轮前进，步进电 机控制前轮转向，PLC作为控制系统中心，并与步进电机、直流电机及触摸屏相连，得到电磁制动器及步进电机。 触速度、位置和障碍物信息同时输出相应的控制命令到直流电机、 摸屏作为操作界面，给用户提供一个可视化的操作平台。深圳租華人目动化培训WWWPK I冃潦电亠圈1系统总体设计框图系统设计可划分为信号检测部分和控制部分。其中，信号检测部分包括轨道线检测设计、障碍物检测设计、速度检测设计，控制部分包括驱动控制设计、制动控制设计、转向控制设计。系统总体设计流程图如图 2所示。fl速度5(对射式光聘憊进检测障W物数据处艸

3、制动控制匸图2系统总体设计流程图运输车循迹采取光电探测法的原理。在车体底部安装3只光电传感器，运输车在地板上按照引导线自动运行时不断地向地面发射红外光。由于光电管对不同颜色的物体表面具有不同的反射性质的特点：当红外光遇到绿色引导线时发生漫反射，反射光被装在运输车上的接收管接收，输出为低电平； 如果遇到其他颜色则红外光被吸收，输出为高电平。可编程控制器便可根据3只光电传感器的状态编码为依据来确定引导线的位置和运输车的行走路线闭。运输车自动寻迹的位置状态编码如图3所示。S3话挣车惊状态编码图深圳稻草人WWW.2系统硬件设计 2. 1转向及驱动控制电路设计本设计运输车载重不超过70 kg，对电机的负

4、载能力有一定的要求，由于直流减速电机转动力矩大，可以产生较大转矩，因此选择xM4 10125A型直流减速电机作为该系统的驱动电机，该电机自带一个小链轮，齿数z1为9，选取大链轮齿数 z2为19，所以传动比i为:深训才协目动比堀训6口“4+讥 吊+ K 厂） 2x90正常运行时，运输车运行速度 V为:I灣扯韜草人貝动需坯期 0.01 x -Y= (J,834 rrVs-3,0 krrVhwww.-dcraUto. com -式中：n为直流电机输出转速，4 r，s; d为运输车驱动轮直径，14cm。深圳稻醸人旦动化IB训 www, dcrautolZ220 V-2 :|GNDY2-00M1 h图4

5、鑿动电机连接电路图驱动电机连接电路图如图 4所示。电机通电后经链条传动使驱动轮转动。本设计将PLC输出端Y2与两相继电器J5相连，当Y2低电平时，J5活动触点KM与触点I连接，电机正转； 反之Y2高电平时，J5活动触点KM与触点2连接，电机反转。电机驱动器 （CT 一 30IA9） 通过J5连接电机，调整 ADJ端子参数可以改变电机转速，检测到的路况输入信号，经过PLC控制单元进行计算并按结果的要求输出控制信号到Y2端，控制电机的正反转，从而实现运输车的前进、后退。如图5所示，PLC输出端Yo连接到步进电机驱动器的 Pu（步进脉冲信号），丫1连接到DR（方 向控制）。PLC根据传感器检测到的信

6、号， 进行程序控制，当运输车偏离引导线时，Yo接通， 步进电机开始工作（初始设置为右转），当判断需要左转时， Y1接通，控制步进电机反方向 转动。图5步进电机接拔图2. 2光电检测电路设计综合各种光电检测器件的性能及本设计的具体要求，采用RPR220型光电对管。其发射器是一个砷化镓红外发光二极管，而接收器是一个高灵敏度硅平面光电三极管。当发光二极管发出的光反射回来时， 三极管导通输出低电平。此光电对管调理电路简单，工作性能稳定。光电检测电路如图6所示。车体上的3个光电管对路径信息进行检测，将检测到的信号送到PLC输入端，从左至右记作：x1、x2、x3，当PLC检测到的信号为低电平时，则红外光被

7、地上的绿色引导线反射，表明运输车处在绿色引导线上；反之运输车已经偏离轨道。光电传感器的输入电压为 5 V，而整体设计中输入模块采用的电压为24 V。采用稳压管LM317 , 调整电位器使其输出电压恒为 5V，保证光电传感器的正常工作。图6光电检测电路设计2. 3测速传感器电路设计本设计采用测速传感器来获取运输车当前速度，其作用主要有：1）监控运输车速度变化，为弯道速度控制提供参考；2）实现速度的闭环控制， 增加运输车稳定性。 系统的主要控制对象是转向轮和驱动轮。测速传感器安装于运输车驱动轮附近，测速轮安装在靠近运输车驱动轮的轴上，测速轮上开有间隔均匀的30个小齿，即齿轮转动一周，测速传感器检测

8、到30个脉冲。当运输车运行时，测速传感器不断输出脉冲，其脉冲个数存放到PLC的内部寄存器中。测速传感器电路设计如图7所示。根据式（3）计算出驱动轮每分钟转动的转数N，再结合驱动轮的直径就可算出运输车当前的运行速度 V。820 axn24 VTpirGJ深圳稻草人自动化培训 wwwt dcrauto* cam 眈川111深卫弩人耳神您桶训www. dcrauto com式中：n为测速轮每一周测得脉冲数，n=30 ; D5为测速传感器测速时段输出脉冲个数；t为测速时段的计数时间，ms。I1深圳稻草人自动化培训0,kwwwt dcrauto. com图8速度控制电路设计2. 4速度控制电路设计速度控

9、制电路如图 &由传感器采集到的信号输入到PLC上，经PLC处理后传送到 Y端,3个输出端Y11、Y12、Y13通过继电器J1、J2、J3分别连接不同的分压电路，电阻值的 不同使得所分电压不同， 同时电机驱动器(CT 一 301A9)输出发生变化，从而控制电机转速，实现速度控制。2. 5避障电路设计障碍物检测电路设计如图 9所示。在运输车的四周安装有红外光电传感器，其检测原理与路面检测相似，当运输车运行时，传感器检测到人或其他障碍物，输出为低电平，通过输入端传送到PLC，进行数据处理，输出报警信号，反之，输出高电平。深圳稻革人自动化姑训dcrauto. cGNI)PLC图9障碣辆检测电路设计2.

10、 6制动电路设计制动电路设计如图10所示。运输车遇到障碍物或到站时，需要自动停止。停止由PLC编程控制，因此只需将输出端 Y4连接制动装置即可。本设计由继电器J4动作进而通过电感的吸合作用带动绕在驱动轮上的皮带控制运输车的制动。Y1GNDUN12-1V图10制动控创电路设计3系统软件设计运输车的控制采用模块化的结构， 其基本思路是：将位置传感器采集来的道路信息、 速度传 感器采集来的速度信息和避障传感器检测到的障碍物信息经 PLC处理，输出PwM信号到 舵机和驱动电机。方向控制和速度控制系统分别构成两个闭环系统， 两者可相互影响，比如 根据路径识别的结果来控制速度， 使得运输车在弯道上慢速，

11、而在直道上快速。软件设计流 程图如图11所示。方向控制：运输车舵机是由舵轮、 机械结构、步进电机和控制电路组成的一个位置随动系统。 通过内部的位置反馈来实现舵轮输出转角正比于给定的控制信号。本设计将位置传感器反馈的路面信息、测速传感器测得的速度信息和避障传感器检测到的障碍物信息，经过PLC控制单元进行计算并按结果的控制要求向步进电机发出命令（PWM信号形式），通过对步进电机的正反转控制来实现舵轮的正反转，在脉宽改变时，使其自动变化到对应值。速度控制：直流电机转速的控制采用PWM（脉宽调制）调速方法。为进一步精确控制运输车速度，还需要引入闭环速度控制。利用位置传感器、速度传感器和避障传感器检测到的实时信息与期望速度之间的比较来确定输出到直流电机的PWM信号，从而确定加速或减速强度的大小。4结论 本系统采用PLC作为核心控制器，采用机电一体化设计，已完成了样机制作，可实现物料 的自动运输，目前处于程序优化阶段。相对于国内常见的轨道运输系统，本系统体积较小、 安装方便，轨道铺设简单，根据生产工序