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AGV和RGV在底盘合装中的应用 |
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作者：上汽通用五菱汽车股份有限公司 胡茗 徐盛 |
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AGV和RGV两种底盘举升小车各自的优缺点对比分明。目前，RGV以其低成本和稳定性在汽车生产线的应用中占据主导地位，而AGV具有强大的自动化集成度和现场适应性，则将成为现代化生产的发展趋势。
在汽车总装线底盘装配发动机、后桥的工艺环节中，由于发动机及后桥零件的质量、体积均较大，底盘举升小车发挥着巨大的作用。
目前常用的底盘举升小车有两大类：一类是以车载电池为动力磁条、光学等路径引导的，在工控机的监控下按指令自动完成作业任务的自动导引车AGV（Automated Guided Vehicle）；另一类是以地面铁轨为导向外部取电，基于PLC控制的轨道导引车RGV（Railed Guided Vehicle）。这两种底盘举升小车在我公司总装车间都有使用，各自的优缺点对比分明。
工艺流程
以我公司总装车间A线底盘发动机环线小车装配工艺流程为例，其主要工艺过程见图1。
图1 发动机总成环线装配工艺布局
（1）上料 在小车运行环线上，料位操作者将发动机总成吊运到小车上，并按【运行】按钮，小车快速运行到等待位。
（2）同步运行 当装配位要车时，小车从等待位出发，运行到主装配线时小车接收到同步信号，调整速度达到与主装配线同步，操作工进行装配工作。
（3）装配 操作者按【上升】按钮，小车将发动机总成举升到安装部位，安装完成后，操作者按【完成】按钮，升降装置快速下降（手动操作）。
（4）小车返回 当升降装置下降到位后，小车自动快速返回到上料位，如上料位有车占位，则在积放段等待发车。
自动导引车AGV
AGV按用途分为装配型和运输型，装配型AGV又根据举升机构不同分为单举升AGV和双举升AGV，双举升即同时举升装配发动机总成和后桥总成，但其体积较大，运行轨迹占用面积较大。无特殊装配工艺要求下一般采用单举升机构，其体积小，运行灵活，节省空间，造价和维护成本低。
图2 运输发动机总成的AGV小车
我厂装配线工艺布局紧凑，采用的是装配型单举升AGV（见图2），其电气系统主要由电源、控制器（包括主控制器VCU100和运动控制单元MCU50）、伺服系统和传感器等构成（见图3）。
图3 AGV的电气系统
轨道导引车RGV
RGV是与地面导向轨道接触式的运输车。我公司用的RGV系统由若干小车、单台PLC控制单元、中央PLC控制系统、轨道系统及滑触线供电系统组成。RGV的环形轨道侧面沿环线开地沟，滑触线供电系统安装在轨道系统的下方，通过集电器与行走小车连接。
整体结构的简单也体现在控制上实现功能的简单化：RGV在地面轨道上运行，通过集电器与小车底部地沟内的滑触线接触与主控制柜进行信号传输。通过滑触线的分段，判断每一段滑触线内是否有小车，确定小车所处的位置。在工艺段，小车以与主线同步的速度运行。主控制柜相当于调度台，每个小车所处的位置都会让它识别，然后根据设计的程序对其下达工作指令。
AGV与RGV的技术对比
1．控制原理
两者控制原理的相同点在于都采用集散控制：主控单元及相关元器件配制在地面控制柜中，而车体内部也含有相对独立的控制单元和相关元器件。不同点在于：RGV以PLC为控制单元，通过滑触线的方式进行移动取电和PLC之间的信息交互；单台小车也是以PLC作为逻辑控制单元，通过变频器作为电能控制装置，其系统结构如图4。
图4 RGV的系统结构
相比于RGV，AGV的控制系统要复杂得多。它属于轮式机器人的范畴，整个系统以一台工控机为中枢控制单元，内部集成两块I/O板作为信息采集单元，一块继电器输出板作为输出单元；每台小车上各有一个主控制器VCU100。VCU100除了通过无线局域网络和中枢控制单元进行通信外，内部还使用104总线CAN通信卡PCM3680，以实现中心处理单元与各信号采集单元间的数据交换。
2.核心功能的实现
对于底盘合装设备来说，其核心功能在于导向、定位和同步。
在上述核心功能的实现方式上，RGV相对简单、直观。RGV以轨道为导向，只需要一台变频电动机作为行走驱动装置，而无需方向控制；定位信号通过一组滑触线获取，该组滑触线根据任务分为数段（现场为7段），通过电刷跟各段滑触线之间的接触获取位置信号；而与生产线大链的同步，则是通过设置变频器，使小车驱动轮线速度与大链线速相同，因此，当大链线速发生变化时，轨道自行小车变频器的设置需要相应的进行改变。
而AGV则通过导航传感器、地标传感器、跟踪传感器作为实现这部分功能的信息采集单元。它们分别通过与导航磁条、地标磁条和光靶的感应，获取导向、定位及同步信号。磁导航技术正是AGV的核心技术。由于磁条本身具有恒定的磁场信号，不需要额外的信号发生器，导航传感器安装在车体前方，通过检测导航磁条磁场的信号强弱的差异计算AGV与磁条间的偏差和距离；地标传感器位于车体一侧，通过检测地标磁条确定自身位置；两者将所需信号通过CAN总线反馈给主控制器VCU100，控制AGV沿轨道方面行走。
AGV的行走执行单元则是一套伺服控制系统（见图），AGV的行走伺服系统采用了速度环和位置环双闭环反馈，因此无论是从速度还是精度上，其功能都比运行于开环控制的变频器强大得多。伺服驱动器的电源为直流电源，环路增益、最大工作电流、输入增益和偏移量通过调节伺服放大器上的电位计可以调整。由于比轨道自行小车多了大链速度反馈，因此当大链速度发生变化时，AGV同步的实现无需另外设置。
图 AGV行走单元伺服控制示意图
3. 通信方式
由于轨道自行小车采用滑触线作为通信方式，因此PLC之间只能进行少数数字信号的交互；而AGV则通过构建无线局域网的方式实现强大的通信功能；局域网由一个基于IEEE 802.11a/IEEE 802.11b/IEEE 802.11g 网络标准 的CISCOAP电台和数个西门子SA电台组成，其传输速率和传播距离分别能达到2.4 GHz、54 Mbps和290 m；其而现场的后桥AGV环线和发动机AGV环线通过SSID的设置不同区分为两个局域网；基于无线局域网，AGV实现了任务分配、避碰管理及所有工控机与各AGV之间的所有信息交互。
4. 取电方式
在汽车总装线中，底盘合装设备整体处于移动状态中且动作频繁，这就使得取电方式成为技术重点，也是现场维护中设备故障的集中点。轨道自行小车采用滑触取电方式，通过两片碳刷与滑触线接线获取动力电（220 V）；而AGV则采用车载电池组，在运行环线中取两个点定点充电，由于电池组为直流，因此该种方式需要另外配制充电动机。
运行情况分析
在我公司总装车间，两条生产线分别采用以上两种形式的底盘举升小车，AGV系统用于生产节拍为42 JPH的生产线，RGV系统应用于33 JPH节拍的生产线。通过实际应用，我们对其性能也进行了一些对比。
1.运行状况
由于RGV结构简单，对外界环境抗干扰能力强，对操作工要求也较宽泛，运行稳定性强，故障发生部位较少，基本集中在滑触线系统上；另外RGV采用PLC控制，具有控制逻辑清晰可查、元器件标准单一的特点，因此，排障相对容易、对维护人员技能要求低是其优点。
相比而言，AGV较多采用模拟量元器件且结构复杂，因此故障发生部位较多；车体的伺服系统对运行环境和操作方式要求都比较高，轨道螺栓或者车体承重过高都可能造成设备运行不正常；磁导航技术和无线通信技术还无法达到生产现场的稳定要求，对运行环境要求较高，运行稳定性相对较差；由于AGV的核心控制软件AGVcontrol为运行于工控机上的C++软件，运行逻辑不够直观，排障比较困难；另外，很多设备元件更换时需要进行设置（如AP电台、举升伺服放大器及行走伺服放大器等），因此设备排障对现场维护人员有一定的挑战。
2. 技术改进
（1）AGV环线改善 RGV需要从滑触线上取电并在轨道上行走，路线一经确定后再进行改造就比较困难，因此对使用场所的适应性差成为其最大的局限性，而这正是AGV的优势。除了沿磁条轨迹自动运行外，AGV可在平地上手动运行，而且改变运行轨迹非常方便，只需按照工艺要求修改地图程序，并对环线磁条进行相应的调整，便可实现运行轨迹的改变。
从设备使用至今，我们已根据生产工艺要求进行了两次AGV环线改造，改造时间仅需一天。基于生产线的柔性化特点，实现灵活多变的工艺及编排，可很好地实现不同品种产品的生产，在产品变更、工艺布局调整中，大大降低改造成本和周期。
以其中一次改进为例，改进前，AGV运行环线较长，且拐弯多，极大地制约着运行时间。除去装配时间、充电时间和等待时间，AGV由装配位末端运行至装配位的时间大约为30 s，需要4辆车才能满足43 JPH的节拍需求，一旦有车发生故障，便会造成长时间停线。改进后，AGV运行环线改为矩形，减少两个拐角并缩短了环线，极大缩短了运行时间。除去装配时间、充电时间和等待时间，AGV由装配位末端运行至装配位的时间大约20 s，只需3辆车便能满足42 JPH的需求，当有一辆车发生故障时，可以下线维修而不影响生产运行。
（2） RGV的技术改进 在上面介绍的RGV基础之上，我公司总部还自主研发了一种新型智能RGV小车，它综合了电瓶车和AGV的技术，整体性价比介于普通RGV和AGV之间。
智能RGV采用单轨道导向工作模式，同时采用小车的轨道和轮子作为小车电源供电系统（AC 36 V）。控制系统采用PLC控制，行走和升降2个调速部分采用变频器控制方式。电源供电模式为：车间电源（AC）→减压变压器AC 36 V→小车左右轨道→小车左右轮子→升压变压器→AC 220 V供全车使用。小车PLC供电系统采用开关稳压电源，其稳压系数和断电保持时间应能满足现场的使用，以免小车出现PLC掉电现象。小车被动万向轮应能灵活的转动和换向，受力弹簧的弹力应能保证小车的四轮同时着地，以保证小车的供电正常。小车自动发车和装配完成采用无线通信的方式与主控柜进行通信。这种方式解决了地沟滑触线维护不便的问题，又避免了非安全电压与人员接触的安全风险。
3. 维护成本
由于RGV结构简单，组成元件基本为国产标准件，因此设备维护成本低廉；而AGV结构复杂且较多采用进口元器件和自设计元器件，价格昂贵；另外，电池维护和磁条更换也有成本支出，在维护成本方面远远高于RGV。
结语
目前，RGV以其低成本和稳定性在汽车生产线的应用中占据主导地位，而AGV具有强大的自动化集成度和现场适应性，则将成为现代化生产的发展趋势。随着无线通信技术和磁导航技术的生产，AGV的稳定性方面会得到加强，因此将更加适应现代化生产的需求；简化产品结构，融入PLC控制技术以满足现场排障需求，以及元器件标准化，也是AGV发展的当务之急。(end)
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(2/12/2014) |
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