1 引言

自行小車(chē)輸送系統(tǒng)是一種通過(guò)空中軌道實(shí)現(xiàn)物料輸送的自動(dòng)化系統(tǒng)，主要由自行小車(chē)組、環(huán)鏈葫蘆、吊具、承載梁、軌道、滑觸線、道岔、地面控制系統(tǒng)及車(chē)組控制系統(tǒng)等組成。自行小車(chē)組懸掛于承載梁上，并通過(guò)鋁合金軌道內(nèi)的滑觸線反饋狀態(tài)信號(hào)，地面控制系統(tǒng)根據(jù)小車(chē)的位置及工位狀態(tài)輸出動(dòng)作信號(hào)，動(dòng)作信號(hào)通過(guò)滑觸線輸出，控制小車(chē)行走，吊具升降及道岔的切換。自行小車(chē)輸送系統(tǒng)，是一種高度集成化的自動(dòng)控制系統(tǒng)，根據(jù)輸送線工藝需求，設(shè)定不同的動(dòng)作流程及工藝參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)電動(dòng)自行小車(chē)在不同標(biāo)高軌道層以及不同線路之間的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)工藝裝配，物料輸送和裝卸的要求。其控制部件主要包括地面控制系統(tǒng)、滑觸線及程控小車(chē)。地面控制系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)小車(chē)的狀態(tài)監(jiān)控及調(diào)度控制，滑觸線主要實(shí)現(xiàn)地面控制系統(tǒng)與小車(chē)控制系統(tǒng)的信號(hào)交互功能，程控小車(chē)自帶升降裝置，可以在設(shè)定位置實(shí)現(xiàn)垂直方向的升降。與其他空中輸送線相比，因其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)廣泛應(yīng)用于各類工業(yè)生產(chǎn)中[1]。

2 滑觸線功能分配及分段原理

自行小車(chē)輸送系統(tǒng)的設(shè)計(jì)難點(diǎn)在于其地面控制系統(tǒng)利用滑觸線為自行小車(chē)進(jìn)行供電，狀態(tài)監(jiān)控及調(diào)度控制。根據(jù)小車(chē)控制系統(tǒng)為滑觸線分配不同的功能是設(shè)計(jì)的基本原則，遵循這一原則，本文通過(guò)幾個(gè)典型應(yīng)用對(duì)滑觸線功能分配及分段原理進(jìn)行了歸納說(shuō)明。

2. 1 小車(chē)通過(guò)電源分段式滑觸線進(jìn)行控制

電源分段式小車(chē)控制，是指地面站利用滑觸線為小車(chē)提供動(dòng)作電源，同時(shí)，小車(chē)的狀態(tài)信號(hào)通過(guò)滑觸線反饋給地面站。小車(chē)只作為執(zhí)行元件，其控制元件在地面控制系統(tǒng)內(nèi)。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是采用集中控制方式，成本較低，抗干擾能力強(qiáng)，易于維護(hù)，適用于環(huán)境比較惡劣的場(chǎng)合，缺點(diǎn)是功能單一，靈活性較差。

通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單案例介紹電源分段式滑觸線分配功能的基本流程。

1）畫(huà)出一組小車(chē)的控制原理圖，如圖 1 所示。

在本案例中，R、S、T 為 3 相電源，小車(chē)具備基本的行走及升降功能，均為常規(guī)電機(jī)控制，且具備正反轉(zhuǎn)功能，在其控制原理的基礎(chǔ)上，為其分配滑觸線功能，原則上每一根輸出線分配一根滑觸線，編號(hào)分別為 A、B、C、D 及 E,對(duì)應(yīng)如圖 2 所示。

其中，R、S、T 為 3 相電源，n 代表工位，A、B、C 3 根滑觸線用于小車(chē)的行走機(jī)構(gòu)，A、D、E 3 根滑觸線用于小車(chē)的升降機(jī)構(gòu)，通過(guò) 2 組接觸器的切換實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)功能。在行走機(jī)構(gòu)及升降機(jī)構(gòu)中都用了滑觸線 A，在實(shí)際應(yīng)用中，滑觸線在不存在干涉時(shí)適當(dāng)?shù)貜?fù)用，可以有效地降低成本。

2）地面站在控制小車(chē)運(yùn)行時(shí)，需要知道小車(chē)的位置及升降是否有干涉，因此，需要通過(guò)小車(chē)反饋位置信號(hào)及高位信號(hào)，分別為位置信號(hào)及高位信號(hào)分配一根滑觸線，編號(hào)分別為F、G,如圖 2 所示。

其中，F(xiàn) 為小車(chē)高位信號(hào)，當(dāng)小車(chē)處于高位時(shí)，地面站允許小車(chē)運(yùn)行，當(dāng) F 信號(hào)丟失時(shí)，地面站禁止小車(chē)運(yùn)行，G 為小車(chē)位置信號(hào)，地面站通過(guò)位置信號(hào)判斷小車(chē)位置，控制小車(chē)運(yùn)行或升降。

2. 2 小車(chē)通過(guò)信號(hào)分段式滑觸線進(jìn)行控制

信號(hào)分段式小車(chē)控制，是指地面站通過(guò)滑觸線為小車(chē)提供電源及動(dòng)作信號(hào)，同時(shí)，小車(chē)的狀態(tài)信號(hào)也通過(guò)滑觸線反饋給地面站。小車(chē)自帶基本控制元件，其控制元件受地面系統(tǒng)控制。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是采用集散式控制方式，抗干擾能力強(qiáng)，易于維護(hù)，適用于環(huán)境比較惡劣的場(chǎng)合，缺點(diǎn)是控制線路較復(fù)雜，成本較高。

通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單案例介紹信號(hào)分段式滑觸線分配功能的基本流程。

1）畫(huà)出一組小車(chē)的控制原理圖，如圖 1 所示。

在本案例中，滑觸線為小車(chē)提供電源及控制信號(hào)，小車(chē)自帶控制回路，通過(guò)滑觸線信號(hào)控制小車(chē)前進(jìn)，后退，上升，下降等動(dòng)作，需要為動(dòng)作信號(hào)單獨(dú)分配滑觸線，編號(hào)為 N、D、E、F和 G,在控制原理圖基礎(chǔ)上根據(jù)小車(chē)的功能分配滑觸線，編號(hào)為 A、B、C，如圖 3 所示。

其中，滑觸線 A、B、C 為車(chē)組提供電源，滑觸線 N、D、E、F及 G 為車(chē)組控制信號(hào)，D 為行走前進(jìn)，E 為行走后退，F(xiàn) 為吊具上升，G 為吊具下降。

2）地面站在控制小車(chē)運(yùn)行時(shí)，仍需要知道小車(chē)的位置及升降是否有干涉，分別為位置信號(hào)及高位信號(hào)分配一根滑觸線，編號(hào)為 H、I，如圖 3 所示。

其中，滑觸線 I 為小車(chē)高位信號(hào)，當(dāng)小車(chē)處于高位時(shí)，地面站允許小車(chē)運(yùn)行，當(dāng)高位信號(hào)丟失時(shí)，地面站禁止小車(chē)運(yùn)行，滑觸線 H 為小車(chē)位置信號(hào)，地面站通過(guò)位置信號(hào)判斷小車(chē)位置，控制小車(chē)運(yùn)行或升降。

2. 3 小車(chē)通過(guò)編碼分段式滑觸線進(jìn)行控制

編碼分段式小車(chē)控制，是指地面站通過(guò)滑觸線為小車(chē)提供電源及動(dòng)作編碼信號(hào)，同時(shí)，小車(chē)的狀態(tài)信號(hào)也通過(guò)滑觸線反饋給地面站。小車(chē)自帶可編程控制元件，通過(guò)滑觸線接受地面系統(tǒng)編碼。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是采用集散式控制方式，可進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，容易擴(kuò)展靈活性較好，抗干擾能力強(qiáng)，適用于環(huán)境比較惡劣的場(chǎng)合，缺點(diǎn)是邏輯控制較復(fù)雜，成本較高。編碼分段式滑觸線的功能分配與信號(hào)分段式的功能分配基本相同，但在控制方式上有所不同，編碼可理解為間接控制信號(hào)，而信號(hào)分段中的信號(hào)可以理解為直接信號(hào)。其控制原理如圖 4 所示。

滑觸線 A、B、C 為小車(chē)提供電源，滑觸線 D、E、F、G 為小車(chē)接收編碼信號(hào)，滑觸線 H 為小車(chē)吊具高位信號(hào)，滑觸線 I 為小車(chē)位置信號(hào)。

編碼信號(hào)采用 16 進(jìn)制編碼，如 01H，02H，03H，04H 等，在 PLC 中定義編碼對(duì)應(yīng)的動(dòng)作，如 01H 定義為行走正轉(zhuǎn)，02H定義為行走反轉(zhuǎn)，03H 定義為上升，04 定義為下降等，PLC 接受到編碼信號(hào)后，執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。

采用編碼式分段可以設(shè)計(jì)更復(fù)雜的小車(chē)應(yīng)用。

實(shí)際應(yīng)用中要求小車(chē)行走機(jī)構(gòu)能夠緩起緩?fù)＃?*定位，需要在行走機(jī)構(gòu)加裝變頻功能，采用變頻控制后小車(chē)可實(shí)現(xiàn)快速前進(jìn)，低速前進(jìn)，快速后退，慢速后退 4 種功能。為了提高生產(chǎn)效率，縮短運(yùn)行節(jié)拍，吊具升降機(jī)構(gòu)會(huì)采用雙速控制，在干涉區(qū)外高速運(yùn)行，在干涉區(qū)內(nèi)低速運(yùn)行，配合上升下降功能，可實(shí)現(xiàn)吊具快速上升、慢速上升、快速下降及慢速下降 4種功能。

如果采用信號(hào)分段式進(jìn)行控制，至少需要 8 根滑觸線，采用編碼分段式則只需要 4 根，可實(shí)現(xiàn) 15 種功能，其中，8 用 7備，極大地簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，另外，小車(chē)自帶可編程功能元件，小車(chē)配置新功能時(shí)，只需設(shè)定一組備用編碼，設(shè)計(jì)更靈活，可實(shí)現(xiàn)模塊化設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)化編程等功能，也可設(shè)置無(wú)線遙控裝

置，封鎖地面控制系統(tǒng)，通過(guò)遙控直接控制小車(chē)的運(yùn)行[2]。

3 結(jié)語(yǔ)

自行小車(chē)輸送系統(tǒng)設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，涉及工藝規(guī)劃、功能設(shè)計(jì)、小車(chē)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、滑觸線功能設(shè)計(jì)及地面調(diào)度系統(tǒng)設(shè)計(jì)等內(nèi)容。其中，滑觸線的功能分配及分段，在自行小車(chē)輸送系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中是一個(gè)難點(diǎn)，在項(xiàng)目的規(guī)劃階段，應(yīng)對(duì)工藝布局及需求進(jìn)行分析，通過(guò)工藝流程確定地面調(diào)度系統(tǒng)及小車(chē)的功能及控制方式，根據(jù)小車(chē)的控制原理，對(duì)滑觸線進(jìn)行功能分配及分段。合理的功能分配及分段，可以簡(jiǎn)化控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，提升自行小車(chē)的易用性及可靠性。完善的自行小車(chē)的功能設(shè)計(jì)，是對(duì)滑觸線進(jìn)行功能分配及分段的關(guān)鍵。

本文通過(guò)對(duì)電源分段式，信號(hào)分段式及編碼分段式電動(dòng)小車(chē)功能的分析，介紹了滑觸線功能劃分及分段的基本思路和方法。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)車(chē)組數(shù)量、小車(chē)功能、工位數(shù)量及工位功能等具體情況具體分析，從穩(wěn)定性、靈活性及項(xiàng)目成本等多方面考慮，選用*合適的方式。根據(jù)這些基本的思路及方法，可以設(shè)計(jì)出更多工業(yè)場(chǎng)景下的應(yīng)用，為電動(dòng)自行小車(chē)的多樣化發(fā)展提供了更多的可能。