RGV在冷轧钢管智能产线物流上的应用

前 言

随着“工业4.0”与“中国制造2025”等概念的提出，制造业对自动化、智能化生产模式及现代化、智能化的物流运输和仓储系统的需求日益增长。AGV小车与RGV小车作为现代化、智能化的物流运输和仓储系统的关键设备，应用于越来越多的生产制造和物流项目中。

AGV小车可以根据仓储货位要求、生产工艺流程等的改变而灵活改变，大大提高了生产的柔性。目前AGV小车的主要导航技术有电磁导航、磁带导航、激光导航、惯性导航、视觉导航等。这些导航方式对环境要求高，如外界光线、能见度、场地平整度等，且AGV小车结构复杂，元器件价格昂贵，电池维护和磁条更换等也有成本支出。由于冷轧钢管生产车间环境相对复杂，且生产工艺流程稳定，物流方向不会轻易改变，所以AGV小车不适用于冷轧钢管产线。RGV小车结构简单，对外界环境抗干扰能力强，具有速度快，可靠性高，造价及维护成本低等特点，更适用于冷轧钢管生产线。

一、智能RGV车的结构组成

如图1所示，智能RGV车由车架、主动轮系统、供电系统、从动轮系统、安全防护系统、通讯系统六部分组成。

1.车架2.主动轮系统3.供电系统4.从动轮系统5.安全防护系统6.通讯系统

图1 RGV车结构组成

1.1 主动轮系统

主动轮系统由悬挂结构、轮系结构和驱动装置组成。首次应用了板簧悬挂结构，当板簧处于自由状态时主动轮系比从动轮系低10mm。当RGV车置于轨道上时，由于RGV车自身重量和承载重量的作用，板簧受压，主动轮和从动轮的高度差消除，保证主动轮压紧在轨道上，避免轨道的轨面平整度不够或长时间运行后地基下陷造成主动轮悬空，导致主动轮打滑以及编码器空转引起RGV车定位出现误差。

采用了两组主动轮同时驱动，驱动装置由伺服电机和减速机组成，两个伺服电机的输出转速可通过电气控制实现同步。

1.2 通讯和安全防护系统

智能RGV车通讯系统如图2所示，采用光传输通讯系统进行信号传输。光传输发射端和接收端分别置于RGV车和地面上，需要采集的信号数据通过接收端接入工控机。光传输系统信号传输稳定，抗电磁干扰能力强，现场所用光传输系统最远距离达200m。

1.激光通讯接收端2.激光通讯发射端

图2 激光通讯系统示意图

智能RGV车采用如图3所示的激光测距系统。激光测距仪安装于RGV车上，反光板固定于地面，用于实时检测RGV车运行距离和其所在的实际位置，并用于校准驱动系统的伺服电机的虚轴位置，对RGV车定位进行闭环反馈。该激光测距系统最大检测距离200m，满量程测量精度为±2mm，满足生产工艺的精度要求。

1.反光板2.激光测距仪

图3 激光测距系统示意图

智能RGV车的安全防护采用安全边沿开关，如图1所示安装于RGV车头尾两处，RGV车在安全防护网内运行，工作状态下禁止人员进入。如出现意外，有人非法闯入，当安全边沿开关碰触到人或物体，置于安全边沿开关橡皮支架内的检测元件会立即发讯，RGV车紧急制动，避免安全事故的发生。

1.3 智能RGV车的供电系统

目前RGV小车有蓄电池供电、低压轨道供电、电缆卷筒供电、拖缆供电和滑触线供电五种供电方式。五种供电方式的各有优缺点，其对比见表1。

表1 RGV小车供电方式对比

根据冷轧管生产工艺需求，物流转运车使用较频繁，运行距离长，对设备可靠性要求高。成功应用在某厂的智能RGV车采用滑触线供电方式，如图4所示，由滑线导轨、集电器和一些辅助组件构成。

1.电器2.滑线导轨3.支架

图4 滑触线示意图

滑触线导轨外壳由高绝缘性能的工程塑料制成，绝缘性能良好，防护等级高，对检修人员触及输电导管外部无任何伤害，且RGV车和滑触线供电系统在安全防护网内运行，安全可靠。供电系统采用双集电器，分别固定在车体前后部位，保证两个集电器不同时处于滑触线滑轨接缝处，避免某个集电器的电刷经过滑轨接缝时出现RGV车动力丢失的现象。根据该厂工艺布局，单跨产线长度达300m，为了提高物料运转效率，采用两车同轨，共用一套供电系统。单个RGV车最远运输距离200m，充分发挥了滑触线供电方式不受运行距离限制的优势。

二、控制原理

如图5所示，RGV物流系统分为3个跨区，由数据处理系统(由14台钢管平移机和14台独立控制的智能RGV车系统构成)，通过MES系统实现在生产线上各个单机设备间的物料流转全自动运行，不需人工干预，根据生产工艺要求实现钢管从坯料库到轧机，轧机到暂存库，暂存库到后续的精整工艺等一系列转运工作。

智能RGV车接受车间的MES系统调度，例如轧机设备发出要料请求时，MES系统向坯料RGV车(1#RGV车)发出指令，1#RGV车收到指令后运行至坯料库的取料位，坯料库的智能天车将指定批号的坯料取出放至1#RGV车上，1#RGV车检测到坯料放至妥当后运行至轧机的上料位，由轧机上方的智能天车取走1#RGV车上的坯料，完成轧机的上料工序。当轧机将该批号钢管轧制完成并完成在线脱脂后，脱脂设备发出出料请求，MES系统向2#RGV车发出指令，2#RGV车自动运行至脱脂设备的出料位，智能天车将脱脂完成的钢管放至2#RGV车妥当后，2#RGV车将该批钢管运至炉前暂存库，由暂存库的机械臂完成入库工序。如此类推，14台RGV车及14台平移机构根据MES系统的生产调度，相互配合，与其他单机设备完成后续的工艺要求，直至成品管运出。

图5 RGV物流系统示意图

如图6所示，RGV物流系统的数据处理系统由一个可编程控制器与MES系统进行数据互换，并控制14台平移机构，再通过可编程控制器与14台智能RGV车进行数据交换。为了使智能RGV车脱离可编程控制器进行独立控制，智能RGV车为单独的电气系统。

1.可编程控制器2.交换机（8台）3.智能RGV车（14台）4.钢管平移机（14台）

图6 RGV物流数据处理系统示意图

如图7所示，单个智能RGV车的电气系统由一个带可编程(MLD)功能的REXROTH伺服驱动器、一个标准的REXROTH伺服驱动器、Leuze-AMS激光测距装置、Leuze-DDLS光通讯传输装置构成。

数据处理系统

1.带可编程伺服驱动器2.伺服驱动器3.交换机4.激光测距装置5.光通讯装置

图7 单个智能RGV车系统示意图

MES系统根据工艺需求下发给数据处理系统，数据处理系统通过程序判断进行对其需要运行的智能RGV车发送启动信号和到达指定位置位移值，智能RGV车系统接收到数据处理系统的命令后使两个伺服电机通过跟随虚轴的速度实现同步并通过电流反馈实时调整两个电机的同步速度使其保持力矩平衡，虚轴以激光测距来做闭环同步，虚轴校准时激光测距装置对虚轴当前位置进行反馈，从而虚轴进行位置控制来实现精准定位，定位结束后，位置会有偏差，再次根据激光测距装置读取出来的实时位置进行多次校准，使其误差控制在2mm之内，最终到位后对数据处理系统发出到位信号，随后数据处理系统将其到位的信号发送给MES系统。

智能RGV车的安全系统取车身前后的安全边沿开关、激光测距以及光通讯的状态，分为MES控制模式和本地手动控制模式。处于MES系统控制模式时，若有人非法闯入，光通讯被遮挡或激光测距被遮挡，则RGV车紧急制动;处于本地手动控制模式时，边沿开关被触碰也会触发RGV车紧急制动。

主伺服驱动器与MES系统通过光通讯装置进行UPD通讯，与激光测距装置进行TCPIP通讯，通过UDP通讯MES系统控制智能RGV车的启停和定位位置，并且智能RGV车实时反馈当前状态给MES系统，MES系统实时对小车进行控制与数据读取。

三、RGV物流的技术优势

传统的冷轧钢管生产多为断续生产，物流转运不顺畅，物料在设备间衔接多为人工吊运，或平板车运输，存在生产效率低，车间环境差，工人劳动强度大的缺点，相较于传统的生产方式，RGV物流的技术优点明显：

(1) 为满足物流转运需要，RGV车身长达20m，20m长度的RGV车在轨道上运行时，极有可能出现主动轮悬空导致动力丢失的现象，为此，首次在工业用RGV车上使用了板簧悬挂系统，保证RGV车运行时主动轮始终与轨道紧密接触，不会出现动力丢失。(2) RGV车采用的激光测距系统和激光通讯系统实现了闭环反馈功能，当RGV车到达指定工位后，通过激光测距系统和通讯系统实施反馈的数据对RGV的位置进行修正，保证RGV车的定位精度达到±2mm以内。(3) RGV车采用了安全边沿开关，安全防护系统等安全防护措施，RGV车运行区域外围设置安全防护网并设置有权限，除检修外人员无法进入RGV车运行区域，有效保证了工人作业安全。(4) RGV车组成的物流系统与车间的生产调度系统(MES)实现通讯，改变了传统的物流转运方式，不需人工干预即可实现产线上每道工序间的物流转运，大大减少了人员成本，提高了车间工作环境和生产效率。

四、结束语

RGV物流系统在冷轧钢管生产线上的成功应用，改变了传统的物料转运方式，RGV车接受车间MES系统的生产调度，根据生产工艺需求，在各工艺流程间全自动无人化进行物料转运和衔接，大大减小了车间的人员成本，提高了生产效率，为实现整个产线的自动化、智能化起到了关键作用。

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作者：中国重型机械研究院股份公司武晓斌/张逸尘/刘邯涛/李俊恒

浙江久立特材科技股份有限公司陆明红/叶明强

来源：《重型机械》

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浅析：RGV小车的功能及工作原理是怎么样的？

RGV 是有轨制导车辆（Rail Guided Vehicle）的英文缩写，RGV小车可用于各类高密度储存的仓库，小车通道可设计任意长度，可提高整个仓库储存量，在操作时利用叉车无需进入巷道的优势，配合小车在巷道中的快速运行，有效提高仓库的运行效率。且安全性更高。那么RGV小车的功能及工作原理是怎么样的？

RGV小车可以十分方便地与其他物流系统实现自动连接，如出入库站台、各种缓冲站、输送机、升降机和机器人等，按照计划进行物料的输送。另外它无需人员操作，运行速度快。因而有效的降低了仓库管理人员的工作量，提高了生产效率，同时穿梭车的应用可使物流系统变得更简单便捷。

一、基本功能：单个货位存放、多个货位连续存放、单个货位捡取、多个货位连续捡取、指定数量捡取、AB面转换、倒货、电池警报。

二、控制方式：可分为手动和自动两种模式

1、手动模式：是通过电动来控制小车向前还是往后，或是顶升和下降。靠的按住遥控的按键来实现小车的每一个动作。

2.自动模式：是通过按一下入库或是出库按钮，小车自动完成一整个的动作，其工作方式分为先进先出和后进先出两种方式。

三、其控制原理：相当于为定位孔编码，A端减速位编码为10（定位光电开关遇光接通），B端减速位编码为01；而两端停止位由于编码都为00，由于停止动作总是在减速动作之后，所以可以通过判断减速孔的方向识别是前进停止孔还是后退减速孔：也就是当检测到B端减速孔01后，如果检测到00，就执行前进停止。

承载能力、行驶速度及电池续航能力：

四、承载能力：市面上主流的RGV小车，其承载能力一般在1.5T左右，一般应用于横梁式货架、驶入式货架、自动化立体库中。

五、行驶速度：负载行驶速度：0.5-0.9m/s ，空载行驶速度:1.0-1.2m/s ，加速度:0.3-0.5m/s^2

六、电池续航能力：一般小车充电一次的续航能力一般在8小时以上，充电时间一般在8小时左右，可以在晚上完成，这样就不会影响小车的工作时间。

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