韓翠霞

（艾森曼機械設(shè)備（上海）有限公司，上海 200030）

電動單軌小車系統(tǒng)在工業(yè)自動化程度較高的發(fā)達國家已經(jīng)屬于常用的輸送方式。近年來，隨著國內(nèi)物流輸送技術(shù)的發(fā)展，各大制造商對工廠的物流自動化也提出了新的要求，尤其對環(huán)境保護的重視和對汽車輸送工藝中柔性程度的更高要求，使得電動單軌小車系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用。本文通過介紹一種懸掛式電動單軌小車的控制系統(tǒng)，來展示該系統(tǒng)在實際應(yīng)用中的系統(tǒng)組成和工作原理。

1 電動單軌小車系統(tǒng)的基本介紹

電動單軌小車系統(tǒng)又稱為EMS（Electric Monorail System），是一種柔性、高速的輸送系統(tǒng)和智能集成系統(tǒng)。相比于其他輸送系統(tǒng)，其具備的特點有：系統(tǒng)中各個電動單軌小車按照預(yù)先設(shè)定的程序獨立運行；在對工件的輸送、存儲以及各工位中可實現(xiàn)升降、側(cè)翻等復(fù)雜的工藝要求；可精確定位各電動單軌小車的位置。正因為具有這些獨特的功能，電動單軌小車系統(tǒng)被廣泛采用于大型超市、汽車、煙草和食品飲料等行業(yè)，作為主要的物流裝配輸送系統(tǒng)。例如，上海大眾總裝生產(chǎn)線、一汽奧迪總裝生產(chǎn)線、多特蒙德宜家物流中心、廣州海天醬油和珠江啤酒等都采用該系統(tǒng)。

2 電動單軌小車系統(tǒng)的分類

按照載物車的不同組合，電動單軌小車系統(tǒng)可分為兩車型、三車型和四車型。

按照軌道安裝的方式不同，可分為懸掛式和地面式電動單軌小車系統(tǒng)。

2.1 懸掛式電動單軌小車系統(tǒng)

軌道安裝在空中，電動單軌小車懸掛在軌道上。此種系統(tǒng)的優(yōu)點是：無需在地面進行設(shè)備安裝，能更有效地利用空間，可使用升降功能以及側(cè)翻功能，特別在汽車總裝中底盤線和內(nèi)飾線，更有利于工人的安裝操作，如圖1所示。

2.2 地面式單軌電動小車系統(tǒng)

軌道安裝在地面，電動單軌小車在地面軌道上運行。此種系統(tǒng)的特點是：可承載的重量更大，如圖2所示。不論何種形式的電動單軌小車系統(tǒng)，其基本原理是一樣的。本文就以懸掛式電動單軌小車系統(tǒng)為例，對該系統(tǒng)的電氣控制進行簡單介紹。

3 電動單軌小車系統(tǒng)的組成及功能

電動單軌小車控制系統(tǒng)由滑觸線、PLC控制柜、控制器、分流合流操作臺、診斷維修等組成。

圖1 懸掛式電動單軌小車系統(tǒng)

圖2 地面式電動單軌小車系統(tǒng)

滑觸線是為了傳送電源和信號的裝置，主要包括電刷和支架，每臺電動單軌小車的控制器通過電刷和安裝在軌道上的電排接觸，來獲得電源和信號，實現(xiàn)與PLC控制柜的通信?；|線一般選用六極電排，包括三相電源L1、L2、L3、接地排PE、用于信號傳輸?shù)腃AN-H和CAN-L。根據(jù)實際需要，也可選五極電排，接地排PE和信號CAN-L共用一根電排，或者選用七級電排，增加安全信號排。

整個系統(tǒng)使用PLC（Programmable Logic Controller）進行控制，PLC控制柜內(nèi)包括PLC和控制回路的各個元件，以及安裝在柜門的可操作觸摸屏、可選備用電源等。PLC控制柜是整個系統(tǒng)的核心，通過總線與各控制器通信，將相應(yīng)的程序發(fā)送到控制器上。

電動單軌小車每臺配一個控制器，用來向驅(qū)動系統(tǒng)發(fā)送信號和實現(xiàn)與PLC通信，同時電動單軌小車上的電氣元件檢測到運行狀態(tài)，并傳送到控制器中，由控制器反饋給PLC，PLC做出判斷并給出指令，發(fā)回給控制器進行相應(yīng)的動作。

在分流位置，采用電機驅(qū)動的方式進行兩條軌道的切換，這里放置一個操作臺，為電機提供電源，將相關(guān)的檢測信號收集到操作臺內(nèi)的從站中，通過與PLC控制柜的通信采集信號。同時在方便操作的位置安裝操作按鈕盒，在手動調(diào)試或維修過程中單獨控制該區(qū)域，通常設(shè)置的按鈕有手動自動、直道、彎道和復(fù)位等。合流位置同理。

診斷維修是為了保證在整個系統(tǒng)中單軌電動小車能無故障運行，每當(dāng)單軌電動小車完成一個回路的運行后，都要到診斷工位進行檢測，如有非正常狀態(tài)則送入維修段進行維修。在診斷維修位置，要安裝一個操作臺，將該區(qū)域的設(shè)備接入電源，將信號采集到從站中與PLC進行通信，安裝操作按鈕進行緊急停止和復(fù)位，可選可操作觸摸屏進行人工操作。

4 電動單軌小車的控制系統(tǒng)

根據(jù)圖3，人們可初步了解電動單軌小車系統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)。

圖3 控制系統(tǒng)

在該系統(tǒng)中，PLC通過PROFINET總線與分流合流從站、診斷維修從站進行通信，通過CAN總線與電動單軌小車控制器進行通信，與外部PLC通過DP/DP耦合器進行信號交換，客戶通過Ethernet以太網(wǎng)采集信號和進行監(jiān)測。

每臺電動單軌小車上配置一臺控制器。該臺電動單軌小車上的驅(qū)動電機信號、可選的升降電機信號、可選側(cè)翻電機信號都接入該控制器。安裝于小車上的掃描槍，通過掃描上圖中的二維條形碼，將連續(xù)三位的條形碼信號作為位置信號發(fā)送給控制器，再通過CAN總線傳送給PLC，從而實現(xiàn)該小車的準(zhǔn)確定位和追蹤。

電動單軌小車在軌道上行走，當(dāng)?shù)竭_某工位之前，通過掃描槍檢測到位置，控制器發(fā)送信號給PLC，PLC通過該信號判斷出該工位，并發(fā)送相應(yīng)的程序指令到該小車的控制器，完成在該工位規(guī)定的一系列動作，如行走到位、工件下降、在工位上完成要求后上升復(fù)位等。各電動單軌小車可檢測下一工位是否有占位，如果有，則在前面設(shè)定的等待位置停下來，如果沒有占位，則行走到下一工位，執(zhí)行該工位的工藝要求，循環(huán)進行。

在整個系統(tǒng)中，PLC需要同時和各電動單軌小車控制器進行通信，每分段CAN總線的總長度不能超過300m，同時根據(jù)每個電動單軌小車控制器的通信量來考慮，一般每分段可容納50～100個電動單軌小車，當(dāng)然如果通信量很小的時候可以適當(dāng)擴展小車的數(shù)量。

5 電動單軌小車系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)控

圖4是該系統(tǒng)PLC控制柜上觸摸屏顯示的各電動單軌小車狀態(tài)總覽，在該顯示屏中可選擇切換到更詳細的狀態(tài)監(jiān)測，還可顯示各編號小車的位置、小車的運行數(shù)據(jù)、等待的命令和說明等數(shù)據(jù)。

當(dāng)發(fā)生故障時，PLC監(jiān)測到該小車，對相應(yīng)的分段電源停止供電，維修人員趕到該區(qū)域，根據(jù)小車上的控制器顯示的故障代碼，快速排除故障。

在電動單軌小車系統(tǒng)中設(shè)置一個或以上的診斷維修站，在小車運行一個周期后，空載的小車進入該站進行電刷磨損檢測、接地檢測；或者在發(fā)生故障后，PLC命令小車直接進入診斷維修；或者在故障后，PLC命令小車卸載后進入診斷維修。該診斷維修站也實現(xiàn)了對小車的自動監(jiān)測，從而保障整個系統(tǒng)的正常運行。

6 結(jié)語

本文從應(yīng)用角度闡述了電動單軌小車系統(tǒng)（EMS）的應(yīng)用范圍、應(yīng)用種類和主要優(yōu)點。同時，著重從其控制系統(tǒng)的組成和功能上闡述了其具有的安全、可靠、快速和高柔性化等特點，電動單軌小車系統(tǒng)的安全保護和狀態(tài)監(jiān)控功能更是其他輸送方式所不具有的重要優(yōu)勢。當(dāng)前，我國經(jīng)濟快速發(fā)展，隨著國外先進技術(shù)的國產(chǎn)化和應(yīng)用的成熟，該技術(shù)將在我國得到更廣泛的應(yīng)用。

[1]劉曉楠，匡永江，吳雙，等.一種多路徑電動單軌小車懸掛輸送系統(tǒng)（EMS）設(shè)計[J].制造業(yè)自動化，2014，（19）：23-24.

[2]中國工控網(wǎng).EMS中的小車控制和監(jiān)控[EB/OL].（2006-08-24）[2017-12-26].http∶//www.gongkong.com/article/200608/44989.html.