毕业设计（论文）：AGV智能充电站的设计及应用.doc

1、 毕业设计（论文） AGV 智能充电站的设计及应用 二零 一 四 年 五 月编 号 摘要 I 摘 要 AGV 是自动导引运输车（ Automated Guided Vehicle）的英文缩写，是指装备有电磁或光学等自动导引装置，能够沿规定的导引路径行驶，具有安全保护以及各种移载功能的运输车。普遍应用于自动化物流系统，在物流系统中担负平面运输设备的自动引导车，是物流系统的重要组成部分。 AGV 一般以电池为动力，也有用非接触能量传输系统 CPS（ Contactless Power System）为动力的。目前对充电机等 AGV 能源供给系统的研究设计较少，另外当前新建充电站普遍实行无人值守或少

2、人值守，这就要求充电机的可靠性及自动化程度更高，功能更加完善，能够具有较高的免维护性。此次智能充电站在设计上为保证设备常年连续运行的可靠性 ， CPU 设计采用西门子 S7 220 CPU224XP PLC， HMI设计采用步科 ET070 型号触摸屏作为人机交互界面，主整流器设计采用了三相桥式全控整流电路，控制电路采用数字闭环控制触发电路，具有可靠性高、三相平衡性好、相序自适应能力强等优点，同时具有自动限压恒流功能 、过压过流保护功能及软起动等功能。本文主要介绍了 AGV 智能充电站的工作原理、功能简介、外围硬件电路设计及 PLC 控制方式等。 关键词： AGV 智能充电站 ； PLC； 自

3、动化物流系统 ； HMI； 三相桥式全控整流电路 Abstract II ABSTRACT AGV is homing transporter (Automated Guided Vehicle), is equipped with electromagnetic or optical automatic guiding device, such as Guided by the move to routes, which has the function of security protection and a variety of transfer truck. Widely used i

4、n automatic logistics system, in the logistics system for horizontal transport equipment of automatic guided vehicle, is an important part of logistics system. AGV usually powered by batteries, also useful Contactless energy transmission System, the CPS (Contactless Power System) for Power. At prese

5、nt the study of AGV energy supply system such as charger design is less, in addition the current new charging stations commonly practiced unattended or less unattended, this requires the reliability of the charger and higher degree of automation, functions more perfect, can have higher free maintena

6、nce. The intelligent charging station in the design to ensure the reliability of continuous running, all the year round CPU224XP CPU design USES Siemens S7-220 PLC, HMI design USES step ET070 model touch screen as human-computer interaction interface, the main rectifier design USES three-phase bridg

7、e type all control the rectifier circuit, control circuit adopts digital closed-loop control trigger circuit with high reliability and good three-phase balance and phase sequence adaptive ability, also has the function of automatic pressure limiting constant current, over-voltage over-current protec

8、tion function and the function such as soft start. This article mainly introduces the working principle, function of AGV intelligent charging station introduction, peripheral hardware circuit design and PLC control mode, etc. Keywords: AGV intelligent charging station PLC automatic logistics system

9、HMI three-phase bridge type all control the rectifier circuit目录 i 目 录 摘 要 . I 目 录 . I 第 1 章 绪论 . 1 1.1 研究的背景及意义 . 1 1.2 动力电池特性分析 . 1 1.2.1 铅酸电池 . 2 1.2.2 镉镍电池 . 2 1.2.3 锂电池 . 3 第 2 章 充电方式 . 5 2.1 恒流充电法 . 5 2.2 恒压充电法 . 5 2.3 涓流充电法 . 6 2.4 阶段充电法 . 6 2.4.1、二阶段充电法 . 6 2.4.2、三阶段充电法 . 7 2.5 充电控制 . 7 2.5.1

10、、最高电压控制法 . 7 2.5.2、定时控制法 . 7 2.5.3、最小电流控制法 . 7 2.5.4、容量控制法 . 7 第 3 章 充电机功能 . 9 3.1 快速充电模式 . 9 3.2 快速充电模式 . 10 3.3 活化模式 . 10 3.4 放电模式 . 11 目录 ii 3.5 故障显示 . 12 3.6 万年历 . 13 3.7 故障查询 . 13 3.8 历史记录查询 . 14 3.9 上位机接点信号图 . 15 第 4 章 充电机回路 . 17 第 4 章充电机回路 . 17 4.1 充电机主回路 . 17 4.1.1、整流部分 . 17 4.1.2、整流 -逆变电路 .

11、 18 4.2 充电机控制变量 . 19 4.2.1 AGV 智能充电站工作的 PLC 控制方式 . 19 4.2.1、充电电流、充电电压采集 带程序 . 19 第 5 章充电机控制回路 . 21 5.1 快充、均充、放电、活化终止判断以快充为例 . 21 5.2 智能充电控制流程以快充为例 . 23 第 6 章 总结与展望 . 25 6.1 全文总结 . 25 6.2 课题展望 . 25 参考文献 . 26 致 谢 . 27 附 录一 . 28 AGV 智能充电站的设计与应用 1 第 1 章 绪论 1.1 研究的背景及意义 AGV 是自动导引运输车 （ Automated Guided Ve

12、hicle） 的英文缩写。是指装备有电磁或光学等自动导引装置 ， 能够沿规定的导引路径行驶 ， 具有安全保护以及各种移载功能的运输车 ， AGV 一般以电池为动力 ， 也有用非接触能量传输系统 CPS（ Contactless Power System） 为动力的。目前对充电机等 AGV 能源供给系统的研究设计较少，另外当前新建充电站普遍实行无人值守或少人值守，这就要求充电机的可靠性及自动化程度更高，功能更加完善，能够具有较高的免维护性。本文主要讨论 介绍了 AGV 智能充电站的工作原理，工作模式，相应外围硬件电路设计及 PLC 控制方式等。 以电池为动力的传统 AGV 与物料输送中常用的其他

13、设备相比， AGV 的活动区域无需铺设轨道、支座架等固定装置，不受场地、道路和空间的限制。因此，在自动化物流系统中，最能充分地体现其自动性和柔性，实现高效、经济、灵活的无人化生产，不仅降低人力成本、提高效率 ， 还可以使工作环境更加安全。 随着国民经济的快速发展，自动化物流系统开始在烟草、化工、家电、医院、汽车等行业得到应用和推广，在物流系统中担负平面运输设备的自动引导车 AGV（ Automated guidede vechides）是物流系统的重要组成部分 ，它采用大容量可快速充电的蓄电池作动力，要求有一个智能充电及管理系统，对蓄电池进行运行参数控制，快速充电、活化充放电及定位控制，同时保

14、持与中心控制室和 AGV 车辆的通信。国内以昆船集团为首研制的自动引导车，成功运行在红河卷烟厂、海尔国际自动化物流系统、淮阴卷烟厂、南京卷烟厂等。对提高企业整体自动化水平和生产效率起到了很好的作用。 自动引导车原配置的镉镍蓄电池及充电站均采用进口设备，在维护和保养上具有一定不便，现在选用国营第七五五厂生产的镉镍蓄电池，通过一个时期的实际运行比较，发现国产电池在性能上优于进口电池， 主要表现为 AGV 自动引导车的运行时间延长，原运行 1 小时左右（即放出 10容量）即返回充电站进行充电，现在运行时间超过 1 个半小时，由此可见国产蓄电池在放电特性上优于进口电池。 1.2 动力电池特性分析 动力

15、电池是电动汽车的主要能量载体和动力来源 ， 也是电动汽车整车成本的主要组成部分 ， 其寿命直接影响电动汽车的使用成本。电动汽车对电池的基本要求可以归纳为以下几点 ： 河南机电高等专科学校毕业 论文 2 (l)高能量密度 ； (2)高功率密度 ； (3)较长的循环寿命 ； (4)较好的充放电性能 ； (5)电池一致性好 ； (6)价格较低 ； (7)使用维护方便 ； 1.2.1 铅酸电池 铅酸电池已有 100 多年的历史 ， 广泛用作内燃机汽车的起动动力源 ， 也是成熟的电动汽车蓄电池。传统铅酸电池可靠性好、价格便宜。但它有两大缺点 ： 一是比能量低 ， 所占的质量和体积太大 ， 且一次充电行驶

16、里程较短 ;二是使用寿命短 ，使用成本过高。阀控密封铅酸蓄电池的出现以及广泛应用是铅酸蓄电池性能改进的重要体现。它具有体积小 、 重量轻、自放电小、维护少、寿命长、使用方便 、无记忆效应 、 对环境无腐蚀 、 无污染等优良特性 ， 与传统铅酸蓄电池相比 ， 在使用、维护和管理上有着明显的优势。这种电池以铅作负极 ， 二氧化铅作正极 ， 用硫酸做电解液 。 电池的单体额定电压为 2V 以中等放电率放电时截至电压为 1.75V，以极高放电率放电时截至电压可取为 1V。 关于维护 ： 铅酸电池可以实现免维护。 1.2.2 镉镍电池 镍镉 电池 可重复 500 次以上的充放电 ， 经济耐用 。 其内部

17、抵制力小，既内阻很小，可快速 充电 ，又可为负载提供大 电流 ，而且放电时电压变化很小，是一种非常理想的直流供电电池。镍镉电池可重复 500 次以上的充放电，经济耐用。其内部抵制力小，既内阻很小，可快速充电，又可为负载提供大电流，而且放电时电压变化很小，是一种非常理想的直流供电电池。与其它类型的电 池比较，镍镉电池可耐过充电或过放电。镍镉电池的放电电压根据其放电装置有所差异，每个单元电池 (Cell)大约是 1.2V，电池容量单位为 Ah(安时 )、 mAh(毫安时 )，放电终止电压的极限值称为 ” 放电终止电压 ” ， 镍镉电池的放电终止电压 1.0/cell(cell 为每一单元电池 )。

18、自放电率低，镍镉电池在长时间放置的情况下，特性也不会劣化，充分充电后可完全恢复原来的特性，它可在 20 +60 的温度范围内使用。 关于维护： 1、在长时间的放置后，使用前必须深度充放电之后再使用。电池有记忆效应，最好是使用一个月或 30 个循环 就对电池进行深放电。 AGV 智能充电站的设计与应用 3 1.2.3 锂电池 锂电 池指电化学有锂（包括金属锂、锂合金和锂离子、锂聚合物）的最基本电化学单位。锂电池大致可分为两类：锂金属电池和 锂离子 电池。锂离子电池不含有金属态的锂 ， 并且是可以充电的。锂电池芯过充到电压高 4.2V 后 ， 会开始产生副作用。过充电压愈高，危险性也跟着愈高。锂电

19、芯电压 高于 4.2V 后，正极材料内剩下的锂原子数量不到一半，此时储存格常会垮掉，让电池容量产生永久性的下降。如果继续充电，由于负极的储存格已经装满了锂原子，后续的锂金属会堆积于负极材料表面。这些锂原子会由负极表面往 锂离子来的方向长出树枝状结晶。这些锂金属结晶会穿过隔膜纸，使正负极短路。有时在短路发生前电池就先爆炸，这是因为在过充过程，电解液等材料会裂解产生气体，使得电池外壳或压力阀鼓涨破 裂，让氧气进去与堆积在负极表面的锂原子反应，进而爆炸。因此，锂电池充电时，一定要设定电压上限，才可以同时兼顾到电池的寿命、容量、和安全性。最理想的充电电压上限为 4.2V。锂电芯放电时也要有电压下限。当

20、电芯电压低于 2.4V 时，部分材料会开始被破坏。又由于电池会自放电，放愈久电压会愈低，因此，放电时最好不要放到 2.4V 才停止。锂电池 从 3.0V 放电到 2.4V 这段期间，所释放的能量只占电池容量的 3%左右。因此， 3.0V 是一个理想的放电截止电压。 关于维护：最好使用浅充浅放的方式使用。 绪论应说明本课题的意义、目的、研究范围及要达到的技术要求；简述本课题在国内外的发展概况及存在的问题；说明本课题的指导思想；阐述本课题应解决的主要问题 。 河南机电高等专科学校毕业 论文 4 AGV 智能充电站的设计与应用 5 第 2 章 充电方式 2.1 恒流充电法 是用调整充电装置的输出电压的方法，保持充电电流强度不变的充电方法 。但是由于电池的可接受电流能力是随着充电过程的进行而逐渐下降的 ， 充电到最后电流 多用于电解水产生气体。 图 2-1 恒流充电控制曲线 I电 池 电 压充 电 电 流t图 2-2 恒流充电曲线 2.2 恒压充电法 在全部充电时间里保持恒定的电压。随着电池电压的逐渐升高电流逐渐减小，与恒流充电法相比其充电过程更接近于最佳充电曲线。此系统控制比较简单。 图 2-4 恒压充电法曲线