1 引言

自行小車輸送系統是一種通過空中軌道實現物料輸送的自動化系統，主要由自行小車組、環鏈葫蘆、吊具、承載梁、軌道、滑觸線、道岔、地面控制系統及車組控制系統等組成。自行小車組懸掛于承載梁上，并通過鋁合金軌道內的滑觸線反饋狀態信號，地面控制系統根據小車的位置及工位狀態輸出動作信號，動作信號通過滑觸線輸出，控制小車行走，吊具升降及道岔的切換。自行小車輸送系統，是一種高度集成化的自動控制系統，根據輸送線工藝需求，設定不同的動作流程及工藝參數，可實現電動自行小車在不同標高軌道層以及不同線路之間的轉換，實現工藝裝配，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、滑觸線及程控小車。地面控制系統主要實現小車的狀態監控及調度控制，滑觸線主要實現地面控制系統與小車控制系統的信號交互功能，程控小車自帶升降裝置，可以在設定位置實現垂直方向的升降。與其他空中輸送線相比，因其獨特的優勢廣泛應用于各類工業生產中[1]。

2 滑觸線功能分配及分段原理

自行小車輸送系統的設計難點在于其地面控制系統利用滑觸線為自行小車進行供電，狀態監控及調度控制。根據小車控制系統為滑觸線分配不同的功能是設計的基本原則，遵循這一原則，本文通過幾個典型應用對滑觸線功能分配及分段原理進行了歸納說明。

2. 1 小車通過電源分段式滑觸線進行控制

電源分段式小車控制，是指地面站利用滑觸線為小車提供動作電源，同時，小車的狀態信號通過滑觸線反饋給地面站。小車只作為執行元件，其控制元件在地面控制系統內。這種方式的優點是采用集中控制方式，成本較低，抗干擾能力強，易于維護，適用于環境比較惡劣的場合，缺點是功能單一，靈活性較差。

通過一個簡單案例介紹電源分段式滑觸線分配功能的基本流程。

1）畫出一組小車的控制原理圖，如圖 1 所示。

在本案例中，R、S、T 為 3 相電源，小車具備基本的行走及升降功能，均為常規電機控制，且具備正反轉功能，在其控制原理的基礎上，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，編號分別為 A、B、C、D 及 E,對應如圖 2 所示。

其中，R、S、T 為 3 相電源，n 代表工位，A、B、C 3 根滑觸線用于小車的行走機構，A、D、E 3 根滑觸線用于小車的升降機構，通過 2 組接觸器的切換實現正反轉功能。在行走機構及升降機構中都用了滑觸線 A，在實際應用中，滑觸線在不存在干涉時適當地復用，可以有效地降低成本。

2）地面站在控制小車運行時，需要知道小車的位置及升降是否有干涉，因此，需要通過小車反饋位置信號及高位信號，分別為位置信號及高位信號分配一根滑觸線，編號分別為F、G,如圖 2 所示。

其中，F 為小車高位信號，當小車處于高位時，地面站允許小車運行，當 F 信號丟失時，地面站禁止小車運行，G 為小車位置信號，地面站通過位置信號判斷小車位置，控制小車運行或升降。

2. 2 小車通過信號分段式滑觸線進行控制

信號分段式小車控制，是指地面站通過滑觸線為小車提供電源及動作信號，同時，小車的狀態信號也通過滑觸線反饋給地面站。小車自帶基本控制元件，其控制元件受地面系統控制。這種方式的優點是采用集散式控制方式，抗干擾能力強，易于維護，適用于環境比較惡劣的場合，缺點是控制線路較復雜，成本較高。

通過一個簡單案例介紹信號分段式滑觸線分配功能的基本流程。

1）畫出一組小車的控制原理圖，如圖 1 所示。

在本案例中，滑觸線為小車提供電源及控制信號，小車自帶控制回路，通過滑觸線信號控制小車前進，后退，上升，下降等動作，需要為動作信號單獨分配滑觸線，編號為 N、D、E、F和 G,在控制原理圖基礎上根據小車的功能分配滑觸線，編號為 A、B、C，如圖 3 所示。

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

2）地面站在控制小車運行時，仍需要知道小車的位置及升降是否有干涉，分別為位置信號及高位信號分配一根滑觸線，編號為 H、I，如圖 3 所示。

其中，滑觸線 I 為小車高位信號，當小車處于高位時，地面站允許小車運行，當高位信號丟失時，地面站禁止小車運行，滑觸線 H 為小車位置信號，地面站通過位置信號判斷小車位置，控制小車運行或升降。

2. 3 小車通過編碼分段式滑觸線進行控制

編碼分段式小車控制，是指地面站通過滑觸線為小車提供電源及動作編碼信號，同時，小車的狀態信號也通過滑觸線反饋給地面站。小車自帶可編程控制元件，通過滑觸線接受地面系統編碼。這種方式的優點是采用集散式控制方式，可進行模塊化設計，容易擴展靈活性較好，抗干擾能力強，適用于環境比較惡劣的場合，缺點是邏輯控制較復雜，成本較高。編碼分段式滑觸線的功能分配與信號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，而信號分段中的信號可以理解為直接信號。其控制原理如圖 4 所示。

滑觸線 A、B、C 為小車提供電源，滑觸線 D、E、F、G 為小車接收編碼信號，滑觸線 H 為小車吊具高位信號，滑觸線 I 為小車位置信號。

編碼信號采用 16 進制編碼，如 01H，02H，03H，04H 等，在 PLC 中定義編碼對應的動作，如 01H 定義為行走正轉，02H定義為行走反轉，03H 定義為上升，04 定義為下降等，PLC 接受到編碼信號后，執行相應的動作。

采用編碼式分段可以設計更復雜的小車應用。實際應用中要求小車行走機構能夠緩起緩停，**定位，需要在行走機構加裝變頻功能，采用變頻控制后小車可實現快速前進，低速前進，快速后退，慢速后退 4 種功能。為了提高生產效率，縮短運行節拍，吊具升降機構會采用雙速控制，在干涉區外高速運行，在干涉區內低速運行，配合上升下降功能，可實現吊具快速上升、慢速上升、快速下降及慢速下降 4種功能。

如果采用信號分段式進行控制，至少需要 8 根滑觸線，采用編碼分段式則只需要 4 根，可實現 15 種功能，其中，8 用 7備，極大地簡化了系統結構，另外，小車自帶可編程功能元件，小車配置新功能時，只需設定一組備用編碼，設計更靈活，可實現模塊化設計和結構化編程等功能，也可設置無線遙控裝

置，封鎖地面控制系統，通過遙控直接控制小車的運行[2]。

3 結語

自行小車輸送系統設計是一個復雜的過程，涉及工藝規劃、功能設計、小車控制系統設計、滑觸線功能設計及地面調度系統設計等內容。其中，滑觸線的功能分配及分段，在自行小車輸送系統的設計過程中是一個難點，在項目的規劃階段，應對工藝布局及需求進行分析，通過工藝流程確定地面調度系統及小車的功能及控制方式，根據小車的控制原理，對滑觸線進行功能分配及分段。合理的功能分配及分段，可以簡化控制系統的結構，提升自行小車的易用性及可靠性。完善的自行小車的功能設計，是對滑觸線進行功能分配及分段的關鍵。

本文通過對電源分段式，信號分段式及編碼分段式電動小車功能的分析，介紹了滑觸線功能劃分及分段的基本思路和方法。在實際應用中，應根據車組數量、小車功能、工位數量及工位功能等具體情況具體分析，從穩定性、靈活性及項目成本等多方面考慮，選用*合適的方式。根據這些基本的思路及方法，可以設計出更多工業場景下的應用，為電動自行小車的多樣化發展提供了更多的可能。