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淺談AGV車輛的防爆設(shè)計

文檔作者：孟雪呂威文檔來源：中海油天津化工研究設(shè)計院有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年04月27日
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《電氣開關(guān)》(2018．No．4)
文章編號：1004—289X(2018)04—0066—04
淺談AGV車輛的防爆設(shè)計
孟雪 ，呂威
(中海油天津化工研究設(shè)計院有限公司，天津300131)
摘要：AGV車輛是目前普遍使用的移動機(jī)器人，它無需人工駕駛，應(yīng)用靈活，自動化程度高，在智能一體化理念
不斷革新的汽車、物流等工業(yè)領(lǐng)域，由于其較大的需求量，已得到了大量的推廣和應(yīng)用。本文簡述的是AGV車輛
的組成、功能和防爆設(shè)計。
關(guān)鍵詞：AGV車輛；防爆設(shè)計；趨勢與應(yīng)用
中圖分類號：TP29 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B
Preliminary Discussion on the Explosion-proof Design and
Applications of AGV Vehicles
MENG Xue ，LV Wei
(CNOOC Tianjin Chemical Research&amp;amp;Des n Institute Co．Ltd．，Tianjin 300131，China)
Abstract：AGV vehicles are currently commonly used mobile robots．They do not need manual driving，are flexible in
applications，and have a high degree of automation．Due to their large demand in industrial areas such as automobiles and
logistics，where the concept of intelligent integration is constantly being reformed，they are in great demand．It has been
widely promoted and applied．This paper briefly describes the composition，function and explosion—proof design of AGV
vehicles．
Key words：AGV vehicles；explosion．proof design；the trendency and application
1 引言
AGV是Automated Guided Vehicle的簡稱，是采用
充電電池或非接觸供電系統(tǒng)作為動力源，由計算機(jī)控
制，以實現(xiàn)位置移動為目的的無人駕駛的運(yùn)輸工具，又
速條件下，直驅(qū)式永磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)工作情況進(jìn)行了實
時仿真實驗，根據(jù)實驗結(jié)果分析了不同風(fēng)速下最大功率
跟蹤的特性，研究結(jié)果表明：基于RT—LAB建立的
2．5MW永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)實現(xiàn)了最大功率跟蹤。
參考文獻(xiàn)
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J]．IEEE Transactions on Industry Applications，2010，46(1)：331—
339．
稱為自動搬運(yùn)車。AGV車輛是移動機(jī)器人的一個重
要分支，它能夠在計算機(jī)的監(jiān)控下，根據(jù)的任務(wù)調(diào)度和
路徑設(shè)定，精確行走到指定地點，完成一系列取貨、送
貨等作業(yè)任務(wù)。相比傳統(tǒng)的人工搬運(yùn)方式，AGV車輛
可以充分解放了人工操作，一方面可節(jié)約人工成本，另
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[6] Bang D J，Polinder H，Shrestha G，et a1．Review of generator systems for
direct—drive wind turbines[C]／／European Wind Energy Conference，2008．
收稿日期：2017—05—20
作者簡介：黃明明．男(漢族)。江蘇徐州人。碩士研究生，主要研究領(lǐng)域為新能源轉(zhuǎn)
換與控制。
《電氣開關(guān)》(2018．No．4) 67
一方面還可以在人工無法介入的危險場所完成貨物的
搬運(yùn)，從而保障人的安全。AGV因其強(qiáng)大的自動化功
能，已越來越多地受到石化倉儲、制造、物流、電子商務(wù)
多個行業(yè)、領(lǐng)域的關(guān)注。隨之而來的，在石化危險場所
使用的AGV車輛的防爆安全研究也尤為重要。
如何提升AGV車輛在石化等爆炸性環(huán)境使用的
安全性，做好AGV車輛的防爆設(shè)計，符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的
技術(shù)要求，是本文討論的重點。
2 AGV車輛組成
AGV車輛由車載控制器、驅(qū)動系統(tǒng)、導(dǎo)航傳感探
測、電源、安全保護(hù)元件、車體等幾大部分組成。
2．1 車載控制器
車載控制器是控制系統(tǒng)乃至整個AGV的核心，
它的主要功能是控制和管理AGV執(zhí)行搬運(yùn)作業(yè)，車載
控制的實現(xiàn)是通過硬件搭建和軟件設(shè)計來完成。目前
車載控制器的類型有PLC、工業(yè)控制計算機(jī)、單片機(jī)。
2．2 驅(qū)動和移動部分
由伺服電機(jī)、減速機(jī)、車輪組成。驅(qū)動的方式有單
驅(qū)動、雙驅(qū)動、差速驅(qū)動、四輪驅(qū)動。差速驅(qū)動方式是
指兩個固定驅(qū)動輪，兩個自由從動輪，靠兩個驅(qū)動輪的
速度差來實現(xiàn)轉(zhuǎn)彎。四輪驅(qū)動是指四個輪子分別由驅(qū)
動電機(jī)獨立驅(qū)動，可實現(xiàn)橫向、縱向、斜行、360?；剞D(zhuǎn)、
扇形行駛。小負(fù)載AGV通常采用差速輪和麥克納姆
輪，而中大負(fù)載AGV多采用麥克納姆輪和舵輪。
2．3 定位及導(dǎo)航系統(tǒng)
功能元件即為各種導(dǎo)航傳感器。AGV從發(fā)明至
今，衍生出了多種導(dǎo)航方式，主要有電磁導(dǎo)航、磁帶導(dǎo)
航、激光導(dǎo)引、慣性導(dǎo)航、光學(xué)導(dǎo)航、GPS(全球定位系
統(tǒng))導(dǎo)航等。通過這些導(dǎo)航傳感器與地面敷設(shè)路線或
周圍環(huán)境的感應(yīng)、識別、跟蹤產(chǎn)生信號，來實現(xiàn)AGV自
身的定位，并按照提前設(shè)定的路徑行走。
2．4 供電系統(tǒng)
可使用充電電池系統(tǒng)或非接觸式供電系統(tǒng)。目前
充電電池主要有鉛酸蓄電池和鎳鎘蓄電池兩大類，廠
家可按充放電時長和實際工況來選擇電池類型。非接
觸感應(yīng)供電方式是由非機(jī)械接觸的方式進(jìn)行電力和信
號傳輸?shù)募夹g(shù)，由車載控制器通過耦合取電板從地下
敷設(shè)的高頻恒流線路上獲取電能，經(jīng)車載交直流轉(zhuǎn)換
后供給車載元件，實現(xiàn)非接觸感應(yīng)供電。
2．5 安全系統(tǒng)
AGV車設(shè)有急停按鈕或防碰開關(guān)等方式，可使
AGV車實現(xiàn)緊急停車。
2．6 無線通訊系統(tǒng)
為完成指定任務(wù)，車載控制系統(tǒng)與AGV之間的數(shù)
據(jù)交換要通過通訊系統(tǒng)來完成，通訊系統(tǒng)必須有較高
的可靠性，否則會被其他干擾源影響，引發(fā)AGV車輛
的誤動作。
3 AGV車輛的防爆設(shè)計
AGV車輛屬于工業(yè)車輛，其防爆設(shè)計應(yīng)按GB
19854—2005{爆炸性環(huán)境用工業(yè)車輛防爆技術(shù)通則》
標(biāo)準(zhǔn)的要求展開。該標(biāo)準(zhǔn)從電氣設(shè)備、動力裝置、電氣
安裝、熱表面、機(jī)械火花、機(jī)械間隙、靜電等幾個方面對
爆炸三要素中的點燃源進(jìn)行控制及限制，從而達(dá)到防
爆的目的。下面我們從車載控制系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、導(dǎo)航
系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、安全系統(tǒng)、車體這幾大系統(tǒng)總成人手，
對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的防爆要點分別進(jìn)行介紹。
3．1 電氣設(shè)備
主要有車載控制系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、安全
系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)中包括控制箱、驅(qū)動電機(jī)、導(dǎo)航傳感
器、保護(hù)類器件等電氣設(shè)備。這些設(shè)備均為AGV車輛
上必不可少的，其防爆設(shè)計應(yīng)優(yōu)先考慮。AGV上所用
的電氣設(shè)備均應(yīng)符合GB 3836系列、GB 12476系列標(biāo)
準(zhǔn)的要求。
通常車載控制系統(tǒng)中的PLC控制模塊、觸摸屏操
作模塊，可設(shè)計成隔爆、本安復(fù)合型，將觸摸屏或手操
盒操作部件經(jīng)本安限能處理后外置，PLC模塊放置在
隔爆外殼內(nèi)進(jìn)行保護(hù)。
AGV車輛驅(qū)動系統(tǒng)中的伺服電機(jī)是AGV的核心
部件，有直流驅(qū)動電機(jī)和交流驅(qū)動電機(jī)兩種驅(qū)動方式，
直流電機(jī)溫度過高，且內(nèi)部有電刷，運(yùn)行過程會出現(xiàn)打
火現(xiàn)象，故通常設(shè)計成隔爆型結(jié)構(gòu)，交流電機(jī)效率高，
噪音小，密封好，無打火元件，若線圈繞組的絕緣性、接
線端子電氣間隙、爬電距離尺寸達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，帶電部
件被具有IP54防護(hù)等級的外殼密封保護(hù)，內(nèi)部線圈溫
度符合溫度組別，交流電機(jī)則可設(shè)計成無火花型防爆
電機(jī)，可廣泛使用在氣體2區(qū)場所。
導(dǎo)航傳感器種類繁多，包括磁導(dǎo)航傳感器、激光導(dǎo)
航傳感器、慣性導(dǎo)航、光學(xué)導(dǎo)航、GPS導(dǎo)航傳感器等，這
些傳感器多屬于光輻射和電磁波射頻源，輻射能量既
需要滿足產(chǎn)品使用要求，同時要保證爆炸性環(huán)境的安
全。爆炸性氣體環(huán)境1區(qū)使用的傳感器可以根據(jù)傳感
器類別、工作機(jī)理，可設(shè)計為本安、隔爆、澆封或三者復(fù)
合型；爆炸性氣體環(huán)境2區(qū)使用的傳感器，可設(shè)計為無
火花型。除此，根據(jù)GB3836．1—2010標(biāo)準(zhǔn)對于射頻
《電氣開關(guān)》(2018．No．4)
源的要求，AGV電磁輻射的能量等級應(yīng)滿足：射頻為
(9 kHz一60 GHz)的連續(xù)發(fā)射和脈沖,,-j-／間超過熱起
燃時間的脈沖發(fā)射的閾功率，不應(yīng)超過表1的值。
表1 射頻閾功率
對于脈沖時間比熱起燃時間段的脈沖雷達(dá)或其他
發(fā)射形式，閾值能量不應(yīng)超過表2的值。
表2 射頻閾功率
設(shè)備類別 閾能量／
ⅡA類
II B類
II C類
Ⅲ類
950
250
5O
15oo
AGV上激光導(dǎo)航、激光避障檢測、紅外通訊等傳
感器除需要滿足電氣防爆要求外，其自身光輻射能量
還需滿足產(chǎn)品本身及危險易爆環(huán)境的安全。光輻射應(yīng)
避免照射產(chǎn)品本身的敏感元件部位，如不能避免，應(yīng)測
量其照射溫升，保證產(chǎn)品可承受其輻射。在各類危險
環(huán)境中激光或其他連續(xù)波源的光輻射輸出功率應(yīng)不超
過GB3836．1—2010輻射能量規(guī)定的數(shù)值。
保護(hù)類器件目前常見的主要有避障開關(guān)、防碰開
關(guān)等，此類開關(guān)多設(shè)置在AGV車輛前端和尾部，當(dāng)發(fā)
生誤操作或故障情況時，切斷動力電路，防止與障礙物
之間的碰撞危險。
3．2 動力裝置
充電電池系統(tǒng)，有接觸式充電和非接觸式充電兩
種模式。非接觸式充電方式很多，如電磁感應(yīng)式、磁共
振式、無線電波式、電場耦合式，它們的使用頻率小到
幾千赫茲，大到幾個G赫茲，有其各自的優(yōu)點和弊端，
如電磁感應(yīng)更適合短距離充電，轉(zhuǎn)換效率高，但要求擺
放位置固定才可充電，金屬感應(yīng)接觸會發(fā)熱；磁共振式
適合遠(yuǎn)距離大功率充電，但效率低，易產(chǎn)生安全問題；
無線電波式僅適合小功率充電，傳輸功率??；電場耦合
式適合短距離充電，發(fā)熱較低，但體積大，功率小。目
前接觸式充電仍較為常用，充電系統(tǒng)包括電池充電管
理系統(tǒng)、充電機(jī)和蓄電池。GB19854—2005標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)
定，蓄電池的充電應(yīng)在安全場所進(jìn)行，所以車用蓄電池
充電管理系統(tǒng)和充電機(jī)暫不需要考慮防爆設(shè)計。但蓄
電池放電的過程是在爆炸性環(huán)境中完成的，蓄電池的
防爆處理避免不了。目前，爆炸性環(huán)境中允許使用的
蓄電池有鉛酸電池、鎳鎘蓄電池、鎳鐵蓄電池、鋰電池、
鎳氫蓄電池五大類。由于鋰電池、鎳鐵蓄電池標(biāo)準(zhǔn)未
發(fā)布，本文暫不考慮這兩種電池的防爆處理。
可設(shè)計成隔爆型的蓄電池有鎳鎘蓄電池、鋰電池、
鎳氫蓄電池，使用在1區(qū)氣體環(huán)境，隔爆型蓄電池應(yīng)考
慮短路放電條件下，電池外表面溫度不宜過高，或者增
加限流電阻或熔斷器等安全保護(hù)措施控制產(chǎn)生過高溫
度。蓄電池還應(yīng)設(shè)置單體電池電壓監(jiān)控或等效保護(hù)，
確保深度放電時切斷放電電路。當(dāng)隔爆外殼內(nèi)有其他
電源時，動力蓄電池應(yīng)防止被其他電路充電。
可設(shè)計成增安型的蓄電池有鉛酸型、鎳鐵型、鎳鎘
型，使用在2區(qū)氣體環(huán)境，與隔爆型不同，增安型蓄電
池允許在箱體內(nèi)置排氣式、開啟式蓄電池，但箱體要設(shè)
置足夠的通風(fēng)孔，使放電時產(chǎn)生的氣體通過通風(fēng)孔排
出。相鄰電池之間、電池極柱與箱體之間爬電距離要
滿足增安型標(biāo)準(zhǔn)要求。相鄰單體電池之間連接件不能
使用硬質(zhì)鉛連接條，應(yīng)使用柔性電纜，電纜兩端與極柱
之間可采用熔焊、釬焊方式連接，或用電纜末端連接環(huán)
嵌壓至極柱外銅套上，亦可將電纜的末端嵌入銅質(zhì)終
端，與極柱銅質(zhì)接頭用螺紋緊固方式連接，實現(xiàn)可靠、
無火花連接。
可設(shè)計成澆封型的蓄電池，不應(yīng)選用正常運(yùn)行過
程中釋放氣體的電化學(xué)系統(tǒng)，即排氣電池和閥控密封
電池。澆封型的原理是用澆封復(fù)合物作為介質(zhì)，將電
氣設(shè)備帶電部分與外界危險環(huán)境形成隔離狀態(tài)實現(xiàn)保
護(hù)。蓄電池的帶電極柱，貫穿于單體電池外殼的內(nèi)部
和外部，外部裸露極柱部分可設(shè)計成澆封結(jié)構(gòu)，但內(nèi)部
極柱卻無法有效地實現(xiàn)澆封處理。充放電時，電池內(nèi)
部壓力增大，排氣拴或排氣閥釋壓開啟，此時單體電池
內(nèi)部極柱與外界危險環(huán)境相通，而內(nèi)部極柱沒有任何
澆封保護(hù)結(jié)構(gòu)，故鉛酸蓄電池等排氣和閥控電池不適
用于澆封型保護(hù)。由于澆封型保護(hù)為永久保護(hù)，不可
逆，維護(hù)成本高，多為一次性處理，蓄電池的防爆設(shè)計
較少使用這種型式。
此外，蓄電池還可根據(jù)GB19854附錄B的要求，
設(shè)計成特殊復(fù)合型，對于蓄電池箱蓋，應(yīng)設(shè)置5。傾角，
便于氣體排出，單體電池連接方式采用雙極連接，即雙
正極和雙負(fù)極，保證有效連接。
3．3 電氣安裝
目前，AGV車輛的供電多為電池供電，即IT供電
(下轉(zhuǎn)第73頁)
<電氣開關(guān)>(2018．No．4) 73
5 結(jié)論
本文搭建了可以復(fù)現(xiàn)高原低氣壓環(huán)境的試驗系
統(tǒng)，對電纜柔性終端在低氣壓下的局部放電特性進(jìn)行
了研究，得到結(jié)論如下：
(1)搭建的試驗系統(tǒng)能夠反演低氣壓環(huán)境下電纜
的工作狀態(tài)。在101．3kPa至65．2kPa范圍內(nèi)，氣壓的
變化對車載電纜柔性終端的放電起始／熄滅電壓、放點
發(fā)展規(guī)律、放電相位寬度以及放電譜圖的形態(tài)特征影
響不大。
(2)高原環(huán)境中的低氣壓因素并不是導(dǎo)致西北高
原地區(qū)車載電纜柔性終端絕緣劣化的主要因素，在實
際工程中，應(yīng)將低氣壓因素與其他環(huán)境因素綜合考慮。
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收稿日期：2017一o7—07
絕緣監(jiān)控裝置，以監(jiān)視漏電情況；也可以定期人為檢查
帶電部件與車體的絕緣情況。電氣系統(tǒng)應(yīng)設(shè)有過載保
護(hù)裝置，過載保護(hù)裝置設(shè)置的最大電流值不應(yīng)大于系
統(tǒng)電路、電纜所能承受的最大安全載荷電流值。當(dāng)電
氣回路的電流達(dá)到過載保護(hù)裝置設(shè)置的最大電流值
時，允許車輛有控制地在路面上運(yùn)行直到停止。
3．4 熱表面
AGV車輛的設(shè)計應(yīng)保證正常使用時，防爆電機(jī)、
防爆控制器外殼等設(shè)備的最高表面溫度不應(yīng)超過
AGV車輛所在區(qū)域危險環(huán)境的最低點燃溫度；或者在
控制系統(tǒng)中增加溫度保護(hù)的配置，保證超過危險溫度
時，可控制車輛有序的停止運(yùn)行。對熱表面的溫度要
求，不僅適用于AGV車輛上所有防爆電氣，同時機(jī)械
設(shè)備外殼溫度也應(yīng)滿足整車溫度組別的要求。
3．5 機(jī)械火花及機(jī)械間隙
考慮到車輛上旋轉(zhuǎn)部件之間、可預(yù)見故障時發(fā)生
摩擦或碰撞的部件之間的干涉，部件的材質(zhì)和旋轉(zhuǎn)部
件之間的間隙都應(yīng)按照防爆標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計。
3．6 靜電
車輛上所有大于100cm 的金屬部件都應(yīng)直接或
者通過單獨的導(dǎo)線連接至車架上，保持良好的電位平
衡。1區(qū)AVG車輛，通常若時速小于6km／h，則無需
限制車輪材質(zhì)，同時車輛上若使用塑料材料，則應(yīng)該盡
量選擇導(dǎo)電材料，或者通過降低可起電面積、在非導(dǎo)電
材料可能放電的表面下設(shè)置導(dǎo)電層或?qū)щ娋W(wǎng)的方式，
降低塑料材料產(chǎn)生靜電的可能性。
4 趨勢和應(yīng)用
綜上所述，隨著國家工業(yè)化智能升級實施進(jìn)程的
不斷推進(jìn)，在政策和市場的雙輪驅(qū)動下，AGV車輛智
能控制已經(jīng)經(jīng)歷了多次產(chǎn)業(yè)升級，在不遠(yuǎn)未來的防爆
領(lǐng)域的應(yīng)用中，鋰電池標(biāo)準(zhǔn)的出臺，傳感器功能的更
新，無線充電技術(shù)的發(fā)展，都將會帶來新的技術(shù)變革。
參考文獻(xiàn)
[1] 李偉娟．淺析AGV小車的引導(dǎo)方式及其發(fā)展趨勢[J]．中小企業(yè)
管理與科技旬刊，2015(4)：235．
[2] 張顯力．GB 19854—2005爆炸性環(huán)境用工業(yè)車輛防爆技術(shù)通則
[s]．2012．
[3] 王軍．GB 3836．1—2010爆炸性環(huán)境第1部分：設(shè)備通用要求
『S]．2011．
(上接第68頁) 收稿日期：2018—05—17
方式，車輛上帶電部件與車體之間應(yīng)足夠絕緣，可安裝 作者簡介：孟霄I 1983一)-女·本科·工程師。</電氣開關(guān)>

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