AGV控制系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用

文/張禮南

隨著經(jīng)濟發(fā)展，科技進步，無論工業(yè)還是居家生活，都在追求智能化、方便快捷化，另一方面勞動力成本越來越高、國家政策補貼等外因和內(nèi)因，要求企業(yè)升級改造、更加科技化、智能化以及綠色化。AGV（Automated Guided Vehicle）即“自動導(dǎo)引車”，作為典型的智能化物流設(shè)備，可以幫助企業(yè)節(jié)省生產(chǎn)過程中的勞動力成本，減少出錯率，提高生產(chǎn)率，是生產(chǎn)企業(yè)技術(shù)轉(zhuǎn)型升級的重要途徑之一。

本文以廣州河西汽車內(nèi)飾件有限公司為典型案例，從環(huán)境布局、方案制定、系統(tǒng)構(gòu)成、硬件設(shè)備、程序編寫等多個角度，全方位介紹了AGV控制系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)中的實際應(yīng)用，可為行業(yè)提供一定的借鑒。

一、項目需求

圖1： 生產(chǎn)車間布局圖

河西汽車內(nèi)飾公司成立于2002年10月21日，是位于花都汽車城的一家日資企業(yè)，占地面積133.85畝，主要業(yè)務(wù)是設(shè)計、開發(fā)、生產(chǎn)、銷售汽車內(nèi)飾件系統(tǒng)產(chǎn)品，包括車門飾板、立柱、后裝板、頂篷等產(chǎn)品。

圖2： AGV路徑規(guī)劃圖

圖3： AGV和料車實物圖

圖4： 地標(biāo)布局圖

圖5： 系統(tǒng)整體構(gòu)架圖

表1：AGV車體電氣主要元器件（單臺）

圖1是河西汽車內(nèi)飾生產(chǎn)車間布局圖，車間長寬約為171m＊90m（L＊W），占地面積約15390平方米。

整個生產(chǎn)車間全靠人力作業(yè)，如此大的勞動強度，即使1天3班，每班8小時，全天工作下來對工人的體力和耐力也是巨大的考驗。如何將科技應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)中，進而減輕工人工作強度？從成本和廠地來綜合考慮，AGV是最優(yōu)的選擇。

二、方案制定

采用AGV的目的就是解決送料后回收空箱的問題。因場地早期規(guī)劃，空間受限，而且回收空箱的距離遠遠大于送料的距離，成為該項目的難點。AGV方案具體內(nèi)容如下：

（1）確定AGV行駛路徑

首先要確定有多少個回收空箱點，多少個空箱的放置空箱點，AGV路徑的規(guī)劃就是要使AGV經(jīng)過回收空箱點數(shù)的數(shù)量最多以及路線最優(yōu)。最后確定AGV路徑圖，如圖2所示，一共有16個回收空箱點，1個空箱放置點。

（2）確定AGV運行方式

AGV運行的數(shù)量：每個生產(chǎn)點生產(chǎn)節(jié)拍約15分鐘產(chǎn)生4～6個空箱。路徑的總長S約等于445米，AGV的平均用時約23分鐘，一圈下來一臺車19分鐘，所以需要2臺AGV。

料車數(shù)量：若一臺AGV只拖一個料車，那16個空箱位最少64個空箱，大小不一的箱子用一個料車根本不夠裝，所以根據(jù)現(xiàn)場實際最小的轉(zhuǎn)彎半徑2.7米，選擇了采用四個相同尺寸的料車，AGV一拖四的模式，如圖3所示。

表1結(jié)果表明，在“深港通”啟動之前的樣本期間內(nèi)，深港兩市的平均收益率均為負值，且深市的收益率處于更低水平，標(biāo)準(zhǔn)差又較大，表現(xiàn)出深市的低收益率、高風(fēng)險特征。在“深港通”開通之后，兩地收益率均值有明顯程度的上升，港市更是由負轉(zhuǎn)正，兩地股市的標(biāo)準(zhǔn)差也有較大程度的下降，說明了深港兩地股市的運行情況在“深港通”啟動之后均好轉(zhuǎn)，但港市的效果更為明顯，這可能是因為相比于內(nèi)地股票市場，香港股票市場更為國際化，接受政策效果的反應(yīng)和規(guī)避風(fēng)險的能力更強，從而表現(xiàn)出較高的收益和較低的風(fēng)險波動。

運行模式：AGV手動啟動，單向運行，當(dāng)AGV行駛到16個空箱點時，若相對應(yīng)的空箱點呼叫樁指示燈亮起，則AGV停下并聲音提示AGV到達，人工搬運空箱到料車上后，并人工啟動AGV；若呼叫樁指示燈不亮，AGV繼續(xù)前行。

三、AGV控制系統(tǒng)構(gòu)成

1.地標(biāo)布局圖（如圖4）

2.無線通訊方式

使用的無線通訊方式為RF（Radio Frequency）無線射頻通訊。RF射頻缺點是采用RS485半雙工通訊模式，并且同一時間主站只能跟一個從站通訊，從站數(shù)越多，數(shù)據(jù)延遲越明顯，系統(tǒng)反應(yīng)將變慢；優(yōu)點則是成本低。

3.主系統(tǒng)的PLC選型

因為現(xiàn)場線邊呼叫位置有16處，2臺AGV車，并且路徑簡單，為單圈單向循環(huán)模式，所以不存在交通管制等，故上位機主控系統(tǒng)PLC選型為西門子小型PLC SMART200系列的ST40，若復(fù)雜的就要選擇西門子300系列、1200系列或1500系列。

表2：各程序塊功能

圖6：AGV車體上觸摸屏組態(tài)

4.系統(tǒng)整體構(gòu)架圖（如圖5）

四、硬件組成和編程

1.AGV車體硬件組成和程序編寫

(1) AGV車體電氣主要元器件（單臺）（如表1）

(2)AGV車體PLC編程

因為CPU是西門子SMART200系列，所以使用的編程軟件是STEP 7-MicroWIN SMART，而不是西門子2 0 0系列使用的編程軟件V4.0 STEP 7 MicroWIN SP9。西門子200系列在2012年已停產(chǎn)。而SMART1200系列和SMART1500系列使用的編程軟件則是博途。各程序塊功能如表2所示。

表3：線邊主要電氣材料清單

表4：線邊程序編寫

表5：上位機系統(tǒng)控制柜硬件組成

表6：上位機系統(tǒng)PLC的編程

整個生產(chǎn)車間全靠人力作業(yè)，如此大的勞動強度，即使1天3班，每班8小時，全天工作下來對工人的體力和耐力也是巨大的考驗。如何將科技應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)中，進而減輕工人工作強度？從成本和廠地來綜合考慮，AGV是最優(yōu)的選擇。

(3)AGV車體上觸摸屏組態(tài)(如圖6)

2.呼叫線邊硬件的組成和程序編寫

(1)主要電氣元器件組成

線邊呼叫樁共有16個，每個呼叫樁上有一個帶燈的按鈕，當(dāng)按下按鈕，上位系統(tǒng)接收到呼叫信號，并反饋收到信號給呼叫樁，相對應(yīng)從站收到信號，呼叫樁按鈕指示燈亮（表示正在呼叫）。當(dāng)AGV行駛到此呼叫位置停下后，呼叫樁指示燈就會滅，表示呼叫復(fù)位。因現(xiàn)場環(huán)境，若將16個位置的四芯線全部連接到上位機，則工程周期長、成本高。故將16個呼叫樁分成三塊，按照就近布置原則連接到最近的線邊從站柜，而三個從站柜與上位機系統(tǒng)柜進行RF射頻無線通訊。表3為線邊主要電氣材料清單。

(2)線邊程序的編寫(如表4)

3.上位機系統(tǒng)控制柜硬件組成和程序編寫

（1）上位機系統(tǒng)控制柜硬件組成(如表5)

（2）上位機系統(tǒng)PLC的編程(如表6)

（3）組態(tài)程序的編寫

組態(tài)軟件使用的是北京亞控組態(tài)王6.55版本，組態(tài)畫面主要包括四個方面：AGV位置的監(jiān)控、AGV狀態(tài)信息、線邊呼叫信息和報警記錄。

五、解決AGV系統(tǒng)調(diào)試中發(fā)現(xiàn)的問題

因為AGV是單向運行，前行的AGV因為在等待搬運，后來的AGV肯定能追上前面的AGV，這樣后一臺AGV等待前一臺AGV裝空箱會浪費時間，降低AGV利用率。如何設(shè)計一個方案，合理分配兩臺AGV的停車點？

采取的方案是：將16個空箱位分成5塊，分別是工位1～工位2、工位3～工位6、工位7～工位11、工位12、工位13～工位16。若兩臺AGV都在卸料點等待，工位1～工位16都在呼叫，此時前一臺AGV啟動，在工位1～工位2不停止，直接行駛到工位3停止，后一臺車則行駛到工位1停止上料；若兩臺車同時在工位3～工位6之間，則前行駛到工位12才停止，后一臺AGV則行駛到工位7～工位11停止上料；以此類推。這就解決了提高兩臺AGV利用率的問題。

六、項目運行情況

該項目2017年3月投入運行，同年12月 2號AGV因障礙物傳感器導(dǎo)致AGV報警故障，更換障礙物傳感器后正常使用至今。